摘要:为提升核燃料循环与材料学科专业研究生的科研能力、创新能力、实践能力，对同位素分离原理课程多学科模块化的教学模式展开探讨。借鉴德国高校模块化改革的成功经验，制定了教学模块与学科知识点模块，并将二者耦合形成了课程的总体知识网。采用讲授、讨论、练习、讲座的教学形式，教学实践中将课堂授课分为基本概念、化学分离、激光分离、物理分离、经济性分析五个模块，突出了学生在教学活动中的主体地位。同位素分离原理课程多学科模块化的教学模式使学生参与度显著提高，保证了教学内容与专业总体培养目标之间的紧密联系，避免了教学内容的盲目性和随意性，取得了很好的教学效果。
关键词:同位素分离原理;模块化;教学模式
0引言
核工业是高科技战略产业，是国家安全重要基石。要坚持安全发展、创新发展，坚持和平利用核能，全面提升核工业的核心竞争力，续写我国核工业新的辉煌篇章。按照我国核工业的发展定位，未来30年，是我国由核大国向核强国转变的关键时期。实现这一目标，关键就是科技创新。为进一步响应国家科技创新和战略性新兴产业发展，研究生教育应有针对性地培养国家科技创新、战略新兴产业发展所亟需的高层次专门人才[1]。此外，研究生教育位于高等教育的顶端，一流的研究生教育是“双一流”的突出特征，在“双一流”建设中需要重点关注研究生教育的改革与发展[2]。2018年7月2日在北京清华大学召开的全国核学科研究生课程建设论坛———核科学与技术学科《研究生核心课程指南》编写研讨会，会上对核燃料循环与材料学科的4门核心课程指南进行了深入讨论。2018年7月18日在哈尔滨工程大学召开评议组会议，同位素分离课程被推荐列为核燃料循环与材料二级学科核心课程名单之首。2019年4月，再次在北京清华大学召开了全国核学科研究生课程建设论坛，探讨同位素分离原理课程大纲。
核燃料循环与材料学科专业研究生的培养是我国核力量的基础和创新的基础。但是，本专业人才培养的数量和质量，与国家的需求严重不符。因此，要充分发挥高校“学术敏感性、前沿性、学科交叉”的优势，加大高水平人才的培养。研究生同位素分离原理课程作为核燃料循环与材料学科的核心课程，需要结合现有学生专业背景知识差异，在确保学生深入理解理论和方法的同时，采用模块化的教学方式，实现多学科的交融及创新，力争培养复合型人才。
同位素分离原理课程旨在培养学生解决核工业中的同位素分离问题，为研究生从事科学研究、核燃料循环相关技术实践打牢基础。但是由于同位素分离原理课程由众多部分构成，各部分内容从先修课程、知识背景到本身内容存在较大差异，背景知识跨度广，采用传统教学模式学生或无法适应，因而有必要对研究生同位素分离原理课程的教学模式进行改革。考虑到不同高校研究生专业背景知识的差异与今后从事研究方向的差异，以及推进跨学科人才培养新要求，提出了同位素分离原理课程多学科模块化的教学模式。同位素分离原理课程涵盖了本学科的基础理论以及专业知识，该课程的开设将在哈尔滨工程大学、同类院校中具有广阔的应用前景。针对哈尔滨工程大学2019级核化工专业研究生进行了同位素分离原理课程多学科模块化的教学模式实践。
1模块化教学思路
模块化教学主要围绕学生的能力培养，是培养应用型人才的有效方法，所谓模块化指的是一个专业内单一的教学活动组合成不同的主题式教学单元(即模块)[3-4]。在波洛格纳(Bologna)进程下，模块化教学改革已在欧洲区域全面推广，所有波洛格纳协议签署国的高校已完成模块化教学体制改革，其中德国高校在这方面取得了一系列的成功经验[4-8]。德国高校模块化教学改革将与同一主题相关联的若干门课程组成一个相对独立的教学单元。一个课程模块可以由讲授、讨论、练习、实验等不同教学形式的课程组成[7]。参考德国的模块化教学改革经验，将同位素分离原理课程依据其教学内容和学科知识点进行模块化，采用讲授、讨论、练习、讲座的教学形式，突出学生在教学活动中的主体地位。模块化教学构建思路如下:
第一，教学内容模块化。将同位素分离原理课程的各个章节依据其知识背景以及研究方向的不同划分为不同模块，如基本概念、化学分离、激光分离、物理分离以及经济性分析等模块，由于同位素分离学科的特点，从概念、原理、方法、前沿的技术、现有的工厂、经济性研究、核保障稽查、核安全等方面，设立相关模块。力争保证模块的深度、广度、独立性，让学生可以自由地根据模块内容选择，满足学生的个性化需求。保证教学内容与专业总体培养目标有紧密的联系，与学生将来从事的实际工作内容紧密结合，避免盲目性和随意性。
第二，学科知识点模块化。将具体的学科知识点模块化，比如化学同位素分离中的同位素效应，涉及到量子化学的知识模块;离心法，涉及到流体力学的知识模块;经济性研究，涉及到技术经济模块。从实际应用的角度出发，通过将同位素分离原理中不同教学内容所涉及的学科知识点进行提取归类，使学生根据实际基础以及先修课程进行选择，可确保对应的教学内容能够讲深、讲透。此外，学科知识点的模块化可促进相关课程的有机衔接，确保学生所学知识的系统性与连贯性，从而进一步推进跨学科的人才培养目标。
