基于PBL教學(xué)模式的《地震勘探原理》課程教學(xué)方法改革與實踐

（中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074）

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

關(guān)鍵詞：地震勘探原理；PBL；教學(xué)模式；教學(xué)方法；教學(xué)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(xué)模式是“基于問題式學(xué)習(xí)”的自主學(xué)習(xí)模式，是指以學(xué)生為中心，教師為指導(dǎo)者的新型教學(xué)理念。它把教學(xué)內(nèi)容化作具體問題，通過PBL良好問題設(shè)計、學(xué)生合理分組、各組自主學(xué)習(xí)、課堂熱烈討論、教師點評、多樣化教學(xué)評價、教學(xué)效果反饋等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生通過解決問題達到掌握知識、形成技能、養(yǎng)成獨立思維和創(chuàng)造能力的新型教學(xué)方法和教學(xué)理念。PBL教學(xué)模式最初起源于醫(yī)學(xué)教育，80年代以后，PBL教學(xué)模式在北美和歐洲醫(yī)學(xué)院獲得了較快發(fā)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(xué)效果。目前，這一教學(xué)模式已風(fēng)靡全球，被譽為國外教學(xué)改革浪潮中多年來教育領(lǐng)域“最引人注目的革新”[1]。學(xué)生對地震勘探原理課程學(xué)習(xí)的好壞將直接影響其后續(xù)地震資料采集與處理和地震勘探資料解釋的學(xué)習(xí)效果[2]。為此，針對地震勘探原理學(xué)時少、內(nèi)容多、理論復(fù)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(xué)模式引入到了《地震勘探原理》教學(xué)方法改革和實踐中，對傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式進行了改革和創(chuàng)新，革新了傳統(tǒng)師生之間的從屬支配關(guān)系，顯著提高了《地震勘探原理》教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。從而促進了教學(xué)相長，形成了師生良性互動；有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，顯著提高了學(xué)生獨立分析問題、解決問題及創(chuàng)新能力；培養(yǎng)了學(xué)生團隊協(xié)作精神、溝通表達能力和實際綜合素質(zhì)。

二、PBL教學(xué)模式在地震勘探原理教學(xué)中的應(yīng)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(xué)模式在地震勘探原理教學(xué)中的應(yīng)用過程。

1.PBL教案準備與具體問題設(shè)計。根據(jù)地震勘探原理教學(xué)目標和教學(xué)大綱，課前課題組認真討論，精心組織了PBL教學(xué)方案，設(shè)計了難度適中、內(nèi)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(xué)生設(shè)計了如下具體問題：在老師指導(dǎo)下，在校園附近采集兩個排列相遇追逐觀測系統(tǒng)折射波實測地震記錄，進行初至?xí)r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(xiàn)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(xué)習(xí)小組。根據(jù)學(xué)生的知識面、能力差異和學(xué)習(xí)習(xí)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(xué)習(xí)成績好、組織協(xié)調(diào)能力強的優(yōu)秀學(xué)生擔任小組長，負責組內(nèi)分工。

3.學(xué)生查閱資料和自主學(xué)習(xí)。令8個小組課后查閱圖書館、國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)論文、國內(nèi)外參考書，并通過國內(nèi)外國家精品課程、中國大學(xué)MOOC（Massive Open Online Course，即大規(guī)模在線開放課程）等豐富的網(wǎng)絡(luò)資源進行自主學(xué)習(xí)，其內(nèi)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(tǒng)、折射波地震資料解釋方法、折射波主要用途和相關(guān)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(jié)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(fā)現(xiàn)：有的組基于EXCEL2010利用t0差數(shù)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(shù)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(shù)法編寫了折射波綜合處理解釋軟件，并對傳統(tǒng)的t0差數(shù)法進行了改進；有的組基于蟻群優(yōu)化算法實現(xiàn)了折射波初至?xí)r間全自動追蹤拾取，有的組實現(xiàn)了初至?xí)r間自動拾取和手動拾取相結(jié)合；有的組覆蓋層厚度h、上覆介質(zhì)速度v1和下伏基巖速度v2解釋結(jié)果比較接近，有的組解釋結(jié)果相差較大。

然后，讓各組根據(jù)其他組PPT匯報和軟件演示結(jié)果就各組關(guān)心的焦點問題進行組內(nèi)和組間課堂熱烈討論，相互取長補短。通過討論我們發(fā)現(xiàn)：各組關(guān)注的焦點主要集中在如何準確拾取折射波初至?xí)r間，尤其是在地震記錄有噪聲初至?xí)r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(xué)合理，每種解釋方法的適用條件是什么，每種解釋方法的優(yōu)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(tǒng)的優(yōu)缺點是什么，有沒有其他更好的觀測系統(tǒng)？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(jié)果、各組編寫的折射波綜合處理解釋軟件、各組關(guān)注的上述焦點問題、各組討論結(jié)果和問題的解決方案進行了詳細認真點評，并與學(xué)生進行了充分的課堂互動。

