基于PBL教學模式的《地震勘探原理》課程教學方法改革與實踐

（中國地質大學 地球物理與空間信息學院，湖北 武漢 430074）

摘要：PBL（Problem-Based Learning）教學模式是國外先進的“基于問題式學習”的自主學習模式，是指以學生為中心，教師為指導者的新型教學方法。本文利用該教學理念對《地震勘探原理》傳統灌輸式教學模式進行了改革和創新，革新了傳統師生之間的從屬支配關系。實踐應用表明，PBL教學模式顯著提高了該課程教學效果和教學質量，從而促進了教學相長，形成了師生良性互動；有效激發了學生學習的積極性和主動性；顯著提高了學生獨立分析問題、解決問題及創新能力；培養了學生團隊協作精神、溝通表達能力和實際綜合素質。

關鍵詞：地震勘探原理；PBL；教學模式；教學方法；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0230-03

一、引言

PBL（Problem-Based Learning）教學模式是“基于問題式學習”的自主學習模式，是指以學生為中心，教師為指導者的新型教學理念。它把教學內容化作具體問題，通過PBL良好問題設計、學生合理分組、各組自主學習、課堂熱烈討論、教師點評、多樣化教學評價、教學效果反饋等多個關鍵環節引導學生通過解決問題達到掌握知識、形成技能、養成獨立思維和創造能力的新型教學方法和教學理念。PBL教學模式最初起源于醫學教育，80年代以后，PBL教學模式在北美和歐洲醫學院獲得了較快發展，并進行了幾十年的探索、嘗試、實行和廣泛運用，取得了顯著的教學效果。目前，這一教學模式已風靡全球，被譽為國外教學改革浪潮中多年來教育領域“最引人注目的革新”[1]。學生對地震勘探原理課程學習的好壞將直接影響其后續地震資料采集與處理和地震勘探資料解釋的學習效果[2]。為此，針對地震勘探原理學時少、內容多、理論復雜、難度大和需要的知識面寬等特點[3]，本文成功將上述國外新型的PBL教學模式引入到了《地震勘探原理》教學方法改革和實踐中，對傳統灌輸式教學模式進行了改革和創新，革新了傳統師生之間的從屬支配關系，顯著提高了《地震勘探原理》教學效果和教學質量。從而促進了教學相長，形成了師生良性互動；有效激發了學生學習的積極性和主動性，顯著提高了學生獨立分析問題、解決問題及創新能力；培養了學生團隊協作精神、溝通表達能力和實際綜合素質。

二、PBL教學模式在地震勘探原理教學中的應用

本文以我院2013級的061133班（28人）和061134班（30人）為例說明PBL教學模式在地震勘探原理教學中的應用過程。

1.PBL教案準備與具體問題設計。根據地震勘探原理教學目標和教學大綱，課前課題組認真討論，精心組織了PBL教學方案，設計了難度適中、內容合理、重點突出的PBL良好具體問題。例如，我們在講完折射波法基本原理后，給學生設計了如下具體問題：在老師指導下，在校園附近采集兩個排列相遇追逐觀測系統折射波實測地震記錄，進行初至時間拾取，解釋覆蓋層厚度h，覆蓋層速度v1和下伏基巖速度v2，并編寫實現該過程的折射波綜合處理解釋軟件（要求兩周完成）。

2.組成不同學習小組。根據學生的知識面、能力差異和學習習慣等因素，將061133班分成了4組，每組7人；將061134班分成了4組，其中前2組每組各7人，后2組每組各8人。每組均由學習成績好、組織協調能力強的優秀學生擔任小組長，負責組內分工。

3.學生查閱資料和自主學習。令8個小組課后查閱圖書館、國內外相關學術論文、國內外參考書，并通過國內外國家精品課程、中國大學MOOC（Massive Open Online Course，即大規模在線開放課程）等豐富的網絡資源進行自主學習，其內容主要包括（但不限于這些）：水平界面、傾斜界面和彎曲界面折射波時距曲線方程及特點、折射波相遇追逐觀測系統、折射波地震資料解釋方法、折射波主要用途和相關編程語言等，獲得可能解決該PBL問題的多種答案或多種解決途徑。

