基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的研究生課程教學(xué)改革

孟海東 宋宇辰 段軍 李世平 董紅娟

摘 要：研究生數(shù)字礦山課程具有多學(xué)科交叉融合、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合和授課對象多元化的特點(diǎn)，以課堂講授為主的“一言堂”教學(xué)方式不能夠滿足培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神科研人才的需求。通過基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的課程教學(xué)改革，強(qiáng)化問題意識和實(shí)踐能力，培養(yǎng)了研究生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮淖灾鲗W(xué)習(xí)，進(jìn)一步激發(fā)了研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞：課程特點(diǎn)；問題意識；面向?qū)ο?；?chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)是研究生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)， 創(chuàng)新型國家的建設(shè)， 對研究生的創(chuàng)新教育提出了新的要求。作為研究生創(chuàng)新教育的重要載體， 研究生課程如何體現(xiàn)對研究生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力的引導(dǎo)和培養(yǎng)， 如何使研究生課程教學(xué)更好地服務(wù)于創(chuàng)新教育， 以課程和實(shí)踐為依托促進(jìn)創(chuàng)新， 充分發(fā)揮研究生課程教學(xué)在研究生創(chuàng)新教育中應(yīng)有的作用， 是研究生教育領(lǐng)域值得探討的重要課題。

一、傳統(tǒng)研究生課程教學(xué)方法存在問題與改革研究

（一）傳統(tǒng)課程教學(xué)方法存在的問題

研究生課程教學(xué)作為實(shí)現(xiàn)研究生培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)研究生科研能力和創(chuàng)新能力的過程中發(fā)揮著重要作用。但是，多數(shù)以本科教學(xué)為主的地方多科性大學(xué)，在研究生課程教學(xué)方面往往采用本科生的教學(xué)模式，按照參考教材內(nèi)容循序漸進(jìn)地進(jìn)行課堂教學(xué)。實(shí)踐表明，這種課程教學(xué)方式制約了研究生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而且，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)校研究生管理部門和研究生的培養(yǎng)只注重課程成績、發(fā)表的期刊論文、完成的學(xué)位論文等方面，在整個研究生培養(yǎng)過程中忽視了研究生的問題意識、實(shí)踐能力、科研水平和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這樣培養(yǎng)出來的研究生缺乏科研創(chuàng)新的主觀能動性和素質(zhì)，違背了研究生教育與培養(yǎng)的遵旨。

研究生教育的目的是為國家培養(yǎng)科研事業(yè)的后備力量，在研究生能力培養(yǎng)過程中，最基礎(chǔ)的是研究生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力需要將研究生培養(yǎng)過程的每一個環(huán)節(jié)作為抓手，結(jié)合學(xué)校學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，在研究生教學(xué)方式方法、培養(yǎng)制度等技術(shù)和制度層面改革的基礎(chǔ)上，通過課程教學(xué)改革進(jìn)一步強(qiáng)化研究生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

