基于PBL的《鑿巖爆破》課程教學研究

牛雷雷　陳慶凱　何榮興

摘 ?要：隨著教學改革的持續(xù)推進，《鑿巖爆破》課程的教學方式和方法也發(fā)生著轉(zhuǎn)變，不僅體現(xiàn)在教師和學生主體的轉(zhuǎn)變，而且也對教學理念和方法提出了新的要求。本研究中，以問題為導向開展課前預習、課堂講解、課后實踐和考核測評，將PBL教學理念融入課程教學的全過程，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生獨立思考能力和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：鑿巖爆破;PBL;教學全過程

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0098-04

Abstract： The teaching method for the course of Drilling and Blasting has been changed with the development of teaching reform. Not only are teachers and students subjects changed， but also the teaching philosophy and methodology is proposed new requirements. The preparation of class， classroom teaching， practice after class and testing are conducted with the problem-based learning. The teaching philosophy of PBL is blended into the whole process of teaching to stimulate students' interests in studies. Meanwhile， the abilities of students' independent thinking and solving problems are cultivated.

Keywords： Drilling and Blasting; PBL; whole process of teaching

一、概述

20世紀60年代加拿大的McMaster大學首先提出了PBL（Problem-Based Learning，簡稱PBL）教學法，隨后在眾多的醫(yī)科院校得到推廣，90年代PBL引入我國。PBL教學法強調(diào)以學生為主體、問題為核心、教師為指導，通過教師提出問題，學生主動分析問題并解決問題，讓學生置身于具體情境中，實現(xiàn)在解決問題的過程學習所需的基礎知識，鍛煉動手能力，培養(yǎng)獨立思考精神和激發(fā)學習興趣[1-3]。PBL教學法首先被應用于醫(yī)學領域[4]，目前逐漸被應用于生物學[5]、大學英語[6]、大學物理[7]、工科教育[8]、經(jīng)管類教育[10]和研究生教育[11]等眾多學科中。但是PBL教學法在鑿巖爆破課程的授課中卻鮮有嘗試。

國民經(jīng)濟的發(fā)展離不開各種金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)，而鑿巖爆破是金屬礦山生產(chǎn)的基本破巖手段，同時爆破開挖作為一種快速、高效的開挖方式在礦山、隧道、水電和地鐵等地下工程和基礎設施建設施工過程中起著重要的作用?！惰弾r爆破》程課程包含了巖體力學性質(zhì)及其工程分級、爆破基礎理論知識和爆破技術(shù)應用三部分內(nèi)容。傳統(tǒng)的《鑿巖爆破》課程以課堂講授為主，通過基本原理的講解結(jié)合工程案例的分析使學生掌握基本的爆破知識，能夠?qū)⑺鶎W內(nèi)容應用于工程爆破設計中。但是傳統(tǒng)的課堂講授中教師和學生的互動交流不夠，容易造成學生學習積極性不高，教學效果低下的問題。因此本文開展了基于PBL的《鑿巖爆破》教學方法研究，探索PBL教學理論與《鑿巖爆破》現(xiàn)實教學環(huán)境相結(jié)合的教學模式。

二、PBL的實施過程

基于問題的教學法需要教師根據(jù)授課內(nèi)容設計難度合適的問題，激發(fā)學生學習主動性;教師作為輔助者引導學生分析問題和提出思路，學生以小組為單位進行協(xié)作，進而解決問題。

（一）問題的設計

PBL教學法將問題作為學習的起點和目標，在學習的起點應該設計什么樣的問題，能夠讓學生更加容易的進入學習狀態(tài)，進而激發(fā)學生的學習興趣和初步感知問題;當學生對所學內(nèi)容產(chǎn)生興趣之后，可以進一步提出更加深層次的問題，激發(fā)學生的求知欲和探索精神，在探索問題的道路上通過克服一個個疑問，受到成功的激勵和鼓勵，獲得成就感和滿足感，進而培養(yǎng)學生獨立思考的精神并增強學生探索問題的欲望。

問題的設計應該具有以下特征：

1. 問題必須能引出課堂講授內(nèi)容相關(guān)的概念、原理和方法。首先從基本概念入手加深學生對專業(yè)名詞的理解，然后認識某一種方法或者設備的工作原理，最后了解這個概念、方法或者設備的使用方法及應用范圍等。

2. 問題必須是由淺入深循序漸進。如果剛開始就提出過難的問題，學生對問題的理解不到位甚至是不知所云，這樣學生在尋找解決問題的方法時，會迷茫進而無從著手，不僅起不到激發(fā)學生學習興趣的目的反而會打消他們的積極性。在鑿巖爆破課程的講授中如果沒有介紹爆破的常用器具及其性質(zhì)，就開始提出如何進行爆破網(wǎng)絡的設計，學生必然不知道如何來分析這個問題，更不用說提出解決問題的方法。

