翻轉(zhuǎn)課堂在“鈾資源地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

李增華，劉傳東，鄧 騰，李光來，許德如

（東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013）

引言

隨著信息技術(shù)與教學(xué)實踐的深入結(jié)合，傳統(tǒng)授課方式發(fā)生了深刻的變化，信息技術(shù)創(chuàng)新了教學(xué)理念，豐富了學(xué)生的學(xué)習體驗，也推動了教學(xué)模式的革新。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式最早源于Piaget的主動學(xué)習理論。最初因為制作教學(xué)視頻的困難性并未走出美國的科羅拉多州，而可汗學(xué)院大量免費的優(yōu)質(zhì)教學(xué)視頻解決了該困難，進而使翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法得到全面的推廣。目前該項學(xué)習模式在國外取得了較好的成果，國內(nèi)也相繼展開了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式的熱潮，第一篇教學(xué)應(yīng)用類文章的發(fā)表于2011年。到2015年，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式研究領(lǐng)域的文章發(fā)表數(shù)呈現(xiàn)井噴式增長，總數(shù)已達到5537篇。地質(zhì)相關(guān)專業(yè)課程其內(nèi)容都具備抽象概念多，三維（時空）概念強等性質(zhì)。教師在教授學(xué)生過程中課程學(xué)時較少、授課方式單一，考核體系難以評價學(xué)生自主能力等因素。充分調(diào)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式的靈活性，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式引入地質(zhì)專業(yè)的日常教學(xué)中，實驗學(xué)生對在其教育模式下教學(xué)效果顯得尤為重要。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)效果

教學(xué)活動作為學(xué)校教育的核心任務(wù)，教學(xué)效果直接影響著學(xué)生的發(fā)展。Bishop和DeLozier分別對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式具有的靈活時間性，多人互動協(xié)作和進階認知等優(yōu)勢提供了有效果的證據(jù)，同時列舉出在高等教育中的多例高等教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀。John Cleary對接受翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式教育及未接受翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式教育的學(xué)生學(xué)習成績分別進行了對比，結(jié)果表明2017—2018年獲得C或以上成績的學(xué)生從總?cè)藬?shù)的80%提升至86%，證明在有限的時間、人數(shù)等范圍內(nèi)，接受翻轉(zhuǎn)課堂教育模式學(xué)習的學(xué)生相對于接受傳統(tǒng)教育模式學(xué)習的學(xué)生學(xué)習成績顯著提升，反映出實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。南京中醫(yī)藥大學(xué)王瑞娟將微課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，運用到計算機網(wǎng)絡(luò)課程“動態(tài)路由協(xié)議RIP的配置”教學(xué)中從實施前后的教學(xué)效果對比中發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式實踐成過顯著，除使學(xué)生學(xué)習成績得到了提高，學(xué)生團隊協(xié)作意識也得到了增強。華南師范大學(xué)汪曉東通過英語課程的教學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式除了能夠提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習成績外還能提升學(xué)生對課程的認同度、團隊的協(xié)作感。南京大學(xué)張金磊將游戲元素中升級、通關(guān)、極品裝備、排行榜等與翻轉(zhuǎn)課堂中的微視頻、學(xué)習任務(wù)、學(xué)習情感調(diào)研等模塊相結(jié)合顛覆了教學(xué)理念，大幅刺激了學(xué)生在學(xué)習上的積極性。西南石油大學(xué)李凌將資源勘查工程專業(yè)沉積相野外實踐教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式進行融合，引導(dǎo)學(xué)生在野外實踐前對研究區(qū)前人研究內(nèi)容進行獨立的整理與思考，在野外實踐后的翻轉(zhuǎn)課堂上提出飛仙關(guān)組灰?guī)r角礫和寒武系筇竹寺組鈣質(zhì)結(jié)核成因分析等問題，讓學(xué)生進行小組討論和專題論文編寫，達到了預(yù)期的教學(xué)效果。

