基于社交網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)核科學(xué)知識的科普化教學(xué)研究與實踐*

林 輝 魯迎春 孟大敏 景 佳

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院物理系 安徽 合肥 230009)

基于社交網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)核科學(xué)知識的科普化教學(xué)研究與實踐*

林 輝 魯迎春 孟大敏 景 佳

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院物理系 安徽 合肥 230009)

核科學(xué)知識的普及化教育是大學(xué)物理教學(xué)之外的延伸教學(xué)，有益于提高學(xué)生的核科學(xué)素養(yǎng).核科學(xué)技術(shù)的理論基礎(chǔ)較為簡單，適合于進(jìn)行不受時間和地點約束的基于社交網(wǎng)絡(luò)平臺的“自主學(xué)習(xí)+在線討論”的教學(xué)形式.本工作依托社交軟件QQ群平臺，針對我院物理類一、二年級研究生，開展了核科學(xué)知識的在線學(xué)習(xí).通過定期分階段發(fā)放核科學(xué)教學(xué)材料，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；通過碎片式知識點的概括和講解，組織學(xué)生開展在線討論，活躍學(xué)習(xí)氛圍；及時在線解答學(xué)生的疑問，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.通過時間、地點靈活的在線教學(xué)，提高了學(xué)生的核科學(xué)認(rèn)知水平.

核科學(xué)知識 自主學(xué)習(xí) 在線討論

兩年一次的核安全峰會于2016年4月1日在華盛頓舉行第四屆會議，核安全峰會旨在倡導(dǎo)核安全和打擊防范全球性的核恐怖主義.核電、核能、放射性元素醫(yī)療診斷等早已深入到日常生活.然而，我們周圍，包括新時代的大學(xué)本科生、研究生，對核的理解還大多處于一知半解的核畏懼、核恐慌的皮毛層次.特別是2011年3月12日因大地震日本福島核電站發(fā)生令人震驚的爆炸及核泄露事件之后，人們更是陷入了談核色變的境地.我國甚至出現(xiàn)了搶購食鹽的不理智行為.世界上也掀起了一股反核能、核電的偽科學(xué)運(yùn)動高潮.

核科學(xué)知識的普及化教育是新時代大學(xué)生和研究生需要惡補(bǔ)的一門通識性課程.我國的高中物理學(xué)習(xí)過基本的原子物理知識，大學(xué)物理也學(xué)習(xí)過愛因斯坦的質(zhì)能公式、量子物理等，學(xué)生普遍具有基本的原子、原子核理論，但是對放射物理及其應(yīng)用方面的知識還比較欠缺，更缺乏理論與實際相聯(lián)系的認(rèn)知訓(xùn)練.

本工作依托常規(guī)社交軟件平臺(QQ群)，針對我院物理類一、二年級研究生開展了科普化的核科學(xué)知識的在線學(xué)習(xí).首先通過調(diào)查問卷了解了學(xué)生對核科學(xué)知識的認(rèn)知程度和認(rèn)知期待；采用定期發(fā)放核科學(xué)教學(xué)材料，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并開展在線討論及時解答學(xué)生的疑問；最后通過考查的輕松形式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了測試，向?qū)W生科普了與生活密切相關(guān)的核科學(xué)技術(shù)知識，提高了學(xué)生的核科學(xué)認(rèn)知水平.

1 核科學(xué)技術(shù)的認(rèn)知現(xiàn)狀調(diào)查

作為物理類研究生本科大多來自于物理學(xué)相關(guān)專業(yè)(如物理學(xué)、電子科學(xué)等)，雖然學(xué)習(xí)過原子物理、量子力學(xué)，但是普遍沒有學(xué)習(xí)過原子核物理，對原子核構(gòu)成的認(rèn)知基本上停留在高中知識階段.對輻射物理及其應(yīng)用方面的了解還比較欠缺，更缺乏理論與實際相聯(lián)系的認(rèn)知訓(xùn)練.為了了解一般物理類研究生對核科學(xué)知識認(rèn)知的真實情況，我們對我院(電子科學(xué)與應(yīng)用物理)一、二年級的6個專業(yè)(物理學(xué)、光學(xué)工程、物理電子學(xué)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)、集成電路與系統(tǒng)、電子與通信工程)的研究生共91人進(jìn)行了問卷調(diào)查.問題包括20個與日常生活緊密相關(guān)的輻射問題，部分問題取自于文獻(xiàn)[1].為反映學(xué)生的真實認(rèn)知水平，要求學(xué)生不要到互聯(lián)網(wǎng)上查詢答案，且在規(guī)定的時間內(nèi)(20 min)獨立完成調(diào)查問卷并返回.問題和結(jié)果如表1所示.

