基于問題與實踐驅動的研究生課程教學改革

孟海東 宋宇辰 段軍 李世平 董紅娟

摘 要：研究生數字礦山課程具有多學科交叉融合、理論與實踐緊密結合和授課對象多元化的特點，以課堂講授為主的“一言堂”教學方式不能夠滿足培養具有創新意識和創新精神科研人才的需求。通過基于問題與實踐驅動的課程教學改革，強化問題意識和實踐能力，培養了研究生發現問題、分析問題和解決問題能力，實現了面向對象的自主學習，進一步激發了研究生的創新意識和創新精神。

關鍵詞：課程特點；問題意識；面向對象；創新能力

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）01-0122-03

Abstract： Digital Mine for postgraduates is multidisciplinary with close integration of theory and practice and diversification of teaching objects. Therefore， the traditional teacher-oriented teaching mode cannot meet the requirements for training scientific researchers with innovative ideas and spirit. Through problem-based and practice-driven teaching reform， the awareness of problem and the ability of practice are strengthened， training the students' ability of discovering， analyzing and solving problems. In this way， the object-oriented autonomous learning is realized， and the innovative consciousness of postgraduates is further stimulated.

Keywords： curriculum characteristics； problem awareness； object oriented； innovation ability

研究生課程教學是研究生培養的重要環節， 創新型國家的建設， 對研究生的創新教育提出了新的要求。作為研究生創新教育的重要載體， 研究生課程如何體現對研究生創新意識、創新思維、實踐能力的引導和培養， 如何使研究生課程教學更好地服務于創新教育， 以課程和實踐為依托促進創新， 充分發揮研究生課程教學在研究生創新教育中應有的作用， 是研究生教育領域值得探討的重要課題。

一、傳統研究生課程教學方法存在問題與改革研究

（一）傳統課程教學方法存在的問題

研究生課程教學作為實現研究生培養目標的基礎性環節，在培養研究生科研能力和創新能力的過程中發揮著重要作用。但是，多數以本科教學為主的地方多科性大學，在研究生課程教學方面往往采用本科生的教學模式，按照參考教材內容循序漸進地進行課堂教學。實踐表明，這種課程教學方式制約了研究生創新思維和創新能力的培養。而且，在傳統教學模式下，學校研究生管理部門和研究生的培養只注重課程成績、發表的期刊論文、完成的學位論文等方面，在整個研究生培養過程中忽視了研究生的問題意識、實踐能力、科研水平和創新能力的培養。這樣培養出來的研究生缺乏科研創新的主觀能動性和素質，違背了研究生教育與培養的遵旨。

研究生教育的目的是為國家培養科研事業的后備力量，在研究生能力培養過程中，最基礎的是研究生創新意識和創新能力的培養。培養研究生的創新意識和創新能力需要將研究生培養過程的每一個環節作為抓手，結合學校學科發展現狀，在研究生教學方式方法、培養制度等技術和制度層面改革的基礎上，通過課程教學改革進一步強化研究生創新意識和創新能力培養。