（二）課程教學(xué)改革研究

近年來我國在研究生課程教學(xué)改革方面做了很多工作。例如，裴?？∵M(jìn)行了基于案例驅(qū)動教學(xué)的研究生課程教學(xué)改革[1]，從導(dǎo)航系統(tǒng)課程的實(shí)際情況出發(fā)，采用案例驅(qū)動教學(xué)的方式改革教學(xué)模式，在講授基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，通過對最新的科技論文的講授和分析，使學(xué)生能夠明確導(dǎo)航領(lǐng)域最新的研究方向和研究進(jìn)展，并能夠掌握導(dǎo)航領(lǐng)域的科研創(chuàng)新方式和方法，為學(xué)生順利進(jìn)入下一階段的研究和創(chuàng)新工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；劉東海等探討了基于問題驅(qū)動的教學(xué)方法[2]，從概率統(tǒng)計的教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)提出了基于問題驅(qū)動教學(xué)的必要性，并結(jié)合實(shí)際例子探討了基于問題驅(qū)動的概率統(tǒng)計教學(xué)方法和教學(xué)設(shè)計，通過問題驅(qū)動讓學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)、探索解決問題的途徑；鄭華盛探索了基于問題驅(qū)動的研究生課程教學(xué)改革[3]，針對研究生數(shù)值分析課程，將問題驅(qū)動思想引入課程教學(xué)，逐漸形成了“以問題為驅(qū)動”的教學(xué)模式、“理論講授-專題討論-課外大作業(yè)”的授課體系和“課內(nèi)閉卷考試與課外開放式考核相結(jié)合”的綜合考核方法，有利于培養(yǎng)和提高研究生的工程應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力；趙麗娜等探討了基于研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程改革[4]，將基于問題驅(qū)動的學(xué)習(xí)方式和專題講座等啟發(fā)性教學(xué)方式滲透進(jìn)傳統(tǒng)的分子生物學(xué)課程教學(xué)模式中，努力實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，教師為組織、指導(dǎo)和促進(jìn)者，在理論教學(xué)中注重增加學(xué)術(shù)前沿內(nèi)容，開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣和創(chuàng)新思維，取得了良好的教學(xué)效果；王一博提出了以科研能力為導(dǎo)向進(jìn)行研究生教育課程改革[5]，認(rèn)為在目前以提高研究生科研創(chuàng)新能力為核心的研究生培養(yǎng)機(jī)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(jī)會有限的客觀現(xiàn)實(shí)面前，依托課程體系所涉及的選課制度、課程設(shè)置、授課方式及教學(xué)氛圍等因素強(qiáng)化研究生科研能力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)研究生教育“學(xué)術(shù)探究”本質(zhì)的回歸，是現(xiàn)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(qū)動教學(xué)模型實(shí)施了計算思維教學(xué)的應(yīng)用與實(shí)踐[6]，提出將計算思維的思想方法與問題驅(qū)動教學(xué)模型結(jié)合起來，構(gòu)建一種融入計算思維理念的問題驅(qū)動教學(xué)模型，并說明了如何基于該模型開展計算思維教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合課程案例分析計算思維在教和學(xué)過程中的作用，驗(yàn)證了該模型的可用性與有效性?？梢钥闯?，在研究生課程教學(xué)改革中，不同的學(xué)者根據(jù)不同研究生課程的特點(diǎn)探索與實(shí)施了多種教學(xué)改革方式，取得了良好的教學(xué)效果。

數(shù)字礦山作為內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)科研究生培養(yǎng)計劃的基礎(chǔ)學(xué)位課，承載著使研究生掌握和應(yīng)用礦山信息化和智能化知識的重要任務(wù)，是信息化時代培養(yǎng)礦業(yè)工程研究生創(chuàng)新能力的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)課程，如何根據(jù)數(shù)字礦山課程內(nèi)容特點(diǎn)開展有效的課程教學(xué)改革研究，是提高課程教學(xué)、培養(yǎng)研究生礦山信息化與智能化方面創(chuàng)新能力的重要知識保障。

二、數(shù)字礦山課程特點(diǎn)

數(shù)字礦山是以礦山系統(tǒng)為原型，以地理坐標(biāo)為參考系，以礦山科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)、人工智能和計算科學(xué)為理論基礎(chǔ)，以高新礦山觀測和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，建立起的一系列不同層次的原型、系統(tǒng)場、物質(zhì)模型、力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型、信息模型和計算機(jī)模型并集成，利用多媒體和模擬仿真虛擬技術(shù)進(jìn)行多維表達(dá)，同時具有高分辨率、海量數(shù)據(jù)和多種數(shù)據(jù)的融合以及空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)。它是信息化、數(shù)字化的虛擬礦山，是用信息化與數(shù)字化方法來研究和構(gòu)建的礦山，因此，數(shù)字礦山課程具有如下特點(diǎn)。

（一）多學(xué)科交叉與融合

數(shù)字礦山是一門多學(xué)科交叉融合的研究生培養(yǎng)課程，課程內(nèi)容包括采礦工程、礦山安全工程、地質(zhì)工程、測繪工程、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)值計算、可視化三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，課程內(nèi)容涉及面廣，通過傳統(tǒng)方式的課堂教學(xué)很難做到重點(diǎn)突出，在點(diǎn)與面之間很難找到平衡點(diǎn)、取得讓學(xué)生滿意的教學(xué)效果。

（二）理論與實(shí)踐相結(jié)合

由于多學(xué)科交叉融合使得數(shù)字礦山課程內(nèi)容既有前沿的理論知識，如計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)值計算、三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又有傳統(tǒng)的采礦工藝與技術(shù)、地質(zhì)理論等，課程內(nèi)容理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。在有限課時的課程教學(xué)過程中，如何使研究生既掌握了相關(guān)理論知識又得到了實(shí)踐能力的培養(yǎng)，是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

