基于社交網絡平臺自主學習核科學知識的科普化教學研究與實踐*

林 輝 魯迎春 孟大敏 景 佳

(合肥工業大學電子科學與應用物理學院物理系 安徽 合肥 230009)

基于社交網絡平臺自主學習核科學知識的科普化教學研究與實踐*

林 輝 魯迎春 孟大敏 景 佳

(合肥工業大學電子科學與應用物理學院物理系 安徽 合肥 230009)

核科學知識的普及化教育是大學物理教學之外的延伸教學，有益于提高學生的核科學素養.核科學技術的理論基礎較為簡單，適合于進行不受時間和地點約束的基于社交網絡平臺的“自主學習+在線討論”的教學形式.本工作依托社交軟件QQ群平臺，針對我院物理類一、二年級研究生，開展了核科學知識的在線學習.通過定期分階段發放核科學教學材料，指導學生進行自主學習；通過碎片式知識點的概括和講解，組織學生開展在線討論，活躍學習氛圍；及時在線解答學生的疑問，提高學生的學習效率.通過時間、地點靈活的在線教學，提高了學生的核科學認知水平.

核科學知識 自主學習 在線討論

兩年一次的核安全峰會于2016年4月1日在華盛頓舉行第四屆會議，核安全峰會旨在倡導核安全和打擊防范全球性的核恐怖主義.核電、核能、放射性元素醫療診斷等早已深入到日常生活.然而，我們周圍，包括新時代的大學本科生、研究生，對核的理解還大多處于一知半解的核畏懼、核恐慌的皮毛層次.特別是2011年3月12日因大地震日本福島核電站發生令人震驚的爆炸及核泄露事件之后，人們更是陷入了談核色變的境地.我國甚至出現了搶購食鹽的不理智行為.世界上也掀起了一股反核能、核電的偽科學運動高潮.

核科學知識的普及化教育是新時代大學生和研究生需要惡補的一門通識性課程.我國的高中物理學習過基本的原子物理知識，大學物理也學習過愛因斯坦的質能公式、量子物理等，學生普遍具有基本的原子、原子核理論，但是對放射物理及其應用方面的知識還比較欠缺，更缺乏理論與實際相聯系的認知訓練.

本工作依托常規社交軟件平臺(QQ群)，針對我院物理類一、二年級研究生開展了科普化的核科學知識的在線學習.首先通過調查問卷了解了學生對核科學知識的認知程度和認知期待；采用定期發放核科學教學材料，指導學生進行自主學習，并開展在線討論及時解答學生的疑問；最后通過考查的輕松形式對學生的學習效果進行了測試，向學生科普了與生活密切相關的核科學技術知識，提高了學生的核科學認知水平.

1 核科學技術的認知現狀調查

作為物理類研究生本科大多來自于物理學相關專業(如物理學、電子科學等)，雖然學習過原子物理、量子力學，但是普遍沒有學習過原子核物理，對原子核構成的認知基本上停留在高中知識階段.對輻射物理及其應用方面的了解還比較欠缺，更缺乏理論與實際相聯系的認知訓練.為了了解一般物理類研究生對核科學知識認知的真實情況，我們對我院(電子科學與應用物理)一、二年級的6個專業(物理學、光學工程、物理電子學、微電子學與固體電子學、集成電路與系統、電子與通信工程)的研究生共91人進行了問卷調查.問題包括20個與日常生活緊密相關的輻射問題，部分問題取自于文獻[1].為反映學生的真實認知水平，要求學生不要到互聯網上查詢答案，且在規定的時間內(20 min)獨立完成調查問卷并返回.問題和結果如表1所示.

表1 學生對“核科學技術”的認知情況調查

其中，“所有的放射性都能引發癌癥”“放射性物質和放射是人工制造的，在科學家創造出來之前它們并不存在”“核武器中質量很小的物質就可以釋放出驚人的能量”“人們可以感覺到放射性”的答對率超過90%，表示一般學生都具有常規性的核知識.

但是對于更深層次的核技術應用知識就表現出匱乏，尤其對核電站的認識錯誤特別突出，如“核電站不適當的操作會引起如同核武器一樣的爆炸”“核電廠會給公眾健康和環境帶來一系列破壞”“被輻射消毒滅菌過的食物仍然具有放射性”“核電站的廢料可以轉換為核武器”“人類已經掌握了實現核聚變反應技術”的錯誤率分別為 70%、56%、48%、44%、42%.