（二）課程教學改革研究

近年來我國在研究生課程教學改革方面做了很多工作。例如，裴福俊進行了基于案例驅動教學的研究生課程教學改革[1]，從導航系統課程的實際情況出發，采用案例驅動教學的方式改革教學模式，在講授基礎理論的基礎上，通過對最新的科技論文的講授和分析，使學生能夠明確導航領域最新的研究方向和研究進展，并能夠掌握導航領域的科研創新方式和方法，為學生順利進入下一階段的研究和創新工作奠定堅實的基礎；劉東海等探討了基于問題驅動的教學方法[2]，從概率統計的教學現狀出發提出了基于問題驅動教學的必要性，并結合實際例子探討了基于問題驅動的概率統計教學方法和教學設計，通過問題驅動讓學生積極參與學習、探索解決問題的途徑；鄭華盛探索了基于問題驅動的研究生課程教學改革[3]，針對研究生數值分析課程，將問題驅動思想引入課程教學，逐漸形成了“以問題為驅動”的教學模式、“理論講授-專題討論-課外大作業”的授課體系和“課內閉卷考試與課外開放式考核相結合”的綜合考核方法，有利于培養和提高研究生的工程應用能力及創新能力；趙麗娜等探討了基于研究生創新能力培養的課程改革[4]，將基于問題驅動的學習方式和專題講座等啟發性教學方式滲透進傳統的分子生物學課程教學模式中，努力實現以學生為中心，教師為組織、指導和促進者，在理論教學中注重增加學術前沿內容，開拓學生視野，培養學生科研興趣和創新思維，取得了良好的教學效果；王一博提出了以科研能力為導向進行研究生教育課程改革[5]，認為在目前以提高研究生科研創新能力為核心的研究生培養機制改革背景下，在我國研究生、尤其是碩士研究生參與課題研究機會有限的客觀現實面前，依托課程體系所涉及的選課制度、課程設置、授課方式及教學氛圍等因素強化研究生科研能力培養，實現研究生教育“學術探究”本質的回歸，是現階段我國研究生教育課程改革的理性選擇。范雅惠等用問題驅動教學模型實施了計算思維教學的應用與實踐[6]，提出將計算思維的思想方法與問題驅動教學模型結合起來，構建一種融入計算思維理念的問題驅動教學模型，并說明了如何基于該模型開展計算思維教學實踐，結合課程案例分析計算思維在教和學過程中的作用，驗證了該模型的可用性與有效性。可以看出，在研究生課程教學改革中，不同的學者根據不同研究生課程的特點探索與實施了多種教學改革方式，取得了良好的教學效果。

數字礦山作為內蒙古科技大學礦業工程學科研究生培養計劃的基礎學位課，承載著使研究生掌握和應用礦山信息化和智能化知識的重要任務，是信息化時代培養礦業工程研究生創新能力的重要基礎環節課程，如何根據數字礦山課程內容特點開展有效的課程教學改革研究，是提高課程教學、培養研究生礦山信息化與智能化方面創新能力的重要知識保障。

二、數字礦山課程特點

數字礦山是以礦山系統為原型，以地理坐標為參考系，以礦山科學技術、信息科學、人工智能和計算科學為理論基礎，以高新礦山觀測和網絡技術為支撐，建立起的一系列不同層次的原型、系統場、物質模型、力學模型、數學模型、信息模型和計算機模型并集成，利用多媒體和模擬仿真虛擬技術進行多維表達，同時具有高分辨率、海量數據和多種數據的融合以及空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化的技術系統。它是信息化、數字化的虛擬礦山，是用信息化與數字化方法來研究和構建的礦山，因此，數字礦山課程具有如下特點。

（一）多學科交叉與融合

數字礦山是一門多學科交叉融合的研究生培養課程，課程內容包括采礦工程、礦山安全工程、地質工程、測繪工程、計算機技術、網絡技術、信息技術、數值計算、可視化三維建模技術、虛擬現實技術等，課程內容涉及面廣，通過傳統方式的課堂教學很難做到重點突出，在點與面之間很難找到平衡點、取得讓學生滿意的教學效果。

（二）理論與實踐相結合

由于多學科交叉融合使得數字礦山課程內容既有前沿的理論知識，如計算機技術、網絡技術、信息技術、數據挖掘技術、數值計算、三維建模技術、虛擬現實技術，又有傳統的采礦工藝與技術、地質理論等，課程內容理論與實踐緊密結合。在有限課時的課程教學過程中，如何使研究生既掌握了相關理論知識又得到了實踐能力的培養，是課程教學改革的重點研究內容之一。

