啟發(fā)-討論式教學(xué)模式在大學(xué)應(yīng)用型工科課程中的實(shí)踐

郝憲杰 張珀釩 趙毅鑫 趙廣輝 張村 滕騰 康一強(qiáng) 孫卓文

【摘要】大學(xué)工科課程往往具有很強(qiáng)的實(shí)用性和操作性，如何加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用、學(xué)習(xí)到工程思維方法，是大學(xué)工科教學(xué)的重點(diǎn)。本文嘗試將啟發(fā)-討論式教學(xué)模式引入到大學(xué)工科課程，以雙巷道合理間距教學(xué)為例進(jìn)行了“教師啟發(fā)—學(xué)生討論”的模式在工科課堂的實(shí)踐。課堂上和課堂后兩方面的教學(xué)效果表明課堂上學(xué)生更積極、更踴躍、參與性更強(qiáng)，課堂后回訪學(xué)生知識(shí)點(diǎn)牢固、原理理解和應(yīng)用方法更清晰。實(shí)踐表明，在大學(xué)工程課堂中采用啟發(fā)-討論式教學(xué)模式，對(duì)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力有很大的提升，對(duì)學(xué)生工程思維模式的建立具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】啟發(fā)-討論式教學(xué)? 大學(xué)課堂? 工科課程? 巷道間距

【基金項(xiàng)目】本論文受中國礦業(yè)大學(xué)（北京）課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目（J200103、J211107）資助。

【中圖分類號(hào)】G642 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2022）07-0175-03

1.引言

21世紀(jì)以來國內(nèi)高校為實(shí)現(xiàn)國家人才強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，先后有多所高校采取了有效可行的教育改革模式，在眾多成功案例中都凸顯了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[1-3]。啟發(fā)-討論式教學(xué)在我國有悠久的歷史[4]，它有利于發(fā)展學(xué)生智力、培養(yǎng)能力、開闊思維，是實(shí)踐范圍最廣、影響最大的一種教學(xué)模式[5-6]。啟發(fā)-討論式教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，使學(xué)生參與到課堂討論當(dāng)中[7-8]，凸顯“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，通過“教師啟發(fā)—學(xué)生討論”的模式，引起學(xué)生對(duì)于課程的興趣，并解決學(xué)習(xí)過程中的問題[9-10]。

雖然理論研究表明啟發(fā)-討論式教學(xué)模式在各方面優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式[11]，很多高校在課程教學(xué)中都引入了這種教學(xué)模式[12-13]。但是，這種教學(xué)模式在實(shí)踐中的應(yīng)用效果差異較大。這主要是因?yàn)楦鞲咝W(xué)生的專業(yè)背景不同，自然就影響到教學(xué)效果，尤其對(duì)于工程課程，其培養(yǎng)目標(biāo)為工程師，更加注重實(shí)際應(yīng)用，要求學(xué)生應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)的原理來解決問題。這使得工科教學(xué)更應(yīng)以學(xué)生為主體，以學(xué)生掌握課程原理和方法為核心目的，兼具教師啟發(fā)和學(xué)生討論的特征，因此啟發(fā)-討論式教學(xué)模式在該類課程中的應(yīng)用也有別于一般課程。因而，針對(duì)大學(xué)工科課程的特點(diǎn)，筆者結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，以中國礦業(yè)大學(xué)（北京）科研導(dǎo)論（采礦工程）教學(xué)為例，探索適合大學(xué)工科課程的啟發(fā)-討論式教學(xué)模式。

2.啟發(fā)-討論式教學(xué)意義

工科是培養(yǎng)在相應(yīng)的工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才，因此具有很強(qiáng)的實(shí)用性和操作性。以中國礦業(yè)大學(xué)（北京）開設(shè)的科研導(dǎo)論（采礦工程）為例，是該校采礦工程專業(yè)的本科課程，該門課程旨在通過教師授課，使學(xué)生學(xué)習(xí)到提煉問題和解決問題的方法，初步培養(yǎng)起學(xué)生的科研興趣和能力。

該課程為專業(yè)性課程，因此一方面需要學(xué)習(xí)采礦工程技術(shù)發(fā)展歷史，查閱已發(fā)表的采礦科技論文，另一方面也需要向第一線的采礦專家學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)看問題、提煉問題和解決問題的方法，使學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本過程和步驟。綜上可以看出，該門課程其教學(xué)內(nèi)容較為抽象，傳統(tǒng)的“以常識(shí)教學(xué)”的教學(xué)方法很難引起學(xué)生的興趣，容易使其陷入死學(xué)硬背的學(xué)習(xí)模式，同時(shí)也無法發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，難以提高其創(chuàng)新能力。因此，在本門課程中如何提高學(xué)生的積極性，使學(xué)生真正掌握工程原理和方法，提升教學(xué)效果顯得尤為迫切。

