郝昕，顏強(qiáng)

（深圳大學(xué)a.物理與光電工程學(xué)院；b.中國核能與安全高等研究院，廣東 深圳 518060）

0 引言

“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”（Project-based Learning，PBL）源自教育家杜威倡導(dǎo)的“從做中學(xué)”，是一種把項(xiàng)目管理的理念應(yīng)用于教學(xué)中的教學(xué)模式，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下圍繞實(shí)際問題，運(yùn)用學(xué)科的基本概念和原理借用多種資源和技術(shù)開展實(shí)踐探究活動，解決一系列問題，從而獲取知識和技能.［1］翻轉(zhuǎn)課堂（the Flipped Classroom）也被譯為“顛倒的課堂”，其核心是借助網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)打破傳統(tǒng)時空學(xué)習(xí)的局限，對傳統(tǒng)課堂教學(xué)流程進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)”，實(shí)現(xiàn)對知識傳授和知識內(nèi)化這兩個教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)化.［1］項(xiàng)目學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂都是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的革新，均強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，在網(wǎng)絡(luò)時代為新一代個性化學(xué)習(xí)提供了更大限度的選擇自由.項(xiàng)目學(xué)習(xí)中學(xué)生進(jìn)行大量課下實(shí)踐活動，利用課上時間分小組對每個項(xiàng)目進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)部分翻轉(zhuǎn)課堂.涌現(xiàn)的多種新型教學(xué)模式已更多地在中小學(xué)基礎(chǔ)教育中開展，高等教育課程尤其是理工科課程還需要通過更多課程的實(shí)踐.

“核輻射探測學(xué)”是核工程類下設(shè)核工程與核技術(shù)、工程物理等多個本科專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程核心內(nèi)容射線與物質(zhì)相互作用和探測器基本類型及原理等是核工業(yè)人才必備的專業(yè)知識，是一門理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合緊密的理工科課程.課程兼具理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性多方面特點(diǎn)，單一的講授方式很難讓學(xué)生掌握課程要求.課程對理論性要求較高，尤其是射線與物質(zhì)相互作用部分要求模擬出能量沉積厚度；實(shí)踐性要求較高，以能譜探測為例要求學(xué)生掌握能量刻度方法；應(yīng)用性要求較高，要求學(xué)生掌握多種應(yīng)用場景探測需求；課程具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，在核科學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用需求的推動下，不斷涌現(xiàn)出新型核輻射探測器和探測技術(shù).為了讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)新型探測器知識、提高實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力，探索由教師設(shè)計(jì)任務(wù)、學(xué)生組成小組采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)［2］等教學(xué)形式，開展部分翻轉(zhuǎn)課堂在高等教育理工科課程的教學(xué)實(shí)踐［3］并實(shí)現(xiàn)有效翻轉(zhuǎn)［4］都是值得探究的問題.

1 課程的教學(xué)現(xiàn)狀及要解決的問題

“核輻射探測學(xué)”作為一門理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性結(jié)合的基礎(chǔ)課程，在多年的教學(xué)實(shí)踐中，普遍存在以下教學(xué)問題：

1.1 教學(xué)以教師為中心，忽略學(xué)生的主體地位

教學(xué)資源局限于教材，對不斷出現(xiàn)的新型探測器較少涉及，教學(xué)很難跟上新型探測技術(shù)的發(fā)展［5］.學(xué)生主要通過教材了解專業(yè)知識，通過死記硬背的方式應(yīng)付考試，這種消極的教學(xué)忽略了學(xué)生的主體地位，沒有充分調(diào)動學(xué)生的積極性.［6］

1.2 教學(xué)中輕實(shí)踐重理論

課程的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，產(chǎn)生學(xué)生的理論知識不能得到有效應(yīng)用.學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力的提升得不到重視，很難實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化.這是目前是國內(nèi)很多開設(shè)核工程類專業(yè)高校面臨的一個實(shí)際問題［7］.