3. 當學生對某一部分內(nèi)容充分了解后，所提出的問題應該具有一定的難度和復雜性。提出簡單問題的目的在于在學習初期激發(fā)學生的學習興趣或者復習對基本概念的掌握程度，而復雜的問題不僅可以加深學生對問題認知同時通過這些問題探索能夠激發(fā)學生的挑戰(zhàn)欲。當學生面對一個一個挑戰(zhàn)時，內(nèi)心的斗志會被激發(fā)，尤其是他們解決過一些問題獲得一些激勵和成就感之后，解決這些具有一定難度的問題是展示學生實力和創(chuàng)造力的有效途徑。

4. 在眾多問題的設置中還需要考慮概念或者原理的重復出現(xiàn)。當學生學習完某一個概念或者原理之后，教師設計的題目應從不同的角度和層次將這些概念覆蓋，同時從不同的角度來理解這些概念和原理等，以便使學生靈活掌握這些概念和原理，還能避免重要概念可能產(chǎn)生的遺漏。

（二）教師的輔助作用

在PBL教學法中，學生是學習的主體，但是并不意味著教師的作用減小了，教師能否設計合適的問題并在解決問題的過程中給予學生恰當?shù)膸椭菦Q定PBL教學成敗的關(guān)鍵因素。在問題的設計階段，是體現(xiàn)教師水平的時候，高水平的教師設計的問題能夠命中課程內(nèi)容的核心，同時又需要一定的解題技巧，讓學生不那么容易解決，學生只有在經(jīng)過思考和推理之后才能解決。

在學生分析問題和解決問題階段，教師不是提出解決問題的辦法而是提出解決問題的思路，引導學生如何解析、思考或者查閱資料，進而找到解決問題的辦法。引導學生解決問題的過程教師作用有兩方面：（1）反饋，在學生探索問題的過程中給予一定的響應，尤其是學生對某一問題毫無頭緒的時候，需要教師要給予提示;學生在完成某一個問題的部分解答的時侯要給予評判，完成全部解答的時候進行點評。（2）激勵，學生解決問題的過程中需要給予肯定和認可，有些問題的解答是充滿挫折的，可能通過多種方法嘗試后仍然不能解決，這時就需要老師來肯定他們付出的努力，鼓舞學生的士氣，給予階段性勝利的獎勵，進而增強學生的成就感。在學生完成問題的解答后要給予精神和物質(zhì)上的獎勵，激發(fā)學生的競爭意識和學習的主動性。

三、PBL教學法在《鑿巖爆破》課程中的實施

基于問題的學習法不僅要應用在課堂教學中激發(fā)學生的學習興趣，而且要貫穿教學的整個過程，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，提升學生創(chuàng)新意識和解決問題的能力。下面通過課前預習、課堂講解、課后實踐和考核測評四個方面，探討PBL教學法在《鑿巖爆破》課程教學全過程的應用和實施。

（一）課前預習

基于問題的學習法要求學生帶著問題去學習，這就要求學生具有一定的自主學習能力，而課前預習是一種行之有效的方法。因此，上課前通過QQ群或者微信群發(fā)送每節(jié)課的PPT讓學生提前預習，同時以問題的形式列出通過這節(jié)課的學習，學生需要回答的問題，進而掌握所學知識點。

著名教育大師葉圣陶先生曾說過：“教師之為教，不在全盤授予，而在相機誘導。”基于問題的課前預習，不僅可以培養(yǎng)學生的自學習慣和自學能力，而且通過問題的誘導，可以激發(fā)學生探索問題的興趣和提高學生獨立思考的能力。

上課之后通過現(xiàn)場提問的方式檢驗學生的預習效果，同時加深學生對問題的理解。同樣可以借助雨課堂的課堂測驗功能，讓學生通過手機限時作答，再根據(jù)現(xiàn)場反饋情況，了解學生預習情況，基于反饋的問題進行針對性的授課，將基于問題的學習和基于問題的授課相結(jié)合，提高學生的學習效率和教師的授課質(zhì)量。

（二）課堂講解

基于問題的課前預習使學生對課堂即將講授的內(nèi)容有了初步的了解，同時積累了一些困惑并進行了一定程度的思考，此時根據(jù)學生預習結(jié)果的反饋，教師有所側(cè)重地進行課堂講解，學生的學習效率和課堂教學的有效性都會得到提高，這同樣也是一種基于問題的課堂講解和學習。

在《鑿巖爆破》的課堂上，除了結(jié)合課堂預習的PBL教學法，同樣需要結(jié)合課堂講授重點和難點的PBL教學法。在每次上課前，教師需根據(jù)本次課程的知識點列出一些問題，如圖1所示，然后讓學生帶著這些問題聽講，教師同樣帶著這些問題進行講解，通過問題和知識點的有機結(jié)合，讓學生更好地理解所學，通過現(xiàn)場提問加強學生和教師在課堂上的交流和互動，將學生置于主動學習的環(huán)境中，發(fā)揮他們的主觀能動性和學習的積極性。通過引導學生在聽講的過程中積極主動的回答這些問題，培養(yǎng)他們獨立思考的能力和分析解決問題的能力。

