基于混合式教学的“核科学技术应用”微课设计——以“放射性碳-14 鉴年”为例

常树全

（南京航空航天大学材料科学与技术学院 江苏·南京 210016）

0 引言

“互联网+教育”将带来教育内容的持续更新、教育样式的不断变化、教育评价的日益多元。微课、慕课、翻转课堂、手机课堂等等，就是“互联网+教育”的产物。“微课”具有通俗易懂、短小精悍、可重复学习等特点，在混合式教学过程中应用越来越广泛。本文以“放射性碳-14 鉴年”为例介绍基于混合式教学的微课设计。

核科学技术是一门尖端科学，也是一类非常实用的技术，在军事和民用领域扮演着越来越重要的角色。依托我校核技术国防特色专业，我们面向本科生开设了“核科学技术应用”课程，内容涵盖核科学技术在军事、航空航天、能源、工业、农业、医学、考古、环境等方面的应用。由于课程涉及面广、知识点多，在授课过程中注重原理和方法的讲解，注重专业性与趣味性相结合，旨在让学生掌握核技术应用的基本原理与方法，了解核与辐射安全基本知识。本微课内容属于 “核科学技术应用”第六章“核科学技术在考古中的应用”中的一个重要章节。

1 “放射性碳-14 鉴年”微课设计与实践

1.1 教学目标及设计思路

本微课的教学目标是使学生掌握放射性碳-14 鉴年法的基本原理、测量方法和操作流程；让学了解放射性碳-14 鉴年法的诞生历史和应用领域，拓展学生视野，激发学生兴趣，引导自主学习，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。

本微课秉承“以学生为中心”的理念，以激发学生兴趣为导向，综合运用多媒体信息技术进行教学内容和教学环节的设计。针对本微课内容特点，重点讲解原理和方法，注重专业性与拓展性相结合，注重知识传授与启发思考相结合。利用动画、图片、演示视频等手段提高直观性和生动性，利用经典故事、著名人物、典型案例等素材提高趣味性和生动性，引入公式、例题等阐述原理，设置思考题和拓展资料引导学生深入学习思考，高效传递知识、技能和思想。

1.2 教学过程及教学策略（见表1）

（1）知识点引出。通过视频，讲述富有神秘色彩的经典故事-耶稣裹尸布之谜，吸引学生注意力，带领学生进入考古世界，引出放射性碳-14 鉴年技术。

（2） 知识点在课程中的位置。本微课属于核技术在考古中应用的一个知识点。一句话带过，让学生对本次讲解的知识进行初步定位，做到心中有数。

（3） 碳-14 鉴年的诞生。介绍Libby 教授因碳-14 鉴年技术而获得诺贝尔奖，让学生了解该技术的诞生和重要价值。

（4）碳-14 鉴年的原理。“为什么如此殊荣会垂青于碳-14呢？”以此引出碳-14 鉴年的原理讲解。这是重点和难点。通过图片介绍碳-14 的特殊之处，讲解其放射性衰变过程。通过公式，讲解放射性衰变规律，介绍放射性衰变用于时间度量的可能性（理论基础）。通过与古代燃烧香烛计时和现代利用钟表计时的对比，介绍碳-14 鉴年的独特优势。“如何确定待鉴定样品中碳-14 的初始量和剩余量是碳-14 鉴年的关键。” 碳-14的初始浓度是无法测量的，因为我们不可能穿越到过去。以此作为过渡，引出空气中碳-14 平衡和碳循环的介绍。采用动画的方式，介绍碳-14 产生和衰变过程及平衡浓度、自然界碳循环过程、生物体内碳浓度、年代推算原理。

表1 教学设计思路

（5）碳-14 的测量方法。样品中碳-14 剩余量的测量精度直接关系到鉴定结果的准确性，其测量方法也是讲解重点。首先介绍了放射性测量的原理和公式，然后通过例题讲解利用测量放射性来计算年代的方法。通过实物照片，展示放射性测量、加速器质谱分析的仪器设备。通过表格，对比两种技术优缺点。让学生从多个角度掌握两种测量方法（原理、仪器设备、优缺点）。

（6）碳-14 鉴年的操作流程。通过两种方法比较，引出利用加速器质谱法进行碳-14 测定的操作流程。通过实验演示和教学视频，展示仪器设备，介绍主要操作流程和注意事项，让学生身临其境地学习实际操作流程。样品的处理方式会对测试结果产生很大的影响。该部分内容也是学习的重点。

（7）碳-14 鉴年的应用案例。通过图片展示，介绍碳-14 的应用领域及可以广泛应用的原因。然后通过图片概述碳-14 鉴年应用的部分经典案例，包括埃及法老棺木、阿尔卑斯山冰人、马王堆汉墓、夏商周断代工程等，让学生加深理解、拓展视野。

（8） 课程小结。回顾总结本次微课的3 个需要掌握的内容（基本原理、测量方法、操作流程）和2 个需要了解的内容（诞生历史、应用案例），明确学习重点。

（9）课后思考与拓展学习。本课程主要介绍了碳-14 鉴年的基本原理和方法。该技术的原理比较简单，但实际应用过程中有许多复杂问题需要考虑。针对实际应用，给出3 个思考题，其中1 个原理性问题（该技术的适用年代）和2 个技术性问题（样品碳玷污与处理、空气中碳-14 浓度变化与校正），引导学生深入思考。给出了图书资料和网络资源，供学生深入学习。

3 结束语

面对“互联网+”时代，我们要对教育模式和教学内容进行不断升级。本文以“放射性碳-14 鉴年”为例，介绍了基于混合式教学的“核科学技术应用”微课设计与实践，希望能够为“互联网+”背景下混合式微课教学起到抛砖引玉的作用。