（三）授課對象的多元化

數(shù)字礦山作為內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程研究生培養(yǎng)的基礎(chǔ)學(xué)位課，選課的研究生來自不同的研究領(lǐng)域，如采礦工程、礦山安全工程、礦山地質(zhì)工程、礦山環(huán)境工程和礦山測繪工程等，對課程內(nèi)容的需求有所不同，傳統(tǒng)按課程內(nèi)容循序漸進(jìn)的教學(xué)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(shí)踐驅(qū)動的課程教學(xué)

培養(yǎng)研究生科研能力和創(chuàng)新能力必須從培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)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(xué)的目的就是要啟發(fā)他們的問題意識、培養(yǎng)他們的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此，針對數(shù)字礦山課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)，對數(shù)字礦山課程教學(xué)進(jìn)行改革，以提出問題、分析問題和解決問題為教學(xué)過程的主線，以培養(yǎng)研究生樹立問題意識、提高解決問題的能力為主要教學(xué)目標(biāo)；同時，通過強(qiáng)化課程實(shí)踐提高他們的實(shí)際動手能力和創(chuàng)新能力。

（一）基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的教學(xué)過程

研究生良好學(xué)習(xí)效果的外因在于導(dǎo)師的正確引導(dǎo)與科學(xué)指導(dǎo)，內(nèi)因在于研究生自身的領(lǐng)悟能力和刻苦專研的精神。如何在課程教學(xué)過程中充分發(fā)揮內(nèi)因和外因的作用，實(shí)踐表明“問題與實(shí)踐”是重要的激發(fā)因素，是導(dǎo)師和研究生交流與溝通的重要紐帶，是培養(yǎng)研究生刻苦專研精神的重要手段。

在數(shù)字礦山課程教學(xué)過程中，改變傳統(tǒng)的“一言堂”課程教學(xué)方式，實(shí)行基于問題驅(qū)動與實(shí)踐驅(qū)動的“多言堂和多實(shí)踐”教學(xué)過程。這樣的教學(xué)過程關(guān)鍵在于問題提出與問題的分析解答以及實(shí)踐環(huán)節(jié)的強(qiáng)化。問題的提出與解答關(guān)鍵在于對教學(xué)參考書內(nèi)容和相關(guān)最新文獻(xiàn)內(nèi)容的理解和凝練，實(shí)踐環(huán)節(jié)的強(qiáng)化在于結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容將解決問題的過程實(shí)踐化。

1. 基于問題驅(qū)動的課程教學(xué)。根據(jù)教學(xué)進(jìn)程，課前和課中圍繞課堂主題教學(xué)內(nèi)容提出相關(guān)問題，在課堂重點(diǎn)內(nèi)容講解基礎(chǔ)上，在教師與研究生、研究生與研究生之間進(jìn)行交互式問題討論與分析，教師對問題討論與分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。這種教學(xué)方式能夠很好地解決教學(xué)過程中“教與學(xué)”兩張皮的矛盾。同時，既提高了研究生學(xué)習(xí)的主動性，又培養(yǎng)了研究生基于問題的思維模式和思考方式。

數(shù)字礦山課程內(nèi)容是采礦工程、礦山安全工程、地質(zhì)工程、測繪工程、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)值計算、可視化三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的交叉與融合，有許多如何交叉、如何融合的問題切入點(diǎn)，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(yīng)用問題，以及交叉融合的拓展與創(chuàng)新問題。例如，數(shù)字礦山的內(nèi)涵與外延問題，智能礦山與智慧礦山建設(shè)問題，傳統(tǒng)采礦工程的計算機(jī)模擬與優(yōu)化問題，礦山安全的數(shù)字化表達(dá)與分析、監(jiān)控、預(yù)警問題，礦山三維建模問題，礦山數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建問題，礦山數(shù)據(jù)挖掘問題等。通過從宏觀到微觀、從全局到局部、從理論到應(yīng)用一系列問題的提出、分析與探索解答，同時結(jié)合不同學(xué)科研究方向研究生對數(shù)字礦山相關(guān)知識內(nèi)容的需求，以問題為驅(qū)動，使研究生深入地融入到數(shù)字礦山課程教學(xué)中，充分調(diào)動和發(fā)揮他們的主觀能動性，培養(yǎng)他們的問題意識和解決問題的能力。

