翻转课堂在“铀资源地质学”课程教学中的应用

李增华，刘传东，邓 腾，李光来，许德如

（东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌 330013）

引言

随着信息技术与教学实践的深入结合，传统授课方式发生了深刻的变化，信息技术创新了教学理念，丰富了学生的学习体验，也推动了教学模式的革新。翻转课堂教学模式最早源于Piaget的主动学习理论。最初因为制作教学视频的困难性并未走出美国的科罗拉多州，而可汗学院大量免费的优质教学视频解决了该困难，进而使翻转课堂教学方法得到全面的推广。目前该项学习模式在国外取得了较好的成果，国内也相继展开了翻转课堂教学方式的热潮，第一篇教学应用类文章的发表于2011年。到2015年，翻转课堂教学方式研究领域的文章发表数呈现井喷式增长，总数已达到5537篇。地质相关专业课程其内容都具备抽象概念多，三维（时空）概念强等性质。教师在教授学生过程中课程学时较少、授课方式单一，考核体系难以评价学生自主能力等因素。充分调用翻转课堂教学方式的灵活性，将翻转课堂教学方式引入地质专业的日常教学中，实验学生对在其教育模式下教学效果显得尤为重要。

一、翻转课堂教学模式的教学效果

教学活动作为学校教育的核心任务，教学效果直接影响着学生的发展。Bishop和DeLozier分别对翻转课堂教学模式具有的灵活时间性，多人互动协作和进阶认知等优势提供了有效果的证据，同时列举出在高等教育中的多例高等教育中的应用现状。John Cleary对接受翻转课堂教学模式教育及未接受翻转课堂教学模式教育的学生学习成绩分别进行了对比，结果表明2017—2018年获得C或以上成绩的学生从总人数的80%提升至86%，证明在有限的时间、人数等范围内，接受翻转课堂教育模式学习的学生相对于接受传统教育模式学习的学生学习成绩显著提升，反映出实施翻转课堂教学模式明显优于传统教学模式。南京中医药大学王瑞娟将微课与翻转课堂相结合，运用到计算机网络课程“动态路由协议RIP的配置”教学中从实施前后的教学效果对比中发现翻转课堂教学方式实践成过显著，除使学生学习成绩得到了提高，学生团队协作意识也得到了增强。华南师范大学汪晓东通过英语课程的教学实验发现翻转课堂教学模式除了能够提高学生专业学习成绩外还能提升学生对课程的认同度、团队的协作感。南京大学张金磊将游戏元素中升级、通关、极品装备、排行榜等与翻转课堂中的微视频、学习任务、学习情感调研等模块相结合颠覆了教学理念，大幅刺激了学生在学习上的积极性。西南石油大学李凌将资源勘查工程专业沉积相野外实践教学与翻转课堂教学方式进行融合，引导学生在野外实践前对研究区前人研究内容进行独立的整理与思考，在野外实践后的翻转课堂上提出飞仙关组灰岩角砾和寒武系筇竹寺组钙质结核成因分析等问题，让学生进行小组讨论和专题论文编写，达到了预期的教学效果。

二、“铀资源地质学”课程特点及教学难度

东华理工大学（前华东地质学院）是我国最早设立以培养核相关高级人才为目的的教育高校，也是核工业部、中核集团人才的培养基地。东华理工大学与南华大学也是核地质专业开设的少数高校。资源勘查工程作为东华理工大学的特色专业，先后开设了“铀资源地质学”“铀矿勘查学”“铀矿富集机理及规律”等一系列特色核相关地质课程。“铀资源地质学”是一门在岩石学、矿物学、构造地质学、地球化学、矿床学等基础地质课程之后，开设的一门极具综合性、基础性的核特色地质专业课程。该课程使用余达淦等人编撰的《铀矿地质学》作为教学教材。在课程教学过程中，学生所需要掌握的核相关知识与教材中第一编、第二编内容吻合，如铀的性质，铀矿物的特征以及各类铀矿床的成矿地质条件、矿化特征、形成过程。后继开设的铀矿勘查学以及铀矿富集机理与规律等课程分别在铀资源地质学课程基础上对铀资源找矿、铀矿形成溯源等进行了不同方向的拓展。正因如此，“铀资源地质学”课程学习才能让学生充分掌握铀矿形成的“源、运、储”过程，铀矿物的物理、化学性质以及铀矿床的地质特征及找矿条件等知识后，为后期的铀相关研究打下基础。铀矿地质学课程成了地质专业与核的“桥梁”，以及向核特色专业延伸学科的基础，掌握该课程更为重要。

