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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院，江蘇徐州221116

摘 要：針對(duì)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(diǎn)，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(shì)，提出了“巖石力學(xué)”課程PBL教學(xué)模式的實(shí)施思路，包括PBL教案設(shè)計(jì)、資料搜集、課堂討論及教學(xué)評(píng)價(jià)，并對(duì)其教學(xué)效果進(jìn)行了對(duì)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(jiǎn)稱，是“基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)”或“問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)”的自主學(xué)習(xí)模式[1]，是指以問(wèn)題為中心的教學(xué)，它把教學(xué)內(nèi)容化作問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)解決問(wèn)題達(dá)到掌握知識(shí)、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(lái)被廣泛地應(yīng)用到包括社會(huì)統(tǒng)計(jì)學(xué)[2]、工程學(xué)[3]、計(jì)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(guó)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(jì)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(shí)驗(yàn)研究方法、巖體的力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)及巖體強(qiáng)度理論、原巖應(yīng)力及其測(cè)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(jì)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(gè)獨(dú)立分支，蘊(yùn)含深?yuàn)W的力學(xué)理論，其研究?jī)?nèi)容抽象、理論性比較強(qiáng)。本課程對(duì)學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，大部分學(xué)生開(kāi)始接觸巖石力學(xué)通常感到“深?yuàn)W、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(guò)分析國(guó)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(shì)

1．問(wèn)題驅(qū)動(dòng)課程的進(jìn)展

在教學(xué)過(guò)程中，筆者對(duì)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(jiǎn)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(wèn)題，學(xué)生通過(guò)思考和深入分析這些問(wèn)題，從而領(lǐng)會(huì)巖石力學(xué)理論知識(shí)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(gè)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(dòng)聽(tīng)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(shí)構(gòu)建者，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的自主思考，主動(dòng)參與整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，逐步脫離教師的幫助，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立學(xué)習(xí)。教師不再是過(guò)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(wèn)題、歸納問(wèn)題、探索問(wèn)題解決方法，從而制訂有效的決策，監(jiān)控整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程使計(jì)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(wèn)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(duì)提出的問(wèn)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(diǎn)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(gè)人的智力水平，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)成員之間的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)成員的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

4．對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)方式多樣

PBL教學(xué)模式中，評(píng)價(jià)的目的是識(shí)別學(xué)生的優(yōu)勢(shì)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(dòng)性和積極性。因此，PBL教學(xué)不但要求對(duì)結(jié)果作評(píng)價(jià)，而且也強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)，真正做到定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)、個(gè)人評(píng)價(jià)和小組評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)和他人評(píng)價(jià)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(shí)施

1．課前PBL教案設(shè)計(jì)

“巖石力學(xué)”P(pán)BL教案的課前準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)是順利實(shí)施PBL教學(xué)的前提，是PBL教學(xué)成敗的關(guān)鍵。在編寫(xiě)巖石力學(xué)PBL教案時(shí)，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(jì)適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好問(wèn)題體系。在進(jìn)行問(wèn)題設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮以下幾個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)的問(wèn)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(wèn)題解決的過(guò)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(shí)時(shí)，結(jié)合地應(yīng)力測(cè)量方法可以這樣設(shè)計(jì)問(wèn)題,“目前國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用的地應(yīng)力測(cè)量方法有何不足?！?2)設(shè)計(jì)的問(wèn)題應(yīng)有一定的難度，對(duì)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(shí)，可以設(shè)計(jì)1個(gè)關(guān)于流變模型應(yīng)用方面的問(wèn)題，由學(xué)生通過(guò)對(duì)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(duì)巖石流變的認(rèn)識(shí)水平。(3)設(shè)計(jì)的問(wèn)題應(yīng)與工程實(shí)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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。比如，在講授第四章地應(yīng)力部分時(shí)，可以設(shè)計(jì)這樣一個(gè)問(wèn)題“結(jié)合某具體工程測(cè)試資料，分析其地應(yīng)力分布特征與空間區(qū)劃規(guī)律?！闭n前為學(xué)生提供平頂山礦區(qū)的地應(yīng)力測(cè)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(shí)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(zhǎng)，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(jì)好的問(wèn)題提供給各小組長(zhǎng)，由小組長(zhǎng)分配任務(wù)，令其組員到圖書(shū)館和因特網(wǎng)上查閱有關(guān)文獻(xiàn)和資料，通過(guò)多種渠道獲得問(wèn)題的答案和解決方法。學(xué)生們通過(guò)自己查閱與分析資料，一方面可以對(duì)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(duì)具體問(wèn)題，通過(guò)自主思考與分析，提出自己的看法與見(jiàn)解，有利于課堂上討論，避免空談，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，對(duì)其就業(yè)和以后的個(gè)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(shí)，并通過(guò)對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析、加工、處理，提出解決問(wèn)題的假設(shè)和思路，然后由小組長(zhǎng)匯集每位成員的成果，提出一種滿意的解決方案。例如，針對(duì)“巖石力學(xué)”教案第四章中設(shè)計(jì)的問(wèn)題“結(jié)合平頂山礦區(qū)地應(yīng)力測(cè)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(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行處理，對(duì)不同測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行計(jì)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(gè)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(gè)小組將本組提出的方案與其他小組進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行學(xué)習(xí)成果和心得的交流分享，并展開(kāi)激烈討論，通過(guò)深入的交流和反思，查找方案中的不足，對(duì)方案進(jìn)行修改完善。在該環(huán)節(jié)，針對(duì)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(wèn)題的解決方案。（3）由任課老師進(jìn)行課堂點(diǎn)評(píng)，首先，對(duì)設(shè)置問(wèn)題的背景與意義進(jìn)行說(shuō)明，針對(duì)第四章設(shè)置的具體問(wèn)題，闡述進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量的重要性，并分析不同地應(yīng)力測(cè)試方法的優(yōu)勢(shì)與不足；然后，對(duì)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(jì)的問(wèn)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(wèn)題講解時(shí)，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(duì)照學(xué)習(xí)。最后，給學(xué)生留出一定的提問(wèn)時(shí)間，通過(guò)課堂討論，使學(xué)生對(duì)所分析的問(wèn)題有一個(gè)更為清晰的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。

