PBL教學(xué)模式在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

王迎超，耿 凡

1．中國礦業(yè)大學(xué)　力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇　徐州　221116；2．中國礦業(yè)大學(xué)　電力工程學(xué)院，江蘇　徐州　221116

PBL教學(xué)模式在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

王迎超1，耿 凡2

1．中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州221116；2．中國礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院，江蘇徐州221116

摘 要：針對土木工程本科生專業(yè)主干課教育即“巖石力學(xué)”課程的特點，將PBL教學(xué)模式引入大學(xué)專業(yè)課教育。本文分析了PBL教學(xué)模式在巖石力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用特征及優(yōu)勢，提出了“巖石力學(xué)”課程PBL教學(xué)模式的實施思路，包括PBL教案設(shè)計、資料搜集、課堂討論及教學(xué)評價，并對其教學(xué)效果進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；PBL教學(xué)模式；教學(xué)改革

PBL教學(xué)法是Problem-Based Learning的簡稱，是“基于問題式學(xué)習(xí)”或“問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)”的自主學(xué)習(xí)模式[1]，是指以問題為中心的教學(xué)，它把教學(xué)內(nèi)容化作問題，引導(dǎo)學(xué)生通過解決問題達(dá)到掌握知識、形成技能、培養(yǎng)發(fā)展思維和創(chuàng)造能力的新型教學(xué)方法和教學(xué)理念。PBL教學(xué)模式最初應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育，后來被廣泛地應(yīng)用到包括社會統(tǒng)計學(xué)[2]、工程學(xué)[3]、計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)[4]、生態(tài)學(xué)[5]等教學(xué)改革中，現(xiàn)已成為國際上較為流行的教學(xué)方法。

“巖石力學(xué)”是土木工程專業(yè)本科生的專業(yè)主干課程，其設(shè)計面廣、內(nèi)容繁雜，包括巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其實驗研究方法、巖體的力學(xué)性質(zhì)特點及巖體強(qiáng)度理論、原巖應(yīng)力及其測量理論和方法，巖石地下工程、邊坡工程和巖石地基工程設(shè)計方法和穩(wěn)定性分析方法等相關(guān)內(nèi)容。巖石力學(xué)屬于固體力學(xué)的一個獨立分支，蘊含深奧的力學(xué)理論，其研究內(nèi)容抽象、理論性比較強(qiáng)。本課程對學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，大部分學(xué)生開始接觸巖石力學(xué)通常感到“深奧、抽象、難學(xué)”。因此，“巖石力學(xué)”課程必須采用科學(xué)有效的教學(xué)模式才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。為此，本文通過分析國內(nèi)外相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀，將PBL教學(xué)模式引入到“巖石力學(xué)”課程教學(xué)中。

一、 PBL教學(xué)模式在“巖石力學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用特征及優(yōu)勢

1．問題驅(qū)動課程的進(jìn)展

在教學(xué)過程中，筆者對巖石力學(xué)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行設(shè)定，將復(fù)雜的理論簡化處理，提出具有概括性、能反映一般關(guān)系特性和理論判據(jù)的問題，學(xué)生通過思考和深入分析這些問題，從而領(lǐng)會巖石力學(xué)理論知識的核心概念和原理。

2．學(xué)習(xí)以學(xué)生為中心，教師作為一個指導(dǎo)者

以往的巖石力學(xué)教學(xué)屬于填鴨式教學(xué)，即傳統(tǒng)的老師講、學(xué)生被動聽的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，課堂教學(xué)效果較差。PBL教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教育方法，學(xué)生是真正的知識構(gòu)建者，通過對問題的自主思考，主動參與整個學(xué)習(xí)過程，逐步脫離教師的幫助，實現(xiàn)獨立學(xué)習(xí)。教師不再是過去的教學(xué)中心，而是擔(dān)當(dāng)學(xué)習(xí)向?qū)д呋蜉o導(dǎo)者的角色，提供能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)的資源，引導(dǎo)并幫助學(xué)生學(xué)習(xí)分析問題、歸納問題、探索問題解決方法，從而制訂有效的決策，監(jiān)控整個學(xué)習(xí)過程使計劃順利地進(jìn)行。

3．學(xué)生在小組中合作提供多種方法解決問題

PBL教學(xué)強(qiáng)調(diào)以小組合作的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，針對提出的問題，學(xué)生之間可以分組進(jìn)行討論，暢所欲言，提出自己的觀點和看法，學(xué)生與教師及小組成員相互合作，形成“學(xué)習(xí)共同體”。小組各成員都能充分發(fā)揮個人的智力水平，促進(jìn)了團(tuán)隊成員之間的協(xié)作，實現(xiàn)了團(tuán)隊成員的優(yōu)勢互補(bǔ)，從而培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。