二、“鈾資源地質(zhì)學(xué)”課程特點及教學(xué)難度

東華理工大學(xué)（前華東地質(zhì)學(xué)院）是我國最早設(shè)立以培養(yǎng)核相關(guān)高級人才為目的的教育高校，也是核工業(yè)部、中核集團人才的培養(yǎng)基地。東華理工大學(xué)與南華大學(xué)也是核地質(zhì)專業(yè)開設(shè)的少數(shù)高校。資源勘查工程作為東華理工大學(xué)的特色專業(yè)，先后開設(shè)了“鈾資源地質(zhì)學(xué)”“鈾礦勘查學(xué)”“鈾礦富集機理及規(guī)律”等一系列特色核相關(guān)地質(zhì)課程。“鈾資源地質(zhì)學(xué)”是一門在巖石學(xué)、礦物學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、礦床學(xué)等基礎(chǔ)地質(zhì)課程之后，開設(shè)的一門極具綜合性、基礎(chǔ)性的核特色地質(zhì)專業(yè)課程。該課程使用余達淦等人編撰的《鈾礦地質(zhì)學(xué)》作為教學(xué)教材。在課程教學(xué)過程中，學(xué)生所需要掌握的核相關(guān)知識與教材中第一編、第二編內(nèi)容吻合，如鈾的性質(zhì)，鈾礦物的特征以及各類鈾礦床的成礦地質(zhì)條件、礦化特征、形成過程。后繼開設(shè)的鈾礦勘查學(xué)以及鈾礦富集機理與規(guī)律等課程分別在鈾資源地質(zhì)學(xué)課程基礎(chǔ)上對鈾資源找礦、鈾礦形成溯源等進行了不同方向的拓展。正因如此，“鈾資源地質(zhì)學(xué)”課程學(xué)習才能讓學(xué)生充分掌握鈾礦形成的“源、運、儲”過程，鈾礦物的物理、化學(xué)性質(zhì)以及鈾礦床的地質(zhì)特征及找礦條件等知識后，為后期的鈾相關(guān)研究打下基礎(chǔ)。鈾礦地質(zhì)學(xué)課程成了地質(zhì)專業(yè)與核的“橋梁”，以及向核特色專業(yè)延伸學(xué)科的基礎(chǔ)，掌握該課程更為重要。

同時，“鈾資源地質(zhì)學(xué)”課程要求學(xué)生在掌握理論知識的基礎(chǔ)上，更注重實踐能力，面對野外鈾礦物識別、鈾相關(guān)地球化學(xué)測試以及找礦預(yù)測等問題，強調(diào)學(xué)生在獨立面對問題時的思考能力和動手能力。因而，本門課程的特點及教學(xué)難度可以歸結(jié)為：（1）鈾資源作為一種多應(yīng)用于國防事業(yè)的獨立礦產(chǎn)資源，受其自身多因素影響，國內(nèi)開設(shè)該課程院校較少，可供借鑒的相關(guān)經(jīng)驗不足；（2）課程涉及學(xué)科廣、需要掌握的內(nèi)容多，教師和學(xué)生都需要掌握多門地質(zhì)基礎(chǔ)課程，因此在課程教學(xué)過程教師備課量大，學(xué)生學(xué)習內(nèi)容復(fù)雜，面對如此龐大的知識體系，學(xué)生在學(xué)習過程中難免會對前期學(xué)習過的知識掌握“不清”，正在學(xué)習的知識掌握“不透”，將要學(xué)習的知識未能預(yù)先梳理；（3）課程實踐性強，除理論學(xué)習外，學(xué)生還需要對礦物、礦石進行詳細的觀察描述，以及對鈾礦山進行實地考察。

三、“鈾資源地質(zhì)學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計

（一）講授前教學(xué)視頻階段

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式前期的教學(xué)視頻在學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習知識過程中起到重中之重的作用，目的除引起學(xué)生的學(xué)習興趣為后期學(xué)生課堂學(xué)習做好鋪墊外，還對學(xué)生在復(fù)習鞏固階段提供助力。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的早期階段要求教師在教學(xué)視頻及教學(xué)動畫設(shè)計中精準傳達所授內(nèi)容，讓學(xué)生在視頻學(xué)習中能夠深入淺出，是視頻制作的難點和痛點，多數(shù)教師也在視頻教學(xué)階段針對該課程的特點提出了改進方案。因此，針對“鈾資源地質(zhì)學(xué)”課程抽象概念多這一特點，我們在教學(xué)視頻制作中增加了大量的動畫及圖像內(nèi)容（鈾礦床形成過程動畫、地浸法開采砂巖型鈾礦演示模型以及大量的絢麗多彩的鈾礦物巖石圖片等）。在教學(xué)視頻最后階段給予學(xué)生預(yù)先的課堂學(xué)習重點知識，在學(xué)習視頻后通過課程測驗即時調(diào)研學(xué)生自學(xué)的掌握情況，即能否在觀看視頻后就對課程重點知識。充分運用學(xué)習網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（大學(xué)生慕課、學(xué)習通等），根據(jù)教師提出的前期誘導(dǎo)問題設(shè)置專項討論區(qū)來為學(xué)生提供討論平臺，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為各小組指定不同的研究方向來調(diào)研，如不同類型鈾礦床的礦物組合、控礦規(guī)律和成礦構(gòu)造等。

