基于油氣地球化學類課程的研究性教學探索

吳嘉 王廣利 李美俊

摘? 要：高素質的創新型人才是新一輪工業革命發展歷程中不可或缺的力量。研究性教學理念對培養創新型人才的效果優于知識灌輸式教學已經成為當代高校教師的共識。文章介紹作者近年來在中國石油大學（北京）不同層次的油氣地球化學類課程中的教學改革嘗試。基于這些嘗試，作者認為研究性教學的順利開展需要綜合授課班級規模和學生學習習慣，靈活選取教學方法，同時制定細致公正的評價體系，激勵學生參與到教學活動中。

關鍵詞：創新;研究性教學;油氣地球化學;限制

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0070-04

Abstract： High-quality innovative talents are indispensable for the development of a new industrial revolution. The teachers from universities or college have realized that the effect of research-based teaching concept on training innovative talents is better than that of knowledge indoctrination mode. This article introduces the author's recent attempts of teaching revolution in different levels of petroleum geochemistry courses at China University of Petroleum （Beijing）. The feedback of these teaching researches lead to a conclusion that the research-based teaching requires not only a suitable teaching approach based on the class size and students' learning habits， but also a meticulous and fair evaluation system， which could encourage students to parti cipate in teaching activities.

Keywords： innovation; research-based teaching; Petroleum Geochemistry; constraints

新一輪科技革命和產業革命加快重塑世界，培養高素質的創新型人才是當代高校面臨的緊迫任務，也是“雙一流”大學建設的重要目標。現代社會發展過程中，為推動社會進步，各行各業都需要創新[1]。比如，城市管理需要政策創新，商業運營需要模式創新，科學研究需要思想創新，工業生產需要技術創新。所有的創新是由人來實現的，因而，大學教育在傳道、授業、解惑的同時，必須注重學生創新能力的養成。

所謂創新能力，實質上就是人們觀察問題、發現問題、分析問題、解決問題的一種能力。這種能力也可被稱為“研究性思維能力”，是現代人必須具備的基本素質。從本質上看，創新的過程就是人們在解決現有問題時，沖破長期形成的慣性思維模式，尋求解決實際問題的有效、可行的方法。在教學實踐中，廣大高校教師已經認識到傳統的知識灌輸式教學難以使學生養成創新性的思維能力[2]。

研究性教學的理念很早就有學者提及。19世紀德國教育學家洪堡特就明確提出教學與科研結合的理念，歐美學校的大學教師便是秉持這樣的理念組織教學活動的。據了解，法國一些公立大學在地球科學方向碩士階段的課程教學中，教師將教學活動按1∶1∶1的比例分成教師講授、師生討論、學生報告三個部分進行。美國加州理工學院在本科階段即注重培養學生的思考能力和實踐能力。學校除要求學生在大一時學習基礎課程外，鼓勵學生從大二開始根據自己的學習興趣選擇導師，參與導師的研究課題，在科研過程中發現自己知識的欠缺，逐步形成較為全面的知識體系。這樣的本科教學模式更容易激發學生的學習自覺性，培養學生的自學能力。

不過，這種教學模式大大增加了學生的學習壓力，對學生而言，需要課下花費大量時間主動學習相關課程，結課難度較大。長處則是給學生帶來了主動學習的動力，對那些喜歡思考和鉆研的學生較為有利。作為專業院校專業課程的教師，我們一直在思考如何在專業性極強的課程教學中引導全部學生養成觀察問題、發現問題乃至分析問題、解決問題的思維方式。學生只有具備這樣一種以解決問題為導向的積極思維方式，才有可能在遇到問題時，去全面深入地觀察研究問題的本質，突破常規思維局限，恰當地運用所掌握的相關專業的科學技術知識，找尋具有創新意義的解決問題的方式方法[3]。

我國教育學者對研究性教學也進行過系統的研究，總結出諸如案例教學法、問題探究學習法、小組合作學習法、實驗實踐教學法等幾種常見的研究性教學模式[4-5]。這些根據不同學科課程自身特點總結出來的教學方法，對專業課的教學有一定借鑒意義，但由于受到學科性質等因素的制約，尚不能盲目套用[6-7]。就具體專業課程的教學而言，任課教師應當綜合考慮課程定位、教學內容以及學習對象的特點等具體情況，選擇恰當的教學方式組織實施教學。鑒于此，我們在本學院開設的與油氣地球化學內容相關的課程教學中做了一些摸索與嘗試。

一、油氣地球化學的課程定位

中國石油大學（北京）是國內以工科為主的能源類大學，其主干專業的教學以工科課程為主、油氣地球化學作為理科課程，對擴充學生的知識體系，訓練學生理性思維極為有益。地球科學學院設有3門與油氣地球化學相關的課程：

