啟發-討論式教學模式在大學應用型工科課程中的實踐

郝憲杰 張珀釩 趙毅鑫 趙廣輝 張村 滕騰 康一強 孫卓文

【摘要】大學工科課程往往具有很強的實用性和操作性，如何加深學生對于知識點應用、學習到工程思維方法，是大學工科教學的重點。本文嘗試將啟發-討論式教學模式引入到大學工科課程，以雙巷道合理間距教學為例進行了“教師啟發—學生討論”的模式在工科課堂的實踐。課堂上和課堂后兩方面的教學效果表明課堂上學生更積極、更踴躍、參與性更強，課堂后回訪學生知識點牢固、原理理解和應用方法更清晰。實踐表明，在大學工程課堂中采用啟發-討論式教學模式，對工科學生的創新能力、實踐能力有很大的提升，對學生工程思維模式的建立具有重要意義。

【關鍵詞】啟發-討論式教學? 大學課堂? 工科課程? 巷道間距

【基金項目】本論文受中國礦業大學（北京）課程建設與教學改革項目（J200103、J211107）資助。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2022）07-0175-03

1.引言

21世紀以來國內高校為實現國家人才強國的戰略目標，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“以學生為中心”的教學理念[1-3]。啟發-討論式教學在我國有悠久的歷史[4]，它有利于發展學生智力、培養能力、開闊思維，是實踐范圍最廣、影響最大的一種教學模式[5-6]。啟發-討論式教學的設計與實施應充分調動學生學習的主動性、積極性，使學生參與到課堂討論當中[7-8]，凸顯“以學生為中心”的教學理念，通過“教師啟發—學生討論”的模式，引起學生對于課程的興趣，并解決學習過程中的問題[9-10]。

雖然理論研究表明啟發-討論式教學模式在各方面優于傳統教學模式[11]，很多高校在課程教學中都引入了這種教學模式[12-13]。但是，這種教學模式在實踐中的應用效果差異較大。這主要是因為各高校學生的專業背景不同，自然就影響到教學效果，尤其對于工程課程，其培養目標為工程師，更加注重實際應用，要求學生應用科學和技術的原理來解決問題。這使得工科教學更應以學生為主體，以學生掌握課程原理和方法為核心目的，兼具教師啟發和學生討論的特征，因此啟發-討論式教學模式在該類課程中的應用也有別于一般課程。因而，針對大學工科課程的特點，筆者結合多年教學實踐，以中國礦業大學（北京）科研導論（采礦工程）教學為例，探索適合大學工科課程的啟發-討論式教學模式。

2.啟發-討論式教學意義

工科是培養在相應的工程領域從事規劃、勘探、設計、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級工程技術人才，因此具有很強的實用性和操作性。以中國礦業大學（北京）開設的科研導論（采礦工程）為例，是該校采礦工程專業的本科課程，該門課程旨在通過教師授課，使學生學習到提煉問題和解決問題的方法，初步培養起學生的科研興趣和能力。

該課程為專業性課程，因此一方面需要學習采礦工程技術發展歷史，查閱已發表的采礦科技論文，另一方面也需要向第一線的采礦專家學習，學習看問題、提煉問題和解決問題的方法，使學生掌握科學研究的基本過程和步驟。綜上可以看出，該門課程其教學內容較為抽象，傳統的“以常識教學”的教學方法很難引起學生的興趣，容易使其陷入死學硬背的學習模式，同時也無法發揮學生的主動性，難以提高其創新能力。因此，在本門課程中如何提高學生的積極性，使學生真正掌握工程原理和方法，提升教學效果顯得尤為迫切。

