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核反应堆建模通过远程学习

Christophe Demaziere,查尔默斯技术大学


为了满足越来越多的核安全培训毕业生的需求,核反应堆建模短期课程,核系统的确定性建模是为查尔默斯技术大学的硕士生、博士生和博士后研究人员创建的。本课程是一个为期一周的研讨会,学生们在其中用MATLAB模拟钠冷快堆®,将中子输运、流动输运、传热及其相互依赖性考虑在内。学生使用MATLAB Grader完成所有课内编码练习™ (图1)。

图1。核反应堆建模短期课程的MATLAB Grader编码练习。

到目前为止,研讨会采用翻转课堂模式和混合教学法,其中一些学生在Chalmers亲自参加,另一些学生远程在线参加。由于新冠病毒-19大流行,研讨会很可能在未来完全在线进行。因为我们已经在混合版本的课程中使用了MATLAB Grader,并且有远程教学的经验,所以向完全远程学习的过渡将非常简单。这一设置刚刚成功地应用于计算连续介质物理学硕士课程的一部分,该课程于2020年春季在Chalmers首次开设。由于新冠肺炎的爆发,这部分课程完全在网上进行。

车间激励与设置

欧洲各地仍有近100座核反应堆在运行,占所有发电量的25%以上。然而,与此同时,欧洲大学正在逐步取消核工程项目,政府机构警告说,拥有核安全专业知识的科学家和工程师非常缺乏。核系统的确定性建模创建该项目的部分目的是为尽可能多的学生提供核反应堆建模方面的深入培训,并因此提供核安全方面的培训,而不管他们是否有能力亲自前往Chalmers。

提高学生的学习速度

当我们最初打开核系统的确定性建模对于远程教育,我们的首要挑战之一是提供适合不同教育背景学生的材料。我们通过在为期一周的研讨会开始前为学生提供自定进度的学习活动来应对这一挑战。由于这项准备工作,“面对面”会议(现场或在线)可以通过专门设计的活动集中于更积极的学习形式。

该preclass筹备工作集中在两个方面:提供反应器建模(概念的理解),并确保学生能专注于面对面的面对面会议(程序理解)期间解决MATLAB任务所必需的理论知识。一些学生来到教室与编程经验,有的用MATLAB经验,既没有其他人。我们鼓励谁不熟悉MATLAB的免费完成学生动手实践课程通过MATLAB匝道可供选择,包括向量和矩阵,导入数据,阵列计算会议,通话功能和数据绘制。学生谁曾获得全校MATLAB培训,通过他们的大学也选择完成为期三天,自定进度,在线MATLAB基础课程,覆盖更深入相同的材料。

培养主动学习

在我们开发的方法中,由于网络上提供的教材,所有学生在实际研讨会举行之前都可以独立学习。课堂重点是让学生参与高阶思维的活动,重点是在MATLAB中开发和实现算法。

对于注重概念理解的筹备活动,要求学生完成从我的核反应堆建模(专门为研讨会写的)教科书的指定读物,观看简短记录讲座或网络广播,并回答在线测验。尽管教科书礼物核反应堆建模的细节,网络广播总结教科书提出的重要概念,从而进一步增强了学生的概念理解。

在课堂上,我简要回顾了测验的关键概念和答案。然后,学生们开始实施教科书和网络广播中介绍的基于MATLAB的反应堆建模算法。为了帮助学生找到正确的解决方案,我在MatlabGrader中为每个交互式练习创建了编码模板和评估测试(图2)。

图(右)中创建用于在MATLAB平地机的评估试验2轴向钠速度(左)和温度分布的燃料杆内的情节。

MATLAB Grader自动为练习评分并提供反馈,让我和我的助教自由地与学生一对一地工作,回答他们的问题,并在需要时提供指导。基于web的MATLAB Grader界面还确保所有学生,无论是本地还是远程,都可以访问相同的编码环境。

许多学生使用MATLAB的桌面版本作为补充MATLAB平地机,探讨概念更深入的预定会议之外。没有通过他们的大学访问MATLAB谁的学生可以以30天的免费试用的优势。

学习成果和学生反馈

对于大多数学生来说,这是他们的一个翻转课堂的第一次经历。与MATLAB平地机编码分配的翻转教育学的组合代表了他们被用来学习方式的“中断”。尽管如此,学生们关于设置非常积极,不论他们是否遵循的方针现场或远程。在课程的调查中,80%的学生有课程,20%的良好印象(的选择“非常好”,“好”,“有点不好,”和“在所有不好”)的印象很好.此外,学生的36%的人认为他们在这个教学设置和32%有所好转学到好多了;只有4%的人认为他们学到了在传统的形式好得多,8%的传统形式有所好转,而20%的人认为他们学会同样在这个教学设置,并在传统的格式。额定的教学方法,非常好,学生的48%,52%为好(可能的选择“非常好”,“好”,“有点不好,”和“在所有不好”)。最后,也是最重要的是,学生的76%的人认为同步会话非常耐看和16%有所配合。仅有8%,在找到所有会话不从事(可能的选择是“非常耐看”,“有些卡”,“有点不配合”和“完全不参与”)。

除了同步课程的参与程度(我认为,同步课程是该方法有效性的直接衡量标准),所有现场学生都成功完成了所有作业。对于远程和活跃的学生(那些实际完成作业的学生),完成率为98%。

我应该提到的是,我们正在对学生学习情况进行全面分析,这是我们的另一门完全在线的课程,计算连续物理,使用通过在整个学习过程中监控其学习活动收集的数据(以阅读课本、观看网络广播和回答在线测验的形式进行的课前活动;在完成MATLAB成绩评定作业时进行的课堂活动;以及完成作业的课后活动)。早期结果表明,尽管该课程完全在线,但学生的参与程度非常高,并且参与的学生在编码作业上表现非常好。

远程学习:未来计划和同事建议

教授远程学习课程几年后,我的同事经常向我咨询如何开始学习以及如何改善学习体验。我首先鼓励这些同事制定一个课程教学计划,并尽可能密切地遵循该计划,即使他们在课程运行期间正在转向远程学习。困难是意料之中的,尤其是当教师和学生都是远程学习新手时。我发现,在这些困难中坚持计划比中途放弃尝试新东西更好。

我鼓励教师考虑因素,如准备的时间和他们将有多少学生。记住,大多数学生不习惯在线学习,就像教师不习惯在线教学一样。为课程提供易于理解和遵循的结构。最后,也是最重要的一点,找到与学生互动的方法,提供实践培训课程,让学生成为积极的学习者。课堂教学是提高学生学习效果的关键,无论是现场、在线还是混合式教学,课堂上都会进行积极的学习和师生互动。自动评分系统(如MATLAB Grader)在这方面提供了巨大的优势:它让教师有时间单独与学生一起工作,同时让学生有机会亲自动手,积极学习并立即反馈。不同的学习要素及其相互关系必须相互利用并支持学生的学习,从而解释为什么制定策略至关重要。金宝app

关于作者

克里斯托夫Demaziere是物理学的技术,他领导的DREAM(确定性反应器建模)专案组,在中子输运,流体力学,传热,和数值方法的专业跨学科组的查尔姆斯理工大学系教授。

2020年出版

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