4．對學(xué)生的評價方式多樣

PBL教學(xué)模式中，評價的目的是識別學(xué)生的優(yōu)勢和不足，反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而進(jìn)一步改善他們的學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。因此，PBL教學(xué)不但要求對結(jié)果作評價，而且也強(qiáng)調(diào)對學(xué)習(xí)過程的評價，真正做到定性評價和定量評價、個人評價和小組評價、形成性評價和終結(jié)性評價、自我評價和他人評價之間的良好結(jié)合。

二、 “巖石力學(xué)”課程中PBL教學(xué)模式的實施

1．課前PBL教案設(shè)計

“巖石力學(xué)”PBL教案的課前準(zhǔn)備與設(shè)計是順利實施PBL教學(xué)的前提，是PBL教學(xué)成敗的關(guān)鍵。在編寫巖石力學(xué)PBL教案時，必須明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，緊扣教學(xué)大綱，且應(yīng)以章（節(jié)）為單位，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理設(shè)計適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好問題體系。在進(jìn)行問題設(shè)計時，要綜合考慮以下幾個方面：(1)設(shè)計的問題必須和巖石力學(xué)教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)，使教學(xué)內(nèi)容能夠在問題解決的過程中，逐漸被學(xué)生所探索、認(rèn)知和掌握。比如，在講解原巖應(yīng)力基礎(chǔ)知識時，結(jié)合地應(yīng)力測量方法可以這樣設(shè)計問題,“目前國內(nèi)外普遍應(yīng)用的地應(yīng)力測量方法有何不足。”(2)設(shè)計的問題應(yīng)有一定的難度，對學(xué)生智力和能力有一定的挑戰(zhàn)，有利于學(xué)生的深入思考與分析。比如，在講授巖石的流變特性時，可以設(shè)計1個關(guān)于流變模型應(yīng)用方面的問題，由學(xué)生通過對不同的基本元件（胡克體、圣維南體及牛頓體）進(jìn)行組合，推導(dǎo)本構(gòu)方程，分析其蠕變與松弛特性，從而提高學(xué)生對巖石流變的認(rèn)識水平。(3)設(shè)計的問題應(yīng)與工程實踐聯(lián)系緊密，這樣一方面可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面，也可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。比如，在講授第四章地應(yīng)力部分時，可以設(shè)計這樣一個問題“結(jié)合某具體工程測試資料，分析其地應(yīng)力分布特征與空間區(qū)劃規(guī)律。”課前為學(xué)生提供平頂山礦區(qū)的地應(yīng)力測試資料，讓學(xué)生結(jié)合工程案例進(jìn)行深入分析，從而提高地應(yīng)力這一章節(jié)的教學(xué)效果。

2．學(xué)生預(yù)習(xí)，搜集資料

根據(jù)學(xué)生的知識面、能力差異和學(xué)習(xí)習(xí)慣等因素，將學(xué)生進(jìn)行合理分組。以6～8名學(xué)生為一組，每小組推選出1名學(xué)生作為組長，負(fù)責(zé)組內(nèi)分工，確定每位小組成員的職責(zé)。每次上課前約一周將PBL教案中設(shè)計好的問題提供給各小組長，由小組長分配任務(wù)，令其組員到圖書館和因特網(wǎng)上查閱有關(guān)文獻(xiàn)和資料，通過多種渠道獲得問題的答案和解決方法。學(xué)生們通過自己查閱與分析資料，一方面可以對巖石力學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行很好的課前預(yù)習(xí)，另一方面，針對具體問題，通過自主思考與分析，提出自己的看法與見解，有利于課堂上討論，避免空談，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識，對其就業(yè)和以后的個人發(fā)展具有很大的益處。