（二）教師講授、學(xué)生討論、課程實驗演示階段

作為教師和學(xué)生的課程教學(xué)過程中面對面教學(xué)階段，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中教師往往扮演引導(dǎo)者的作用，同比傳統(tǒng)教學(xué)模式，不同點在于教師的引導(dǎo)方向更加傾向引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)問題，進而提升學(xué)生團隊協(xié)作、獨立思考能力。在鈾資源地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)中，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的“以學(xué)生為中心”的核心思想，在教授過程中即時提出一些地質(zhì)類的基礎(chǔ)問題（松遼盆地砂巖型鈾礦床的構(gòu)造類型、控礦因素等），以及鈾地質(zhì)學(xué)的相關(guān)問題（鈾礦物的成分組成、不同鈾礦床對應(yīng)的鈾礦物形成種類等），以4人小組為單位展開討論并記錄問題，教師分別針對各組的討論問題進行引導(dǎo)，最終匯總共性問題，在課上教學(xué)后期進行解答。解決在視頻教學(xué)中教師、學(xué)生提出的問題，為學(xué)生提供在面對各類問題時解決的思路和方法。在課上實驗演示時，本門課程除礦體形成演示鈾礦床的形成過程動畫（鄒家山礦床模型、鄒家山-居隆庵地區(qū)三維地質(zhì)模型、相山火山盆地三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型）外，還增添了結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的野外地質(zhì)實習三維地質(zhì)觀察模型以及大量的鈾礦物巖石學(xué)（晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦、鈣鈾云母、銅鈾云母等）、巖相學(xué)圖片。還為學(xué)生提供了鈾資源相關(guān)的一系列地質(zhì)實驗觀摩、操作等環(huán)節(jié)，如徑跡蝕刻法、巖石鈾含量測定等。

（三）復(fù)習、考核與總結(jié)階段

以往傳統(tǒng)教學(xué)模式對學(xué)生的考核方式注重以“筆”為中心的靜態(tài)評估法，而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式則更加側(cè)重學(xué)生“動態(tài)”的多維考核制度。其中眾多案例強調(diào)“多元化”的教育考核制度，但并未擺脫筆試考核的學(xué)生成績認定方法。因此，我們對應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的鈾資源地質(zhì)學(xué)課程考核階段進行了適當?shù)恼{(diào)整，形成了一套“復(fù)習、考核最終總結(jié)”的教學(xué)流程。重新對學(xué)生最終成績認定過程進行細化，建立了一種“3-4-3”的考核制度，注重學(xué)生在鈾資源地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)過程中的綜合表現(xiàn)。小組討論、課程進度完成情況（成績占比30%）；運用討論平臺中對學(xué)生在鈾資源地質(zhì)學(xué)教學(xué)視頻、預(yù)習測試及討論統(tǒng)計情況進行統(tǒng)計（成績占比40%）；以及小組成過展示評定（成績占比30%）。最終總結(jié)階段，通過考核結(jié)果和學(xué)生總結(jié)討論提出的問題結(jié)合，為學(xué)生提供鈾資源地質(zhì)學(xué)課程鞏固復(fù)習提綱。對小組研究方向成果展示考核也做出了適當?shù)恼{(diào)整，從以往單一授課教師評價轉(zhuǎn)換為“學(xué)生互評為主、教師認定成績?yōu)檩o”。在要求學(xué)生在互相評價過程中，除點評匯報成果及匯報所學(xué)內(nèi)容外，對匯報人的PPT展示以及言語表達同時進行評價。

四、“鈾資源地質(zhì)學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果及討論

我們以每屆東華理工大學(xué)教授的鈾資源地質(zhì)學(xué)班級40位資源勘查工程班級學(xué)生為實驗對象，建立翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式的相互對比的教學(xué)效果（主要為學(xué)生平均成績對比以及研究目標匯報）驗證方法。

統(tǒng)計結(jié)果顯示（如圖1）中參與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式學(xué)習的學(xué)生相比參與傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)習的學(xué)生平均成績穩(wěn)步提成，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下學(xué)生70分成績以上的學(xué)生人數(shù)超過傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生人數(shù)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生平均成績的提升因與授課教師以及學(xué)生的學(xué)習能力相關(guān)，而2019—2021年翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)組的學(xué)生成績普遍高于傳統(tǒng)教學(xué)組學(xué)生成績驗證了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的成功。該翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式雖處于教育建設(shè)階段，但對比實驗反應(yīng)結(jié)果可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對學(xué)生學(xué)習、記憶、掌握所達到的效果更為突出，該授課方式明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)。

圖1 鈾資源地質(zhì)學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式2020級學(xué)生平均成績對比及2019—2021年度鈾資源地質(zhì)學(xué)學(xué)生平均成績對比

