翻轉課堂在“鈾資源地質學”課程教學中的應用

李增華，劉傳東，鄧 騰，李光來，許德如

（東華理工大學 地球科學學院，江西 南昌 330013）

引言

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

一、翻轉課堂教學模式的教學效果

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

二、“鈾資源地質學”課程特點及教學難度

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

同時，“鈾資源地質學”課程要求學生在掌握理論知識的基礎上，更注重實踐能力，面對野外鈾礦物識別、鈾相關地球化學測試以及找礦預測等問題，強調學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難度可以歸結為：（1）鈾資源作為一種多應用于國防事業的獨立礦產資源，受其自身多因素影響，國內開設該課程院校較少，可供借鑒的相關經驗不足；（2）課程涉及學科廣、需要掌握的內容多，教師和學生都需要掌握多門地質基礎課程，因此在課程教學過程教師備課量大，學生學習內容復雜，面對如此龐大的知識體系，學生在學習過程中難免會對前期學習過的知識掌握“不清”，正在學習的知識掌握“不透”，將要學習的知識未能預先梳理；（3）課程實踐性強，除理論學習外，學生還需要對礦物、礦石進行詳細的觀察描述，以及對鈾礦山進行實地考察。

三、“鈾資源地質學”翻轉課堂教學設計

（一）講授前教學視頻階段

翻轉課堂教學模式前期的教學視頻在學生系統學習知識過程中起到重中之重的作用，目的除引起學生的學習興趣為后期學生課堂學習做好鋪墊外，還對學生在復習鞏固階段提供助力。翻轉課堂教學模式的早期階段要求教師在教學視頻及教學動畫設計中精準傳達所授內容，讓學生在視頻學習中能夠深入淺出，是視頻制作的難點和痛點，多數教師也在視頻教學階段針對該課程的特點提出了改進方案。因此，針對“鈾資源地質學”課程抽象概念多這一特點，我們在教學視頻制作中增加了大量的動畫及圖像內容（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）。在教學視頻最后階段給予學生預先的課堂學習重點知識，在學習視頻后通過課程測驗即時調研學生自學的掌握情況，即能否在觀看視頻后就對課程重點知識。充分運用學習網絡教學平臺（大學生慕課、學習通等），根據教師提出的前期誘導問題設置專項討論區來為學生提供討論平臺，借助網絡教學平臺為各小組指定不同的研究方向來調研，如不同類型鈾礦床的礦物組合、控礦規律和成礦構造等。

（二）教師講授、學生討論、課程實驗演示階段

作為教師和學生的課程教學過程中面對面教學階段，翻轉課堂教學模式中教師往往扮演引導者的作用，同比傳統教學模式，不同點在于教師的引導方向更加傾向引導學生提出科學問題，進而提升學生團隊協作、獨立思考能力。在鈾資源地質學課程教學中，結合翻轉課堂的“以學生為中心”的核心思想，在教授過程中即時提出一些地質類的基礎問題（松遼盆地砂巖型鈾礦床的構造類型、控礦因素等），以及鈾地質學的相關問題（鈾礦物的成分組成、不同鈾礦床對應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，最終匯總共性問題，在課上教學后期進行解答。解決在視頻教學中教師、學生提出的問題，為學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-居隆庵地區三維地質模型、相山火山盆地三維地質結構模型）外，還增添了結合虛擬現實技術的野外地質實習三維地質觀察模型以及大量的鈾礦物巖石學（晶質鈾礦、瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦、鈣鈾云母、銅鈾云母等）、巖相學圖片。還為學生提供了鈾資源相關的一系列地質實驗觀摩、操作等環節，如徑跡蝕刻法、巖石鈾含量測定等。