同时，“铀资源地质学”课程要求学生在掌握理论知识的基础上，更注重实践能力，面对野外铀矿物识别、铀相关地球化学测试以及找矿预测等问题，强调学生在独立面对问题时的思考能力和动手能力。因而，本门课程的特点及教学难度可以归结为：（1）铀资源作为一种多应用于国防事业的独立矿产资源，受其自身多因素影响，国内开设该课程院校较少，可供借鉴的相关经验不足；（2）课程涉及学科广、需要掌握的内容多，教师和学生都需要掌握多门地质基础课程，因此在课程教学过程教师备课量大，学生学习内容复杂，面对如此庞大的知识体系，学生在学习过程中难免会对前期学习过的知识掌握“不清”，正在学习的知识掌握“不透”，将要学习的知识未能预先梳理；（3）课程实践性强，除理论学习外，学生还需要对矿物、矿石进行详细的观察描述，以及对铀矿山进行实地考察。

三、“铀资源地质学”翻转课堂教学设计

（一）讲授前教学视频阶段

翻转课堂教学模式前期的教学视频在学生系统学习知识过程中起到重中之重的作用，目的除引起学生的学习兴趣为后期学生课堂学习做好铺垫外，还对学生在复习巩固阶段提供助力。翻转课堂教学模式的早期阶段要求教师在教学视频及教学动画设计中精准传达所授内容，让学生在视频学习中能够深入浅出，是视频制作的难点和痛点，多数教师也在视频教学阶段针对该课程的特点提出了改进方案。因此，针对“铀资源地质学”课程抽象概念多这一特点，我们在教学视频制作中增加了大量的动画及图像内容（铀矿床形成过程动画、地浸法开采砂岩型铀矿演示模型以及大量的绚丽多彩的铀矿物岩石图片等）。在教学视频最后阶段给予学生预先的课堂学习重点知识，在学习视频后通过课程测验即时调研学生自学的掌握情况，即能否在观看视频后就对课程重点知识。充分运用学习网络教学平台（大学生慕课、学习通等），根据教师提出的前期诱导问题设置专项讨论区来为学生提供讨论平台，借助网络教学平台为各小组指定不同的研究方向来调研，如不同类型铀矿床的矿物组合、控矿规律和成矿构造等。

（二）教师讲授、学生讨论、课程实验演示阶段

作为教师和学生的课程教学过程中面对面教学阶段，翻转课堂教学模式中教师往往扮演引导者的作用，同比传统教学模式，不同点在于教师的引导方向更加倾向引导学生提出科学问题，进而提升学生团队协作、独立思考能力。在铀资源地质学课程教学中，结合翻转课堂的“以学生为中心”的核心思想，在教授过程中即时提出一些地质类的基础问题（松辽盆地砂岩型铀矿床的构造类型、控矿因素等），以及铀地质学的相关问题（铀矿物的成分组成、不同铀矿床对应的铀矿物形成种类等），以4人小组为单位展开讨论并记录问题，教师分别针对各组的讨论问题进行引导，最终汇总共性问题，在课上教学后期进行解答。解决在视频教学中教师、学生提出的问题，为学生提供在面对各类问题时解决的思路和方法。在课上实验演示时，本门课程除矿体形成演示铀矿床的形成过程动画（邹家山矿床模型、邹家山-居隆庵地区三维地质模型、相山火山盆地三维地质结构模型）外，还增添了结合虚拟现实技术的野外地质实习三维地质观察模型以及大量的铀矿物岩石学（晶质铀矿、沥青铀矿、铀石、钛铀矿、钙铀云母、铜铀云母等）、岩相学图片。还为学生提供了铀资源相关的一系列地质实验观摩、操作等环节，如径迹蚀刻法、岩石铀含量测定等。

（三）复习、考核与总结阶段

以往传统教学模式对学生的考核方式注重以“笔”为中心的静态评估法，而翻转课堂教学模式则更加侧重学生“动态”的多维考核制度。其中众多案例强调“多元化”的教育考核制度，但并未摆脱笔试考核的学生成绩认定方法。因此，我们对应用翻转课堂教学模式的铀资源地质学课程考核阶段进行了适当的调整，形成了一套“复习、考核最终总结”的教学流程。重新对学生最终成绩认定过程进行细化，建立了一种“3-4-3”的考核制度，注重学生在铀资源地质学课程教学过程中的综合表现。小组讨论、课程进度完成情况（成绩占比30%）；运用讨论平台中对学生在铀资源地质学教学视频、预习测试及讨论统计情况进行统计（成绩占比40%）；以及小组成过展示评定（成绩占比30%）。最终总结阶段，通过考核结果和学生总结讨论提出的问题结合，为学生提供铀资源地质学课程巩固复习提纲。对小组研究方向成果展示考核也做出了适当的调整，从以往单一授课教师评价转换为“学生互评为主、教师认定成绩为辅”。在要求学生在互相评价过程中，除点评汇报成果及汇报所学内容外，对汇报人的PPT展示以及言语表达同时进行评价。

