項(xiàng)目學(xué)習(xí)法在高等學(xué)校理工科課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中的應(yīng)用探析
——以“核輻射探測(cè)學(xué)”教學(xué)為例

郝昕，顏強(qiáng)

（深圳大學(xué)a.物理與光電工程學(xué)院；b.中國(guó)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(wèn)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(kāi)展實(shí)踐探究活動(dòng)，解決一系列問(wèn)題，從而獲取知識(shí)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(shí)空學(xué)習(xí)的局限，對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)流程進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)”，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化這兩個(gè)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(duì)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(shí)代為新一代個(gè)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(dòng)，利用課上時(shí)間分小組對(duì)每個(gè)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(kāi)展，高等教育課程尤其是理工科課程還需要通過(guò)更多課程的實(shí)踐.

“核輻射探測(cè)學(xué)”是核工程類(lèi)下設(shè)核工程與核技術(shù)、工程物理等多個(gè)本科專(zhuān)業(yè)必修的專(zhuān)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(cè)器基本類(lèi)型及原理等是核工業(yè)人才必備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，是一門(mén)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(duì)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(cè)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(chǎng)景探測(cè)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(dòng)下，不斷涌現(xiàn)出新型核輻射探測(cè)器和探測(cè)技術(shù).為了讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)新型探測(cè)器知識(shí)、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(kāi)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(wèn)題.

1 課程的教學(xué)現(xiàn)狀及要解決的問(wèn)題

“核輻射探測(cè)學(xué)”作為一門(mén)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(wèn)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(duì)不斷出現(xiàn)的新型探測(cè)器較少涉及，教學(xué)很難跟上新型探測(cè)技術(shù)的發(fā)展［5］.學(xué)生主要通過(guò)教材了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)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(méi)有充分調(diào)動(dòng)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(shí)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(guó)內(nèi)很多開(kāi)設(shè)核工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)高校面臨的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題［7］.

1.3 缺乏針對(duì)性的分層次教學(xué)和因材施教

核科學(xué)相關(guān)專(zhuān)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(cè)學(xué)概念；高一層次要求是從事探測(cè)實(shí)驗(yàn)工作的人員要掌握探測(cè)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(cè)器開(kāi)發(fā)工作人員能自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)滿足不同要求的新型探測(cè)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(duì)新型探測(cè)器知識(shí)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(shí)滿足行業(yè)對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力的多層次需求？這些問(wèn)題是主講教師在教學(xué)中要著重解決的問(wèn)題.針對(duì)教學(xué)內(nèi)容開(kāi)展貫穿整個(gè)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(wèn)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(kāi)展貫穿整個(gè)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(zhuān)業(yè)、有收獲.教學(xué)過(guò)程中多個(gè)學(xué)生小組參與科研，學(xué)生不僅有機(jī)會(huì)了解大量探測(cè)設(shè)備、測(cè)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(cè)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(kāi)討論、拓寬視野.

2.1 圍繞適宜的主題開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)

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(kāi)展教學(xué)實(shí)踐活動(dòng).課堂展示的部分要結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)開(kāi)展各種新型探測(cè)器的介紹.教師在課程開(kāi)始應(yīng)明確考核方式即課堂展示占成績(jī)的比例，以便學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中一直關(guān)注對(duì)課程核心內(nèi)容的理解并將對(duì)新型探測(cè)器的信息收集貫穿始終.在學(xué)習(xí)基本探測(cè)原理和各種類(lèi)型的探測(cè)器工作機(jī)制后，開(kāi)展“課堂展示—集體評(píng)價(jià)討論—教師點(diǎn)評(píng)”的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動(dòng).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(píng)評(píng)價(jià)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(duì)所要翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容有足夠的時(shí)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(píng)價(jià)和教師點(diǎn)評(píng).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(shí)以提高課堂效率.學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)準(zhǔn)備材料，教師課上要鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言并對(duì)講述中出現(xiàn)的問(wèn)題和錯(cuò)誤及時(shí)指出，同時(shí)鼓勵(lì)其他學(xué)生積極思考展開(kāi)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(duì)每位學(xué)生的發(fā)言作針對(duì)性講評(píng)，提出建議.通過(guò)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(chǎng)景的探測(cè)需求.

2.3 多樣化評(píng)價(jià)符合學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需要

課程考核形式主要為過(guò)程性考核，以實(shí)現(xiàn)多元考評(píng)，達(dá)到以評(píng)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(chǎng)展示效果等給出合理成績(jī)，評(píng)分作為平時(shí)成績(jī)的一部分，形成過(guò)程性教學(xué)評(píng)價(jià).翻轉(zhuǎn)課堂的課堂展示評(píng)分在平時(shí)成績(jī)中占比為10分，學(xué)生成績(jī)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(píng)分.具體評(píng)分辦法為在展示前發(fā)放包含評(píng)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(jī).