課堂討論同樣是一種較好運用PBL學習法的教學方式，在《鑿巖爆破》課堂，教師提前提供10個左右論題，并將學生分為8組，學生自由選題。然后讓學生以小組為單位在課下準備，課上各小組通過討論的方式講解論題，各小組講解后，其他小組和教師根據(jù)這個小組的講解情況進行打分，評分后教師進行點評。最后所有小組匯報結(jié)束之后，進行統(tǒng)分排名，對表現(xiàn)優(yōu)異的小組進行獎勵。通過課堂討論的方式以問題為導向，將學生置于分析問題、解決問題和討論問題的環(huán)境中，激發(fā)他們的學習興趣和打破他們的思維局限，進而調(diào)整課堂氣氛，提高教學效果。

（三）課后實踐

課后實踐同樣是教學環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，因此基于已經(jīng)建設的東北大學本科教學實驗室-鑿巖爆破模型室，開展模型試驗教學，如圖2所示。由于課堂教學相對偏重理論，而《鑿巖爆破》課程偏重于實踐，因此讓學生帶著問題，參考已有模型，通過3D打印的方式，自己親手制作各種炸藥模型、爆破器材模型、爆破性能測試模型及各種爆破網(wǎng)絡模型等，在實踐中摸索解決問題的方法，激發(fā)學生的學習熱情和培養(yǎng)學生的動手能力。

（四）考核測評

課程結(jié)束后的考試是檢驗教師的教學效果和學生的學習效果最直接的方式，也是非常有效的方式。為了考察學生對所學知識的掌握和融會貫通情況，同時為畢業(yè)后能夠更快的適應工作的要求，《鑿巖爆破》課程為每位學生單獨出了一道設計題，并要求兩天之內(nèi)完成，通過此次考核，讓學生帶著問題，復習整個學期所學內(nèi)容，并將各部分內(nèi)容串聯(lián)起來，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。由于每個學生的設計題目不一樣，設計過程中參數(shù)的選取也不一樣，引導學生通過獨立思考和查閱相關(guān)的文獻資料，完成自己設計題目，進而達到以問題為導向培養(yǎng)學生獨立思考能力和文獻收集檢索的能力。以下面六個關(guān)于爆破設計的考核案例為例進行說明：

案例1：某大型露天煤礦，年產(chǎn)量1000萬t，煤層厚度23m，傾角5°，剝離層厚度60m左右，巖石主要是砂巖和頁巖，堅固性系數(shù)f=3～6，天然容重2.5t/m3，節(jié)理裂隙十分發(fā)育。煤的容重1.5t/m3，堅固性系數(shù)f=1.5左右。上部60m巖層采用臺階式深孔爆破法進行剝離，臺階高度12m。煤層開采采用松動爆破進行松動，電鏟鏟裝，汽車+膠帶運輸。礦區(qū)北側(cè)350m處有洗煤廠（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）。

設計內(nèi)容如下：

（1）煤層開采的爆破參數(shù)設計;（2）裝藥結(jié)構(gòu)設計;（3）起爆網(wǎng)路設計;（4）爆破安全設計。

要求設計中包括但不局限于繪制爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖、炮孔布置示意圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)路示意圖，參數(shù)計算選取時寫明理由。

案例2：某大型露天銅礦，臺階高度15m，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，硬巖，f=7～11，有水，容重3.5t/m3。要求：采用松動爆破。

設計內(nèi)容如下：

（1）確定爆破方案及參數(shù);（2）起爆網(wǎng)路設計;（3）裝藥結(jié)構(gòu)設計;（4）距采場邊緣240m以外有幾十戶磚混結(jié)構(gòu)的民宅，試進行爆破安全設計。

要求設計中包括但不局限于繪制爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖、炮孔布置示意圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)路示意圖，參數(shù)計算選取時寫明理由。

案例3：政府計劃建立一條穿越某座山的高速公路，需要對山體進行開挖，形成一條長500m的隧道，隧道斷面為直墻圓拱形，斷面高5m，寬10m，直墻高3m，巖體為砂巖，容重2.5t/m3，節(jié)理裂隙不發(fā)育，堅固性系數(shù)f=7，無水。在隧道東邊300m處于有一古寺廟，施工中要求控制飛石和爆破振動強度，避免危害到古建筑。

設計內(nèi)容如下：

（1）總體爆破方案;（2）爆破參數(shù)的確定;（3）起爆網(wǎng)路設計;（4）爆破安全設計。

要求設計中包括但不局限于繪制爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖、炮孔布置示意圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)路示意圖，參數(shù)計算選取時寫明理由。