此外，在核技術的醫學應用和對目前的醫學認知水平上存在錯誤，如“醫學家能夠區分由于放射性引起的癌癥與其他原因引起的癌癥”“服用碘鹽能夠預防核輻射”“醫學X射線診斷是危險的”“所有的核醫學技術都是高度危險的” 的錯誤率分別為47%、29%、25%、24%.特別是誤解“醫學家能夠區分由于放射性引起的癌癥與其他原因引起的癌癥”，容易將學生引向將一些重大疾病(如腫瘤、白血病等)完全歸咎于核輻射或環境輻射污染的偽科學結論.

可喜的是，被調查的學生中，盡管學習和科研任務繁重，仍然有59%學生愿意抽出時間來接受核科學知識的在線學習.

2 基于自主學習的核科學知識教學實踐

(1)淺顯易懂的核科學技術知識，適合于開展在線式的自主學習

系統學習原子核物理費時費力，且對于大多數非核物理專業的學生來說，并沒有這方面的就業需求.在現今倡導以就業為導向的教育觀念下，很難調動學生的學習興趣.

然而，縱觀核科學知識教學資料，雖然原子核物理理論復雜，但與公眾認知相關的核能、核電、核武器、核醫學等涉及的主要理論，也就是愛因斯坦的質能公式，比較簡單.而復雜的核技術工程實現，對非核科學技術從業人員來說，只是展現基本的原理和裝置構造，所以用于授課的課件資料和測試例題等較為直白，易于開展學生的自主學習.通過分階段、有節奏地發放學習材料，并結合相對時間自由的碎片式知識點講解、在線問題討論和及時解答，可開展核科學知識的普及化教學.

(2)取材于生活和新聞圖片的豐富核科學資源，可輔助開展核科學自主學習

本教學中的自主學習材料依托羅上庚的《走進核科學技術》教材[2]，蘭州大學吳王鎖教授的網絡視頻公開課[3]，以及山東大學侯桂華教授的網絡視頻公開課[4]為藍本，分成以下7個專題進行了學習和討論：

1)核物理基礎——介紹了放射性的發現歷史、產生原理，基本的輻射物理概念、度量單位，以及帶電粒子與物質的相互作用等，概括性介紹了核物理的基礎理論.

2)輻射分類及其生物學效應——介紹了輻射的分類，電離輻射與非電離輻射，電離輻射的來源、作用及生物損傷效應等.通過解說輻射的分類，幫助學生區分安全的輻射和危險的輻射.

3)核電與核動力——介紹了核電站原理與核爆炸、三次大的核電站事故等，以幫助學生認知核反應堆的安全防護屏障，正確認知核反應堆的安全性，并以豐富的圖片向學生展現了世界上先進的核航母、核潛艇、核動力火箭、核動力衛星、設想中的核空間飛行器等，介紹了它們的工作原理，幫助學生了解現今核能的和平利用.

4)核武器——介紹了核武器的威力、原子彈的原理、新型核武器、核試驗的新形式等，帶領學生了解核爆炸的必備條件、現今世界上新型的核武器，以及現代計算機仿真技術在新型核試驗中的作用等，緩解學生的核恐懼壓力.

5)輻射的醫學應用——介紹了輻射治療腫瘤和輻射醫學圖像診斷技術等，介紹了輻射的安全閾值，幫助學生認知醫療檢查的安全性，并提升自我防御醫療過度的意識.

6)核廢料處理——介紹了放射性廢物的概念，核廢物的危害、來源和分類，處理核廢物的掩埋、嬗變等基本方法，幫助學生了解核廢料處理的知識，解除核擔憂.

7)輻射與防護——介紹了各類輻射的來源、輻射的防護方法、反應堆核設施的安全防護措施等，幫助學生正確認知天然輻射和人工輻射的關系，增長了輻射防護的常識，加深了對核反應堆安全性的理解.

此外，依托位于合肥的中國科學院等離子體物理研究所的托卡馬克核聚變裝置EAST，組織學生進行一次實地考察和學習，幫助學生將核科學理論與大科學裝置工程實現之間建立知識上的聯系.

(3)深入滲透生活的社交網絡平臺，提供了在線討論和及時解惑的最方便工具

微信、騰訊QQ等社交網絡如今深入滲透到生活的方方面面,研究生都擁有自己的賬號.通過建立QQ討論群，定期發放電子版調查問卷、自主學習材料，以及進行碎片式知識點講解、在線討論和問題解惑等，都通過QQ平臺完成.時間、地點自由，形式靈活.