（1）環境科學專業本科生的選修課程有機地球化學概論。

（2）資源勘查工程專業本科生的專業必修課程油氣地球化學。

（3）地質學專業和地質資源與地質工程專業的國際班研究生（包括中國學生和外國留學生）的專業選修課程Petroluem Geochemistry（全英文教學）。

油氣地球化學是油氣資源勘查三大支柱學科之一。該課程是一門專業性很強的理科課程，要求學生通過該課程的學習，系統掌握地下烴類流體的成因演化、油氣的化學組成及在地下運移、聚集中的地球化學變化;掌握常見的有機地球化學實驗技術，分析沉積有機質和烴類流體的化學組成，提取有機分子地球化學信息和指標，并將其用于油氣資源勘查工程作業和科學研究。

由于受到油氣成因理論發展的限制，我國乃至世界范圍內油氣地球化學課程的核心內容相對固定，至今依然是圍繞Tissot等人1980年代提出的晚期干酪根生油學說的理論范疇開展教學。晚期干酪根生油學說作為經典理論，相關內容在其他石油地質類課程中均有涉及，學生已在其他課程中有所接觸，因而要調動學生的學習熱情和研究興趣有一定困難，這便需要教師在教學中既要把握重點內容，又要把握理論深度。鑒于此，本課程重點突出油氣地球化學獨具特色的兩部分——生物標志物和油藏地球化學的內容展開教學，以加強學生對地下石油體系的認識和理解。

二、不同專業不同層次的油氣地球化學課程的教學實踐

基于培養學生“研究性思維能力”的教學理念，我們在不同專業不同層次的油氣地球化學課程教學中，嘗試采用多種方式引發學生的學習興趣，培養學生在接受現有的專業理論知識的同時，積極思考和發現問題。由于不同專業和不同層次教學對象各有特點，實際教學中力求做到因材施教。

（一）工科專業本科層次的油氣地球化學教學

油氣地球化學是石油大學資源勘查工程專業本科生的專業必修課程，要求學生在學習本課程之后，不僅能夠掌握較為系統的理論知識，而且具備一定的解決工程中實際問題的能力。要達到這一教學目的，激發學生的學習興趣和學習積極性顯然十分重要。

2016-2017年的兩輪教學均以課堂講授為主。為激發學生的學習興趣，筆者嘗試使用“問題探究”學習模式引領學生初步接觸和了解研究方法，于是結合課上講授內容，給學生布置了一個可選作業，即請學生課下閱讀與本課程有關的文獻資料，要求學生從中選擇自己感興趣的知識點展開思考，歸納自己的認識和看法。在這一過程中，筆者有意識地引導學生去體驗科研活動中的信息收集和歸納過程，啟發學生學會如何思考問題、發現問題，以至找到解決問題的途徑和方法。

學生中存在較大的個體差異性，每個學生的興趣點和主觀能動性是不同的，因而在必修課上采用此類教學方法不是普遍適用的。

為了讓全班學生均能接受研究性思維訓練，2019年再承擔這門課時，便改變以前的常規教學方式，嘗試著使用“對分課堂”的模式，將教學過程分為教師講授和學生討論兩部分進行[8]。為了不增加教學課時，也為了提升學生的團隊合作精神，安排學生討論分組進行，目的是通過學生的自主學習和相互交流，更好地消化和吸收教師課堂講授的內容。

所謂“對分”，并不需要死板地將教學課時平均分為教師教授和學生小組討論兩部分，關鍵在于教師提供給學生討論的問題，范疇和深度是否合適。以恰當的問題做導向，促使學生通過課后自行查閱文獻資料，以及同學之間的互相探討，不僅可以消化和吸收老師課堂講授的內容，掌握相對完整的知識體系，進而對一些看起來不起眼的小問題做進一步的思考和探索。這是促使學生自主性學習能力和研究性思維能力的一種途徑，教學安排上，開始的一兩次做隨堂對分，教會學生操作方法，接下來再做隔堂對分，讓學生課下進行自主的學習和討論。

對于這種教學模式，只有部分學生較為認同，另有學生表示難以適應，還有學生認為自行討論環節占用了教師講授時間，他們仍然希望老師能在課上做系統講授，以便自己接受更多的理論知識。至于討論，不少學生認為，可由那些學有余力，且對本課程感興趣的同學課后自行組織起來進行交流。

客觀地說，本次授課對象為大四本科學生，該課程的成績不影響他們的保研排名和研究生專業選擇。多數學生的學習重心已經放在考研復習上，能夠用在油氣地球化學課下查閱資料和小組交流的時間實在有限，很難按照老師的要求認真去做，效果很不理想。