（三）授課對象的多元化

數字礦山作為內蒙古科技大學礦業工程研究生培養的基礎學位課，選課的研究生來自不同的研究領域，如采礦工程、礦山安全工程、礦山地質工程、礦山環境工程和礦山測繪工程等，對課程內容的需求有所不同，傳統按課程內容循序漸進的教學模式不能滿足研究生的個性化與研究方向的需求。

三、基于問題與實踐驅動的課程教學

培養研究生科研能力和創新能力必須從培養發現問題、分析問題和解決問題的能力入手，使研究生在課題研究中明確“做什么、為什么做和怎樣做“。研究生課程教學的目的就是要啟發他們的問題意識、培養他們的工程實踐能力和創新能力。因此，針對數字礦山課程內容、教學目標和任務，對數字礦山課程教學進行改革，以提出問題、分析問題和解決問題為教學過程的主線，以培養研究生樹立問題意識、提高解決問題的能力為主要教學目標；同時，通過強化課程實踐提高他們的實際動手能力和創新能力。

（一）基于問題與實踐驅動的教學過程

研究生良好學習效果的外因在于導師的正確引導與科學指導，內因在于研究生自身的領悟能力和刻苦專研的精神。如何在課程教學過程中充分發揮內因和外因的作用，實踐表明“問題與實踐”是重要的激發因素，是導師和研究生交流與溝通的重要紐帶，是培養研究生刻苦專研精神的重要手段。

在數字礦山課程教學過程中，改變傳統的“一言堂”課程教學方式，實行基于問題驅動與實踐驅動的“多言堂和多實踐”教學過程。這樣的教學過程關鍵在于問題提出與問題的分析解答以及實踐環節的強化。問題的提出與解答關鍵在于對教學參考書內容和相關最新文獻內容的理解和凝練，實踐環節的強化在于結合課程教學內容將解決問題的過程實踐化。

1. 基于問題驅動的課程教學。根據教學進程，課前和課中圍繞課堂主題教學內容提出相關問題，在課堂重點內容講解基礎上，在教師與研究生、研究生與研究生之間進行交互式問題討論與分析，教師對問題討論與分析結果進行總結。這種教學方式能夠很好地解決教學過程中“教與學”兩張皮的矛盾。同時，既提高了研究生學習的主動性，又培養了研究生基于問題的思維模式和思考方式。

數字礦山課程內容是采礦工程、礦山安全工程、地質工程、測繪工程、計算機技術、網絡技術、信息技術、數值計算、可視化三維建模技術、虛擬現實技術等的交叉與融合，有許多如何交叉、如何融合的問題切入點，既有宏觀的問題又有微觀問題，既有全局的又有局部的問題，既有理論問題又有應用問題，以及交叉融合的拓展與創新問題。例如，數字礦山的內涵與外延問題，智能礦山與智慧礦山建設問題，傳統采礦工程的計算機模擬與優化問題，礦山安全的數字化表達與分析、監控、預警問題，礦山三維建模問題，礦山數據倉庫構建問題，礦山數據挖掘問題等。通過從宏觀到微觀、從全局到局部、從理論到應用一系列問題的提出、分析與探索解答，同時結合不同學科研究方向研究生對數字礦山相關知識內容的需求，以問題為驅動，使研究生深入地融入到數字礦山課程教學中，充分調動和發揮他們的主觀能動性，培養他們的問題意識和解決問題的能力。

基于問題與實踐驅動的課程教學方式能夠在學習內容方面為研究生提供更多的選擇，他們結合自己的研究方向，通過發現和提出自己關心的、感興趣的數字礦山相關問題，學習、掌握相關數字礦山知識和技術，實現了面向對象的個性化自主學習。