1.3 缺乏針對性的分層次教學(xué)和因材施教

核科學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，將面臨多層次的工作需求.最基本層次的要求是普遍需要掌握基本的探測學(xué)概念；高一層次要求是從事探測實(shí)驗(yàn)工作的人員要掌握探測器基本原理和性能指標(biāo)及應(yīng)用范圍；更高層次要求是探測器開發(fā)工作人員能自主設(shè)計(jì)開發(fā)滿足不同要求的新型探測器.

如何實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)？如何想辦法解決學(xué)生對新型探測器知識的自主涉獵：如何實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)的緊密銜接，同時滿足行業(yè)對學(xué)生知識和能力的多層次需求？這些問題是主講教師在教學(xué)中要著重解決的問題.針對教學(xué)內(nèi)容開展貫穿整個課程的項(xiàng)目學(xué)習(xí)與課堂展示結(jié)合的部分翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)創(chuàng)新從根本上解決了上述問題.

2 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實(shí)踐探索

由教師根據(jù)科研方向和學(xué)科發(fā)展設(shè)計(jì)任務(wù)題目，學(xué)生組成小組開展貫穿整個課程的項(xiàng)目學(xué)習(xí).學(xué)生選題后在多次小組學(xué)習(xí)中由教師指導(dǎo)，以確保學(xué)生做得專業(yè)、有收獲.教學(xué)過程中多個學(xué)生小組參與科研，學(xué)生不僅有機(jī)會了解大量探測設(shè)備、測試設(shè)備的性能，也可以在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)、組裝新的探測單元.這種教學(xué)模式的核心目的就是要培養(yǎng)學(xué)生的利用現(xiàn)代信息技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力，學(xué)生在不同項(xiàng)目的展示中可以展開討論、拓寬視野.

2.1 圍繞適宜的主題開展教學(xué)實(shí)踐活動

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的成敗在于項(xiàng)目選題的設(shè)計(jì)，課程教學(xué)中應(yīng)圍繞適宜的主題開展教學(xué)實(shí)踐活動.課堂展示的部分要結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)開展各種新型探測器的介紹.教師在課程開始應(yīng)明確考核方式即課堂展示占成績的比例，以便學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中一直關(guān)注對課程核心內(nèi)容的理解并將對新型探測器的信息收集貫穿始終.在學(xué)習(xí)基本探測原理和各種類型的探測器工作機(jī)制后，開展“課堂展示—集體評價討論—教師點(diǎn)評”的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動.在翻轉(zhuǎn)課堂中，教師發(fā)揮比傳統(tǒng)課程更有指導(dǎo)性的作用，即指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和點(diǎn)評評價等.

項(xiàng)目學(xué)習(xí)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果成敗的關(guān)鍵在于教師確定適合的項(xiàng)目選題，要讓學(xué)生利用現(xiàn)代信息技術(shù)跟蹤學(xué)科發(fā)展.翻轉(zhuǎn)課堂的有效翻轉(zhuǎn)不在于是否有教學(xué)視頻等形式，而在于學(xué)生在課下是否對所要翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容有足夠的時間和精力投入，而這又決定于項(xiàng)目適宜與否和學(xué)生可執(zhí)行的情況.因此教師確定有意義、難易度適當(dāng)、工作量適當(dāng)?shù)倪x題范圍尤為重要.在適當(dāng)?shù)捻?xiàng)目選題基礎(chǔ)上，學(xué)生可以在有限次教師指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，完成課前的學(xué)習(xí)任務(wù)，在課堂上才能實(shí)現(xiàn)有效的翻轉(zhuǎn).

2.2 項(xiàng)目學(xué)習(xí)的核心環(huán)節(jié)在于課堂實(shí)施

項(xiàng)目學(xué)習(xí)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)核心環(huán)節(jié)在于課堂實(shí)施，即學(xué)生課堂展示、全體討論評價和教師點(diǎn)評.教師應(yīng)把握好課上的環(huán)節(jié)，要求學(xué)生充分準(zhǔn)備并嚴(yán)格限時以提高課堂效率.學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)準(zhǔn)備材料，教師課上要鼓勵學(xué)生積極發(fā)言并對講述中出現(xiàn)的問題和錯誤及時指出，同時鼓勵其他學(xué)生積極思考展開討論給出建議.雖然以學(xué)生為主體，教師還是起著關(guān)鍵的組織和引領(lǐng)作用，教師針對每位學(xué)生的發(fā)言作針對性講評，提出建議.通過多組學(xué)生的分享和討論，全體學(xué)生可以了解多種應(yīng)用場景的探測需求.

