项目学习法在高等学校理工科课程翻转课堂教学中的应用探析——以“核辐射探测学”教学为例

郝昕，颜强

（深圳大学a.物理与光电工程学院；b.中国核能与安全高等研究院，广东 深圳 518060）

0 引言

“项目学习”（Project-based Learning，PBL）源自教育家杜威倡导的“从做中学”，是一种把项目管理的理念应用于教学中的教学模式，学生在教师的指导下围绕实际问题，运用学科的基本概念和原理借用多种资源和技术开展实践探究活动，解决一系列问题，从而获取知识和技能.［1］翻转课堂（the Flipped Classroom）也被译为“颠倒的课堂”，其核心是借助网络连接技术打破传统时空学习的局限，对传统课堂教学流程进行“翻转”，实现对知识传授和知识内化这两个教学环节的优化.［1］项目学习和翻转课堂都是对传统课堂教学模式的革新，均强调以学生为中心的学习，在网络时代为新一代个性化学习提供了更大限度的选择自由.项目学习中学生进行大量课下实践活动，利用课上时间分小组对每个项目进行展示，实现部分翻转课堂.涌现的多种新型教学模式已更多地在中小学基础教育中开展，高等教育课程尤其是理工科课程还需要通过更多课程的实践.

“核辐射探测学”是核工程类下设核工程与核技术、工程物理等多个本科专业必修的专业基础课，课程核心内容射线与物质相互作用和探测器基本类型及原理等是核工业人才必备的专业知识，是一门理论与实验结合紧密的理工科课程.课程兼具理论性、实践性、应用性、创新性多方面特点，单一的讲授方式很难让学生掌握课程要求.课程对理论性要求较高，尤其是射线与物质相互作用部分要求模拟出能量沉积厚度；实践性要求较高，以能谱探测为例要求学生掌握能量刻度方法；应用性要求较高，要求学生掌握多种应用场景探测需求；课程具有很强的创新性，在核科学基础研究和应用需求的推动下，不断涌现出新型核辐射探测器和探测技术.为了让学生主动学习新型探测器知识、提高实践技能和创新能力，探索由教师设计任务、学生组成小组采用项目学习［2］等教学形式，开展部分翻转课堂在高等教育理工科课程的教学实践［3］并实现有效翻转［4］都是值得探究的问题.

1 课程的教学现状及要解决的问题

“核辐射探测学”作为一门理论性、实践性、应用性、创新性结合的基础课程，在多年的教学实践中，普遍存在以下教学问题：

1.1 教学以教师为中心，忽略学生的主体地位

教学资源局限于教材，对不断出现的新型探测器较少涉及，教学很难跟上新型探测技术的发展［5］.学生主要通过教材了解专业知识，通过死记硬背的方式应付考试，这种消极的教学忽略了学生的主体地位，没有充分调动学生的积极性.［6］

1.2 教学中轻实践重理论

课程的理论教学与实验教学很难实现紧密结合，产生学生的理论知识不能得到有效应用.学生的实践能力、应用能力、创新能力的提升得不到重视，很难实现理论教学与实验教学一体化.这是目前是国内很多开设核工程类专业高校面临的一个实际问题［7］.

1.3 缺乏针对性的分层次教学和因材施教

核科学相关专业的学生，将面临多层次的工作需求.最基本层次的要求是普遍需要掌握基本的探测学概念；高一层次要求是从事探测实验工作的人员要掌握探测器基本原理和性能指标及应用范围；更高层次要求是探测器开发工作人员能自主设计开发满足不同要求的新型探测器.

如何实现以学生为中心的学习？如何想办法解决学生对新型探测器知识的自主涉猎：如何实现理论与实验的紧密衔接，同时满足行业对学生知识和能力的多层次需求？这些问题是主讲教师在教学中要着重解决的问题.针对教学内容开展贯穿整个课程的项目学习与课堂展示结合的部分翻转课堂的教学创新从根本上解决了上述问题.