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(gè)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(kāi)展小組學(xué)習(xí)培養(yǎng)了協(xié)作交流的科學(xué)精神，同時(shí)針對(duì)學(xué)生的個(gè)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(duì)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(lì)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(zhuān)業(yè)、更深入.學(xué)生展示的主題有μ 子探測(cè)、基于硅光電倍增管的閃爍體性能測(cè)試、復(fù)雜的中微子探測(cè)器、暗物質(zhì)探測(cè)器、新型中子探測(cè)器介紹等，學(xué)生深入了解了探測(cè)器的工作原理和新型探測(cè)器的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)課堂展示的翻轉(zhuǎn)課堂集體討論評(píng)價(jià)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(dòng)取得了很好的教學(xué)效果，連續(xù)多年課堂教學(xué)測(cè)評(píng)成績(jī)優(yōu)秀，如最近5 年教學(xué)測(cè)評(píng)相對(duì)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(cè)評(píng)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(cè)儀器和方法是利用課程所學(xué)基本原理結(jié)合新的探測(cè)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(jī)40%、平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)60%（包含作業(yè)30 分、測(cè)驗(yàn)10分，軟件計(jì)算大作業(yè)10 分、PBL 課堂展示10 分）；同時(shí)明確項(xiàng)目學(xué)習(xí)選題范圍及要求以便學(xué)生在整個(gè)課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中一直關(guān)注對(duì)課程核心內(nèi)容探測(cè)器工作原理的理解，并將對(duì)新型探測(cè)器的信息收集貫穿始終.課程成績(jī)的考核應(yīng)完善多方面全方位的評(píng)價(jià)方式，學(xué)生在課堂展示部分的表現(xiàn)作為平時(shí)成績(jī)的一部分，評(píng)價(jià)結(jié)果要公平公正.教師不應(yīng)只用分?jǐn)?shù)來(lái)激勵(lì)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(wèn)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(cè)學(xué)”在核學(xué)科的各個(gè)方面都有著廣泛應(yīng)用，如從暗物質(zhì)測(cè)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(guó)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(zhǎng)率保持在15%～20%，2023 年將突破萬(wàn)億元［9］.巨大的產(chǎn)值和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域足以激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí).同時(shí)，學(xué)生在參與項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程中，可以了解到我國(guó)目前核工業(yè)需求的大量探測(cè)設(shè)備主要依靠從國(guó)外高價(jià)進(jìn)口，尤其是涉及國(guó)家安全的探測(cè)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(zhuān)業(yè)認(rèn)同感和歷史使命感，同時(shí)了解核工業(yè)巨大的社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和良好的學(xué)科前景，激勵(lì)學(xué)生投身國(guó)家核事業(yè)的熱情.

其次，嚴(yán)格限制學(xué)生的課堂展示時(shí)間，提高翻轉(zhuǎn)課堂的效率.課堂展示一定會(huì)占用課堂教學(xué)時(shí)間，學(xué)生工作有意義準(zhǔn)備又充分，所有學(xué)生都會(huì)有收獲；但如果學(xué)生準(zhǔn)備不充分又展示延時(shí)勢(shì)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(shí)提醒并提供針對(duì)性建議.考慮到學(xué)生人數(shù)多的課程會(huì)占用太多課時(shí)的情況不適合開(kāi)展課內(nèi)展示，可以通過(guò)上傳視頻的形式開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的展示活動(dòng).

再次，學(xué)生選題后的小組實(shí)踐過(guò)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(shí)間召開(kāi)小組討論會(huì)使學(xué)生實(shí)驗(yàn)更深入、更專(zhuān)業(yè).同時(shí)應(yīng)安排好翻轉(zhuǎn)課堂開(kāi)展的時(shí)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(duì)期末復(fù)習(xí)壓力大，也對(duì)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(gè)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(shí)，故應(yīng)調(diào)整到期末前一個(gè)月開(kāi)展.

綜上所述，針對(duì)“核輻射探測(cè)學(xué)”的課程特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問(wèn)題，開(kāi)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(kāi)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(duì)不同層次學(xué)生的要求，而且充分調(diào)動(dòng)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(huì)接觸到探測(cè)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(cè)環(huán)境的應(yīng)用，拓寬了視野，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)組裝新型探測(cè)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(jī)有所提高，課堂教學(xué)測(cè)評(píng)成績(jī)優(yōu)秀，學(xué)生也反映在學(xué)習(xí)中有收獲.

4 結(jié)語(yǔ)

目前在高等教育理工科課程“核輻射探測(cè)學(xué)”課程的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)多次開(kāi)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(kāi)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(duì)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(kāi)展.