探究式教學模式在《彈性波理論》課程改革中的探索與實踐

王敏玲 張智 王洪華 熊彬 丁彥禮 綦瓊英

摘 要：在工程教育目標的背景下，以《彈性波理論》課程為例，提出了一種以項目任務為載體，以探究式學習為主要方法的教學模式。通過對《彈性波理論》課程的特點和教學中存在的問題進行深入剖析，從教學內容、教學方式、教學手段和考核方式等方面進行改革，能有效培養和評定學生的工程能力，同時為工程教學改革提供了一些思考。

關鍵詞：探究式教學；彈性波理論；教學改革；合理性評價

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）11-0143-03

Abstract： In the context of engineering education goals， taking the course of "Elastic Wave Theory" as an example， a teaching model based on project tasks as the carrier and inquiry learning as the main method is proposed. Through in-depth analysis of the characteristics of the "Elastic Wave Theory" curriculum and the problems in teaching， reforms are carried out in terms of teaching content， teaching methods， teaching means， and assessment methods， which can effectively train and evaluate students' engineering capabilities. The teaching reform provides some thoughts.

Keywords： inquiry teaching； elastic wave theory； teaching innovation； rationality evaluation

《彈性波理論》課程是勘查技術與工程（物探方向）及相關專業選修的一門專業基礎課，是實現人才培養目標的基礎性教學環節中很重要的課程。通過本課程的學習使學生在大學物理、理論力學等課程的基礎上進一步掌握彈性力學的基本概念、基本原理和基本方法，了解彈性體簡單的計算方法和有關解答，提高分析與計算的能力，為學習地震波傳播理論等有關專業課程打下初步的彈性力學基礎。近年來，隨著本科生的就業更加偏應用，使得學生在學習這類理論基礎課程中表現不積極，使得相應的教學環節與培養目標存在一定的矛盾。目前類似《彈性波理論》的課程在教學模式中亟需改革，如何改進課程的教學模式，提高學生學習積極性，增強學生學習的成效等，已成為大多數地方高校本科生專業課教育面臨的一個重要命題[1]。本文選擇桂林理工大學地球科學學院勘查技術與工程（物探）專業理論性較強的《彈性波理論》課程為對象，開展教學模式的改革研究。論文旨在深入分析課程目前面臨的諸多問題的基礎上，通過從學生、教師等層面出現的問題進行總結，并進行探究式教學模式的探索，從而構建合理的課程教學體系，進而培養學生理論與實踐相結合的能力，提高分析解決工程實際問題的能力。

一、課程的重要性及教學中存在的問題

《彈性波理論》課程是我?？辈榧夹g專業本科生必須的專業基礎課，該課程理論性強，課程內容豐富，信息量很大。它涉及的問題十分廣泛，在工程技術許多領域諸如地震勘探，地震學、工程力學、材料力學等方面都有應用，為從事地震學及波動理論等相關研究的人員提供了廣闊的應用領域。因此掌握彈性波理論相關知識對科學工作者和相關工程技術人員意義重大。

由于社會的發展，很多領域的最新技術、最新產品不斷交叉、滲透，使得人們對波動傳播問題重新進行思考，并將其拓展到很多相關實踐領域。實際工程實踐問題的多樣性和復雜性，新型材料的發展等都不斷促使彈性波理論和應用的研究更加深入，并且更具實用性。這就使得對理論性較強的彈性波理論課程的教學提出了新的要求[2]。另外，該課程數學公式繁瑣，用的數學、物理知識也比較復雜，涉及的交叉學科的內容也多，使得學生很難跟上老師教學的進度，掌握的效果也不佳。而且隨著學校對學生往綜合型人才培養，課程種類在不斷增加，導致課時量在不斷縮減，《彈性波理論》教學學時為原本的64學時縮減到40學時，卻是高等院?？辈榧夹g與工程和土木類等專業的重要基礎課程。傳統的面授式的教學模式禁錮了學生的思維和想象力，導致該課程的教學成效不太理想，更談不上適應工程教育大的背景下，培養學生運用理論知識去解決工程實踐問題。提高教學質量，培養創新人才是我國高等教育永久的命題。對該門課程的教學改革進行研究和實踐，有利于學生養成科學態度、掌握科學方法、發展研究能力，對提高課程教學效果、加強學生實踐能力培養，具有非常重要的意義。

針對《彈性波理論》這門課程教學而言，在現有的教學模式下，急需要解決以下問題：怎樣使課堂教學具有吸引力？怎樣才能基于書本而又超越書本？怎樣啟發、引導實現教學互動？怎樣在課程教學中培養創新精神和創新能力？針對上述問題，擬在近幾年的《彈性波理論》教學中，在教學過程與教學方法上堅持“引導與激勵相結合”、“課內學習與課外研究相結合”的探究式教學模式，通過研究和實踐優化，豐富教學內容，妥善解決和后續課程的聯系，使學生在有限的學時下，更好地了解理論知識，并提高工程教育標準要求的實踐能力。