3.啟發(fā)-討論式教學(xué)過程

針對(duì)上述問題，筆者在本門課程教學(xué)中積極探索與專業(yè)特點(diǎn)密切相關(guān)的討論+啟發(fā)教學(xué)模式，即由老師在課堂上就某一具體問題啟發(fā)學(xué)生思考、學(xué)生參與討論、潛移默化中將科研導(dǎo)論的知識(shí)融入到解決采礦具體問題的方法。具體如下：首先老師就某一方面的問題提出疑問，激發(fā)起學(xué)生的好奇心。其次，在老師的思路引導(dǎo)下學(xué)生設(shè)計(jì)出不同數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。再次，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，得出初步結(jié)論。最后，由老師針對(duì)過程中難以解惑的問題給予講解。

以最為常見的采礦巷道施工中合理巷道間距的確定為例，筆者根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)將本次教學(xué)安排總結(jié)歸納為五個(gè)方面，分別是教師備課安排、基礎(chǔ)理論教學(xué)、討論設(shè)計(jì)、教學(xué)模型引入、實(shí)驗(yàn)討論結(jié)果及分析。

3.1教師備課

教師需要在課堂教學(xué)開始前提前安排教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能在有限的課堂時(shí)間內(nèi)既能學(xué)習(xí)到知識(shí)又能參與到課堂討論中，關(guān)于課堂討論部分，老師需要提前準(zhǔn)備好本堂課需要討論的主題，主題要有趣且適于討論。

3.2基礎(chǔ)理論教學(xué)

基礎(chǔ)理論教學(xué)是實(shí)驗(yàn)討論的先決條件，沒有理論知識(shí)的支撐一切實(shí)驗(yàn)毫無意義可言?；A(chǔ)理論教學(xué)具體流程如下：首先，老師需要在上一堂課就布置下本堂課需要講的內(nèi)容，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)并復(fù)習(xí)理論力學(xué)、材料力學(xué)、巖石力學(xué)等等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課;其次，由老師在前半節(jié)課對(duì)本堂課中雙巷道同時(shí)施工的原理及施工流程等基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行講解;最后，由老師引出本堂課需要討論的主題——合理巷道間距的確定。

3.3方案“啟發(fā)-討論”設(shè)計(jì)

方案討論設(shè)計(jì)是本次啟發(fā)-討論式教學(xué)中的第一次啟發(fā)-討論，在啟發(fā)-討論設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中學(xué)生是討論的主體，老師充當(dāng)引導(dǎo)者的角色，具體流程如下：首先，在理論基礎(chǔ)知識(shí)講解結(jié)束后，老師就“雙巷道同時(shí)施工時(shí)的合理巷道間距”這一問題提出本堂課討論內(nèi)容。然后，在老師安排下，將學(xué)生分成四個(gè)小組就本堂課內(nèi)容展開討論。在討論過程中，老師作為課堂討論的組織者需要時(shí)刻關(guān)注本堂課學(xué)生討論過程的走向，發(fā)現(xiàn)有跑題行為及時(shí)地指出[8]。最后，老師根據(jù)規(guī)范和施工手冊(cè)給出經(jīng)驗(yàn)值剔除一些差距較大的討論數(shù)值，并向?qū)W生解釋原因。

3.4教學(xué)討論模型的引入

教學(xué)討論模型是本次討論式教學(xué)的基礎(chǔ)，通過教學(xué)討論模型的引入，我們可以改變某些參量來實(shí)現(xiàn)對(duì)討論方案的模擬，從而可以更直觀地表現(xiàn)雙巷道同時(shí)施工過程中圍巖應(yīng)力、位移等的變化，使啟發(fā)-討論式教學(xué)更有說服力。

教師根據(jù)課堂討論結(jié)果編寫如圖1所示四種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

3.5結(jié)果“啟發(fā)-討論”選優(yōu)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析是工程討論的重點(diǎn)，需要選取合適的評(píng)價(jià)點(diǎn)、合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)合理巷道間距進(jìn)行評(píng)價(jià)，是雙巷道開挖的重要部分，也是整堂課最為關(guān)鍵的部分，本次實(shí)驗(yàn)分析重點(diǎn)是模擬指標(biāo)的選取和危險(xiǎn)點(diǎn)的確定。

3.5.1評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的“啟發(fā)-討論”模式

首先教師向?qū)W生描述評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的重要性，即對(duì)于模擬結(jié)果的分析首先應(yīng)該選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取決定了整個(gè)實(shí)驗(yàn)分析的后續(xù)工作。而后教師啟發(fā)學(xué)生明白在本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果中有很多指標(biāo)，如位移、應(yīng)力、塑性區(qū)等，但是具體選取哪個(gè)指標(biāo)需要討論選取。這時(shí)教師可以啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用他們學(xué)習(xí)過的理論力學(xué)、材料力學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)展開討論，同時(shí)老師可以適當(dāng)引導(dǎo)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的原則是通過選取的指標(biāo)可以直觀地看出在不同巷道間距下，兩巷道造成的破壞應(yīng)具有顯著的差別。最終在老師的啟發(fā)和學(xué)生的討論下，學(xué)生選出了位移作為本次實(shí)驗(yàn)評(píng)判的指標(biāo)。

