張 博

(黑龍江科技大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150022)

0 引言

含水層動力學(xué)方程課程教學(xué)模式對課堂教學(xué)效果有著重要的影響，因此，應(yīng)圍繞服務(wù)學(xué)生的成長成才和知識能力的提高，著力推進(jìn)高校教學(xué)模式改革，以有效提升教學(xué)效果，培養(yǎng)更多地質(zhì)工程領(lǐng)域的核心人才。然而，基于高校教學(xué)改革研究較少針對學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗、學(xué)習(xí)效果這一“內(nèi)在”的數(shù)據(jù)，更普遍的是以教師為對象進(jìn)行“教學(xué)方法論”方面的研究。長此以往導(dǎo)致理論性的探索更加普遍，預(yù)定的改革目標(biāo)并不能較好得在表觀上反映出學(xué)生的內(nèi)在體驗和學(xué)業(yè)收獲。本文提出以學(xué)生的表觀感受及普遍現(xiàn)象出發(fā)，對含水層動力學(xué)方程課程課堂教學(xué)模式改革進(jìn)行思考和探索。

1 含水層動力學(xué)方程課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的弊端

目前含水層動力學(xué)方程課程課堂教學(xué)模式主要是單純的“教師臺上講、學(xué)生臺下聽”，即所謂的“滿堂灌”“一言堂”，教師借助板書與PPT講授教材中的知識點，學(xué)生全程被動聽講接受。學(xué)生課下只需完成教師布置的習(xí)題即可。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式雖然節(jié)省了教師在課堂教學(xué)方面所投入的精力和時間，順利推進(jìn)課程教學(xué)進(jìn)度，然而，從學(xué)生所獲得的實際感受與教學(xué)效果來說，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式在三個方面存在較強的自我變革的內(nèi)在動力。

1.1 課堂知識轉(zhuǎn)化率

傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，師生之間缺乏互動，學(xué)生缺少及時反饋自己接受課堂知識的情況，對課堂知識的理解與疑問，僅能通過課后答疑等方式來彌補。教師依照自己的課程安排，按部就班地進(jìn)行知識講授，對學(xué)生在課堂上的掌握情況并無實際了解，對于有經(jīng)驗的老師可以通過部分學(xué)生的眼神交流，來獲取學(xué)生的聽課成果，但也無法保證所有學(xué)生在同一進(jìn)度。學(xué)生對此情況也應(yīng)對自如，普遍采取自學(xué)教材、考前復(fù)習(xí)和針對歷年考題押題等應(yīng)試技巧來應(yīng)對課程考核，對課堂學(xué)習(xí)的不重視程度進(jìn)一步加劇。因此，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式已經(jīng)無可避免的在知識的接受效率和傳授質(zhì)量上落伍，課堂知識轉(zhuǎn)化率成為關(guān)鍵，更加有效的課堂教學(xué)設(shè)計和豐富的教學(xué)效果急需被挖掘。

1.2 學(xué)習(xí)興趣激發(fā)率

美國斯坦福大學(xué)的GBL項目中，學(xué)生最先學(xué)習(xí)的就是如何激發(fā)自身和同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動團(tuán)隊成員的創(chuàng)新思維能力[1]；學(xué)習(xí)興趣激發(fā)率是位列第一的重點考核指標(biāo)。然而，在傳統(tǒng)大學(xué)課堂中，教師講授教學(xué)內(nèi)容是最重要的考核指標(biāo)。這種課堂導(dǎo)致師生缺乏互動，教師以完成教學(xué)大綱任務(wù)為第一要務(wù)，學(xué)生被動接受教學(xué)內(nèi)容，“聽多少學(xué)多少”，課堂聽講成為一個任務(wù)。課下時間也只包含作業(yè)時間和習(xí)題解答，學(xué)習(xí)興趣無關(guān)緊要。

整個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生沒有激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的必要，自主探究和思維創(chuàng)新對于課程考核沒有特殊意義，缺乏與其他同學(xué)合作交流、討論的意愿。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式并不以學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為主，學(xué)生體驗不到學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的快樂，自然也培養(yǎng)不出高激發(fā)率的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 創(chuàng)新思維實踐率

創(chuàng)新不是瞎想，所有的創(chuàng)新思維必須經(jīng)過了實踐，進(jìn)入了應(yīng)用環(huán)節(jié)，才是真正的創(chuàng)新，有助于知識本身的理解和掌握。被動接受知識顯然不是學(xué)生本意，這種缺乏基本理解、僅靠教科書的推論過程對創(chuàng)新并沒有什么幫助。創(chuàng)新思維是依靠自己對知識的理解進(jìn)行知識再構(gòu)造，正確的領(lǐng)悟知識，尤其是領(lǐng)悟過程對創(chuàng)新思維的建立有著不可撼動的地位。老師的灌輸常常不能傳授給學(xué)生創(chuàng)新所需的知識，由此導(dǎo)致的創(chuàng)新效率低，知識的基礎(chǔ)搭建不牢、掌握不到位，應(yīng)付考核而考前突擊復(fù)習(xí)的現(xiàn)象對于創(chuàng)新沒有任何益處。

