鉆探設備系列課程研究性教學模式教學問題設置研究

趙大軍 趙研 韓君鵬

摘 ? ?要：基于教學問題和教學研究項目的研究性教學模式，以其有利于創新型人才培養的優勢在國際高等教育中廣為流行，而研究性教學模式的關鍵是教學問題和教學項目的設置。文章根據課程內容，結合學生知識結構，考慮學生認知特點，對鉆探設備系列課程研究性教學模式的教學問題進行了深入的研究和合理的設置。

關鍵詞：鉆探設備系列課程；課程改革；研究性教學模式；問題設置

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2023）08-0039-03

研究性教學模式是一種能夠較好貼近課程要求，完成課程認知目標及情感目標的教學模式。課程認知目標要求學生掌握學科知識概念，知曉基本原理，具備實操應用能力；情感目標主要要求學生具備正確的思想感情與道德品質。該教學模式的核心特征是“自主、探究、合作”，即在教學過程中，以教師指導為前提，學習自主學習教學內容要點，以小組為單位合作交流，共同探究發掘知識內在原理。

研究性教學模式的核心優勢在于以其對知識內容的深化理解與技能的掌握，強化學生創新思維的培育與創新能力的鍛煉，符合新時代創新性人才的培養要求。研究性教學模式的應用需要貫徹執行“主導—主體相結合”的基本路線，即充分發揮教師對教學內容的主

導，及堅定將學生作為課程學習的主體。明確學生與教師屬性定位，做好分工，是研究性教學的模式順利實施的基本要求。

我國古代著名教育家孔子創立的啟發式教學思想及古希臘著名思想家、教育家蘇格拉底提出的“產婆

術”被認為是研究性教學模式的起源[1]。近現代教育家赫爾巴特、蔡元培、杜威、布魯納、皮亞杰以及蘇霍姆林斯基、施瓦布等人相繼探索了研究性教學模式并提出的相關教育教學觀點，研究性教學思想得以逐漸豐富和完善[2]。

德國著名教育家洪堡于19世紀初首次創立并推廣的“教學與研究相統一”教學原則被普遍認為是國外研究性教學思想的起源，這一思想在長達幾十年的應用后促使德國擁有了全世界較為先進的大學制度。1876年于美國成立的約翰·霍普金斯大學是有史以來第一所研究型大學，但真正將研究性教學作為首要教學模式是在122年后，由博耶委員會將本科教學體系改革為以研究為基礎[3]。日本和韓國的大學已開始構建以研究為基礎的本科教學模式，形成了各種不同的本科研究性教學模式[4]。近年來，我國《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》《關于全面提高高等教育質量的若干意見》《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》等文件相繼出臺，一致倡導以培育創新型人才為目標，對教育教學方式實施改革，形成“以學生為中心”的研究性教學模式，助力學生創新能力的培養[5]。研究性教學在國內中學教學中應用較多，而在高校的應用相對較為欠缺，但也逐步受到關注并推廣應用，此方面的研究成果也與日俱增。

研究性教學模式主要包括五個教學環節：創設情境、啟發思考、自主（或小組）探究、協作交流、總結提高。其中創設情境，即教學問題及教學研究項目的設置是研究性教學模式教學效果的關鍵。我國學者對研究性教學問題的設置也有了一定的研究，楊華針對大學以問題引領的思想政治理論課課堂教學的問題類型和問題設置原則進行了深入地分析，將問題類型劃分為：理論困惑問題、現實疑難問題、社會熱點及難點問題、非馬克思主義及社會思潮問題、教材中的重點和難點問題5種類型，將教材原則、簡明扼要原則、適度原則、關聯性原則、理論聯系實際原則作為問題設置的基本準則。[6]王建強提出課堂問題的設置是課堂教學師生雙邊活動最基本的也是最重要的形式之一，為提高課堂“問題鏈”教學法的教學效果，課堂“問題鏈”的設計應具有層次性、趣味性、聚焦性、開放性、深入性。[7]張盛周、陸衛針對細胞生物學課程探討了啟發討論式教學中問題設置的7種基本方式：圍繞經典實驗設置研究性問題、圍繞有爭議的學術觀點設置評價性問題、圍繞相近和相對的知識點設置比較性問題、圍繞知識體系的內在邏輯聯系設置推理性問題、通過與宏觀世界對比設置類比性問題、根據重要知識原理設置歸納或演繹性問題、挖掘知識的思想性設置哲學性問題，并提出了問題設置時應難易適當、有一定的激發性、答案的不確定性、緊扣教學內容的重點和難點。[8]郭華在電磁學探究式教學實踐中，從激趣式、啟發式、探究式、主動式四個方面設置問題，提升了師生互動對話的層次和水平。[9]