第三，模块间的耦合。理清教学内容模块、学科知识点模块及其相互关系，形成本课程的总体知识网。模块间的耦合应从专业培养目标出发，在满足学生个性化需求的前提下，确保与学生的相关课程知识、能力培养、技能联系相结合。同位素分离原理模块化课程教学内容与多学科的知识点耦合，如图1所示。
第四，教学形式与考核。教学形式从传统的以教师为主体转变为以学生为主体的教学模式，突出学生在教学活动中的主体地位，采用讲授、讨论、练习、讲座的教学形式。学生在课后通过查阅文献资料等途径调研所选模块实际工厂应用情况以及最新研究进展，并在课堂讨论时间介绍，教师对模块原理以及涉及知识点进行相关补充讲授。定期邀请外聘企业教师进行相关模块的前沿讲座。通过提高课堂讨论在考核分值中所占比重，激励学生参与课堂讨论，鼓励学生提出问题。
相关期刊推荐：《黑龙江科学》(月刊)创刊于2010年，是由黑龙江省科学院高技术研究院主办的报道黑龙江省自然科学领域的基础理论研究和应用研究方面研究成果和新技术成就的综合性学术期刊。报道内容包括能源、材料、化工、机械、动力、电气、电子、信息与控制、计算机、生物工程、土木工程、市政环境、道路、桥梁、交通工程、工程力学及有关交叉性科学相关的学术论文。
考核方式的具体实施主要考虑以下几点:第一，学生对所选模块原理的了解程度，通过学生课堂介绍表现进行考核。第二，学生对所选模块实际应用以及最新进展的调研，通过学生提交的综述报告以及补充的文献资料进行考核。第三，学生课堂讨论环节参与情况，包括学生对学生的提问以及教师对学生的提问。第四，每个模块结束后的随堂练习与课后习题的完成情况。
2模块化教学实践及评估
2.1模块化教学实践
对哈尔滨工程大学2019级核化工专业研究生进行了同位素分离原理课程多学科模块化的教学模式实践。将32学时的课堂授课划分为五个模块，各模块的内容与对应学时安排如下:
第一，基本概念模块。该模块为所有学生必选模块，授课形式以教师授课为主，教师对同位素分离有关概念以及研究意义进行整体介绍，包括学科定义、研究对象以及主要分离方法的整体介绍。知识点方面重点介绍级联理论，要求学生具有一定的数值计算基础。教学时长为6学时，考核方式为随堂测试与课后练习。
第二，化学分离模块。该模块为可选模块，授课形式以学生讨论为主。教师先对该模块涉及的学科知识点进行补充，如统计力学的配分函数、量子统计力学基础等。选择该模块的学生分别对该模块涉及的原理如同位素效应等以及分离方法如单温、双温化学交换方法等进行课后调研，重点调研化学分离在实际同位素分离方面的应用与最新研究，最后在课堂进行讨论分享，并提交综述报告。教学时长为10学时，考核方式包括学生课堂报告、综述报告以及课堂讨论参与情况。
第三，激光分离模块。该模块为可选模块，授课形式以学生讨论为主。教师对涉及的学科知识如原子核物理中的核外结构、吸收光谱等进行补充。学生需在课堂讨论分享其调研成果并提交综述报告。教学时长为4学时，考核方式包括学生课堂报告、综述报告以及课堂讨论参与情况。
第四，物理分离模块。该模块为可选模块，授课形式以学生讨论为主。教师对涉及的学科知识如电磁、电场中的物理性质、气体动力学、气体扩散理论等进行补充。学生需在课堂讨论分享其调研成果并提交综述报告。教学时长为9学时，考核方式包括学生课堂报告、综述报告以及课堂讨论参与情况。
第五，经济性分析模块。该模块为所有学生必选模块，授课形式以教师授课为主，教师对所有同位素分离方法的分离效果进行总结，介绍不同分离方法的价值函数与分离功率，并介绍如何根据同位素分离方法来研究和分析其工业经济的内在规律、经营管理和在工业生产过程中的经济效益。教学时长为3学时，考核方式为随堂测试与课后练习。
2.2模块化教学模式效果评估
在同位素分离原理课程多学科模块化的教学模式中，每个教学模块都有明确的教学目标与考核方式，模块内容与专业的总体培养目标紧密联系。各模块考虑学生的个性化需求，并且重视与实际研究应用和与学生将来实际从事工作内容紧密结合。此外，在教学模块的内容中穿插进行学科知识点的补充，使相关课程有机衔接，增加了知识系统的连贯性。
通过对比2019级学生与2018级、2017级学生的课堂表现可以看出，多学科模块化的教学模式下学生课堂参与度有了显著提升。相比于之前的每个模块都学，但是每个模块都学不深的问题，选择更需要的模块进行学习，极大地调动了学生的积极性。通过测试结果可以看出，模块化教学模式下学生对于所选模块的掌握程度优于前两级学生。此外，学生通过课外调研对课本内容进行了补充，撰写综述报告也锻炼了学生的科研写作能力。
3结语
对于背景知识跨度广的课程，实行多学科模块化的教学改革可以使研究生的课程学习主体由教师转变为学生，突出了学生在教学活动中的主体地位，提高了学生的积极性。尤其是对于同位素分离原理等实际应用性较强的学科，模块化的教学模式不再以知识点的灌输为主。通过学生的课后调研对课堂内容进行补充，保证教学内容与专业总体培养目标有紧密的联系，与学生将来从事的实际工作内容紧密结合，避免了教学内容的盲目性和随意性。教学改革牵一发而动全身，对同位素分离原理课程进行多学科模块化的教学改革，需要与前端基础课程以及其他相关课程相结合，这样才能确保学生整个课程学习的连贯性。——论文作者：张萌，杨洋，矫彩山，王艳力