2 含水層動力學(xué)方程課程教學(xué)改革的現(xiàn)狀

本文基于含水層動力學(xué)方程系列課程的學(xué)生學(xué)習(xí)動機和課堂、課后反饋，立足于解決公式繁瑣和概念抽象的問題，對地質(zhì)工程教學(xué)模式改革進(jìn)行探索。

2.1 重點問題的解決

含水層動力學(xué)的教學(xué)離不開概念和公式，然而學(xué)生反映最多的問題就是“看不懂、記不住、不會用”。針對這一重點問題，建立以PBL模型為基礎(chǔ)的教學(xué)課程改革體系，著重突出問題的重要性：教師將實際工程模型引入課堂，由學(xué)生主動代入工程師視角來尋求問題，探知如何建立微分方程，如何確定地下水狀態(tài)、多孔介質(zhì)狀態(tài)方程等。

通過建立“工程現(xiàn)場模擬→工程師視角產(chǎn)生問題→建立方程試圖求解→學(xué)生自主尋求解決辦法”這一課堂流程，將枯燥的概念和方程融入實際問題中，提高課堂知識轉(zhuǎn)化率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，解決課程的重點問題。

2.2 改革方向的探索

含水層動力學(xué)方程課程對學(xué)生的綜合素質(zhì)和技能要求較高，大量抽象乏味的數(shù)學(xué)問題對教學(xué)要求有較大影響。目前，相關(guān)學(xué)者開展了含水層動力學(xué)方程課程教學(xué)改革的探索，包括將授課地點建立在實驗室或研究室基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)場抽水實驗基地進(jìn)行實驗和實踐，在時間和空間變化的條件下掌握非穩(wěn)定流中地下水位的變化規(guī)律等。

國際教學(xué)案例中也不乏靈活課堂教學(xué)的身影。V.Vázquez-Báez等[2]直接將其在西班牙的一個現(xiàn)場項目：Ayamont-Huelva含水層作為案例研究對象，通過對該含水層的動力學(xué)模擬，將課程完全轉(zhuǎn)換為施工現(xiàn)場案例問題，利用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)選用配線法、直線法、水位恢復(fù)法等計算水文地質(zhì)參數(shù)，以此引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、公式方程即學(xué)即用；巴黎狄德羅大學(xué)的A.Guerin等[3]則直接利用實驗室條件下的人造雨林為背景，在吸引學(xué)生興趣的同時，針對雨林地下的含水層引導(dǎo)學(xué)生提出了多角度的方程計算問題，并將雨林含水層結(jié)構(gòu)的演變作為推進(jìn)課堂教學(xué)的重要手段，讓學(xué)生在“雨林”中邊玩邊提出問題，最后在解決問題的“旅途”中完成含水層動力學(xué)方程的各方面知識的掌握，構(gòu)建了“課堂教學(xué)(含案例分析)+實物例證+問題引導(dǎo)+自然過渡”的多元教學(xué)模式。

3 PBL教學(xué)模型的教學(xué)設(shè)計

3.1 PBL教學(xué)模型的引入

PBL(Problem-Based Learning)教學(xué)模型建立在一類較為成熟的工程項目設(shè)計思路(Project-Based Learning)[4]的基礎(chǔ)上，以學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題為主導(dǎo)，通過課堂實例探求、課下“智慧樹平臺直播+討論組教學(xué)+QQ群”等方式來全方位的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，實踐創(chuàng)新思維?；诠こ淘O(shè)計的模塊化處理方式，PBL模型也可以快速形成教學(xué)氛圍，與傳統(tǒng)模式相比，教師作為引導(dǎo)者，學(xué)生為中心，將解決工程設(shè)計問題及生產(chǎn)、實施問題等作為學(xué)習(xí)動力，創(chuàng)造性的引入了模塊化的教學(xué)流程，使學(xué)生能夠迅速理解老師的教學(xué)意圖，并以此提高學(xué)習(xí)力，反復(fù)觸碰知識點，強化邏輯體系，快速地代入工程師視角。同時，教師通過提供多平臺多角度的課程要點探究，能夠大幅度優(yōu)化學(xué)生的團(tuán)隊學(xué)習(xí)、協(xié)作、溝通能力，自然加深了學(xué)生對知識的理解與掌握程度。

將PBL教學(xué)模型引入含水層動力學(xué)方程課程教學(xué)中，引入實際工程案例的分析和討論，真正做到理論學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練雙同步，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考，既培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和綜合分析能力，又鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力和邏輯思維能力，為培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才奠定了堅實的基礎(chǔ)。充分利用教學(xué)平臺，積極進(jìn)行教學(xué)改革，加強課堂互動性，在師生間建立良好的溝通橋梁，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，真正做到“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)。

