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大学物理实验课程开设核与辐射仿真实验探讨

发布时间:2021-07-01 10:14所属分类:教育学加入收藏

[摘 要] 基于国家推进教育信息化与高校实验教学改革相融合的时代背景,从大学物理实验类教学中开展核与辐射类实验的必要性入手,针对核与辐射类实

  [摘 要] 基于国家推进教育信息化与高校实验教学改革相融合的时代背景,从大学物理实验类教学中开展核与辐射类实验的必要性入手,针对核与辐射类实操实验开展过程中存在的放射源监管压力、安全风险和辐射危害等问题,本着实验教学既要满足学生培养要求,又要实现实验安全风险人为可控的目标,从消除放射源监管压力、减少人力和物力投入、消除安全风险与辐射危害、增加学习方式的灵活性等几个方面探讨了开展核与辐射类虚拟仿真实验的可行性,以期为新时代高校物理实验类教学改革创新提供一定参考。

  [关键词] 核与辐射;虚拟仿真实验;物理实验类教学

大学物理

  作者:冯光文

  按照国家对物理学、应用物理学等大学本科专业的培养要求,学生需要掌握一定的原子核物理知识,也需要通过普通物理实验和近代物理实验来掌握一些常用物理量(如:辐射通量或辐射通量(面)密度)的测量;按照国家对非物理类理工学科大学物理实验课程教学的基本要求,大学物理实验除了要包括力学、热学、电磁学和光学等经典物理实验,还应包括近代物理实验,而核与辐射探测类实验是近代物理实验的主要组成部分,包括普通物理实验、近代物理实验和大学物理实验在内的物理实验教学的目的在于增强学生对科学理论的认知、提高学生科学实验素养、培养学生的创新能力等[1,2]。随着近年来信息化技术的发展,虚拟仿真实验教学作为一种新的教学模式,正在逐渐引领国家倡导的教育信息化与高等学校实验教学改革的发展道路,并已经在生物学、计算机等学科领域展现出良好的示范化效应[3-5]。当前高校核与辐射类实验以实操实验为主,主要涉及放射源的使用,管理严格且潜在安全风险较大,实验操作不当可能会对学生和教师产生一定的辐射危害[6]。针对上述问题,本文既要满足学生的培养要求,又要实现实验安全风险人为可控的目标,从大学物理实验教学中开展核与辐射类实验的必要性、核与辐射类实操实验过程中存在的主要问题、核与辐射类虚拟仿真实验的优越性等方面,探讨了在大学物理实验教学中开展核与辐射类虚拟仿真实验的必要性与可行性。

  一、开展核与辐射类实验的必要性

  (一)国家对物理学类与非物理类理工学科专业培养的目标要求

  按照国家制定的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准(物理学类)》和《高等学校物理学/应用物理学本科指导性专业规范》的要求[7-9],在基本理论知识体系中的核心知识单元——“4-1原子与亚原子结构”中要求学生掌握原子核物理的基础知识,在物理实验知识体系中要求學习常用物理量(辐射通量或辐射通量(面)密度)的测量,并在近代物理实验中给出部分基础实验的选题,要求各校根据自己的特点从中选择。

  根据教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会制定的《非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求(正式报告稿)》的要求,高校开设的物理实验应包括普通物理实验(力学、热学、电学、光学实验)和近代物理实验,这些实验可涉及力、热、电、光、近代物理等各个领域的内容,各校应根据本校的实际情况设置不同类型的实验内容,但必须包含一定比例的近代物理实验内容[ 10 ]。原子核物理知识是近代物理学的主要内容之一[ 11 ],开展核与辐射类实验不仅可以满足教学中对近代物理实验的内容要求,更有利于提升非物理类专业学生利用核与辐射知识创新性的解决实际问题的能力。

  (二)顺应不同学科专业发展需要的必然要求

  鉴于现代科技的发展,核与辐射技术已经逐渐影响到世界各国的经济发展、科技进步和国防安全,并在工业、农业、国防、医学、环保、考古、科研等领域展现出广泛的应用前景[ 12 ]。核与辐射技术在工业领域主要用于辐照材料加工、辐照消毒、核仪表、辐射测量及工业探伤等方面;核与辐射技术在农业领域主要用于辐射诱变育种、辐照保鲜、放射性同位素示踪等方面;核与辐射技术在国防领域主要用于核武器、核潜艇、核动力航空器等方面;核与辐射技术在医学领域主要用于核医学影像诊疗、放射性同位素示踪、放射性同位素诊疗等方面;核与辐射技术在环保领域主要用于辐射环境监测、核与辐射应急、环境污染治理等方面;核与辐射技术在考古领域主要用于文物真伪的辨识、文物断代、文物的元素成分和含量分析等方面;核与辐射技术在科研领域主要用于先进反应堆技术、加速器技术、高能粒子物理、第四代核电技术、高放废物处理处置技术等方面。我国高校中设有核物理与核技术、核技术与核工程本科专业的学校较少,致使现有的专业人才培养无法满足不同行业发展对核与辐射领域专业人才的需求,与核物理与核技术、核技术与核工程本科专业相关或相近专业(如物理学、应用物理学等)的毕业生则成为核与辐射专业领域人才的有益补充。

  为了尽快解决目前存在的问题,适应时代发展对不同本科专业的要求,高等学校应借助大学物理和大学物理实验作为理工科学生必修课程的独特条件,将核与辐射基础知识和基本实验有机融入大学物理理论和实验教学中,使得不同专业的本科生都能掌握基本的核与辐射知识和开展基础的放射性实验,更好地满足新时代不同行业的发展对理、工、农、医等学科门类本科生的要求,更好地服务于理、工、农、医等不同学科领域,甚至人文社科领域的发展。

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