4.PBL課堂熱烈討論。兩周后首先令8個小組分別通過PPT匯報本組折射波地震資料解釋結果，并演示該組編寫的折射波綜合處理解釋軟件。通過各組的PPT匯報和軟件演示可以發現：有的組基于EXCEL2010利用t0差數法編寫了折射波綜合處理解釋軟件，有的組基于Matlab2013語言利用時間場法編寫了折射波綜合處理解釋軟件，有的組基于VC++語言利用t0差數法、時間場法和哈雷斯法編寫了折射波綜合處理解釋軟件，并進行了對比分析；有的組基于Matlab2011語言利用t0差數法編寫了折射波綜合處理解釋軟件，并對傳統的t0差數法進行了改進；有的組基于蟻群優化算法實現了折射波初至時間全自動追蹤拾取，有的組實現了初至時間自動拾取和手動拾取相結合；有的組覆蓋層厚度h、上覆介質速度v1和下伏基巖速度v2解釋結果比較接近，有的組解釋結果相差較大。

然后，讓各組根據其他組PPT匯報和軟件演示結果就各組關心的焦點問題進行組內和組間課堂熱烈討論，相互取長補短。通過討論我們發現：各組關注的焦點主要集中在如何準確拾取折射波初至時間，尤其是在地震記錄有噪聲初至時間起跳不明顯時該如何處理？如何準確確定直達波與折射波的交點？采用哪種方法進行折射波解釋更科學合理，每種解釋方法的適用條件是什么，每種解釋方法的優缺點是什么？兩個排列解釋的覆蓋層厚度在銜接點處不一致該如何處理，誤差控制在多少才符合要求？相遇追逐觀測系統的優缺點是什么，有沒有其他更好的觀測系統？為此，各組討論非常熱烈，有時還爭論不休，有的組還拿出了自己查閱和收集的資料作為支撐材料。

最后，教師對8個小組PPT匯報的折射波地震資料解釋結果、各組編寫的折射波綜合處理解釋軟件、各組關注的上述焦點問題、各組討論結果和問題的解決方案進行了詳細認真點評，并與學生進行了充分的課堂互動。

5.PBL教學綜合評價。本文采用了多種途徑對PBL教學改革和實踐效果進行了評價，克服了傳統單一的教學評價方式，PBL教學評價要素主要包括：組內成績、組間互動成績、課堂討論互動成績、回答問題成績、PBL報告成績、出勤成績、平時作業成績、期末考試成績，以及后續申報科研立項、參加科技競賽、競賽獲獎、發表學術論文等。

6.PBL教學反饋及推廣應用。本文通過問卷調查、教師QQ熱線、E-mail專用郵箱留言、走訪學生等方式獲取了學生反饋信息。通過學生反饋信息我們發現：絕大多數學生非常歡迎該教學模式，有的同學認為PBL教學模式要求學生根據老師設計的具體問題獨立閱讀文獻、查找資料和自學，所以培養了他們獨立分析問題和解決問題的能力；有的同學認為各個小組組內和組間協作和討論共同完成一具體問題或任務，激發了他們的創新潛力、培養了他們團隊協作精神和溝通表達能力；有的同學認為PBL教學模式以學生為中心，教師作為指導者，他們變被動灌輸式學習為主動學習，他們成為了課堂的主體，極大調動了他們學習的積極性和主動性，同時老師宏觀控制課堂進行點評，有力促進了教學相長、形成了師生良性互動；有的同學認為PBL教學模式從問題設計、學生自學、課堂討論、教師點評和教學評價，使他們可以積極參與折射波地震資料解釋的整個過程，大大提高了他們對折射波法的實際綜合運用能力，通過編程練習和討論切實提高了他們的創新精神、激發了他們的創新潛力。

作者根據學生的反饋信息、學生的實際學習效果、申報科研立項、參加各種競賽、競賽獲獎和發表論文等教學效果反饋不斷完善了PBL教學模式的各環節，進而將PBL教學模式推廣應用到了我院研究生教學中，均取得了較好的教學效果。