4．PBL教學(xué)評(píng)價(jià)

為了使PBL教學(xué)模式在“巖石力學(xué)”課程中能夠更好的實(shí)施，需對(duì)以往的教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系進(jìn)行改革。學(xué)生的總評(píng)成績(jī)由小組學(xué)習(xí)情況得分、課堂討論得分、問(wèn)題回答得分、平時(shí)作業(yè)及期末考試成績(jī)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(píng)價(jià)內(nèi)容由以往的知識(shí)點(diǎn)評(píng)價(jià)逐漸向能力評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變，特別注重形成性(過(guò)程) 評(píng)價(jià)，如每個(gè)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)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(dòng)性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，使學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)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(shí)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(shí)施后的教學(xué)效果及存在的問(wèn)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(diǎn)，對(duì)于力學(xué)功底不是很好的學(xué)生，較難掌握。在未實(shí)施PBL教學(xué)模式前，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)產(chǎn)生畏難和厭學(xué)情緒，致使學(xué)生上課睡覺(jué)、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(dòng)性，并使巖石力學(xué)的理論與工程實(shí)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(ài)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(wèn)題的過(guò)程中掌握相關(guān)知識(shí)，期末卷面考試成績(jī)也有了較大提高，無(wú)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(gè)百分點(diǎn)。實(shí)踐說(shuō)明，PBL教學(xué)模式實(shí)施后，大學(xué)生由原來(lái)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(wèn)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(dòng)性、問(wèn)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(wèn)題的能力。但任何一種教學(xué)方法都不是萬(wàn)能的，在“巖石力學(xué)”課程實(shí)施PBL教學(xué)中，也發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題，具體體現(xiàn)在以下四點(diǎn)。

（1）學(xué)生之間在基礎(chǔ)、知識(shí)面等方面存在較大差異，對(duì)PBL教學(xué)的適應(yīng)程度有所不同。比如，同樣針對(duì)巖石流變模型問(wèn)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(wú)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(shí)施過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生能夸夸其談，但卻離題萬(wàn)里，不能提出有效的問(wèn)題解決方案。

（3）難于設(shè)計(jì)良好的問(wèn)題，教案的核心是問(wèn)題，而設(shè)計(jì)的問(wèn)題要以課程內(nèi)容和學(xué)生知識(shí)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(xiě)過(guò)程中會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，且設(shè)計(jì)的問(wèn)題難度較難把握，只有通過(guò)一屆學(xué)生討論學(xué)習(xí)后，方能真正知道問(wèn)題難度是否適中。

（4）學(xué)生大多經(jīng)歷著被動(dòng)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(shí)間來(lái)彌補(bǔ)，導(dǎo)致PBL教學(xué)耗時(shí)較多，課程學(xué)時(shí)不夠等問(wèn)題。目前“巖石力學(xué)”課程只有32個(gè)學(xué)時(shí)，而PBL教學(xué)模式課堂討論耗時(shí)較多，有時(shí)一個(gè)問(wèn)題的討論需要耗費(fèi)2～4學(xué)時(shí)，明顯感覺(jué)課時(shí)不夠。

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

四、 結(jié)語(yǔ)

古人曰“君子之學(xué)必好問(wèn)，問(wèn)與學(xué)，相輔而行者也。非學(xué)，無(wú)以致疑；非問(wèn)，無(wú)以廣識(shí)?！?“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(diǎn)，只有帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，才能達(dá)到融會(huì)貫通、舉一反三的目的。問(wèn)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(guò)程中，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)與解決問(wèn)題中掌握解決具體問(wèn)題的相關(guān)知識(shí)，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(guò)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(guò)設(shè)置問(wèn)題情境、營(yíng)造和諧的課堂氛圍，以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的能力。

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-9372 （2013）04-0066-04

收稿日期：2013-7-31；修回日期：2013-10-23。

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

作者簡(jiǎn)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