3.啟發-討論式教學過程

針對上述問題，筆者在本門課程教學中積極探索與專業特點密切相關的討論+啟發教學模式，即由老師在課堂上就某一具體問題啟發學生思考、學生參與討論、潛移默化中將科研導論的知識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，激發起學生的好奇心。其次，在老師的思路引導下學生設計出不同數據模型，并進行實驗。再次，對實驗結果進行分析討論，得出初步結論。最后，由老師針對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，筆者根據多年教學經驗將本次教學安排總結歸納為五個方面，分別是教師備課安排、基礎理論教學、討論設計、教學模型引入、實驗討論結果及分析。

3.1教師備課

教師需要在課堂教學開始前提前安排教學內容，使學生能在有限的課堂時間內既能學習到知識又能參與到課堂討論中，關于課堂討論部分，老師需要提前準備好本堂課需要討論的主題，主題要有趣且適于討論。

3.2基礎理論教學

基礎理論教學是實驗討論的先決條件，沒有理論知識的支撐一切實驗毫無意義可言。基礎理論教學具體流程如下：首先，老師需要在上一堂課就布置下本堂課需要講的內容，讓學生提前預習并復習理論力學、材料力學、巖石力學等等相關專業基礎課;其次，由老師在前半節課對本堂課中雙巷道同時施工的原理及施工流程等基礎知識進行講解;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-討論”設計

方案討論設計是本次啟發-討論式教學中的第一次啟發-討論，在啟發-討論設計環節中學生是討論的主體，老師充當引導者的角色，具體流程如下：首先，在理論基礎知識講解結束后，老師就“雙巷道同時施工時的合理巷道間距”這一問題提出本堂課討論內容。然后，在老師安排下，將學生分成四個小組就本堂課內容展開討論。在討論過程中，老師作為課堂討論的組織者需要時刻關注本堂課學生討論過程的走向，發現有跑題行為及時地指出[8]。最后，老師根據規范和施工手冊給出經驗值剔除一些差距較大的討論數值，并向學生解釋原因。

3.4教學討論模型的引入

教學討論模型是本次討論式教學的基礎，通過教學討論模型的引入，我們可以改變某些參量來實現對討論方案的模擬，從而可以更直觀地表現雙巷道同時施工過程中圍巖應力、位移等的變化，使啟發-討論式教學更有說服力。

教師根據課堂討論結果編寫如圖1所示四種實驗模型：

3.5結果“啟發-討論”選優

實驗結果的分析是工程討論的重點，需要選取合適的評價點、合理的評價指標對合理巷道間距進行評價，是雙巷道開挖的重要部分，也是整堂課最為關鍵的部分，本次實驗分析重點是模擬指標的選取和危險點的確定。

3.5.1評價指標選取的“啟發-討論”模式

首先教師向學生描述評價指標選取的重要性，即對于模擬結果的分析首先應該選取評價指標，評價指標的選取決定了整個實驗分析的后續工作。而后教師啟發學生明白在本次實驗結果中有很多指標，如位移、應力、塑性區等，但是具體選取哪個指標需要討論選取。這時教師可以啟發學生運用他們學習過的理論力學、材料力學、巖石力學、結構力學等專業基礎知識展開討論，同時老師可以適當引導評價指標選取的原則是通過選取的指標可以直觀地看出在不同巷道間距下，兩巷道造成的破壞應具有顯著的差別。最終在老師的啟發和學生的討論下，學生選出了位移作為本次實驗評判的指標。

3.5.2危險評價點選取的“啟發-討論”模式

教師可以啟發學生，因為模擬結果是整個云圖，我們不可能去分析每一個點的位移情況，所以就需要啟發學生找到一些特殊點，這些特殊點可以代表整個模型的危險程度。而后老師需要引導學生對危險點位置進行討論，并啟發學生討論的依據是實驗結果中的最危險位置，并通過一定專業基礎知識引導學生認識兩巷道中央會出現疊加影響的情況。最終在老師的啟發和學生的討論下，選擇疊加影響最為嚴重的點即兩巷道的中點作為危險點。

3.5.3 結果選優的“啟發-討論”模式

通過上述指標和評價點的選取，教師可以啟發學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的位移值來進行分析。