3.2 適于含水層動力學(xué)方程課程教學(xué)需求的教學(xué)設(shè)計

PBL模型的基礎(chǔ)是動機心理論，即學(xué)生學(xué)習(xí)目的是畢業(yè)工作就職或在專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)一步深造。因此模型的設(shè)計也據(jù)此將地質(zhì)工程行業(yè)實際工程中產(chǎn)生的各種項目、案例、情境引入教學(xué)中，讓學(xué)生主動產(chǎn)生問題，在主觀能動性上緊緊圍繞課程本身，在教師的節(jié)奏引導(dǎo)下逐步深入，形成“產(chǎn)生問題→代入問題→解決問題→掌握公式方程→產(chǎn)生新問題”這一有效循環(huán)，使學(xué)生建立“工程師視角”。

例如：1)圍繞課程內(nèi)容，提出真實的工程案例，與學(xué)生開展互動式教學(xué)，分析其中知識點的運用情況；2)設(shè)置虛擬工程環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生開展工程設(shè)計，對工程難點提出解決方案；3)提供錯誤工程案例，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，尋找有效的替代方案。學(xué)生有40 min左右時間進(jìn)行小組討論，并圍繞問題開展工程設(shè)計，每個學(xué)生都是一名“工程師”。大家共同完成設(shè)計后，由一名學(xué)生講述工程案例設(shè)計方案，教師和學(xué)生共同討論方案的可行性和存在的問題。PBL教學(xué)模式一是培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和綜合分析能力；二是通過語音連線或口頭演講的形式讓學(xué)生對設(shè)計進(jìn)行描述，鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力和邏輯思維能力；三是以討論組的形式合作完成任務(wù)，增強了同學(xué)的合作能力。

結(jié)合目前教學(xué)情況，大部分學(xué)生均能掌握公式成立的邊值條件和邏輯關(guān)系，在深入探討工程條件的過程中靈活運用含水層動力學(xué)設(shè)計的各類方程及邊界條件，切實體驗設(shè)計人員的工作。如：河渠間地下水運動這一知識單元可聯(lián)立為某地區(qū)土壤鹽堿化的排水渠的問題。繼而老師與學(xué)生開展互動討論，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計排水渠間距、水量和排水時間。案例完成過程中，通過老師和學(xué)生的共同討論，強化了理論知識與實際工程的差別理解，掌握了將復(fù)雜公式應(yīng)用到工程設(shè)計的方法，更有利于知識的掌握。

3.3 與輔助手段結(jié)合的立體化教學(xué)設(shè)計

依托于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和多平臺教學(xué)等輔助手段，PBL教學(xué)模型可以進(jìn)一步擴(kuò)展為立體化教學(xué)，將“面對面”學(xué)習(xí)和“在線”學(xué)習(xí)結(jié)合，運用多種傳輸媒介與系統(tǒng)，在技術(shù)探討氛圍等情境中開展教學(xué)。

圍繞學(xué)生課前的準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課后提升三個階段，以PBL模型為主體進(jìn)行混合型立體化教學(xué)過程設(shè)計，能夠在教學(xué)過程中實時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與理解水平，并通過對學(xué)生提出的問題進(jìn)行定期評價，將學(xué)生學(xué)習(xí)情況做出階段性反饋，逐步引導(dǎo)學(xué)生提出更有深度的問題，激發(fā)學(xué)生對新概念新方程的好奇心與興趣點。通過改進(jìn)教學(xué)理念和模式，科學(xué)合理地安排課程內(nèi)容，以問題為中心設(shè)計和實施教學(xué)活動，將學(xué)生課前學(xué)習(xí)、教師課堂授課、課后評價討論等結(jié)合起來，使之在更加規(guī)范化的同時，做到理論與實踐結(jié)合，打造科研與教學(xué)理念深度融合的完整教學(xué)體系和多元化考核模式，力求實現(xiàn)教學(xué)更大層面上的系統(tǒng)化。

這種立體式教學(xué)對輔助手段有較大依賴，是完全基于新科技新形勢的教學(xué)方法，針對學(xué)生的邏輯思維能力和分析能力有較大提高。通過PBL模型建立基礎(chǔ)問題的模塊化描述、解答，重點問題的系統(tǒng)化梳理、建立方程，復(fù)雜問題的邏輯化推理、分級分步驟解決，真正做到將理論知識融入實踐，達(dá)到應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論解決實際工程問題的能力為指導(dǎo)思想，使學(xué)生工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力在教學(xué)中得到循序漸進(jìn)的提升。

4 結(jié)語

針對含水層動力學(xué)方程課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的諸多不足，將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于教學(xué)運作中，通過基于學(xué)生發(fā)展需要的“問題”設(shè)計，激發(fā)其內(nèi)在解決問題的學(xué)習(xí)動力，切實調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主動性，獲得最佳的教學(xué)效果。同時也吸引學(xué)生對課堂產(chǎn)生興趣，能夠有效利用課堂時間，掌握復(fù)雜方程的實際應(yīng)用，提高自主學(xué)習(xí)能力和興趣培養(yǎng)，以方程求創(chuàng)新，以解決實際問題為前導(dǎo)，基于學(xué)生的實際感受，將含水層動力學(xué)方程融入學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗中，探求學(xué)生的內(nèi)在需求和心理，使得以問題為主導(dǎo)的教學(xué)模式真正起到“讓公式走到學(xué)生中”的教學(xué)應(yīng)用。