（一）改變學(xué)生學(xué)習知識思維模式

相較于傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式將學(xué)生學(xué)習慣性中的被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃铀伎肌W(xué)生在講授課程前的引導(dǎo)性視頻教學(xué)中，通過光鮮艷麗的鈾礦物，以及教師提出識別礦物的科學(xué)問題，激發(fā)對課程所需掌握知識的好奇心并進行相關(guān)資料的查找學(xué)習、思考，在課程講授過程中及時向教師反饋解決問題的思路和方法，進而形成一種在潛意識中對課程所需掌握知識進行基礎(chǔ)化的同時，產(chǎn)生良性的學(xué)習思維模式，即：查閱—思考—反饋—掌握的過程。

（二）增強知識吸收和轉(zhuǎn)換能力

學(xué)生能夠通過多階段學(xué)習“交流圈”進行交流討論，向教師提出學(xué)習問題。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式所含的課程前引導(dǎo)教學(xué)視頻中學(xué)生通過對自己感興趣額礦物特征和特性進行相關(guān)文獻地翻閱和查找，通過“交流圈”向其他學(xué)生展示該種礦物的特征與性質(zhì)；課程講授過程時演示實際操作中礦物的特征與特性，并在最終小組討論對該類鈾礦物總結(jié)歸納。學(xué)生能夠發(fā)揮自我思考能力，對專業(yè)知識進行“搜索、驗證、歸納”后提出問題，而思考中調(diào)用課程相關(guān)知識進一步促進學(xué)生對知識的再吸收。

（三）充分調(diào)動學(xué)生動手能力

根據(jù)相山鈾礦田中開展的相關(guān)工作以及資料積累，我校建立了一套獨有的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與三維地質(zhì)演示模型結(jié)合的教學(xué)方法，使學(xué)生能夠在課程教學(xué)中學(xué)會運用更為先進化的地質(zhì)技術(shù)手段。學(xué)生在通過徑跡蝕刻法、巖石鈾含量測定等演示、實操教學(xué)過程后，學(xué)習對鈾資源地質(zhì)學(xué)課程的興趣得到明顯改善外動手能力得到明顯增強。從教師演示到學(xué)生自由調(diào)用，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習積極性和主動性。

（四）及時把握學(xué)生學(xué)習動態(tài)

針對學(xué)生鈾資源課程導(dǎo)學(xué)學(xué)習、課后問題回答進展進行詳細的劃分，及時把握學(xué)生學(xué)習動態(tài)。由于學(xué)生對知識的吸收能力與轉(zhuǎn)化能力的不同，較難實現(xiàn)統(tǒng)一達標，往往會造成課時少、授課進度慢等問題，為此運用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺統(tǒng)計的學(xué)生學(xué)習進展情況，對討論問題多的學(xué)生進行優(yōu)先照顧；對課程學(xué)習過程中不積極主動的學(xué)生由學(xué)習小組和教師共同探討教授，從而平均化學(xué)生的教學(xué)進度，增強學(xué)生對學(xué)習的信心。

（五）學(xué)生能夠充分實現(xiàn)時間自由化

據(jù)開設(shè)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式課程調(diào)查問卷及教育平臺統(tǒng)計，學(xué)生除課程安排時間范圍在生活瑣碎時間對鈾資源地質(zhì)學(xué)課程導(dǎo)學(xué)部分進行學(xué)習，實現(xiàn)了課程學(xué)習時間安排的自主化。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下鈾資源地質(zhì)學(xué)教授過程中，學(xué)生的上課出勤率有較為明顯的提升。相對較為內(nèi)向的學(xué)生，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的小組討論，也表現(xiàn)出了相對較高的積極性和較強的自信心，能夠與同學(xué)互相探討課程知識、積極回答教師提出的問題。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式講授過程中未發(fā)現(xiàn)“低頭族”的學(xué)生，學(xué)生更加注重課程參與，課堂紀律明顯好轉(zhuǎn)。

結(jié)語

隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教育教學(xué)相結(jié)合的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂已成為重要的教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式其本質(zhì)是從教學(xué)“中心”轉(zhuǎn)移到教育模式轉(zhuǎn)變。在東華理工大學(xué)鈾資源地質(zhì)學(xué)課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式成功實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式優(yōu)勢，尤其是學(xué)生能夠通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，靈活運用自我時間，自發(fā)性思考科學(xué)問題，從而達到改變學(xué)生思維模式等；而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的運用，也可以進一步解決地學(xué)類的相關(guān)學(xué)科具有學(xué)習內(nèi)容多、學(xué)生掌握不牢固、實踐性強等問題。希望通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在鈾資源地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用，對其他課程教育模式改革提供靈感和支撐，為國防事業(yè)不斷前進培養(yǎng)出高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人才。