教學問題應具有時代性、針對性以及合適難易度，要將學生引入主動解決教學問題的情境中。但研究性教學在我國高校的應用尚處于摸索階段，理論尚不完善，實踐經驗也較少，師生對其的理解和認同也參差不齊，對教學問題及教學項目的設置也缺乏深入的研究。地質工程專業課程的研究性教學模式教、學問題及教學項目設置的研究，還未見報導。吉林大學鉆探設備課程雖然實行了基于問題驅動的PBL教學法，提高了學生主動學習意識。但基于PBL教學法，學生只是掌握了課程的碎片化知識，缺乏對課程內容全面系統的理解掌握，還需要結合中國國情、課程特點、學生的知識結構和認知規律，對研究性教學法教學問題及教學項目的設置進行深入探索與思考。

一、鉆探設備系列課程特點

吉林大學地質工程專業是國家本科一流專業，作為地質工程專業的主干專業課程，鉆探設備、鉆探設備課程設計主要介紹地質勘察中應用的鉆機、泥漿泵、鉆塔、動力機的結構、工作原理及工作特性。學生能夠對鉆探設備進行正確的分析、評價與選用；能夠對設備的結構問題提出合理的改造方案；能夠根據施工條件對設備提出合理的技術要求，為鉆探設備的設計提供技術參數；具有鉆探機械領域的分析問題能力、科學研究思維、工程意識和實踐能力。課程的理論基礎為材料力學、理論力學、機械設計基礎、液壓傳動、流體力學、電工學基礎等。課程中的機械與液壓裝配圖較多，課程內容與生產實際密不可分，在學習過程中對于學生的三維空間想象能力要求較高，對于實踐動手能力依賴較強。

二、大學生知識結構和認知特點

（一）大學生知識結構

入學后，鉆探設備系列課程學習前，學生已經學習了數學、物理、計算機基礎等公共基礎課及地質學原

理、工程力學、流體力學、液壓傳動、機械制圖、機械設計基礎、鉆探工藝學、基礎工程施工等專業基礎課及部分專業課，同時學習了思想道德修養與法律基礎、中國近現代史綱要、馬克思主義基本原理概論、形勢與政策等思想政治教育課程，完成了地質認識實習與專業認識實習的實踐訓練。大學生的公共基礎及學科基礎知識扎實，政治思想素質過硬，為進一步的專業課程學習打下堅實的基礎。但由于課程學時的限制及我國高等院校普遍存在的“重理論、輕實踐”現象，使得吉林大學地質工程專業大學生缺乏足夠的三維空間想象能力和實踐動手能力。

（二）大學生認知特點

地質工程專業大學生學習能力強、創新意識強、自我獨立意識強、內心情感豐富、網絡依賴性強，但實踐能力弱、團隊意識和溝通能力差。在傳統課堂灌輸式教學模式下，較大的盲目性充斥在知識獲取過程中，因而大學生的學習形式較為被動，科學的學習動機較為匱乏，教師設定的學習目標成為學生完成學習計劃的主要依賴。實踐教學環節薄弱，影響對所學知識的消化吸收和深入探索及拓展創新，影響解決實際問題的動手能力。我國大學生長期處于集中課堂傳授的教學模式，強調接受教育而忽略自我表達，產生了課上互動無興趣，課后交流不積極的現象。

我國的教學形式主要由教師選定教材后，學生以教材為首要學習范本對知識點進行識記，相對于歐美由學生自行查閱資料的開放教育模式而言，我國大學生閱讀量低，缺乏對所學知識的全方位深入了解，認知層面較為狹窄。互聯網技術普及后，大學生更習慣于網絡短時間（10—15分鐘）的碎片化學習[10]。

三、研究性教學法教學問題的設置

依據鉆探設備系列課程的特點，考慮地質工程專業本科生的知識結構和認知特點，采用基礎性、問題

性、課題研究性（項目研究類）模塊化教學內容，實施啟發式、探究式的教學方法，構建夯實基礎、注重綜合、面向科研實踐的全程式鉆探設備系列課程研究性教學新模式。教學問題的設置遵循了如下原則：（1）誘發性原則。通過創設特殊情景制造認知沖突，誘發學生積極思考。（2）真實性原則。情境接近鉆探工程實際，從客觀事物出發，在“眼見為實”的基礎上，深入探究鉆探設備相關問題，實現對主旨內容的意義建構。（3）接近性原則。情境創設符合維果茨基的“最近發展區”理論。問題的深度稍高于學生的知識經驗水平，需要經過努力思考來解決問題。（4）合作性原則。充分利用學習小組合作學習優勢，通過交流、協作，共同克服教學問題中的困難。（5）層次性原則。考慮地質工程專業本科生不同的實際經驗和認知水平，有層次、有梯度設置問題，并使問題可銜接與過渡。（6）多解原則。考慮學生思維活躍、創新意識強的特點，不固定問題的答案。

基礎性、問題性、課題研究性教學問題設置的主要內容如下。

1.從鉆探設備、鉆探設備課程設計教學目的和教學內容出發，注重引出鉆探設備相關的概念原理，明確學生亟待掌握的知識點，定位學生需要獲得的基本概念和原理，結合地質工程學科特點，遵循課程的教學目