3.5.2危險(xiǎn)評(píng)價(jià)點(diǎn)選取的“啟發(fā)-討論”模式

教師可以啟發(fā)學(xué)生，因?yàn)槟M結(jié)果是整個(gè)云圖，我們不可能去分析每一個(gè)點(diǎn)的位移情況，所以就需要啟發(fā)學(xué)生找到一些特殊點(diǎn)，這些特殊點(diǎn)可以代表整個(gè)模型的危險(xiǎn)程度。而后老師需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)位置進(jìn)行討論，并啟發(fā)學(xué)生討論的依據(jù)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的最危險(xiǎn)位置，并通過一定專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)兩巷道中央會(huì)出現(xiàn)疊加影響的情況。最終在老師的啟發(fā)和學(xué)生的討論下，選擇疊加影響最為嚴(yán)重的點(diǎn)即兩巷道的中點(diǎn)作為危險(xiǎn)點(diǎn)。

3.5.3 結(jié)果選優(yōu)的“啟發(fā)-討論”模式

通過上述指標(biāo)和評(píng)價(jià)點(diǎn)的選取，教師可以啟發(fā)學(xué)生來分析哪種巷道間距最合理，即分析不同巷道間距下的兩巷道中點(diǎn)的位移值來進(jìn)行分析。

教師在課堂提取位移值，四種方案位移分別為（0.3295，-5.81）、（-0.327，-4.61）、（-0.383，-2.89）、（0.3353，-1.75），經(jīng)過學(xué)生討論，教師適時(shí)點(diǎn)撥，學(xué)生得出結(jié)論X方向位移普遍較小，不是雙巷道危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，而Z方向，也就是垂直方向的位移，即沉降量更為重要。學(xué)生討論得出D方案最好、C方案次之、B方案再次之、A方案最差的結(jié)論。這時(shí)教師也提醒學(xué)生盡管A方案最差，但是可以降低運(yùn)輸成本，因此合理間距的確定還需要依靠現(xiàn)場(chǎng)可能存在的各種問題綜合確定。這樣不存在課堂標(biāo)準(zhǔn)解決方案的講解可以鼓勵(lì)學(xué)生更加大膽地、更多角度地思考問題。

4.教學(xué)效果

本堂課教學(xué)完成后，在兩周后針對(duì)學(xué)生進(jìn)行了回訪，便于從課堂上和課堂后兩方面對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用啟發(fā)-討論式法，課堂上學(xué)生表現(xiàn)非常積極，相比于普通課堂更踴躍參與課堂討論，同時(shí)在老師的啟發(fā)下也進(jìn)行了認(rèn)真思考，課堂上取得了非常顯著的效果。兩周后進(jìn)行回訪，學(xué)生反饋合理間距評(píng)價(jià)的知識(shí)點(diǎn)記得牢固，結(jié)合當(dāng)天對(duì)方案討論、指標(biāo)選取討論、危險(xiǎn)點(diǎn)選取討論更為深刻，原理理解得也很清晰，加深了學(xué)生對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用，甚至有一名學(xué)生以課堂知識(shí)點(diǎn)出發(fā)，嘗試自己建立數(shù)值模型對(duì)合理間距進(jìn)行更詳細(xì)的討論分析。

5.結(jié)論

本文僅以“雙巷道合理間距的確定”這堂課為例來說明啟發(fā)-討論式教學(xué)模式在大學(xué)工科課程中的應(yīng)用與實(shí)踐，事實(shí)上，鑒于《科研導(dǎo)論（采礦工程）》這門課的創(chuàng)新性和工程性非常適合于采用啟發(fā)-討論式教學(xué)模式，因此筆者在“實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施”“論文撰寫與發(fā)表”“專利的寫作與投稿”等課堂中均采用啟發(fā)-討論式教學(xué)模式來教授“實(shí)驗(yàn)方案的平均設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)”“論文各部分撰寫的順序”“專利選題探討”等難點(diǎn)，通過教師引導(dǎo)、學(xué)生間的相互討論、共同探索、交換各自的想法、共同學(xué)習(xí)，使得整個(gè)學(xué)習(xí)過程不再枯燥無味，使之成為大學(xué)工科教學(xué)的一種有效的教學(xué)方式。

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作者簡(jiǎn)介：

郝憲杰，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）副教授、博導(dǎo)、碩導(dǎo)，入選中國科協(xié)青年人才托舉工程。