3．課堂討論

課堂討論共分為三部分。（1）首先進(jìn)行小組內(nèi)討論，組內(nèi)每位成員根據(jù)自己搜集的資料和前期的文獻(xiàn)調(diào)研，分享其各自獲得的知識，并通過對收集到的信息進(jìn)行分析、加工、處理，提出解決問題的假設(shè)和思路，然后由小組長匯集每位成員的成果，提出一種滿意的解決方案。例如，針對“巖石力學(xué)”教案第四章中設(shè)計的問題“結(jié)合平頂山礦區(qū)地應(yīng)力測試資料，分析其地應(yīng)力分布特征與空間區(qū)劃規(guī)律”，小組成員首先需對實測資料進(jìn)行處理，對不同測點的地應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行計算分析，求出其最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力，分析各主應(yīng)力與埋深的關(guān)系，并提出整個礦區(qū)地應(yīng)力的空間區(qū)劃思路。（2）進(jìn)行組與組之間的交流，每個小組將本組提出的方案與其他小組進(jìn)行對比分析，進(jìn)行學(xué)習(xí)成果和心得的交流分享，并展開激烈討論，通過深入的交流和反思，查找方案中的不足，對方案進(jìn)行修改完善。在該環(huán)節(jié)，針對不同小組的地應(yīng)力空間區(qū)劃特征進(jìn)行討論，由各小組闡述他們得到的地應(yīng)力分布特征和選取的空間區(qū)劃指標(biāo)。然后，將各小組的智慧進(jìn)行匯總，提出平頂山礦區(qū)地應(yīng)力分布特征及空間區(qū)劃問題的解決方案。（3）由任課老師進(jìn)行課堂點評，首先，對設(shè)置問題的背景與意義進(jìn)行說明，針對第四章設(shè)置的具體問題，闡述進(jìn)行地應(yīng)力測量的重要性，并分析不同地應(yīng)力測試方法的優(yōu)勢與不足；然后，對學(xué)生的解決方案進(jìn)行詳細(xì)剖析，指出其中存在的不足與修改建議，并將教案中設(shè)計的問題參考答案給學(xué)生進(jìn)行展示。比如，在第四章地應(yīng)力問題講解時，可以結(jié)合筆者的部分研究成果，將平頂山礦區(qū)的地應(yīng)力分布規(guī)律和空間區(qū)劃結(jié)果給學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)講解，便于學(xué)生進(jìn)行對照學(xué)習(xí)。最后，給學(xué)生留出一定的提問時間，通過課堂討論，使學(xué)生對所分析的問題有一個更為清晰的認(rèn)識，加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。

4．PBL教學(xué)評價

為了使PBL教學(xué)模式在“巖石力學(xué)”課程中能夠更好的實施，需對以往的教學(xué)考核評價體系進(jìn)行改革。學(xué)生的總評成績由小組學(xué)習(xí)情況得分、課堂討論得分、問題回答得分、平時作業(yè)及期末考試成績五部分組成，并合理確定每部分的得分權(quán)重，初步定為10%、20%、10%、20%和40%。評價內(nèi)容由以往的知識點評價逐漸向能力評價轉(zhuǎn)變，特別注重形成性(過程) 評價，如每個學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的主動性、參與性、表達(dá)能力、溝通能力、合作精神等，提高學(xué)生參與PBL教學(xué)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和團(tuán)隊協(xié)作的能力，使學(xué)生對實際問題的解決過程有全面了解并參與其中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)巖石力學(xué)的興趣，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的“注入式教學(xué)”向“啟發(fā)式教學(xué)”的轉(zhuǎn)變。

三、PBL實施后的教學(xué)效果及存在的問題

1．PBL教學(xué)效果分析

“巖石力學(xué)”課程具有涉及學(xué)科廣、內(nèi)容繁雜、理論性強(qiáng)的特點，對于力學(xué)功底不是很好的學(xué)生，較難掌握。在未實施PBL教學(xué)模式前，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時產(chǎn)生畏難和厭學(xué)情緒，致使學(xué)生上課睡覺、作業(yè)應(yīng)付、考試掛科的現(xiàn)象嚴(yán)重，課堂教學(xué)效果差。PBL教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)師生之間的支配從屬關(guān)系，兼顧了不同學(xué)生的需要，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，并使巖石力學(xué)的理論與工程實踐得到有效銜接，“巖石力學(xué)”課程教學(xué)逐漸得到學(xué)生們的喜愛和歡迎。采用PBL教學(xué)模式后，大多數(shù)學(xué)生能夠在發(fā)現(xiàn)與解決問題的過程中掌握相關(guān)知識，期末卷面考試成績也有了較大提高，無論是平均分、及格率還有優(yōu)秀率都明顯高于以前，特別是及格率多了近20個百分點。實踐說明，PBL教學(xué)模式實施后，大學(xué)生由原來的“厭學(xué)”向“好學(xué)”轉(zhuǎn)變，“巖石力學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量得到了較大提高。

2．PBL教學(xué)模式中存在的問題

PBL教學(xué)模式在“巖石力學(xué)”課程中得到了較好應(yīng)用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有探索性、主動性、問題性和參與性，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其思考和分析解決巖石工程問題的能力。但任何一種教學(xué)方法都不是萬能的，在“巖石力學(xué)”課程實施PBL教學(xué)中，也發(fā)現(xiàn)存在一些問題，具體體現(xiàn)在以下四點。