三、教學效果檢查

PBL（Problem-Based Learning）教學模式是國外先進的教學方法和教學理念，通過研究本文成功將該教學模式引入到《地震勘探原理》課程教學方法改革與實踐中。經過兩年多的實踐應用與檢驗，在PBL教學模式指導下極大調動了學生學習的積極性和主動性，PBL新型教學模式通過多元化的教學評價方式更加注重學生學習的過程監控、能力的培養，避免了學生平時不注意學習，考前突擊的情況，從而使學生的學習成績顯著提高，學生掛科不及格現象明顯減少，比如061133班和061134班在實行PBL教學模式后，學生最終綜合成績優秀率達44.3%，良好率達39.2%，不及格率僅為3.1%。該教學模式深受學生的歡迎和好評，因此本文作者在2015年度中國地質大學（武漢）本科教學質量評價中排名學院前10%，獲得了2015年度中國地質大學（武漢）的表彰和獎勵。同時，在PBL新型教學模式指導下也有效激發了大學生參加科技競賽和申報科研立項的積極性、團隊合作意識和勇于創新精神。比如，近兩年本文作者為指導老師的10個大學生團隊積極參加了科技競賽和申報了科研立項：包括全國大學生勘探地球物理大賽、大學生自主創新資助計劃啟航項目、國家級大學生創新創業訓練計劃項目、大學生基礎科研訓練計劃項目和教學實驗室開放基金項目等。通過檢驗，在PBL教學模式指導下，這些團隊和學生勇于創新，獲得了第三屆“東方杯”全國大學生勘探地球物理大賽全國三等獎、中國地質大學（武漢）第二十五屆大學生科技論文報告會校一等獎等12次學術獎勵。同時，還有學生作為第一作者在全國中文核心期刊《人民長江》上發表了學術論文1篇，并與指導老師合作在國際著名專業期刊《Journal of Applied Geophysics》上發表了學術論文2篇。作者也將PBL教學模式成功推廣到了研究生教學中，同樣有效激發了研究生學習的積極性、主動性、團隊合作意識和勇于創新精神。比如在我校今年剛舉行完的2016年第二十七屆研究生科技論文報告會中，本文作者指導了6個研究生團隊積極踴躍報名參賽，其中有3個團隊獲得了本年度院一等獎，有2個團隊獲得了本年度院二等獎，有1個團隊獲得了本年度院三等獎。獲得院一等獎的3個團隊在參加校級的競賽中，其中有1個團隊獲得了本年度校一等獎，有2個團隊獲得了校二等獎。本人也獲得了2016年中國地質大學（武漢）第二十七屆研究生科技論文報告會優秀指導老師榮譽稱號。

四、結束語

《地震勘探原理》是一門十分重要而又復雜的地球物理勘探方法，為了提高其教學效果和教學質量，本文成功將國外先進的PBL教學模式引入到了該課程教學方法改革與實踐中。通過兩年多的實踐應用與檢驗表明正確有效實施PBL教學模式后將會取得如下顯著教學效果。

1.PBL教學模式要求學生根據設計的具體問題獨立閱讀文獻、查找資料和自學，所以培養了學生獨立分析問題和解決問題的能力。

2.PBL教學模式基于問題需要各個小組組內和組間協作和討論共同完成一具體問題或任務，培養了學生的團隊協作精神和溝通表達能力。

3.PBL教學模式以學生為中心，教師作為指導，學生變被動灌輸式學習為主動學習，學生成為了課堂主體，極大調動了學生學習的積極性和主動性，有力促進了教學相長，形成了師生良性互動。

4.PBL教學模式從問題設計、學生自學、課堂討論、教師點評、教學評價到學生反饋，使學生可以積極參與解決問題的整個過程，大大提高了學生對所學知識的實際綜合運用能力。

5.PBL教學模式以學生為中心，教師為指導者，通過多樣化的教學評價方式，顯著提高了學生的綜合素質，切實提高了學生的創新精神和創業就業能力。

當然，PBL教學模式需要任課教師投入更多的精力和時間，但大學教師本就應以學生為中心，熱愛學生，對學生充滿愛心，嘔心瀝血地引導和培養他們。只要授課教師有高度的責任心，一切以學生為中心，投入更多的時間和精力，就一定會把PBL教學模式發揮得更好。

參考文獻：

[1]梁青，羅銀河，陳超.PBL教學模式在固體地球物理專業人才培養中的應用[J].中國地質教育，2014，23（4）：59-62.

[2]宋先海.“地震勘探原理”教學優化設計與教學方法探索[J].中國地質教育，2015，24（2）：40-44.

[3]宋先海.面向煤及煤層氣工程專業的《地震勘探》課程教學研究[J].長江大學學報（自科版），2015，12（16）：73-76.