3 學習效果的考察

經過約2個月，7個專題和1次實地考察的學習后，重新向學生發放增加了50%新題目的問卷，并采用開卷的輕松形式進行了考查.

考查題目中，有些采用簡單定量計算的方式，如“若一個人胸部受到能量 20keV， 吸收劑量 1 毫戈瑞的中子輻射照射，另一個人胃部受到吸收劑量 3 毫戈瑞的X射線照射，問兩人所受輻射的有效劑量誰大？”幫助學生理解吸收劑量、劑量當量與有效劑量的概念差異，正確認知輻射劑量與生物學效應之間的關系.有些題目通過設問的方式，加深學生對所學內容的印象，如“核反應堆的三重防護屏障是指燃料包殼、壓力容器和安全殼嗎？”以幫助學生加深對反應堆安全防護措施的了解，使其樹立核電站對周邊環境影響的正確認知，“把任意質量的易裂變材料(U-235或Pu-239)堆放在一起就可發生核爆炸嗎?”以幫助學生認知核爆炸發生的基本條件.有些題目向學生強化了當今核科學研究的前沿，如“核廢料處理除了深掩埋外，更為積極的處理方法是嬗變，請指出嬗變的目的”“人類設想的核動力太空飛行器——光子火箭是利用了什么原理”“計算機模擬的‘核試驗’也算核試驗嗎”等.

通過測試，學生回答問題的正確率高達90%以上，反映了學生核科學知識認知水平的提高.

4 討論與結論

核科學知識的普及化教育是新時代大學生和研究生課堂學習之外的延伸教學，有益于提高學生的核科學素養，消除核輻射恐懼.而核科學應用涉及面廣，與生產生活聯系較多，也易于調動學生的學習興趣.

核科學和核技術的理論基礎比較簡單，學習的知識點雖然較為繁多，但是淺顯易懂，涉及的理論計算也不難.核科學和核技術應用主要還是工程實現方面的工作，而這些原理和過程可以通過圖片、動畫等展示，因此核科學教學比較適合于進行這種不受時間和地點約束的“自主學習+在線討論”的學習方式.

本工作依托社交軟件平臺QQ群，針對我院物理類一、二年級研究生開展了核科學技術的在線學習.通過分階段發放核科學教學材料，指導學生進行自主學習，并開展在線討論，及時解答學生的疑問.通過學習，提高了學生的核科學認知水平，也培養了學生自主學習核科學知識的興趣與能力.

1 孫樹萍，劉軍深.對高中“核科學技術”教育的重新審視.化學教育，2013(5):11～15

2 羅上庚.走進核科學技術.北京:原子能出版社,2005.Ⅰ～Ⅷ

3 吳王鎖.蘭州大學公開課：走近核科學技術.http://open. 163.com/special/cuvocw/hekexuejishu.html

4 侯桂華.輻射與防護公開課.http://www.icourses.cn/viewVCourse.action?courseId=ff80808141e35ab801 41e416e6750085

Research and Practice on Popular Science Teaching Based on Social Network Platform for Independent Study of Nuclear Science Knowledge

Lin Hui Lu Yingchun Meng Damin Jing Jia

(School of Electronic Science & Application Physics, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009)

The popularization of knowledge of nuclear science is an extension of the University Physics teaching. It is beneficial to improve the students′ nuclear science literacy. The theoretical basis of nuclear science and technology is relatively simple, and is suitable for the teaching form of “Autonomous Learning + online discussing” based on social network platform, which is not restricted by time and place. This work relies on social software group platform to carry out the online learning of nuclear science knowledge for our college Physics class one or two grade graduate students. Guiding students for autonomous learning by regularly distributing nuclear science teaching materials; Summing up and explaining the fragmentation of knowledge points to organize students to carry out online discussions, and active learning atmosphere; Answering student questions online in a timely manner to improve the learning efficiency of students. Through the time and place flexible online teaching, the students′ cognitive levels of nuclear science are improved.

nuclear science knowledge; autonomous learning; online discussion

*合肥工業大學研究生培養質量工程項目,項目編號：YJG2015Y02,YJG2014Y11；安徽省教育廳人文社會科學重點研究項目，項目編號：SK2015A457

林輝(1973- )，女，博士，副教授，主要從事物理教學與研究，科研方向為核技術應用.

2017-02-07)