（1）學(xué)生之間在基礎(chǔ)、知識面等方面存在較大差異，對PBL教學(xué)的適應(yīng)程度有所不同。比如，同樣針對巖石流變模型問題，有的學(xué)生很容易就能進(jìn)行基本元件的組合，并推出其本構(gòu)方程；而基礎(chǔ)差的學(xué)生，卻感到無從插手，連課本上最基本的Kelvin模型和Maxwell模型都搞不清楚。

（2）學(xué)生討論熱烈，但流于形式。在PBL教學(xué)模式實施過程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生能夸夸其談，但卻離題萬里，不能提出有效的問題解決方案。

（3）難于設(shè)計良好的問題，教案的核心是問題，而設(shè)計的問題要以課程內(nèi)容和學(xué)生知識為依托，且不能超出大學(xué)生的能力，所以在課前巖石力學(xué)教案的編寫過程中會花費大量的時間和精力，且設(shè)計的問題難度較難把握，只有通過一屆學(xué)生討論學(xué)習(xí)后，方能真正知道問題難度是否適中。

（4）學(xué)生大多經(jīng)歷著被動式的學(xué)習(xí)，突然的改變一些學(xué)生還不能接受，因此需要時間來彌補(bǔ)，導(dǎo)致PBL教學(xué)耗時較多，課程學(xué)時不夠等問題。目前“巖石力學(xué)”課程只有32個學(xué)時，而PBL教學(xué)模式課堂討論耗時較多，有時一個問題的討論需要耗費2～4學(xué)時，明顯感覺課時不夠。

雖然PBL教學(xué)模式在“巖石力學(xué)”課程的實施過程中還存在上述問題和不足，但其應(yīng)用前景是光明的，相信通過不斷的完善，這些問題會逐步解決。

四、 結(jié)語

古人曰“君子之學(xué)必好問，問與學(xué)，相輔而行者也。非學(xué)，無以致疑；非問，無以廣識。” “學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則怠。” 疑惑、思考是進(jìn)行“巖石力學(xué)”課程學(xué)習(xí)的起點，只有帶著問題去學(xué)習(xí)，才能達(dá)到融會貫通、舉一反三的目的。問題教學(xué)法遵循了“是什么、為什么、如何做”的思路，教與學(xué)的過程中，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)與解決問題中掌握解決具體問題的相關(guān)知識，提高其綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力。在巖石力學(xué)PBL教學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，任課教師擔(dān)負(fù)著引導(dǎo)者和領(lǐng)路人的主要角色，要通過設(shè)置問題情境、營造和諧的課堂氛圍，以培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔炳權(quán)， 何震宇，王慶華，等.PBL教學(xué)法的研究綜述和評價[J].中國高等醫(yī)院教育， 2009，(7)：105-118.

[2] 王麗.PBL教學(xué)法在社會統(tǒng)計學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育理論與實踐，2010，(12)：62-63.

[3] 遲寶全，黃鎮(zhèn)海.PBL教學(xué)模式在無損檢測課程教學(xué)中的初探[J].黑龍江教育(高教研究與評估)，2013，(6)：47-48.

[4] 楊光臨.淺析問題教學(xué)模式在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報， 2012，(5)：196.

[5] 張桂萍，茹文明，金山，等.生態(tài)學(xué)教學(xué)過程中的問題教學(xué)模式[J].忻州師范學(xué)院學(xué)報， 2011，27(2)：100-101.

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-9372 （2013）04-0066-04

收稿日期：2013-7-31；修回日期：2013-10-23。

基金項目：中國礦業(yè)大學(xué)2012年青年教師教學(xué)改革資助計劃項目(2001210，2001263)；中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院課程建設(shè)與教學(xué)改革項目(YA1309)。

作者簡介：王迎超，男，副教授，主要從事巖土力學(xué)教學(xué)與研究工作。

Application of PBL Teaching Mode in Rock Mechanics Curriculum Education

WANG Ying-chao, GENG Fan
China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China

Abstract：Rock mechanics is the main course for civil engineering. According to the characteristics of rock mechanics course, PBL teaching mode was applied to the education of this course. In the paper, the application characteristics and the advantages of PBL teaching mode was analyzed for rock mechanics teaching. Then, implementation ideas of PBL teaching mode was put forward, including of PBL teaching mode, data collection, classroom discussion and teaching evaluation. Moreover, the teaching effect was analysed comparatively.

Key words：rock mechanics; PBL teaching mode; teaching reform