2 基于项目学习的翻转课堂的教学实践探索

由教师根据科研方向和学科发展设计任务题目，学生组成小组开展贯穿整个课程的项目学习.学生选题后在多次小组学习中由教师指导，以确保学生做得专业、有收获.教学过程中多个学生小组参与科研，学生不仅有机会了解大量探测设备、测试设备的性能，也可以在教师的指导下设计、组装新的探测单元.这种教学模式的核心目的就是要培养学生的利用现代信息技术的自主学习能力和实践能力，学生在不同项目的展示中可以展开讨论、拓宽视野.

2.1 围绕适宜的主题开展教学实践活动

项目学习的成败在于项目选题的设计，课程教学中应围绕适宜的主题开展教学实践活动.课堂展示的部分要结合翻转课堂教学开展各种新型探测器的介绍.教师在课程开始应明确考核方式即课堂展示占成绩的比例，以便学生在整个学习过程中一直关注对课程核心内容的理解并将对新型探测器的信息收集贯穿始终.在学习基本探测原理和各种类型的探测器工作机制后，开展“课堂展示—集体评价讨论—教师点评”的翻转课堂的教学活动.在翻转课堂中，教师发挥比传统课程更有指导性的作用，即指导实验和点评评价等.

项目学习结合翻转课堂的教学效果成败的关键在于教师确定适合的项目选题，要让学生利用现代信息技术跟踪学科发展.翻转课堂的有效翻转不在于是否有教学视频等形式，而在于学生在课下是否对所要翻转的内容有足够的时间和精力投入，而这又决定于项目适宜与否和学生可执行的情况.因此教师确定有意义、难易度适当、工作量适当的选题范围尤为重要.在适当的项目选题基础上，学生可以在有限次教师指导下实现自主学习，完成课前的学习任务，在课堂上才能实现有效的翻转.

2.2 项目学习的核心环节在于课堂实施

项目学习结合翻转课堂的教学核心环节在于课堂实施，即学生课堂展示、全体讨论评价和教师点评.教师应把握好课上的环节，要求学生充分准备并严格限时以提高课堂效率.学生通过自主学习准备材料，教师课上要鼓励学生积极发言并对讲述中出现的问题和错误及时指出，同时鼓励其他学生积极思考展开讨论给出建议.虽然以学生为主体，教师还是起着关键的组织和引领作用，教师针对每位学生的发言作针对性讲评，提出建议.通过多组学生的分享和讨论，全体学生可以了解多种应用场景的探测需求.

2.3 多样化评价符合学生个性化发展需要

课程考核形式主要为过程性考核，以实现多元考评，达到以评促学目的.教师和全体学生依据项目实验设计、结果分析、现场展示效果等给出合理成绩，评分作为平时成绩的一部分，形成过程性教学评价.翻转课堂的课堂展示评分在平时成绩中占比为10分，学生成绩由教师和全体学生根据展示情况、小组参与和课堂讨论参与情况共同评分.具体评分办法为在展示前发放包含评分栏和建议栏的表格，展示后回收统计作为学生成绩.

3 教学实践取得的成效与经验

3.1 兼顾学生个体差异并实现了“以学生为中心”的学习

项目学习开展小组学习培养了协作交流的科学精神，同时针对学生的个体差异，根据其感兴趣方向和自身学习情况，兼顾每一位学生的学习进度，使每位学生都有收获.在项目学习中差异化的发展满足了核工业对不同层次学生的要求，实现了教学不只是发现学生的能力，而是鼓励学生的发展，让所有学生学得更好、都有收获.目前已进行多次部分翻转课堂的教学尝试，在经历了课堂展示主题范围的变化后，在教师团队的指导下，学生展示的工作更专业、更深入.学生展示的主题有μ 子探测、基于硅光电倍增管的闪烁体性能测试、复杂的中微子探测器、暗物质探测器、新型中子探测器介绍等，学生深入了解了探测器的工作原理和新型探测器的设计过程，通过课堂展示的翻转课堂集体讨论评价等环节，拓宽了学生视野.

3.2 项目学习教学提升了教学效果

教学活动取得了很好的教学效果，连续多年课堂教学测评成绩优秀，如最近5 年教学测评相对排名为深圳大学前20.49%、22.4%、28.1%、8.09%、19.12%.在多次教学实践中，课堂测评留言有“分享环节很好，希望能保持”等，学生确实感受到了收获.学生小组的项目获得大学生创新发展基金基础实验项目资助，采用的探测仪器和方法是利用课程所学基本原理结合新的探测技术发展方向由学生小组共同提出.