表1 學(xué)生對“核科學(xué)技術(shù)”的認(rèn)知情況調(diào)查

其中，“所有的放射性都能引發(fā)癌癥”“放射性物質(zhì)和放射是人工制造的，在科學(xué)家創(chuàng)造出來之前它們并不存在”“核武器中質(zhì)量很小的物質(zhì)就可以釋放出驚人的能量”“人們可以感覺到放射性”的答對率超過90%，表示一般學(xué)生都具有常規(guī)性的核知識.

但是對于更深層次的核技術(shù)應(yīng)用知識就表現(xiàn)出匱乏，尤其對核電站的認(rèn)識錯誤特別突出，如“核電站不適當(dāng)?shù)牟僮鲿鹑缤宋淦饕粯拥谋ā薄昂穗姀S會給公眾健康和環(huán)境帶來一系列破壞”“被輻射消毒滅菌過的食物仍然具有放射性”“核電站的廢料可以轉(zhuǎn)換為核武器”“人類已經(jīng)掌握了實現(xiàn)核聚變反應(yīng)技術(shù)”的錯誤率分別為 70%、56%、48%、44%、42%.

此外，在核技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用和對目前的醫(yī)學(xué)認(rèn)知水平上存在錯誤，如“醫(yī)學(xué)家能夠區(qū)分由于放射性引起的癌癥與其他原因引起的癌癥”“服用碘鹽能夠預(yù)防核輻射”“醫(yī)學(xué)X射線診斷是危險的”“所有的核醫(yī)學(xué)技術(shù)都是高度危險的” 的錯誤率分別為47%、29%、25%、24%.特別是誤解“醫(yī)學(xué)家能夠區(qū)分由于放射性引起的癌癥與其他原因引起的癌癥”，容易將學(xué)生引向?qū)⒁恍┲卮蠹膊?如腫瘤、白血病等)完全歸咎于核輻射或環(huán)境輻射污染的偽科學(xué)結(jié)論.

可喜的是，被調(diào)查的學(xué)生中，盡管學(xué)習(xí)和科研任務(wù)繁重，仍然有59%學(xué)生愿意抽出時間來接受核科學(xué)知識的在線學(xué)習(xí).

2 基于自主學(xué)習(xí)的核科學(xué)知識教學(xué)實踐

(1)淺顯易懂的核科學(xué)技術(shù)知識，適合于開展在線式的自主學(xué)習(xí)

系統(tǒng)學(xué)習(xí)原子核物理費(fèi)時費(fèi)力，且對于大多數(shù)非核物理專業(yè)的學(xué)生來說，并沒有這方面的就業(yè)需求.在現(xiàn)今倡導(dǎo)以就業(yè)為導(dǎo)向的教育觀念下，很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

然而，縱觀核科學(xué)知識教學(xué)資料，雖然原子核物理理論復(fù)雜，但與公眾認(rèn)知相關(guān)的核能、核電、核武器、核醫(yī)學(xué)等涉及的主要理論，也就是愛因斯坦的質(zhì)能公式，比較簡單.而復(fù)雜的核技術(shù)工程實現(xiàn)，對非核科學(xué)技術(shù)從業(yè)人員來說，只是展現(xiàn)基本的原理和裝置構(gòu)造，所以用于授課的課件資料和測試?yán)}等較為直白，易于開展學(xué)生的自主學(xué)習(xí).通過分階段、有節(jié)奏地發(fā)放學(xué)習(xí)材料，并結(jié)合相對時間自由的碎片式知識點講解、在線問題討論和及時解答，可開展核科學(xué)知識的普及化教學(xué).