基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的課程教學(xué)方式能夠在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面為研究生提供更多的選擇，他們結(jié)合自己的研究方向，通過發(fā)現(xiàn)和提出自己關(guān)心的、感興趣的數(shù)字礦山相關(guān)問題，學(xué)習(xí)、掌握相關(guān)數(shù)字礦山知識和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮膫€性化自主學(xué)習(xí)。

2. 基于實(shí)踐驅(qū)動的課程教學(xué)。問題的提出不僅來源于對理論和技術(shù)的探究，而更多的問題來源于實(shí)踐與應(yīng)用，在實(shí)踐與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題是培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。數(shù)字礦山課程教學(xué)內(nèi)容中包含大量的應(yīng)用與實(shí)踐，例如礦山地質(zhì)和礦體三維建模、礦山開拓系統(tǒng)仿真建模、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過程模擬、礦山智能化管理信息系統(tǒng)的開發(fā)等。在改革數(shù)字礦山課程教學(xué)過程中，結(jié)合研究生的具體研究方向和個性化需求，強(qiáng)化具體課程內(nèi)容的應(yīng)用與實(shí)踐，利用內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院數(shù)字礦山實(shí)驗(yàn)室中的相關(guān)軟件平臺為研究生提供良好的實(shí)踐環(huán)境，培養(yǎng)他們解決具體實(shí)際問題的動手能力，在實(shí)踐中提高研究生的科研能力和素質(zhì)。

（二）基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的教學(xué)過程中，問題的提出本質(zhì)上是“懷疑論思想”和“批判精神”的體現(xiàn)，科研意識和創(chuàng)新能力與批判精神是緊密聯(lián)系的，對研究生批判精神的培育是強(qiáng)化研究生創(chuàng)新能力的重要途徑，因?yàn)橐磺行碌睦碚摵托碌某晒际窃从谌祟悓Ξ?dāng)前已有知識經(jīng)驗(yàn)反思和批判的基礎(chǔ)上獲得的。研究生課程教學(xué)體現(xiàn)的批判精神能讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)。如果培養(yǎng)的學(xué)生不具備批判精神的頭腦，沒有獨(dú)立思考、敢于否定自我的勇氣，那就不用奢望社會的進(jìn)步和創(chuàng)新[7]。

問題與實(shí)踐驅(qū)動創(chuàng)新，創(chuàng)新的思維活動都是針對問題和實(shí)踐的，如果沒有問題就沒有思維，更沒有創(chuàng)新思維；沒有實(shí)踐過程，更談不上創(chuàng)新能力的體現(xiàn)和培養(yǎng)?；趩栴}與實(shí)踐驅(qū)動的數(shù)字礦山課程教學(xué)方法，使研究生從被動的接受知識變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)與研究知識，在和導(dǎo)師、同學(xué)合作探究與實(shí)踐過程中，實(shí)現(xiàn)新知識和已有知識的有機(jī)整合，尋求解決問題的有效辦法，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

數(shù)字礦山課程內(nèi)容理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，如計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)值計算、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、視化三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。數(shù)字礦山課程教學(xué)在理論與實(shí)踐問題探究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地培養(yǎng)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?qū)嵺`中提出新的方法技術(shù)，就是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升。研究生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力體現(xiàn)在采用新技術(shù)解決新問題，或采用傳統(tǒng)技術(shù)解決新問題，或采用新技術(shù)解決工程實(shí)踐中面臨的老問題等方面，基于問題和實(shí)踐驅(qū)動的數(shù)字礦山課程教學(xué)方法能夠有效地激發(fā)與提升研究生的創(chuàng)新能力。

四、結(jié)束語

通過基于問題與實(shí)踐驅(qū)動的課程教學(xué)改革，使研究生深入地融入到課程學(xué)習(xí)中，提高了他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從傳統(tǒng)教學(xué)過程中的被動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?，?shí)現(xiàn)的面向?qū)ο蟮膫€性化自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了他們主動思考問題和動手解決問題的意識和素質(zhì)，進(jìn)一步激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。但是，在具體教學(xué)過程中，問題的提出和發(fā)現(xiàn)、以及實(shí)踐環(huán)節(jié)的針對性和有效性還有待于進(jìn)一步凝練，使課程教學(xué)效果得到進(jìn)一步提升。

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