2.3 多樣化評價符合學(xué)生個性化發(fā)展需要

課程考核形式主要為過程性考核，以實(shí)現(xiàn)多元考評，達(dá)到以評促學(xué)目的.教師和全體學(xué)生依據(jù)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析、現(xiàn)場展示效果等給出合理成績，評分作為平時成績的一部分，形成過程性教學(xué)評價.翻轉(zhuǎn)課堂的課堂展示評分在平時成績中占比為10分，學(xué)生成績由教師和全體學(xué)生根據(jù)展示情況、小組參與和課堂討論參與情況共同評分.具體評分辦法為在展示前發(fā)放包含評分欄和建議欄的表格，展示后回收統(tǒng)計(jì)作為學(xué)生成績.

3 教學(xué)實(shí)踐取得的成效與經(jīng)驗(yàn)

3.1 兼顧學(xué)生個體差異并實(shí)現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)開展小組學(xué)習(xí)培養(yǎng)了協(xié)作交流的科學(xué)精神，同時針對學(xué)生的個體差異，根據(jù)其感興趣方向和自身學(xué)習(xí)情況，兼顧每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，使每位學(xué)生都有收獲.在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中差異化的發(fā)展?jié)M足了核工業(yè)對不同層次學(xué)生的要求，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)不只是發(fā)現(xiàn)學(xué)生的能力，而是鼓勵學(xué)生的發(fā)展，讓所有學(xué)生學(xué)得更好、都有收獲.目前已進(jìn)行多次部分翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)嘗試，在經(jīng)歷了課堂展示主題范圍的變化后，在教師團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，學(xué)生展示的工作更專業(yè)、更深入.學(xué)生展示的主題有μ 子探測、基于硅光電倍增管的閃爍體性能測試、復(fù)雜的中微子探測器、暗物質(zhì)探測器、新型中子探測器介紹等，學(xué)生深入了解了探測器的工作原理和新型探測器的設(shè)計(jì)過程，通過課堂展示的翻轉(zhuǎn)課堂集體討論評價等環(huán)節(jié)，拓寬了學(xué)生視野.

3.2 項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)提升了教學(xué)效果

教學(xué)活動取得了很好的教學(xué)效果，連續(xù)多年課堂教學(xué)測評成績優(yōu)秀，如最近5 年教學(xué)測評相對排名為深圳大學(xué)前20.49%、22.4%、28.1%、8.09%、19.12%.在多次教學(xué)實(shí)踐中，課堂測評留言有“分享環(huán)節(jié)很好，希望能保持”等，學(xué)生確實(shí)感受到了收獲.學(xué)生小組的項(xiàng)目獲得大學(xué)生創(chuàng)新發(fā)展基金基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資助，采用的探測儀器和方法是利用課程所學(xué)基本原理結(jié)合新的探測技術(shù)發(fā)展方向由學(xué)生小組共同提出.

