項目學習法在高等學校理工科課程翻轉(zhuǎn)課堂教學中的應用探析
——以“核輻射探測學”教學為例

郝昕，顏強

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

0 引言

“項目學習”（Project-based Learning，PBL）源自教育家杜威倡導的“從做中學”，是一種把項目管理的理念應用于教學中的教學模式，學生在教師的指導下圍繞實際問題，運用學科的基本概念和原理借用多種資源和技術開展實踐探究活動，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)絡連接技術打破傳統(tǒng)時空學習的局限，對傳統(tǒng)課堂教學流程進行“翻轉(zhuǎn)”，實現(xiàn)對知識傳授和知識內(nèi)化這兩個教學環(huán)節(jié)的優(yōu)化.［1］項目學習和翻轉(zhuǎn)課堂都是對傳統(tǒng)課堂教學模式的革新，均強調(diào)以學生為中心的學習，在網(wǎng)絡時代為新一代個性化學習提供了更大限度的選擇自由.項目學習中學生進行大量課下實踐活動，利用課上時間分小組對每個項目進行展示，實現(xiàn)部分翻轉(zhuǎn)課堂.涌現(xiàn)的多種新型教學模式已更多地在中小學基礎教育中開展，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踐.

“核輻射探測學”是核工程類下設核工程與核技術、工程物理等多個本科專業(yè)必修的專業(yè)基礎課，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，是一門理論與實驗結合緊密的理工科課程.課程兼具理論性、實踐性、應用性、創(chuàng)新性多方面特點，單一的講授方式很難讓學生掌握課程要求.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；實踐性要求較高，以能譜探測為例要求學生掌握能量刻度方法；應用性要求較高，要求學生掌握多種應用場景探測需求；課程具有很強的創(chuàng)新性，在核科學基礎研究和應用需求的推動下，不斷涌現(xiàn)出新型核輻射探測器和探測技術.為了讓學生主動學習新型探測器知識、提高實踐技能和創(chuàng)新能力，探索由教師設計任務、學生組成小組采用項目學習［2］等教學形式，開展部分翻轉(zhuǎn)課堂在高等教育理工科課程的教學實踐［3］并實現(xiàn)有效翻轉(zhuǎn)［4］都是值得探究的問題.

1 課程的教學現(xiàn)狀及要解決的問題

“核輻射探測學”作為一門理論性、實踐性、應用性、創(chuàng)新性結合的基礎課程，在多年的教學實踐中，普遍存在以下教學問題：

1.1 教學以教師為中心，忽略學生的主體地位

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

1.2 教學中輕實踐重理論

課程的理論教學與實驗教學很難實現(xiàn)緊密結合，產(chǎn)生學生的理論知識不能得到有效應用.學生的實踐能力、應用能力、創(chuàng)新能力的提升得不到重視，很難實現(xiàn)理論教學與實驗教學一體化.這是目前是國內(nèi)很多開設核工程類專業(yè)高校面臨的一個實際問題［7］.

1.3 缺乏針對性的分層次教學和因材施教

核科學相關專業(yè)的學生，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概念；高一層次要求是從事探測實驗工作的人員要掌握探測器基本原理和性能指標及應用范圍；更高層次要求是探測器開發(fā)工作人員能自主設計開發(fā)滿足不同要求的新型探測器.

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

2 基于項目學習的翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐探索

由教師根據(jù)科研方向和學科發(fā)展設計任務題目，學生組成小組開展貫穿整個課程的項目學習.學生選題后在多次小組學習中由教師指導，以確保學生做得專業(yè)、有收獲.教學過程中多個學生小組參與科研，學生不僅有機會了解大量探測設備、測試設備的性能，也可以在教師的指導下設計、組裝新的探測單元.這種教學模式的核心目的就是要培養(yǎng)學生的利用現(xiàn)代信息技術的自主學習能力和實踐能力，學生在不同項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實踐活動

項目學習的成敗在于項目選題的設計，課程教學中應圍繞適宜的主題開展教學實踐活動.課堂展示的部分要結合翻轉(zhuǎn)課堂教學開展各種新型探測器的介紹.教師在課程開始應明確考核方式即課堂展示占成績的比例，以便學生在整個學習過程中一直關注對課程核心內(nèi)容的理解并將對新型探測器的信息收集貫穿始終.在學習基本探測原理和各種類型的探測器工作機制后，開展“課堂展示—集體評價討論—教師點評”的翻轉(zhuǎn)課堂的教學活動.在翻轉(zhuǎn)課堂中，教師發(fā)揮比傳統(tǒng)課程更有指導性的作用，即指導實驗和點評評價等.