2. 基于實踐驅動的課程教學。問題的提出不僅來源于對理論和技術的探究，而更多的問題來源于實踐與應用，在實踐與應用中發現問題、解決問題是培養研究生科研創新能力的重要環節。數字礦山課程教學內容中包含大量的應用與實踐，例如礦山地質和礦體三維建模、礦山開拓系統仿真建模、基于虛擬現實的生產過程模擬、礦山智能化管理信息系統的開發等。在改革數字礦山課程教學過程中，結合研究生的具體研究方向和個性化需求，強化具體課程內容的應用與實踐，利用內蒙古科技大學礦業研究院數字礦山實驗室中的相關軟件平臺為研究生提供良好的實踐環境，培養他們解決具體實際問題的動手能力，在實踐中提高研究生的科研能力和素質。

（二）基于問題與實踐驅動的創新能力培養

在基于問題與實踐驅動的教學過程中，問題的提出本質上是“懷疑論思想”和“批判精神”的體現，科研意識和創新能力與批判精神是緊密聯系的，對研究生批判精神的培育是強化研究生創新能力的重要途徑，因為一切新的理論和新的成果都是源于人類對當前已有知識經驗反思和批判的基礎上獲得的。研究生課程教學體現的批判精神能讓學生從被動學習轉為主動學習。如果培養的學生不具備批判精神的頭腦，沒有獨立思考、敢于否定自我的勇氣，那就不用奢望社會的進步和創新[7]。

問題與實踐驅動創新，創新的思維活動都是針對問題和實踐的，如果沒有問題就沒有思維，更沒有創新思維；沒有實踐過程，更談不上創新能力的體現和培養。基于問題與實踐驅動的數字礦山課程教學方法，使研究生從被動的接受知識變為主動的學習與研究知識，在和導師、同學合作探究與實踐過程中，實現新知識和已有知識的有機整合，尋求解決問題的有效辦法，培養了學生的創新意識和創新能力。

數字礦山課程內容理論與實踐緊密結合，如計算機技術、網絡技術、信息技術、數值計算、數據挖掘技術、視化三維建模技術、虛擬現實技術。數字礦山課程教學在理論與實踐問題探究的基礎上，系統地培養研究生分析問題和解決問題的能力。每解決一個新的問題或實踐中提出新的方法技術，就是創新能力的培養和提升。研究生創新精神和創新能力體現在采用新技術解決新問題，或采用傳統技術解決新問題，或采用新技術解決工程實踐中面臨的老問題等方面，基于問題和實踐驅動的數字礦山課程教學方法能夠有效地激發與提升研究生的創新能力。

四、結束語

通過基于問題與實踐驅動的課程教學改革，使研究生深入地融入到課程學習中，提高了他們的學習興趣和熱情，從傳統教學過程中的被動狀態轉變為主動，實現的面向對象的個性化自主學習，培養了他們主動思考問題和動手解決問題的意識和素質，進一步激發了他們的創新意識和創新精神。但是，在具體教學過程中，問題的提出和發現、以及實踐環節的針對性和有效性還有待于進一步凝練，使課程教學效果得到進一步提升。

參考文獻：

[1]裴福俊.基于案例驅動教學的研究生導航系統課程教學改革[J].科教文匯，2016（347）：62-63.

[2]劉東海，彭丹.基于問題驅動的概率統計教學探討[J].當代教育理論與實踐.2016，8（2）：80-82.

[3]鄭華盛.基于問題驅動的研究生課程教學改革探索與實踐[J].南昌航空大學學報：自然科學版，2014，28（4）：100-104.

[4]趙麗娜，賀寶玲，張秀軍，等.基于研究生創新能力培養的分子生物學課程改革探討[J].教育教學論壇，2016（2）：70-71.

[5]王一博.以科研能力為導向：研究生教育課程改革的理性選擇[J].學位與研究生教育，2012（10）：32-35.

[6]范雅惠，劉德山，魏迪，等.用問題驅動教學模型實施計算思維教學的應用與實踐[J].計算機教育，2016（1）：90-93.

[7]楊明.不確定性知識觀對我國研究生課程教學改革的啟示[J].長春工業大學學報（高教研究版），2014，35（1）：40-42.