(2)取材于生活和新聞圖片的豐富核科學(xué)資源，可輔助開展核科學(xué)自主學(xué)習(xí)

本教學(xué)中的自主學(xué)習(xí)材料依托羅上庚的《走進(jìn)核科學(xué)技術(shù)》教材[2]，蘭州大學(xué)吳王鎖教授的網(wǎng)絡(luò)視頻公開課[3]，以及山東大學(xué)侯桂華教授的網(wǎng)絡(luò)視頻公開課[4]為藍(lán)本，分成以下7個專題進(jìn)行了學(xué)習(xí)和討論：

1)核物理基礎(chǔ)——介紹了放射性的發(fā)現(xiàn)歷史、產(chǎn)生原理，基本的輻射物理概念、度量單位，以及帶電粒子與物質(zhì)的相互作用等，概括性介紹了核物理的基礎(chǔ)理論.

2)輻射分類及其生物學(xué)效應(yīng)——介紹了輻射的分類，電離輻射與非電離輻射，電離輻射的來源、作用及生物損傷效應(yīng)等.通過解說輻射的分類，幫助學(xué)生區(qū)分安全的輻射和危險的輻射.

3)核電與核動力——介紹了核電站原理與核爆炸、三次大的核電站事故等，以幫助學(xué)生認(rèn)知核反應(yīng)堆的安全防護(hù)屏障，正確認(rèn)知核反應(yīng)堆的安全性，并以豐富的圖片向?qū)W生展現(xiàn)了世界上先進(jìn)的核航母、核潛艇、核動力火箭、核動力衛(wèi)星、設(shè)想中的核空間飛行器等，介紹了它們的工作原理，幫助學(xué)生了解現(xiàn)今核能的和平利用.

4)核武器——介紹了核武器的威力、原子彈的原理、新型核武器、核試驗的新形式等，帶領(lǐng)學(xué)生了解核爆炸的必備條件、現(xiàn)今世界上新型的核武器，以及現(xiàn)代計算機(jī)仿真技術(shù)在新型核試驗中的作用等，緩解學(xué)生的核恐懼壓力.

5)輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用——介紹了輻射治療腫瘤和輻射醫(yī)學(xué)圖像診斷技術(shù)等，介紹了輻射的安全閾值，幫助學(xué)生認(rèn)知醫(yī)療檢查的安全性，并提升自我防御醫(yī)療過度的意識.

6)核廢料處理——介紹了放射性廢物的概念，核廢物的危害、來源和分類，處理核廢物的掩埋、嬗變等基本方法，幫助學(xué)生了解核廢料處理的知識，解除核擔(dān)憂.

7)輻射與防護(hù)——介紹了各類輻射的來源、輻射的防護(hù)方法、反應(yīng)堆核設(shè)施的安全防護(hù)措施等，幫助學(xué)生正確認(rèn)知天然輻射和人工輻射的關(guān)系，增長了輻射防護(hù)的常識，加深了對核反應(yīng)堆安全性的理解.

此外，依托位于合肥的中國科學(xué)院等離子體物理研究所的托卡馬克核聚變裝置EAST，組織學(xué)生進(jìn)行一次實地考察和學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生將核科學(xué)理論與大科學(xué)裝置工程實現(xiàn)之間建立知識上的聯(lián)系.

(3)深入滲透生活的社交網(wǎng)絡(luò)平臺，提供了在線討論和及時解惑的最方便工具

微信、騰訊QQ等社交網(wǎng)絡(luò)如今深入滲透到生活的方方面面,研究生都擁有自己的賬號.通過建立QQ討論群，定期發(fā)放電子版調(diào)查問卷、自主學(xué)習(xí)材料，以及進(jìn)行碎片式知識點講解、在線討論和問題解惑等，都通過QQ平臺完成.時間、地點自由，形式靈活.

3 學(xué)習(xí)效果的考察

經(jīng)過約2個月，7個專題和1次實地考察的學(xué)習(xí)后，重新向?qū)W生發(fā)放增加了50%新題目的問卷，并采用開卷的輕松形式進(jìn)行了考查.