5.PBL教學(xué)綜合評價。本文采用了多種途徑對PBL教學(xué)改革和實踐效果進行了評價，克服了傳統(tǒng)單一的教學(xué)評價方式，PBL教學(xué)評價要素主要包括：組內(nèi)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(yè)成績、期末考試成績，以及后續(xù)申報科研立項、參加科技競賽、競賽獲獎、發(fā)表學(xué)術(shù)論文等。

6.PBL教學(xué)反饋及推廣應(yīng)用。本文通過問卷調(diào)查、教師QQ熱線、E-mail專用郵箱留言、走訪學(xué)生等方式獲取了學(xué)生反饋信息。通過學(xué)生反饋信息我們發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)學(xué)生非常歡迎該教學(xué)模式，有的同學(xué)認為PBL教學(xué)模式要求學(xué)生根據(jù)老師設(shè)計的具體問題獨立閱讀文獻、查找資料和自學(xué)，所以培養(yǎng)了他們獨立分析問題和解決問題的能力；有的同學(xué)認為各個小組組內(nèi)和組間協(xié)作和討論共同完成一具體問題或任務(wù)，激發(fā)了他們的創(chuàng)新潛力、培養(yǎng)了他們團隊協(xié)作精神和溝通表達能力；有的同學(xué)認為PBL教學(xué)模式以學(xué)生為中心，教師作為指導(dǎo)者，他們變被動灌輸式學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，他們成為了課堂的主體，極大調(diào)動了他們學(xué)習(xí)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(xué)相長、形成了師生良性互動；有的同學(xué)認為PBL教學(xué)模式從問題設(shè)計、學(xué)生自學(xué)、課堂討論、教師點評和教學(xué)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(xí)和討論切實提高了他們的創(chuàng)新精神、激發(fā)了他們的創(chuàng)新潛力。

作者根據(jù)學(xué)生的反饋信息、學(xué)生的實際學(xué)習(xí)效果、申報科研立項、參加各種競賽、競賽獲獎和發(fā)表論文等教學(xué)效果反饋不斷完善了PBL教學(xué)模式的各環(huán)節(jié)，進而將PBL教學(xué)模式推廣應(yīng)用到了我院研究生教學(xué)中，均取得了較好的教學(xué)效果。

三、教學(xué)效果檢查

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)模式是國外先進的教學(xué)方法和教學(xué)理念，通過研究本文成功將該教學(xué)模式引入到《地震勘探原理》課程教學(xué)方法改革與實踐中。經(jīng)過兩年多的實踐應(yīng)用與檢驗，在PBL教學(xué)模式指導(dǎo)下極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，PBL新型教學(xué)模式通過多元化的教學(xué)評價方式更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)的過程監(jiān)控、能力的培養(yǎng)，避免了學(xué)生平時不注意學(xué)習(xí)，考前突擊的情況，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)成績顯著提高，學(xué)生掛科不及格現(xiàn)象明顯減少，比如061133班和061134班在實行PBL教學(xué)模式后，學(xué)生最終綜合成績優(yōu)秀率達44.3%，良好率達39.2%，不及格率僅為3.1%。該教學(xué)模式深受學(xué)生的歡迎和好評，因此本文作者在2015年度中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科教學(xué)質(zhì)量評價中排名學(xué)院前10%，獲得了2015年度中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的表彰和獎勵。同時，在PBL新型教學(xué)模式指導(dǎo)下也有效激發(fā)了大學(xué)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(chuàng)新精神。比如，近兩年本文作者為指導(dǎo)老師的10個大學(xué)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(xué)生勘探地球物理大賽、大學(xué)生自主創(chuàng)新資助計劃啟航項目、國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、大學(xué)生基礎(chǔ)科研訓(xùn)練計劃項目和教學(xué)實驗室開放基金項目等。通過檢驗，在PBL教學(xué)模式指導(dǎo)下，這些團隊和學(xué)生勇于創(chuàng)新，獲得了第三屆“東方杯”全國大學(xué)生勘探地球物理大賽全國三等獎、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）第二十五屆大學(xué)生科技論文報告會校一等獎等12次學(xué)術(shù)獎勵。同時，還有學(xué)生作為第一作者在全國中文核心期刊《人民長江》上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文1篇，并與指導(dǎo)老師合作在國際著名專業(yè)期刊《Journal of Applied Geophysics》上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文2篇。作者也將PBL教學(xué)模式成功推廣到了研究生教學(xué)中，同樣有效激發(fā)了研究生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、團隊合作意識和勇于創(chuàng)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(dǎo)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(zhì)大學(xué)（武漢）第二十七屆研究生科技論文報告會優(yōu)秀指導(dǎo)老師榮譽稱號。

四、結(jié)束語

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

1.PBL教學(xué)模式要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計的具體問題獨立閱讀文獻、查找資料和自學(xué)，所以培養(yǎng)了學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力。

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

3.PBL教學(xué)模式以學(xué)生為中心，教師作為指導(dǎo)，學(xué)生變被動灌輸式學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，學(xué)生成為了課堂主體，極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有力促進了教學(xué)相長，形成了師生良性互動。

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

5.PBL教學(xué)模式以學(xué)生為中心，教師為指導(dǎo)者，通過多樣化的教學(xué)評價方式，顯著提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，切實提高了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)就業(yè)能力。

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

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