案例4：擬在某村莊附近建一大型廠房，采用爆破的方法進行場地平整，開挖深度5-8m不等，開挖范圍：長400m，寬200m，中風化花崗巖，f=7左右，節(jié)理裂隙發(fā)育，有水。場地邊緣東側(cè)100m處有幾處廠房，要求控制飛石和爆破振動，以免廠房被破壞。

設計內(nèi)容如下：

（1）爆破方案選擇;（2）爆破參數(shù)的確定;（3）起爆網(wǎng)路設計;（4）爆破安全設計。

要求設計中包括但不局限于繪制爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖、炮孔布置示意圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)路示意圖，參數(shù)計算選取時寫明理由。

案例5：某場地平整需要爆破，開挖深度3-8m不等，開挖范圍：長400m，寬200m，中風化花崗巖，f=5-10，節(jié)理裂隙較發(fā)育，無水。場地邊緣北側(cè)70m為在建樓房，西側(cè)150m為政府辦公大樓，南側(cè)、東側(cè)300m范圍內(nèi)無保護對象。

設計內(nèi)容如下：

（1）爆破方案選擇;（2）爆破參數(shù)的確定;（3）起爆網(wǎng)路設計;（4）爆破安全設計。

要求設計中包括但不局限于繪制爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖、炮孔布置示意圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)路示意圖，參數(shù)計算選取時寫明理由。

案例6：在遠離市區(qū)的某地建立民用機場，需要利用爆破的方法對場地進行平整，開挖深度2-5m不等，開挖范圍為長200m、寬80m，開挖巖石為花崗巖，f=8，節(jié)理裂隙不發(fā)育，無水。場地邊緣200m處有一民用建筑，要求爆破時控制飛石和爆破振動，以免造成建筑物損壞。

設計內(nèi)容如下：

（1）爆破方案選擇;（2）爆破參數(shù)的確定;（3）起爆網(wǎng)路設計;（4）爆破安全設計。

要求設計中包括但不局限于繪制爆區(qū)周邊環(huán)境示意圖、炮孔布置示意圖、裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)路示意圖，參數(shù)計算選取時寫明理由。

四、結(jié)束語

基于PBL教學理念，將問題覆蓋《鑿巖爆破》教學全過程，以問題為導向，激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性，培養(yǎng)學生獨立思考的能力，引導學生培養(yǎng)提出問題、分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]杜翔云，Anette Kolmos，Jette Egelund Holgaard.PBL：大學課程的改革與創(chuàng)新[J].高等工程教育研究，2009（03）：29-35.

[2]Johnson SM，F(xiàn)inucanePM. The emergence of problem-based learning inmedical education[J]. Journalof Evaluation in Clinical Practice，2000，6（3）：281-291.

[3]Cisneros RM，Salisbury-Glennon JD，Anderson-Harper HM.Status of problem-based learning research in pharmacy education： a call for future research[J]. American Journal of Pharmaceutical Education， 2002，66（1）：19-26.

[4]張建偉.基于問題式學習[J].教育研究與實驗，2000（03）：55-60+73.

[5]楊邦和，文育鋒，孫恩濤，等.分子生物學檢驗教學中PBL教學法的應用探討[J].教育教學論壇，2019（38）：198-200.

[6]崔靖靖.基于教育生態(tài)學視角的大學英語PBL教學模式創(chuàng)新研究[J].教育探索，2020（06）：53-57.

[7]任芳芳，黃曉林，楊燚，等.工科《大學物理》課程PBL教學方案初探[J].教育教學論壇，2019（51）：169-171.

[8]張媛媛.PBL教學模式下的城市規(guī)劃原理課程教學改革[J].高教學刊，2020（08）：134-137.

[9]趙宇洋，李爭，王春梅.基于工程教育認證的單片機PBL教學模式探索與實踐[J].高教學刊，2019（02）：90-93.

[10]周坤順.PBL教學模式在新建本科院校經(jīng)管類專業(yè)教學中的創(chuàng)新應用研究——以廣西科技師范學院為例[J].高教學刊，2019（08）：28-29+32.

[11]趙國生，廖祎瑋，黃玉妍，等.淺談PBL教學模式在研究生教學中的應用[J].教書育人（高教論壇），2020（06）：102-103.

基金項目：本文受國家自然科學基金青年基金“黏彈性波傳播與其誘致巖石損傷演化的相互作用機理”（編號：51904056）;中央高?；究蒲袠I(yè)務費“動態(tài)擾動誘致巖石剪切蠕變失穩(wěn)破裂機理”（編號：N180104019）資助

作者簡介：牛雷雷（1987-），男，漢族，河南洛陽人，博士，講師，研究方向：礦山鑿巖爆破。