（三）復習、考核與總結階段

以往傳統教學模式對學生的考核方式注重以“筆”為中心的靜態評估法，而翻轉課堂教學模式則更加側重學生“動態”的多維考核制度。其中眾多案例強調“多元化”的教育考核制度，但并未擺脫筆試考核的學生成績認定方法。因此，我們對應用翻轉課堂教學模式的鈾資源地質學課程考核階段進行了適當的調整，形成了一套“復習、考核最終總結”的教學流程。重新對學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，注重學生在鈾資源地質學課程教學過程中的綜合表現。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生在鈾資源地質學教學視頻、預習測試及討論統計情況進行統計（成績占比40%）；以及小組成過展示評定（成績占比30%）。最終總結階段，通過考核結果和學生總結討論提出的問題結合，為學生提供鈾資源地質學課程鞏固復習提綱。對小組研究方向成果展示考核也做出了適當的調整，從以往單一授課教師評價轉換為“學生互評為主、教師認定成績為輔”。在要求學生在互相評價過程中，除點評匯報成果及匯報所學內容外，對匯報人的PPT展示以及言語表達同時進行評價。

四、“鈾資源地質學”翻轉課堂的教學效果及討論

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

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

圖1 鈾資源地質學翻轉課堂教學模式與傳統教學模式2020級學生平均成績對比及2019—2021年度鈾資源地質學學生平均成績對比

（一）改變學生學習知識思維模式

相較于傳統的“填鴨式”教學，翻轉課堂教學模式將學生學習慣性中的被動接受轉變為主動思考。學生在講授課程前的引導性視頻教學中，通過光鮮艷麗的鈾礦物，以及教師提出識別礦物的科學問題，激發對課程所需掌握知識的好奇心并進行相關資料的查找學習、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化的同時，產生良性的學習思維模式，即：查閱—思考—反饋—掌握的過程。

（二）增強知識吸收和轉換能力

學生能夠通過多階段學習“交流圈”進行交流討論，向教師提出學習問題。在翻轉課堂教學模式所含的課程前引導教學視頻中學生通過對自己感興趣額礦物特征和特性進行相關文獻地翻閱和查找，通過“交流圈”向其他學生展示該種礦物的特征與性質；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歸納。學生能夠發揮自我思考能力，對專業知識進行“搜索、驗證、歸納”后提出問題，而思考中調用課程相關知識進一步促進學生對知識的再吸收。

（三）充分調動學生動手能力

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

（四）及時把握學生學習動態

針對學生鈾資源課程導學學習、課后問題回答進展進行詳細的劃分，及時把握學生學習動態。由于學生對知識的吸收能力與轉化能力的不同，較難實現統一達標，往往會造成課時少、授課進度慢等問題，為此運用網絡教學平臺統計的學生學習進展情況，對討論問題多的學生進行優先照顧；對課程學習過程中不積極主動的學生由學習小組和教師共同探討教授，從而平均化學生的教學進度，增強學生對學習的信心。

（五）學生能夠充分實現時間自由化

據開設翻轉課堂教學模式課程調查問卷及教育平臺統計，學生除課程安排時間范圍在生活瑣碎時間對鈾資源地質學課程導學部分進行學習，實現了課程學習時間安排的自主化。在翻轉課堂教學模式下鈾資源地質學教授過程中，學生的上課出勤率有較為明顯的提升。相對較為內向的學生，通過翻轉課堂教學模式的小組討論，也表現出了相對較高的積極性和較強的自信心，能夠與同學互相探討課程知識、積極回答教師提出的問題。翻轉課堂教學模式講授過程中未發現“低頭族”的學生，學生更加注重課程參與，課堂紀律明顯好轉。

結語

隨著計算機、互聯網技術與教育教學相結合的發展，翻轉課堂已成為重要的教學模式。翻轉課堂教學模式其本質是從教學“中心”轉移到教育模式轉變。在東華理工大學鈾資源地質學課程翻轉教學模式成功實現了翻轉課堂教學模式優勢，尤其是學生能夠通過翻轉課堂教學模式，靈活運用自我時間，自發性思考科學問題，從而達到改變學生思維模式等；而翻轉課堂教學模式的運用，也可以進一步解決地學類的相關學科具有學習內容多、學生掌握不牢固、實踐性強等問題。希望通過翻轉課堂教學模式在鈾資源地質學中的應用，對其他課程教育模式改革提供靈感和支撐，為國防事業不斷前進培養出高素質專業技術人才。