項目學習結合翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果成敗的關鍵在于教師確定適合的項目選題，要讓學生利用現(xiàn)代信息技術跟蹤學科發(fā)展.翻轉(zhuǎn)課堂的有效翻轉(zhuǎn)不在于是否有教學視頻等形式，而在于學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，而這又決定于項目適宜與否和學生可執(zhí)行的情況.因此教師確定有意義、難易度適當、工作量適當?shù)倪x題范圍尤為重要.在適當?shù)捻椖窟x題基礎上，學生可以在有限次教師指導下實現(xiàn)自主學習，完成課前的學習任務，在課堂上才能實現(xiàn)有效的翻轉(zhuǎn).

2.2 項目學習的核心環(huán)節(jié)在于課堂實施

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

2.3 多樣化評價符合學生個性化發(fā)展需要

課程考核形式主要為過程性考核，以實現(xiàn)多元考評，達到以評促學目的.教師和全體學生依據(jù)項目實驗設計、結果分析、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，學生成績由教師和全體學生根據(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)計作為學生成績.

3 教學實踐取得的成效與經(jīng)驗

3.1 兼顧學生個體差異并實現(xiàn)了“以學生為中心”的學習

項目學習開展小組學習培養(yǎng)了協(xié)作交流的科學精神，同時針對學生的個體差異，根據(jù)其感興趣方向和自身學習情況，兼顧每一位學生的學習進度，使每位學生都有收獲.在項目學習中差異化的發(fā)展?jié)M足了核工業(yè)對不同層次學生的要求，實現(xiàn)了教學不只是發(fā)現(xiàn)學生的能力，而是鼓勵學生的發(fā)展，讓所有學生學得更好、都有收獲.目前已進行多次部分翻轉(zhuǎn)課堂的教學嘗試，在經(jīng)歷了課堂展示主題范圍的變化后，在教師團隊的指導下，學生展示的工作更專業(yè)、更深入.學生展示的主題有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，學生深入了解了探測器的工作原理和新型探測器的設計過程，通過課堂展示的翻轉(zhuǎn)課堂集體討論評價等環(huán)節(jié)，拓寬了學生視野.

3.2 項目學習教學提升了教學效果

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

3.3 教學實踐中積累了教學經(jīng)驗

首先，在課程初期應明確考核方式.教師在課程初期應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10分，軟件計算大作業(yè)10 分、PBL 課堂展示10 分）；同時明確項目學習選題范圍及要求以便學生在整個課程的學習過程中一直關注對課程核心內(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.課程成績的考核應完善多方面全方位的評價方式，學生在課堂展示部分的表現(xiàn)作為平時成績的一部分，評價結果要公平公正.教師不應只用分數(shù)來激勵學生學習，而是借助所教的學科，借助于該學科所提出的問題和學習者所能看到的該學科的前景［8］“.核輻射探測學”在核學科的各個方面都有著廣泛應用，如從暗物質(zhì)測量的基礎研究到核技術在醫(yī)學等領域的應用等.我國核技術應用產(chǎn)業(yè)2019 年產(chǎn)值保守估計約為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)值和廣泛的應用領域足以激勵學生學習.同時，學生在參與項目學習的過程中，可以了解到我國目前核工業(yè)需求的大量探測設備主要依靠從國外高價進口，尤其是涉及國家安全的探測設備是禁運的，深入了解行業(yè)缺人、缺技術的落后現(xiàn)狀，培養(yǎng)學生的專業(yè)認同感和歷史使命感，同時了解核工業(yè)巨大的社會價值、經(jīng)濟價值和良好的學科前景，激勵學生投身國家核事業(yè)的熱情.

其次，嚴格限制學生的課堂展示時間，提高翻轉(zhuǎn)課堂的效率.課堂展示一定會占用課堂教學時間，學生工作有意義準備又充分，所有學生都會有收獲；但如果學生準備不充分又展示延時勢必影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果.如果出現(xiàn)這種情況，教師應當適時提醒并提供針對性建議.考慮到學生人數(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目學習的展示活動.

再次，學生選題后的小組實踐過程教師應給予足夠的指導，可以結合實驗課程和利用答疑時間召開小組討論會使學生實驗更深入、更專業(yè).同時應安排好翻轉(zhuǎn)課堂開展的時間.學生曾反饋：“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，對期末復習壓力大，也對同學分享內(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生掌握大部分課程知識，故應調(diào)整到期末前一個月開展.

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

4 結語

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