標，考慮學生自學能力個體差異較大的特征，設置了19個基礎性教學問題。主要包括鉆探設備技術發展取決的因素，從鉆探設備的結構和性能上分析如何提高鉆探效率，如何理解鉆機性能參數，鉆機部件的結構原理和類型特點分析，鉆探用泵的結構原理和工作特性分析等。

2.將學習內容設計成可銜接的鏈式問題，通過促使學生自主解決問題來實現觀念性理解的獲取。采用鏈式教學問題，通過教師引導學生分析問題、尋找問題的解決途徑，引發與鼓勵學生對于復雜、深層次問題的發現與解決，提高解決實際問題過程中對理論知識的靈活應用能力。該類問題設置了21個。如在講授“XY-4型鉆機機械傳動系統工作原理”時，依次提出：鉆機超載時易發生損壞鉆機零部件、損傷動力機、折斷鉆桿等事故，鉆機在結構上如何防止負載的超載？鉆機動力機輸出的轉速和扭矩基本不變，而升降機和回轉器需要不同的轉速和扭矩，鉆機如何實現分別驅動升降機和回轉器？機械傳動系統中，動力傳送距離較長時，常常因無法保證軸的對中效果而影響正常的運轉，XY-4型鉆機如何解決這一問題？鉆機或汽車變速箱換檔時時常發生打齒、掛檔不到位，分析其原因并說明如何解

決？打撈孔內鉆桿、套取孔內巖心時，如何操作才能有效、可靠？孔內鉆具突然遇阻，不能正常回轉或提拉，在鉆機機械傳動系統中如何保證動力機及鉆機各部件不受損壞？

3.為提高學生綜合分析問題與解決問題的能力，將課程內容設置成課題研究性教學問題，學生需要結合多個知識點通過研究來解決的問題。此類問題共設置了6個，是對不同鉆探設備的綜合評價與改進。如：

“DPP100-5F1鉆機的評價”，主要內容包括：（1）說明鉆機的機械傳動系統的工作原理。（2）說明鉆機的傳動

箱、減速箱、轉盤（包括給進裝置、柱卡裝置）、主卷揚、變速箱的結構及工作原理。（3）分析鉆機的結構、性能特點。（4）該鉆機的缺點是給進行程較短、操作不方便，結合該鉆機的結構，試給出1～2種改進方案，并繪制改進結構示意圖。需綜合運用機械設計原理、液壓傳動、鉆機給進系統、鉆機控制系統的原理綜合分析解決該問題。

四、研究性教學法的教學應用

根據鉆探設備系列課程的教學進度，分批給學生布置研究性問題，為保證學生能夠很好地自主解決問題，我們為學生準備了充分的教學資源。制作了105個線上教學視頻（MOOCS）；使用3ds MAX、Unity3D仿真軟件對鉆探設備中的18個展示部件制作了三維動畫，詳細解釋了回轉器、升降機、卡盤等部件的結構和工作原理；基于3ds MAX研制了XY-4鉆機結構與工作原理的虛擬現實（VR）實驗平臺；配置了課程教學多媒體課件、新型設備施工視頻等線上教學資源。研制了多功能液壓鉆機實驗教學平臺、升降機沖擊鉆進實驗教學平臺、9套設備部件實物、5套實驗教學模型、6種參考書、10余種鉆探設備使用說明書等。

具體應用過程如下。

1.根據教學進度每周給學生布置3～4個研究性問

題，學生利用線上線下教學資源自主學習，探索整理研究性問題的答案。

2.將學生分成學習小組，每組約10人。在教師的引導下，學習小組在自主學習的基礎上，經討論形成小組答案。小組的答案往往是多解的，且答案內容時常超出課本知識，說明設置的問題激發了學生的創造性思維。

3.每兩周組織一次課堂討論，對基礎性、問題性教學問題進行總結。課題研究性（項目研究類）教學問題則進行答辯。各組長作為代表發言，匯報各組討論得出的觀點和見解，其他學生可針對匯報內容進行提問及辯論，最后由教師點評匯報過程，歸納總結學習內容。學生在課堂討論中培養了團隊合作意識，增強了溝通協調能力，匯報展示提高了歸納總結能力，答辯過程中的論據博弈加深了學生對課程內容的理解。

五、結語

幾年來，筆者在鉆探設備、鉆探設備課程設計等課程的教學中，對課程內容實施研究式教學，把握住了研究式問題教學法問題設置的這一關鍵環節，通過基礎性、問題性、課題研究性三個方面問題設置的教學實

踐，激發了學生的學習熱情，提高了學習主動性、團隊意識與創新意識，拓展了綜合思維能力。但也應注意，在剛實施研究式教學時，學生不適應這種教學方式，主動學習意識不強，課堂發言不踴躍。因此在教學之初，要注重研究性問題對現實生活的實用性，注重營造問題教學的氛圍，逐漸引導學生從被動學習轉變到主動學習。

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