二、探究式教學的研究現狀

工程教育專業認證最早起源于20世紀30年代的美國，現已發展成為國際通行的工程教育質量保障制度。工程教育專業認證是專業認證機構針對高等教育機構開設的工程類專業實施的專門性認證，旨在為相關專業人才進入工業界從業提供預備教育質量保證。專業認證的核心理念是以學生為中心（Student Centering，SC），以產出為導向（Outcome Based Education，OBE），質量持續改進（Continuous Quality Improvement，CQI）。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議中強調“辦好我國高校，辦出世界一流大學必須牢牢抓住全面提高人才培養能力這個核心點”，可見人才培養能力的重要性。近年來，各類高等院校都在推行工程教育專業認證，旨在培養具有工程實踐能力的創新型人才。

20世紀以來，探究式教學備受重視，英國、美國、日本等西方國家均出臺各種舉措，積極推進教學改革工作，把教學方法改革作為關鍵的突破口，各國紛紛倡導探究式教學。1979年，英國“皇家文學、制造和商業促進會”（RSA）發表《能力教育宣言》，指出傳統教育教學方法在培養人才的素質構成方面存在嚴重缺陷，倡導改變傳統教學方法，創新運用探究式教學方法，培養學生解決實際問題能力和溝通協作能力。1998年，美國博野委員會（Boyer Commission）針對美國探究式大學教育改革發表了《美國探究式大學藍圖》，隨后，又出臺了《博野報告三年回顧》，對探究式教學進行了重新定義，將教學和科學研究結合在一起，提出一種以研究為基礎的教學模式。2002年，日本在培育世界一流水平的科研基地中進行探究式教學改革，學生自主了解科學前沿信息，教師指導研究思路和方法，學生根據興趣和所學理論選擇課題，并形成研究成果。

為了適應創新型國家建設，我國也推進了探究式教學改革[3]。1999年，國務院出臺《面向21世紀教育振興行動計劃》文件，指出要“加快推進教學改革步伐”，“高校要緊跟國際學術前沿，成為培養高層次創造性人才的基地”。教育部在2005年頒布《關于進一步加強學校本科教學工作的若干意見》文件[4]，針對高校目前教學所存在的問題，提出高校要大力推進探究式教學，全面加強學生能力和素質培養。清華大學率先提出“新生研討課”的學習形式，學生進行了研究探索的自主學習方式[5]，培養學生自主性和創造性。東南大學建立“四位一體”教學模式加快推進探究式教學步伐，倡導以老師為主導，以學生為中心的教學方式，建立課內外一體的自主研學平臺，這些都為推進探究式教學奠定了基礎[6]。

基于以上認識，并根據《彈性波理論》課程教學在工程教育專業認證目前存在的一些問題和困難，我們選擇《彈性波理論》課程進行教學改革，旨在構建探究式教學新模式，有效開展自主探究式學習，從而解決人才培養和教育教學中的突出問題等。

三、對《彈性波理論》課程的探究式改革與探索

（一）改變教學觀念，轉變老師的角色

根據工程教育認證核心理念之一，以學生為中心SC的理念。擬在《彈性波理論》課程教學上以教師為主導，以學生為主體，以學生的科學發展為核心，始終貫徹工程教育的理念。引導學生主動地去探索，教學過程中，積極調動學生的學習主動性，把學習的空間讓給學生，融教、學、做于一體，讓學生主動地參與到知識的形成過程。在教學活動中，建立一種平等的師生關系，互相尊重、在學習知識問題上，達到老師和學生共同學習、共同進步的目標，同時要創造機會讓學生去思考問題、分析問題、解決問題。傳統的講授法雖然具有信息密度大，教學可控性強的有點，該門課程的教學也離不開課程講授；但在具體實踐中，要充分站在學生的角度，比如在講解彈性波類型這一章節中，概念本身中有很多詞匯不好理解，授課教授可以通過制作一些動畫來展示P波、SV波、SH波和面波之間的區別，讓學生在看動畫的過程中去理解概念中的難點和要點，不僅可以加深學生的理解，也能激發學生的想象，調動學生的積極性，從而提高學生學習的熱情。

（二）開放教學內容，激發學生的求知欲

開放教學內容，教學內容不止局限于上課所選用的教材，始終保持課程教學內容的科學性、系統性、前沿性。將教學內容與科研項目、科研成果緊密結合，將最新的科研成果融入課堂教學和實驗教學，吸收、鼓勵學生參與項目主持人和項目成員的科研項目。鼓勵學生以積極的心態學習知識，正確引導學生，從而提高學生的綜合能力和素質。比如可以讓學生參與到教師現有的跟地震相關的項目中，跟隨教師具體做項目中的一些內容，讓學生充分理解上課所講的理論知識在實際中是如何與工程實踐問題相結合的，從而培養學生的科學思維和創造能力。由于之間講述的課時量不斷減少，教師可以制作一些課程延伸的微課視頻，提供國內外相關公開課課程的鏈接，讓學生在上課之余，有很多學習的機會，不僅可以彌補教學課時縮減造成內容講解不夠深入的問題，同時通過學生自己學習往往能夠收獲更好的教學效果，進而激發學生不斷學習的渴望和求知欲。

