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(wù)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(nèi)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(yǎng)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(guān)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(shù)與工程（物探方向）及相關(guān)專業(yè)選修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)性教學環(huán)節(jié)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(chǔ)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(guān)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(guān)專業(yè)課程打下初步的彈性力學基礎(chǔ)。近年來，隨著本科生的就業(yè)更加偏應(yīng)用，使得學生在學習這類理論基礎(chǔ)課程中表現(xiàn)不積極，使得相應(yīng)的教學環(huán)節(jié)與培養(yǎng)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(shù)地方高校本科生專業(yè)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(shù)與工程（物探）專業(yè)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(chǔ)上，通過從學生、教師等層面出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，并進行探究式教學模式的探索，從而構(gòu)建合理的課程教學體系，進而培養(yǎng)學生理論與實踐相結(jié)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(shù)專業(yè)本科生必須的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程理論性強，課程內(nèi)容豐富，信息量很大。它涉及的問題十分廣泛，在工程技術(shù)許多領(lǐng)域諸如地震勘探，地震學、工程力學、材料力學等方面都有應(yīng)用，為從事地震學及波動理論等相關(guān)研究的人員提供了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。因此掌握彈性波理論相關(guān)知識對科學工作者和相關(guān)工程技術(shù)人員意義重大。

由于社會的發(fā)展，很多領(lǐng)域的最新技術(shù)、最新產(chǎn)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(guān)實踐領(lǐng)域。實際工程實踐問題的多樣性和復(fù)雜性，新型材料的發(fā)展等都不斷促使彈性波理論和應(yīng)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(shù)學公式繁瑣，用的數(shù)學、物理知識也比較復(fù)雜，涉及的交叉學科的內(nèi)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(yǎng)，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(shù)與工程和土木類等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。傳統(tǒng)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(yīng)工程教育大的背景下，培養(yǎng)學生運用理論知識去解決工程實踐問題。提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)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(yǎng)成科學態(tài)度、掌握科學方法、發(fā)展研究能力，對提高課程教學效果、加強學生實踐能力培養(yǎng)，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(xiàn)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(fā)、引導實現(xiàn)教學互動？怎樣在課程教學中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)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(jié)合”、“課內(nèi)學習與課外研究相結(jié)合”的探究式教學模式，通過研究和實踐優(yōu)化，豐富教學內(nèi)容，妥善解決和后續(xù)課程的聯(lián)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(xiàn)狀

工程教育專業(yè)認證最早起源于20世紀30年代的美國，現(xiàn)已發(fā)展成為國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度。工程教育專業(yè)認證是專業(yè)認證機構(gòu)針對高等教育機構(gòu)開設(shè)的工程類專業(yè)實施的專門性認證，旨在為相關(guān)專業(yè)人才進入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證。專業(yè)認證的核心理念是以學生為中心（Student Centering，SC），以產(chǎn)出為導向（Outcome Based Education，OBE），質(zhì)量持續(xù)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(diào)“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(yǎng)能力這個核心點”，可見人才培養(yǎng)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(yè)認證，旨在培養(yǎng)具有工程實踐能力的創(chuàng)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(guān)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(yè)促進會”（RSA）發(fā)表《能力教育宣言》，指出傳統(tǒng)教育教學方法在培養(yǎng)人才的素質(zhì)構(gòu)成方面存在嚴重缺陷，倡導改變傳統(tǒng)教學方法，創(chuàng)新運用探究式教學方法，培養(yǎng)學生解決實際問題能力和溝通協(xié)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(fā)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(jié)合在一起，提出一種以研究為基礎(chǔ)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(jù)興趣和所學理論選擇課題，并形成研究成果。

為了適應(yīng)創(chuàng)新型國家建設(shè)，我國也推進了探究式教學改革[3]。1999年，國務(wù)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(shù)前沿，成為培養(yǎng)高層次創(chuàng)造性人才的基地”。教育部在2005年頒布《關(guān)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(zhì)培養(yǎng)。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(yǎng)學生自主性和創(chuàng)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(nèi)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(chǔ)[6]。

基于以上認識，并根據(jù)《彈性波理論》課程教學在工程教育專業(yè)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(gòu)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(yǎng)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(zhuǎn)變老師的角色

根據(jù)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(fā)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(diào)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(guān)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(chuàng)造機會讓學生去思考問題、分析問題、解決問題。傳統(tǒng)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(jié)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(qū)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(fā)學生的想象，調(diào)動學生的積極性，從而提高學生學習的熱情。

（二）開放教學內(nèi)容，激發(fā)學生的求知欲

開放教學內(nèi)容，教學內(nèi)容不止局限于上課所選用的教材，始終保持課程教學內(nèi)容的科學性、系統(tǒng)性、前沿性。將教學內(nèi)容與科研項目、科研成果緊密結(jié)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(tài)學習知識，正確引導學生，從而提高學生的綜合能力和素質(zhì)。比如可以讓學生參與到教師現(xiàn)有的跟地震相關(guān)的項目中，跟隨教師具體做項目中的一些內(nèi)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(jié)合的，從而培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)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(nèi)外相關(guān)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(nèi)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(fā)學生不斷學習的渴望和求知欲。

（三）改革教學方法，培養(yǎng)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(guān)知識、尋求問題的解決方案，為其個性充分發(fā)展創(chuàng)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(shù)講壇、情景教學、案例教學、專題討論等教學方法，激發(fā)學術(shù)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(fā)震機制，以及是否能預(yù)測地震”這種科學問題，可以適當邀請國內(nèi)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(yīng)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(tǒng)的多媒體、黑板板書教學，要把現(xiàn)代化教學手段引入課堂，充分利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，比如網(wǎng)絡(luò)課程平臺，翻轉(zhuǎn)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(chǔ)內(nèi)容的課堂講授，練習作業(yè)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(jié)合，小組合作與全班集體研究相結(jié)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(huán)節(jié)中的部分重點、熱點問題，將設(shè)計好的課程討論題目（比如發(fā)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(guān)的文獻資料和事件資料，然后在后續(xù)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(xiàn)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(nèi)容比較死板，基本都是書本上的內(nèi)容。為了突出能力培養(yǎng)，不能用單一的筆試來評價學生和評判人才培養(yǎng)的得失，需要研究一套能突出能力培養(yǎng)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(yè)）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(nèi)容不僅包括考勤、作業(yè)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(nèi)容開放的作業(yè)、測驗，并實施不同的評價標準，鼓勵學生不斷做出姿態(tài)，從而培養(yǎng)新時代的復(fù)合創(chuàng)新型人才。

四、結(jié)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(chuàng)新實踐教學、多元化考核體系上對課程進行改革和創(chuàng)新。通過教與學的有效互動，避免傳統(tǒng)教學模式中“以教師為中心”、“填鴨式”的現(xiàn)象。探索以充分調(diào)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(nèi)，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(chuàng)新性人才的培養(yǎng)具有很好的推動作用。

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