由此看來，對分課堂教學法作為一種新的教學模式在畢業年級的專業課程教學中不太適用，本次教學改革的嘗試給予我們的啟示是，改變傳統的教學方式是一個循序漸進的過程，要有一個全局觀，可考慮從剛進校的大一年級開始嘗試，使學生逐步養成自主性學習的習慣。否則，要那些已經習慣了聽講、記筆記的即將畢業的學生一下子適應新的教學方式會有一定難度。并且，學生“研究性思維能力”的培養也不是一兩門專業課教學方式的改進就能一蹴而就的。

（二）理科專業本科層次的有機地球化學概論教學

有機地球化學是在油氣地球化學的研究基礎上發展誕生的研究范疇更寬泛的學科。有機地球化學概論是我校環境科學專業本科生的專業限選課程。其教學內容仍是以油氣地球化學內容為主體，并且教學大綱要求學生初步掌握本學科的理論框架及知識體系。

有機地球化學概論安排在大三年級開設。2018年春季學期，選修本課程的學生15人，約為該專業全年級人數的1/3。這些選課學生對本課程有一定興趣，如果教學方法合適，比較容易引導他們將學習興趣轉變為學習動力。這樣一個小規模的課堂，可控性強，適合采用以問題為導向的小組合作模式的教學方式。問題探究的教學模式，關鍵在于提出的問題是否對學生具有吸引力，是否為學生的知識范疇和研究能力所及。提出的問題太淺，學生感覺不到研究的意義;提出的問題太深，學生會產生畏難情緒。于是授課時，我便十分注意在與學生的交談中了解他們關心的問題。

本次課程提供給學生的研究題目便是源于講授全球碳循環和生物有機質全球初級生產力時，學生對課程中生物有機質初級生產過程中碳同位素變化感到了困惑，并想了解背后的機理。該知識點超出課程講授的內容，但學術界已開展過這方面的研究，有相關的文獻資料。這應該是一個適合學生討論的、有利于培養學生“研究性思維能力”的知識點。故而將其設置成一個開放性的問題“影響C3和C4植物光合作用中同位素差異的因素及其權重”，提交給學生，由他們組成3個小組，每組5人。各組人員由學生自由組合，每個小組圍繞該問題查閱文獻，獲得相關的知識和證據，進行提煉和總結，形成一份完整的學術報告。然后安排一次課模擬的專題研討會，各個小組代表分別報告，之后進行討論。

為防止小組合作模式的通病，促使每位同學積極參與，教師的指導工作盡量做到細化，將收集資料、起草報告、制作PPT、演講報告、討論及互評等環節進行分解，每個環節給出了具體的評分標準。特別是現場報告，不事先指定報告人，而是當場決定誰來報告，這樣，小組的每個成員均需要熟悉整個研究過程及報告內容。學生討論，特別是學生之間互評，是評價學生是否認真聽取他人發言，以及本人對所研究問題的理解和認識程度的重要環節，教師需要根據學生發言情況，適時提出問題督促發言不主動的學生發表意見。

由于同學們準備得比較充分，三個小組的報告內容都較充實，每一個小組報告結束后，報告小組和聽眾展開討論。因為討論的是同一個問題，大家認識的角度有所不同，所以討論環節的互動非常激烈。總體來說，這是一次較為成功的教學嘗試，教師和學生均有收獲。學生們對教學過程中細節的安排給予了較高評價。他們認為將評分規則分解細化之后，研究過程的每個步驟和環節一目了然，操作起來有章可循，使他們真正得到了一次科學研究的實際訓練。當然，從作業布置下去之后，教師便一路開始跟蹤學生的研究進程，隨時為學生提供咨詢。

從實際效果來說，如果將每個研究小組由5人壓縮到3人，每個學生承擔的工作多一些，得到的鍛煉也會多一些。然而這樣一來，需要占用更多的課時來進行模擬專題研討會。如果選課的學生人數少一些，這個問題可能就迎刃而解。

（三）研究生層次的Petroluem Geochemistry教學

Petroluem Geochemistry是石油大學地質學專業和地質資源與地質工程專業國際班碩士研究生的學位課程，采用全英文教學。選修本課程的碩士生既有中國學生，也有外國學生。其中部分研究生本科專業并非地質方向，沒有接觸過油氣地球化學，因此本課程教學在講授內容上需要適當照顧一下這些學生。另外，就研究生階段的學習來說，研究性思維的訓練尤為重要，這對他們今后參與項目研究，乃至完成學位論文大有益處。又因為研究生們在提升自身研究能力方面的需求較為迫切，所以他們較為容易接受以問題為導向的教學方式。

2020年初，一場新冠肺炎疫情突然襲來，由于疫情原因，師生無法返校，因此春季學期的教學，只能采取網絡教學模式進行。本課程教學使用的平臺是騰訊會議軟件，具有實時連線、共享桌面和互動討論等功能，基本滿足課程教學的需求。

