《核电子学》知识体系结构及创新性教学探讨

核电子学是核科学和电子学相结合的产物, 是核科学与技术类专业重要的专业基础课之一, 它通过电子学方法获取核信息并进行处理, 在核科学领域中具有十分重要的作用和地位。电子技术早在20世纪30年代初引入到核辐射探测中, 从而导致核探测技术的重大变革, 并逐步形成了完整的核电子学方法和技术。几十年来, 随着核物理和粒子物理的深入研究以及核技术应用的推广、新的核探测方法的不断涌现、电子学和嵌入式系统的迅猛发展, 使得现代核电子学方法和技术达到新的水平, 能够精确高效、灵敏便捷地获取和处理有关核辐射和粒子的各种信息。与此同时, 核电子学技术的发展又促进了核科学技术的发展, 并广泛运用于现代核科学技术领域, 成为现代核科学技术的重要基础和进一步发展的前提。

核电子学的任务是使学生系统掌握核电子学的基本原理和方法, 深入了解常用核电子学测量系统及有关电路的基本原理和性能, 以便合理和有效地选择、组合和使用核电子仪器, 学会运用电子学方法对核辐射探测器信息作分析、处理, 提高实验研究工作的能力, 为将来从事核技术研发打下坚实的基础。

目前, 随着核探测器、电子学、信息等技术的飞速发展及其在核技术应用中的渗透, 核电子学领域中新技术、新成果不断涌现, 这就要求我们培养的学生能够适应时代的发展, 成为高质量的跨世纪核技术专业人才, 因此核电子学的教学也必须与时俱进, 将核电子学发展的最新内容融入到教学实践中去, 实现教学内容的现代化。

1 核电子学的知识体系结构

核电子学系统中, 通常先将核探测器输出的模拟信号进行放大和处理, 然后通过模数变换将有用的模拟量转换为数字量, 再输入到计算机或数据获取和处理系统中进行处理, 上述各部分构成核电子学测量系统。由于核信号的固有特点, 即持续时间短、频率高、信号弱和随机性, 对整个测量系统和各部件都有一系列的特殊要求, 即测量精度高, 响应时间快, 稳定性和可靠性高等, 核电子学的教学内容主要涉及上述核信号的采集与处理过程。下面简要介绍本课程的部分主要内容。

首先阐述是核电子学的研究的内容及范畴、探测器的性能指标和输出信号的特点、信号与噪声分析的主要方法、核电子学中的噪声的种类和产生的原因及定量表示方法等。然后阐述前置放大器的作用及分类、各类前放电路的原理、主要特性和应用范围等。而滤波成形主要阐述滤波成形电路的作用、理论分析、实际的滤波成形电路及其特性、弹道亏损及堆积畸变产生的原因及对能谱测量的影响等。幅度分析则主要阐述甄别器的结构和工作原理、触发翻转过程及特性、单道的工作原理及电路分析等。而时间分析主要阐述时检电路的作用及指标的意义、定时电路的原理和特点、符合电路的主要技术指标及实际电路、反符合电路的逻辑功能和实际电路分析、延迟符合和快慢符合的原理与性能等。

2 教学现状分析

过去二十多年以来, 由于受到多方面因素的影响, 核科学与技术学科在国内的发展受到很大影响, 处于萎缩或消失状态, 许多原有的工业基础也逐渐消亡。但随着近年来国民经济的飞速发展, 核能等相关应用领域对技术和人才的大量需求, 使该学科发展倍受关注。核电子学这门课程作为该学科的一门重要的基础课程, 同样受到严重影响, 教材多年未更新, 教材内容陈旧, 理论性较强, 教学内容理论联系实际远远不够, 应用性知识较少, 不利于学生的培养。因此, 教学内容亟待更新。

3 课程内容充实

随着探测器、微处理器、信息处理等技术的快速发展, 核电子学发展相当迅速, 其应用范围也越来越广, 各类核电子学设备不断换代, 这些新知识、新设备在教材中没有体现出来, 核电子学仪器功能越来越强, 现行教材中的的内容已经不能满足未来核技术专业的要求, 因此在教学过程中要与时俱进, 跟踪反映一些国内外新技术、新设备的动态, 适时穿插一些最新的研究技术与动态, 如新型探测器、嵌入式智能核电子设备设计与开发原理, 电路仿真软件Multisim、Matlab中的Simulink工具包在核电子学电路设计中的应用等等。这些新技术的介绍将会极大激发学生的学习兴趣, 也为将来的研究工作奠定坚实的基础。

4 注重理论与实际相结合

如果在教学中仅仅讲授核电子学的基本概念和基本理论是比较抽象的, 会影响学生学习的兴趣, 达不到应有的教学效果。在教学中应适时穿插相关的核电子学史, 以帮助学生理解知识产生、发展的过程, 可以大大激发学生学习的兴趣, 对提高学生的科学素质能起到潜移默化的作用。在核电子学的教学中, 还应适时穿插一些相关的应用和实例, 以加深同学们对基本理论和知识的理解和掌握, 提高运用知识的能力。如通过介绍核电站及反应堆用核仪器、医用核仪器、辐射防护核仪器、资源开发类核仪器、工业用核仪器的种类及应用等来提高学生的学习兴趣。

实践活动可以加深学生对核电子学的感性认识。第一, 建立完备的核电子学本科实验体系, 通过实验帮助学生加深对理论知识的理解, 掌握常用核电子仪器的工作原理和使用方法、单元电路的测量方法、整机性能指标的基本测量方法、正确分析实验结果和数据等, 为核物理的测量工作中正确选择仪器奠定一定的基础;第二, 建立核电子学创新实验基地, 结合嵌入式系统进行智能化核仪器创新项目的开发, 以适应时代的需求。

5 设置问题情景, 启发思维

设置问题情景, 就是教师在课堂讲授中, 适时提出一些有一定难度的问题, 使学生不能单纯利用已有的知识和习惯的方法去解决, 这样不仅用“提问式”引起学生的注意, 使学生集中精力听课, 而且还激发了学生思维的积极性和求知的需要, 调动了学生学习的主动性, 从而达到开发学生的智力, 培养学生的能力的目的。

比如说, 在讲解前置放大器原理之前, 设置问题:探测器获取的信息如何处理?前置放大器可以采用哪些类型?分别可以用于哪些场合?

值得注意的是, 在设计问题时要注意问题的难易程度, 问题的设置要与学生的现实生活和现有的学习能力相适应, 问题太难或过于简单也都会使学生失去学习的兴趣。因此, 在备课时就要把每个问题精心设计好。

摘要：核电子学的教学内容主要包括核探测器输出信号的特点, 核电子学信号与噪声分析基础, 前置放大器, 滤波成形, 脉冲幅度分析, 时间分析等。在核电子学教学过程中, 应注意充实课程内容、引入新知识、理论联系实际、设置问题情景、启发思维。

关键词：核电子学,创新性教学,实践

参考文献

[1] 王芝英.核电子学与核仪器[M].原子能出版社, 1989.

[2] 谭顶良.高等教育心理学[M].河海大学出版社, 2002.