四、“铀资源地质学”翻转课堂的教学效果及讨论

我们以每届东华理工大学教授的铀资源地质学班级40位资源勘查工程班级学生为实验对象，建立翻转课堂教学模式和传统教学模式的相互对比的教学效果（主要为学生平均成绩对比以及研究目标汇报）验证方法。

统计结果显示（如图1）中参与翻转课堂教学模式学习的学生相比参与传统教学模式学习的学生平均成绩稳步提成，翻转课堂教学模式下学生70分成绩以上的学生人数超过传统教学模式学生人数。翻转课堂教学模式和传统教学模式学生平均成绩的提升因与授课教师以及学生的学习能力相关，而2019—2021年翻转课堂教学组的学生成绩普遍高于传统教学组学生成绩验证了翻转课堂教学模式的成功。该翻转课堂教学模式虽处于教育建设阶段，但对比实验反应结果可以看出，翻转课堂教学模式对学生学习、记忆、掌握所达到的效果更为突出，该授课方式明显优于传统教学。

图1 铀资源地质学翻转课堂教学模式与传统教学模式2020级学生平均成绩对比及2019—2021年度铀资源地质学学生平均成绩对比

（一）改变学生学习知识思维模式

相较于传统的“填鸭式”教学，翻转课堂教学模式将学生学习惯性中的被动接受转变为主动思考。学生在讲授课程前的引导性视频教学中，通过光鲜艳丽的铀矿物，以及教师提出识别矿物的科学问题，激发对课程所需掌握知识的好奇心并进行相关资料的查找学习、思考，在课程讲授过程中及时向教师反馈解决问题的思路和方法，进而形成一种在潜意识中对课程所需掌握知识进行基础化的同时，产生良性的学习思维模式，即：查阅—思考—反馈—掌握的过程。

（二）增强知识吸收和转换能力

学生能够通过多阶段学习“交流圈”进行交流讨论，向教师提出学习问题。在翻转课堂教学模式所含的课程前引导教学视频中学生通过对自己感兴趣额矿物特征和特性进行相关文献地翻阅和查找，通过“交流圈”向其他学生展示该种矿物的特征与性质；课程讲授过程时演示实际操作中矿物的特征与特性，并在最终小组讨论对该类铀矿物总结归纳。学生能够发挥自我思考能力，对专业知识进行“搜索、验证、归纳”后提出问题，而思考中调用课程相关知识进一步促进学生对知识的再吸收。

（三）充分调动学生动手能力

根据相山铀矿田中开展的相关工作以及资料积累，我校建立了一套独有的虚拟现实技术与三维地质演示模型结合的教学方法，使学生能够在课程教学中学会运用更为先进化的地质技术手段。学生在通过径迹蚀刻法、岩石铀含量测定等演示、实操教学过程后，学习对铀资源地质学课程的兴趣得到明显改善外动手能力得到明显增强。从教师演示到学生自由调用，充分调动了学生学习积极性和主动性。

（四）及时把握学生学习动态

针对学生铀资源课程导学学习、课后问题回答进展进行详细的划分，及时把握学生学习动态。由于学生对知识的吸收能力与转化能力的不同，较难实现统一达标，往往会造成课时少、授课进度慢等问题，为此运用网络教学平台统计的学生学习进展情况，对讨论问题多的学生进行优先照顾；对课程学习过程中不积极主动的学生由学习小组和教师共同探讨教授，从而平均化学生的教学进度，增强学生对学习的信心。

（五）学生能够充分实现时间自由化

据开设翻转课堂教学模式课程调查问卷及教育平台统计，学生除课程安排时间范围在生活琐碎时间对铀资源地质学课程导学部分进行学习，实现了课程学习时间安排的自主化。在翻转课堂教学模式下铀资源地质学教授过程中，学生的上课出勤率有较为明显的提升。相对较为内向的学生，通过翻转课堂教学模式的小组讨论，也表现出了相对较高的积极性和较强的自信心，能够与同学互相探讨课程知识、积极回答教师提出的问题。翻转课堂教学模式讲授过程中未发现“低头族”的学生，学生更加注重课程参与，课堂纪律明显好转。

结语

随着计算机、互联网技术与教育教学相结合的发展，翻转课堂已成为重要的教学模式。翻转课堂教学模式其本质是从教学“中心”转移到教育模式转变。在东华理工大学铀资源地质学课程翻转教学模式成功实现了翻转课堂教学模式优势，尤其是学生能够通过翻转课堂教学模式，灵活运用自我时间，自发性思考科学问题，从而达到改变学生思维模式等；而翻转课堂教学模式的运用，也可以进一步解决地学类的相关学科具有学习内容多、学生掌握不牢固、实践性强等问题。希望通过翻转课堂教学模式在铀资源地质学中的应用，对其他课程教育模式改革提供灵感和支撑，为国防事业不断前进培养出高素质专业技术人才。