本學期選修本課程的學生僅有8名，非常適用問題探究模式進行教學，加之有前幾次在本科生教學中的實踐，因此確定采用問題導向式的教學方式。

網課教學師生無法在教室中面對面交流，為了相互理解，第一次網課上，我給8位同學布置了一道作業，請在他們下一次課上，每人用8 min左右的時間介紹他們碩士導師課題組或者本人的研究方向以及本人對地球化學的認識。在了解完8位學生各自的學習、研究情況后，我針對當前的狀態設計了本輪課程的學習要求和考核方式：學生需要在課程學習中持續思考他們的研究方向與油氣地化之間的關聯。期末考核的形式為每人擬寫一份研究項目申請書，則是各自結合其所在課題組的主要研究領域和油氣地球化學課上學習的理論知識，在自己了解的研究領域中尋找學科交叉的新問題。我們將用一次課的時間，請每人用10 min時間做一次匯報。考核成績細化為內容、報告、討論和互評4個環節，各環節給出具體的評分規則。

疫情期間全是網絡授課，不受教學場地的限制，所以教師可靈活協調最后考核的時間。8名學生的報告和討論總共花費了近4 h。同學們準備充分，報告及討論都很認真，課后每位同學根據師生討論提出的問題和建議對項目申請書進行修改，然后與研討記錄、互評意見一齊交上來。

本課程結束后，學生們對這種因材施教的學習方法十分贊賞。他們認為這是對他們下學期即將面臨的開題報告的一次實戰演練。在完成這次作業過程中，他們經歷了如何查閱和利用文獻，如何將自身所學的知識用到新的研究中去的起始過程，遇到問題，可以得到老師的指導。正是老師的解答和引導，帶領他們步入思考研究問題、選擇研究方向、進入研究程序的軌道上來。

這種教學方式的限制在于對教師在該領域的知識廣度以及對科研方法的理解有較高的要求，否則無法理解學生的講解內容，自然不能很好的進行指導。

三、對教學策略的思考

通過近年來基于油氣地球化學類課程上的常規教學和研究性教學的經驗對比，為了滿足學生對能力提升的需求，課程教學不能僅僅停留在內容講解上，同時需要注重對學生的思維能力培養方面。因此，研究性教學是一個合適的教學理念。但是在運用具體的教學模式上，需要根據學校自身的情況進行合理的安排。筆者認為以下幾點值得注意。

（1）教學模式的一貫性。教學改革，特別是教學模式的變化需要從學院或學校層面上統籌安排，循序漸進，使學生逐步適應，直至能夠熟練運用。若突然改變教學模式，特別是在高年級，學生容易生出抵觸情緒，難以成功。不過，有些教學模式已經廣泛運用在各類課堂中，只要靈活合理的利用，都可以取得良好的效果。另外，班級規模將直接限制教學方式的選擇。研究性教學若要取得好的效果，適合小班教學。對于規模大于20人的課堂教學，分配課堂講授和課內研討的時間方面則會存在一定困難。

（2）研討的知識點需為開放性問題。若將課本上的知識點作為研究對象，并無法有效地吸引學生的興趣，他們只需要研讀書本即可獲取知識，容易喪失自我探索的動力。因此，開放性問題的設置最好是基于教學內容且超出教學大綱范疇。如果通過學生在課堂學習中的困惑提煉出來的問題，則是最理想的。其次是老師根據當前的學科前沿給學生設置的科學問題。這種設置的最終目標都是讓學生了解所學知識的價值及其對應的學科前沿現狀，對當代大學生而言才更具有價值。

（3）具有激勵性質的評價體系。解決小組合作模式中評價體系的公平性必須得到重視。最簡單有效的體系是學生個體獨立完成，其次，對于小組合作模式，則需注重評價體系的細節。并且讓學生事先充分了解規則，有利于學生在小組任務中投入精力。另外，如有可能，盡量選取課堂活躍度高的班級進行研究性教學。對待個別態度消極的學生，不能放任自流，需要通過制度進行約束。

綜上所述，盡管目前發達的網絡技術和豐富的網絡教學資源創造了很多新的教學模式，但是每所高校在教學改革方面存在不同的布局和進度，課堂教學不能脫離客觀條件的制約（課程定位、授課對象、學校整體的教學策略等），而一味地采用最流行的教學模式進行研究性教學活動。結合各高校的教學習慣和硬件條件，并在此基礎上進行微調，合理組合已有的教學模式，同樣可以有效地開展研究性教學活動。

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基金項目：中國石油大學（北京）本科生教學改革項目“《油氣地球化學》中研究性思維的教學研究”（XM10720170045）

作者簡介：吳嘉（1984-），男，漢族，湖北武漢人，博士，副教授，研究方向為油氣地球化學方面的研究與教學。