基于混合式教學(xué)的“核科學(xué)技術(shù)應(yīng)用”微課設(shè)計(jì)
——以“放射性碳-14 鑒年”為例

常樹(shù)全

（南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇·南京 210016）

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”將帶來(lái)教育內(nèi)容的持續(xù)更新、教育樣式的不斷變化、教育評(píng)價(jià)的日益多元。微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、手機(jī)課堂等等，就是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物?！拔⒄n”具有通俗易懂、短小精悍、可重復(fù)學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，在混合式教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文以“放射性碳-14 鑒年”為例介紹基于混合式教學(xué)的微課設(shè)計(jì)。

核科學(xué)技術(shù)是一門(mén)尖端科學(xué)，也是一類(lèi)非常實(shí)用的技術(shù)，在軍事和民用領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色。依托我校核技術(shù)國(guó)防特色專(zhuān)業(yè)，我們面向本科生開(kāi)設(shè)了“核科學(xué)技術(shù)應(yīng)用”課程，內(nèi)容涵蓋核科學(xué)技術(shù)在軍事、航空航天、能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、考古、環(huán)境等方面的應(yīng)用。由于課程涉及面廣、知識(shí)點(diǎn)多，在授課過(guò)程中注重原理和方法的講解，注重專(zhuān)業(yè)性與趣味性相結(jié)合，旨在讓學(xué)生掌握核技術(shù)應(yīng)用的基本原理與方法，了解核與輻射安全基本知識(shí)。本微課內(nèi)容屬于 “核科學(xué)技術(shù)應(yīng)用”第六章“核科學(xué)技術(shù)在考古中的應(yīng)用”中的一個(gè)重要章節(jié)。

1 “放射性碳-14 鑒年”微課設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1.1 教學(xué)目標(biāo)及設(shè)計(jì)思路

本微課的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握放射性碳-14 鑒年法的基本原理、測(cè)量方法和操作流程；讓學(xué)了解放射性碳-14 鑒年法的誕生歷史和應(yīng)用領(lǐng)域，拓展學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

本微課秉承“以學(xué)生為中心”的理念，以激發(fā)學(xué)生興趣為導(dǎo)向，綜合運(yùn)用多媒體信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。針對(duì)本微課內(nèi)容特點(diǎn)，重點(diǎn)講解原理和方法，注重專(zhuān)業(yè)性與拓展性相結(jié)合，注重知識(shí)傳授與啟發(fā)思考相結(jié)合。利用動(dòng)畫(huà)、圖片、演示視頻等手段提高直觀性和生動(dòng)性，利用經(jīng)典故事、著名人物、典型案例等素材提高趣味性和生動(dòng)性，引入公式、例題等闡述原理，設(shè)置思考題和拓展資料引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)思考，高效傳遞知識(shí)、技能和思想。

1.2 教學(xué)過(guò)程及教學(xué)策略（見(jiàn)表1）

（1）知識(shí)點(diǎn)引出。通過(guò)視頻，講述富有神秘色彩的經(jīng)典故事-耶穌裹尸布之謎，吸引學(xué)生注意力，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入考古世界，引出放射性碳-14 鑒年技術(shù)。

（2） 知識(shí)點(diǎn)在課程中的位置。本微課屬于核技術(shù)在考古中應(yīng)用的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。一句話帶過(guò)，讓學(xué)生對(duì)本次講解的知識(shí)進(jìn)行初步定位，做到心中有數(shù)。

（3） 碳-14 鑒年的誕生。介紹Libby 教授因碳-14 鑒年技術(shù)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，讓學(xué)生了解該技術(shù)的誕生和重要價(jià)值。