3.3 教学实践中积累了教学经验

首先，在课程初期应明确考核方式.教师在课程初期应明确课程期末试卷占总成绩40%、平时成绩占总成绩60%（包含作业30 分、测验10分，软件计算大作业10 分、PBL 课堂展示10 分）；同时明确项目学习选题范围及要求以便学生在整个课程的学习过程中一直关注对课程核心内容探测器工作原理的理解，并将对新型探测器的信息收集贯穿始终.课程成绩的考核应完善多方面全方位的评价方式，学生在课堂展示部分的表现作为平时成绩的一部分，评价结果要公平公正.教师不应只用分数来激励学生学习，而是借助所教的学科，借助于该学科所提出的问题和学习者所能看到的该学科的前景［8］“.核辐射探测学”在核学科的各个方面都有着广泛应用，如从暗物质测量的基础研究到核技术在医学等领域的应用等.我国核技术应用产业2019 年产值保守估计约为5000 亿元，年增长率保持在15%～20%，2023 年将突破万亿元［9］.巨大的产值和广泛的应用领域足以激励学生学习.同时，学生在参与项目学习的过程中，可以了解到我国目前核工业需求的大量探测设备主要依靠从国外高价进口，尤其是涉及国家安全的探测设备是禁运的，深入了解行业缺人、缺技术的落后现状，培养学生的专业认同感和历史使命感，同时了解核工业巨大的社会价值、经济价值和良好的学科前景，激励学生投身国家核事业的热情.

其次，严格限制学生的课堂展示时间，提高翻转课堂的效率.课堂展示一定会占用课堂教学时间，学生工作有意义准备又充分，所有学生都会有收获；但如果学生准备不充分又展示延时势必影响翻转课堂的教学效果.如果出现这种情况，教师应当适时提醒并提供针对性建议.考虑到学生人数多的课程会占用太多课时的情况不适合开展课内展示，可以通过上传视频的形式开展项目学习的展示活动.

再次，学生选题后的小组实践过程教师应给予足够的指导，可以结合实验课程和利用答疑时间召开小组讨论会使学生实验更深入、更专业.同时应安排好翻转课堂开展的时间.学生曾反馈：“最后的分享环节很好，希望能保持，但希望不要安排在期末，对期末复习压力大，也对同学分享内容打了折扣，安排在期中左右算作期中考试一个形式最好.”考虑到课堂展示需要学生掌握大部分课程知识，故应调整到期末前一个月开展.

综上所述，针对“核辐射探测学”的课程特点和教学中存在的问题，开展项目学习结合翻转课堂的教学探索，围绕合适的主题开展多小组的项目学习，项目学习中不仅学生差异化的发展满足了核工业对不同层次学生的要求，而且充分调动了学生的积极性，实现了以学生为中心的学习.项目学习中，学生有更多机会接触到探测设备，加强了学生实践能力培养，翻转课堂的展示中各小组学生分享了多种探测环境的应用，拓宽了视野，同时通过设计组装新型探测器的实践提高了创新能力.教学创新的探索克服了传统教学的弊端，取得了很好的教学效果，学生成绩有所提高，课堂教学测评成绩优秀，学生也反映在学习中有收获.

4 结语

目前在高等教育理工科课程“核辐射探测学”课程的教学实践中，通过多次开展项目学习结合翻转课堂取得了很好的教学效果并总结了一些教学经验.主讲教师其他课程也开展了不同选题要求的项目学习并取得了良好效果.比如在“原子核物理学”课程教学中，限定学生选择核物理在不同方向的应用作为课堂展示主题，学生自选的主题有核电池、穆斯保尔谱学、磁约束聚变等方向，学生反映“演讲的环节，让学生们真正地了解到了一些东西”.对于实践性和创新性要求较高的课程适合项目学习的教学模式，值得在教学实践中推广，但应选取合适的课程和内容循序渐进地开展.