3.3 教學(xué)實(shí)踐中積累了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

首先，在課程初期應(yīng)明確考核方式.教師在課程初期應(yīng)明確課程期末試卷占總成績40%、平時成績占總成績60%（包含作業(yè)30 分、測驗(yàn)10分，軟件計(jì)算大作業(yè)10 分、PBL 課堂展示10 分）；同時明確項(xiàng)目學(xué)習(xí)選題范圍及要求以便學(xué)生在整個課程的學(xué)習(xí)過程中一直關(guān)注對課程核心內(nèi)容探測器工作原理的理解，并將對新型探測器的信息收集貫穿始終.課程成績的考核應(yīng)完善多方面全方位的評價方式，學(xué)生在課堂展示部分的表現(xiàn)作為平時成績的一部分，評價結(jié)果要公平公正.教師不應(yīng)只用分?jǐn)?shù)來激勵學(xué)生學(xué)習(xí)，而是借助所教的學(xué)科，借助于該學(xué)科所提出的問題和學(xué)習(xí)者所能看到的該學(xué)科的前景［8］“.核輻射探測學(xué)”在核學(xué)科的各個方面都有著廣泛應(yīng)用，如從暗物質(zhì)測量的基礎(chǔ)研究到核技術(shù)在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用等.我國核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)2019 年產(chǎn)值保守估計(jì)約為5000 億元，年增長率保持在15%～20%，2023 年將突破萬億元［9］.巨大的產(chǎn)值和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域足以激勵學(xué)生學(xué)習(xí).同時，學(xué)生在參與項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中，可以了解到我國目前核工業(yè)需求的大量探測設(shè)備主要依靠從國外高價進(jìn)口，尤其是涉及國家安全的探測設(shè)備是禁運(yùn)的，深入了解行業(yè)缺人、缺技術(shù)的落后現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和歷史使命感，同時了解核工業(yè)巨大的社會價值、經(jīng)濟(jì)價值和良好的學(xué)科前景，激勵學(xué)生投身國家核事業(yè)的熱情.

其次，嚴(yán)格限制學(xué)生的課堂展示時間，提高翻轉(zhuǎn)課堂的效率.課堂展示一定會占用課堂教學(xué)時間，學(xué)生工作有意義準(zhǔn)備又充分，所有學(xué)生都會有收獲；但如果學(xué)生準(zhǔn)備不充分又展示延時勢必影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果.如果出現(xiàn)這種情況，教師應(yīng)當(dāng)適時提醒并提供針對性建議.考慮到學(xué)生人數(shù)多的課程會占用太多課時的情況不適合開展課內(nèi)展示，可以通過上傳視頻的形式開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的展示活動.

再次，學(xué)生選題后的小組實(shí)踐過程教師應(yīng)給予足夠的指導(dǎo)，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程和利用答疑時間召開小組討論會使學(xué)生實(shí)驗(yàn)更深入、更專業(yè).同時應(yīng)安排好翻轉(zhuǎn)課堂開展的時間.學(xué)生曾反饋：“最后的分享環(huán)節(jié)很好，希望能保持，但希望不要安排在期末，對期末復(fù)習(xí)壓力大，也對同學(xué)分享內(nèi)容打了折扣，安排在期中左右算作期中考試一個形式最好.”考慮到課堂展示需要學(xué)生掌握大部分課程知識，故應(yīng)調(diào)整到期末前一個月開展.

綜上所述，針對“核輻射探測學(xué)”的課程特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問題，開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)探索，圍繞合適的主題開展多小組的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)中不僅學(xué)生差異化的發(fā)展?jié)M足了核工業(yè)對不同層次學(xué)生的要求，而且充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí).項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，學(xué)生有更多機(jī)會接觸到探測設(shè)備，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，翻轉(zhuǎn)課堂的展示中各小組學(xué)生分享了多種探測環(huán)境的應(yīng)用，拓寬了視野，同時通過設(shè)計(jì)組裝新型探測器的實(shí)踐提高了創(chuàng)新能力.教學(xué)創(chuàng)新的探索克服了傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，取得了很好的教學(xué)效果，學(xué)生成績有所提高，課堂教學(xué)測評成績優(yōu)秀，學(xué)生也反映在學(xué)習(xí)中有收獲.

4 結(jié)語

目前在高等教育理工科課程“核輻射探測學(xué)”課程的教學(xué)實(shí)踐中，通過多次開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂取得了很好的教學(xué)效果并總結(jié)了一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn).主講教師其他課程也開展了不同選題要求的項(xiàng)目學(xué)習(xí)并取得了良好效果.比如在“原子核物理學(xué)”課程教學(xué)中，限定學(xué)生選擇核物理在不同方向的應(yīng)用作為課堂展示主題，學(xué)生自選的主題有核電池、穆斯保爾譜學(xué)、磁約束聚變等方向，學(xué)生反映“演講的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生們真正地了解到了一些東西”.對于實(shí)踐性和創(chuàng)新性要求較高的課程適合項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，值得在教學(xué)實(shí)踐中推廣，但應(yīng)選取合適的課程和內(nèi)容循序漸進(jìn)地開展.