（4）碳-14 鑒年的原理。“為什么如此殊榮會(huì)垂青于碳-14呢？”以此引出碳-14 鑒年的原理講解。這是重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)圖片介紹碳-14 的特殊之處，講解其放射性衰變過(guò)程。通過(guò)公式，講解放射性衰變規(guī)律，介紹放射性衰變用于時(shí)間度量的可能性（理論基礎(chǔ)）。通過(guò)與古代燃燒香燭計(jì)時(shí)和現(xiàn)代利用鐘表計(jì)時(shí)的對(duì)比，介紹碳-14 鑒年的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?！叭绾未_定待鑒定樣品中碳-14 的初始量和剩余量是碳-14 鑒年的關(guān)鍵?！?碳-14的初始濃度是無(wú)法測(cè)量的，因?yàn)槲覀儾豢赡艽┰降竭^(guò)去。以此作為過(guò)渡，引出空氣中碳-14 平衡和碳循環(huán)的介紹。采用動(dòng)畫(huà)的方式，介紹碳-14 產(chǎn)生和衰變過(guò)程及平衡濃度、自然界碳循環(huán)過(guò)程、生物體內(nèi)碳濃度、年代推算原理。

表1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

（5）碳-14 的測(cè)量方法。樣品中碳-14 剩余量的測(cè)量精度直接關(guān)系到鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性，其測(cè)量方法也是講解重點(diǎn)。首先介紹了放射性測(cè)量的原理和公式，然后通過(guò)例題講解利用測(cè)量放射性來(lái)計(jì)算年代的方法。通過(guò)實(shí)物照片，展示放射性測(cè)量、加速器質(zhì)譜分析的儀器設(shè)備。通過(guò)表格，對(duì)比兩種技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)。讓學(xué)生從多個(gè)角度掌握兩種測(cè)量方法（原理、儀器設(shè)備、優(yōu)缺點(diǎn)）。

（6）碳-14 鑒年的操作流程。通過(guò)兩種方法比較，引出利用加速器質(zhì)譜法進(jìn)行碳-14 測(cè)定的操作流程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示和教學(xué)視頻，展示儀器設(shè)備，介紹主要操作流程和注意事項(xiàng)，讓學(xué)生身臨其境地學(xué)習(xí)實(shí)際操作流程。樣品的處理方式會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。該部分內(nèi)容也是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。

（7）碳-14 鑒年的應(yīng)用案例。通過(guò)圖片展示，介紹碳-14 的應(yīng)用領(lǐng)域及可以廣泛應(yīng)用的原因。然后通過(guò)圖片概述碳-14 鑒年應(yīng)用的部分經(jīng)典案例，包括埃及法老棺木、阿爾卑斯山冰人、馬王堆漢墓、夏商周斷代工程等，讓學(xué)生加深理解、拓展視野。

（8） 課程小結(jié)。回顧總結(jié)本次微課的3 個(gè)需要掌握的內(nèi)容（基本原理、測(cè)量方法、操作流程）和2 個(gè)需要了解的內(nèi)容（誕生歷史、應(yīng)用案例），明確學(xué)習(xí)重點(diǎn)。

（9）課后思考與拓展學(xué)習(xí)。本課程主要介紹了碳-14 鑒年的基本原理和方法。該技術(shù)的原理比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有許多復(fù)雜問(wèn)題需要考慮。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用，給出3 個(gè)思考題，其中1 個(gè)原理性問(wèn)題（該技術(shù)的適用年代）和2 個(gè)技術(shù)性問(wèn)題（樣品碳玷污與處理、空氣中碳-14 濃度變化與校正），引導(dǎo)學(xué)生深入思考。給出了圖書(shū)資料和網(wǎng)絡(luò)資源，供學(xué)生深入學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，我們要對(duì)教育模式和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行不斷升級(jí)。本文以“放射性碳-14 鑒年”為例，介紹了基于混合式教學(xué)的“核科學(xué)技術(shù)應(yīng)用”微課設(shè)計(jì)與實(shí)踐，希望能夠?yàn)椤盎ヂ?lián)網(wǎng)+”背景下混合式微課教學(xué)起到拋磚引玉的作用。