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），經過學生討論，教師適時點撥，學生得出結論X方向位移普遍較小，不是雙巷道危險評價的重點，而Z方向，也就是垂直方向的位移，即沉降量更為重要。學生討論得出D方案最好、C方案次之、B方案再次之、A方案最差的結論。這時教師也提醒學生盡管A方案最差，但是可以降低運輸成本，因此合理間距的確定還需要依靠現場可能存在的各種問題綜合確定。這樣不存在課堂標準解決方案的講解可以鼓勵學生更加大膽地、更多角度地思考問題。

4.教學效果

本堂課教學完成后，在兩周后針對學生進行了回訪，便于從課堂上和課堂后兩方面對教學效果進行評價。采用啟發-討論式法，課堂上學生表現非常積極，相比于普通課堂更踴躍參與課堂討論，同時在老師的啟發下也進行了認真思考，課堂上取得了非常顯著的效果。兩周后進行回訪，學生反饋合理間距評價的知識點記得牢固，結合當天對方案討論、指標選取討論、危險點選取討論更為深刻，原理理解得也很清晰，加深了學生對于知識的應用，甚至有一名學生以課堂知識點出發，嘗試自己建立數值模型對合理間距進行更詳細的討論分析。

5.結論

本文僅以“雙巷道合理間距的確定”這堂課為例來說明啟發-討論式教學模式在大學工科課程中的應用與實踐，事實上，鑒于《科研導論（采礦工程）》這門課的創新性和工程性非常適合于采用啟發-討論式教學模式，因此筆者在“實驗方案的設計與實施”“論文撰寫與發表”“專利的寫作與投稿”等課堂中均采用啟發-討論式教學模式來教授“實驗方案的平均設計和正交設計”“論文各部分撰寫的順序”“專利選題探討”等難點，通過教師引導、學生間的相互討論、共同探索、交換各自的想法、共同學習，使得整個學習過程不再枯燥無味，使之成為大學工科教學的一種有效的教學方式。

參考文獻：

[1]萬愛蓮.“以學生為中心”的大學課程結構調整：關系與誤區[J].現代大學教育，2013（2）：101-109.

[2]林冬華.一流本科教育的理念與行動——以“985”高校為例[J].現代大學教育，2017（3）：99-105.

[3]崔乃文，李夢云.困境與出路：“以學生為中心”的本科教學改革何以可能[J].現代大學教育，2017（4）：97-103.

[4]彭芬，劉李豫.基于問題的啟發-討論式教學方法與實踐——以“組織行為學”本科教學為例[J].中國大學教學，2013（3）：65-67.

[5]周劍雄，蘇輝，石志廣.討論式教學方法在大學課堂中的運用研究[J].高等教育研究學報，2008，31（4）：55-57.

[6]李偉，程遠平，王海峰，等.討論式教學法在礦井瓦斯防治課程中的探究和應用[J].大學教育，2017（8）：26-28

[7]第五紅艷.我國啟發-討論式教學的發展歷程[J].商洛師范專科學校學報，2004，18（2）：94-97.

[8]姜萍.再談討論式教學方法[J].中國成人教育，2019（6）：85-86.

[9]徐杏華，陳軍權.基礎力學課程中的啟發-討論式教學[J].成人教育，2004（6）：78-79.

[10]張榮，左曉園.討論小組討論式教學方法的實踐與改革[J].黑龍江高等研究，2011（1）：161-162.

[11]湯亞芳.基于實驗案例的教學方式——在《繼電保護原理》課程中的應用[J].中國多媒體與網絡教學學報，2019（9）：178-179.

[12]李水明.啟發式四段教學法在高中物理教學中的應用[J].教育學術月刊，2009（6）：110.

[13]王羽佳.案例式和討論式課堂教學改革實踐 ——以《展示設計基礎原理》為例[J].教育現代化，2019， 6（34）：45-48.

作者簡介：

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