（三）改革教學方法，培養學生的探索精神

改變單純的教師講、學生記的教學方式， 鼓勵學生通過自主選擇和主動探究，獲取相關知識、尋求問題的解決方案，為其個性充分發展創造空間。因為單純講授彈性波理論這些概念和理論是比較枯燥乏味的，在教學方法上通過過程教學、前沿教學、學術講壇、情景教學、案例教學、專題討論等教學方法，激發學術的學習興趣，提高學生分析問題、解決問題、團隊意識和合作能力。《彈性波理論》課程雖然理論性很強，但是有很多跟實際生活密不可分，授課時不能僅限于教材知識。對于課程的延伸，比如“地震的發震機制，以及是否能預測地震”這種科學問題，可以適當邀請國內外知名專家來做專題報告，讓學生在學習科普知識的同時，理解課程知識的深入應用，進一步堅定不斷探索的信念。

（四）豐富教學手段，提高學生的實踐能力

在教學手段上，除了傳統的多媒體、黑板板書教學，要把現代化教學手段引入課堂，充分利用計算機技術和網絡技術，比如網絡課程平臺，翻轉課堂等教學手段，讓學生在課后通過自學，增加師生互動，獲得更多知識。如基礎內容的課堂講授，練習作業和課外練習小組合作研究，興趣課題的個人獨立研究與集體討論相結合，小組合作與全班集體研究相結合等。形成在課程學習期間，每個人都是研究者和學習者。此外在課程講授過程中，可以針對教學環節中的部分重點、熱點問題，將設計好的課程討論題目（比如發地震的時候感覺，為什么是這樣的？）提前告訴學生，讓學生課后去查找相關的文獻資料和事件資料，然后在后續的課程中讓學生反饋各自搜集的資料，并討論，正確引導學生，從而逐步達到教學目的。在不斷學習的過程中，逐步實現工程教育認證中的成果導向的目的。

（五）改革考核評價機制，提高學生綜合能力

考試時檢驗學生學習知識效果的主要手段但不是最終目的。目前在類似彈性波理論這類課程中考核方式主要是兩種形式：一是考試形式單一，主要采用閉卷考試，并且比重大；二回考試內容比較死板，基本都是書本上的內容。為了突出能力培養，不能用單一的筆試來評價學生和評判人才培養的得失，需要研究一套能突出能力培養和自主學習能力的成績評價體系。以往的考核制度采用平時成績（考勤和作業）和期末考試成績按照固定的比例進行核算。本項目擬將采用綜合考核標準：考核內容不僅包括考勤、作業和期末成績，還包括學生對本門學科的興趣、提出問題和參與課程討論、課后學習的情況；考核比例也由原來的平時考核：期末考核3：7變到4：6；在各個教學階段安排內容開放的作業、測驗，并實施不同的評價標準，鼓勵學生不斷做出姿態，從而培養新時代的復合創新型人才。

四、結束語

本文針對《彈性波理論》課程深入研究探究式學習方法，從教學方法、教學手段、創新實踐教學、多元化考核體系上對課程進行改革和創新。通過教與學的有效互動，避免傳統教學模式中“以教師為中心”、“填鴨式”的現象。探索以充分調動教師的主導作用和學生的主體作用，以探究式教學模式提高學生學習的興趣與動力，最終使這種探究式教學和學習模式，不局限于課堂內，延伸到課堂外。同時通過對《彈性波理論》課程教學模式改革的示范和輻射作用，對于其他課程的探究式教學和創新性人才的培養具有很好的推動作用。

參考文獻：

[1]蘇振江，王宇菲，夏志美，等.加強應用型本科專業基礎課教學改革探討[J].文教資料，2015（21）：137-138.

[2]張伯軍，劉財，馮 ，等.彈性動力學簡明教程[M].北京：科學出版社，2017.

[3]衣敏之.幾種探究式教學模式的研究[J].化學教學，2004（03）：3-6.

[4]關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見[J].中國大學教學，2005（02）：4-5.

[5]韓姍姍，王衛紅，王春平，等.探究式教學模式下的微課與課堂教學結合[J].計算機教育，2014（06）：39-42.

[6]蔣潤花，左遠志，尹輝斌，等.探究式教學模式在《工程熱力學》課程中的應用研究[J].東莞理工學院學報，2017，24（03）：113-117.

[7]林亮亮.基于翻轉課堂的探究式教學活動設計[J].高教學刊，2016（13）：90-91.