考查題目中，有些采用簡單定量計算的方式，如“若一個人胸部受到能量 20keV， 吸收劑量 1 毫戈瑞的中子輻射照射，另一個人胃部受到吸收劑量 3 毫戈瑞的X射線照射，問兩人所受輻射的有效劑量誰大？”幫助學(xué)生理解吸收劑量、劑量當(dāng)量與有效劑量的概念差異，正確認(rèn)知輻射劑量與生物學(xué)效應(yīng)之間的關(guān)系.有些題目通過設(shè)問的方式，加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的印象，如“核反應(yīng)堆的三重防護(hù)屏障是指燃料包殼、壓力容器和安全殼嗎？”以幫助學(xué)生加深對反應(yīng)堆安全防護(hù)措施的了解，使其樹立核電站對周邊環(huán)境影響的正確認(rèn)知，“把任意質(zhì)量的易裂變材料(U-235或Pu-239)堆放在一起就可發(fā)生核爆炸嗎?”以幫助學(xué)生認(rèn)知核爆炸發(fā)生的基本條件.有些題目向?qū)W生強(qiáng)化了當(dāng)今核科學(xué)研究的前沿，如“核廢料處理除了深掩埋外，更為積極的處理方法是嬗變，請指出嬗變的目的”“人類設(shè)想的核動力太空飛行器——光子火箭是利用了什么原理”“計算機(jī)模擬的‘核試驗’也算核試驗嗎”等.

通過測試，學(xué)生回答問題的正確率高達(dá)90%以上，反映了學(xué)生核科學(xué)知識認(rèn)知水平的提高.

4 討論與結(jié)論

核科學(xué)知識的普及化教育是新時代大學(xué)生和研究生課堂學(xué)習(xí)之外的延伸教學(xué)，有益于提高學(xué)生的核科學(xué)素養(yǎng)，消除核輻射恐懼.而核科學(xué)應(yīng)用涉及面廣，與生產(chǎn)生活聯(lián)系較多，也易于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

核科學(xué)和核技術(shù)的理論基礎(chǔ)比較簡單，學(xué)習(xí)的知識點雖然較為繁多，但是淺顯易懂，涉及的理論計算也不難.核科學(xué)和核技術(shù)應(yīng)用主要還是工程實現(xiàn)方面的工作，而這些原理和過程可以通過圖片、動畫等展示，因此核科學(xué)教學(xué)比較適合于進(jìn)行這種不受時間和地點約束的“自主學(xué)習(xí)+在線討論”的學(xué)習(xí)方式.

本工作依托社交軟件平臺QQ群，針對我院物理類一、二年級研究生開展了核科學(xué)技術(shù)的在線學(xué)習(xí).通過分階段發(fā)放核科學(xué)教學(xué)材料，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并開展在線討論，及時解答學(xué)生的疑問.通過學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的核科學(xué)認(rèn)知水平，也培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)核科學(xué)知識的興趣與能力.

1 孫樹萍，劉軍深.對高中“核科學(xué)技術(shù)”教育的重新審視.化學(xué)教育，2013(5):11～15

2 羅上庚.走進(jìn)核科學(xué)技術(shù).北京:原子能出版社,2005.Ⅰ～Ⅷ

3 吳王鎖.蘭州大學(xué)公開課：走近核科學(xué)技術(shù).http://open. 163.com/special/cuvocw/hekexuejishu.html

4 侯桂華.輻射與防護(hù)公開課.http://www.icourses.cn/viewVCourse.action?courseId=ff80808141e35ab801 41e416e6750085

Research and Practice on Popular Science Teaching Based on Social Network Platform for Independent Study of Nuclear Science Knowledge

Lin Hui Lu Yingchun Meng Damin Jing Jia

(School of Electronic Science & Application Physics, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009)

The popularization of knowledge of nuclear science is an extension of the University Physics teaching. It is beneficial to improve the students′ nuclear science literacy. The theoretical basis of nuclear science and technology is relatively simple, and is suitable for the teaching form of “Autonomous Learning + online discussing” based on social network platform, which is not restricted by time and place. This work relies on social software group platform to carry out the online learning of nuclear science knowledge for our college Physics class one or two grade graduate students. Guiding students for autonomous learning by regularly distributing nuclear science teaching materials; Summing up and explaining the fragmentation of knowledge points to organize students to carry out online discussions, and active learning atmosphere; Answering student questions online in a timely manner to improve the learning efficiency of students. Through the time and place flexible online teaching, the students′ cognitive levels of nuclear science are improved.

nuclear science knowledge; autonomous learning; online discussion

*合肥工業(yè)大學(xué)研究生培養(yǎng)質(zhì)量工程項目,項目編號：YJG2015Y02,YJG2014Y11；安徽省教育廳人文社會科學(xué)重點研究項目，項目編號：SK2015A457

林輝(1973- )，女，博士，副教授，主要從事物理教學(xué)與研究，科研方向為核技術(shù)應(yīng)用.

2017-02-07)