基于问题与实践驱动的研究生课程教学改革

孟海东 宋宇辰 段军 李世平 董红娟

摘 要：研究生数字矿山课程具有多学科交叉融合、理论与实践紧密结合和授课对象多元化的特点，以课堂讲授为主的“一言堂”教学方式不能够满足培养具有创新意识和创新精神科研人才的需求。通过基于问题与实践驱动的课程教学改革，强化问题意识和实践能力，培养了研究生发现问题、分析问题和解决问题能力，实现了面向对象的自主学习，进一步激发了研究生的创新意识和创新精神。

关键词：课程特点；问题意识；面向对象；创新能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）01-0122-03

Abstract： Digital Mine for postgraduates is multidisciplinary with close integration of theory and practice and diversification of teaching objects. Therefore， the traditional teacher-oriented teaching mode cannot meet the requirements for training scientific researchers with innovative ideas and spirit. Through problem-based and practice-driven teaching reform， the awareness of problem and the ability of practice are strengthened， training the students' ability of discovering， analyzing and solving problems. In this way， the object-oriented autonomous learning is realized， and the innovative consciousness of postgraduates is further stimulated.

Keywords： curriculum characteristics； problem awareness； object oriented； innovation ability

研究生課程教学是研究生培养的重要环节， 创新型国家的建设， 对研究生的创新教育提出了新的要求。作为研究生创新教育的重要载体， 研究生课程如何体现对研究生创新意识、创新思维、实践能力的引导和培养， 如何使研究生课程教学更好地服务于创新教育， 以课程和实践为依托促进创新， 充分发挥研究生课程教学在研究生创新教育中应有的作用， 是研究生教育领域值得探讨的重要课题。

一、传统研究生课程教学方法存在问题与改革研究

（一）传统课程教学方法存在的问题

研究生课程教学作为实现研究生培养目标的基础性环节，在培养研究生科研能力和创新能力的过程中发挥着重要作用。但是，多数以本科教学为主的地方多科性大学，在研究生课程教学方面往往采用本科生的教学模式，按照参考教材内容循序渐进地进行课堂教学。实践表明，这种课程教学方式制约了研究生创新思维和创新能力的培养。而且，在传统教学模式下，学校研究生管理部门和研究生的培养只注重课程成绩、发表的期刊论文、完成的学位论文等方面，在整个研究生培养过程中忽视了研究生的问题意识、实践能力、科研水平和创新能力的培养。这样培养出来的研究生缺乏科研创新的主观能动性和素质，违背了研究生教育与培养的遵旨。

研究生教育的目的是为国家培养科研事业的后备力量，在研究生能力培养过程中，最基础的是研究生创新意识和创新能力的培养。培养研究生的创新意识和创新能力需要将研究生培养过程的每一个环节作为抓手，结合学校学科发展现状，在研究生教学方式方法、培养制度等技术和制度层面改革的基础上，通过课程教学改革进一步强化研究生创新意识和创新能力培养。

（二）课程教学改革研究

近年来我国在研究生课程教学改革方面做了很多工作。例如，裴福俊进行了基于案例驱动教学的研究生课程教学改革[1]，从导航系统课程的实际情况出发，采用案例驱动教学的方式改革教学模式，在讲授基础理论的基础上，通过对最新的科技论文的讲授和分析，使学生能够明确导航领域最新的研究方向和研究进展，并能够掌握导航领域的科研创新方式和方法，为学生顺利进入下一阶段的研究和创新工作奠定坚实的基础；刘东海等探讨了基于问题驱动的教学方法[2]，从概率统计的教学现状出发提出了基于问题驱动教学的必要性，并结合实际例子探讨了基于问题驱动的概率统计教学方法和教学设计，通过问题驱动让学生积极参与学习、探索解决问题的途径；郑华盛探索了基于问题驱动的研究生课程教学改革[3]，针对研究生数值分析课程，将问题驱动思想引入课程教学，逐渐形成了“以问题为驱动”的教学模式、“理论讲授-专题讨论-课外大作业”的授课体系和“课内闭卷考试与课外开放式考核相结合”的综合考核方法，有利于培养和提高研究生的工程应用能力及创新能力；赵丽娜等探讨了基于研究生创新能力培养的课程改革[4]，将基于问题驱动的学习方式和专题讲座等启发性教学方式渗透进传统的分子生物学课程教学模式中，努力实现以学生为中心，教师为组织、指导和促进者，在理论教学中注重增加学术前沿内容，开拓学生视野，培养学生科研兴趣和创新思维，取得了良好的教学效果；王一博提出了以科研能力为导向进行研究生教育课程改革[5]，认为在目前以提高研究生科研创新能力为核心的研究生培养机制改革背景下，在我国研究生、尤其是硕士研究生参与课题研究机会有限的客观现实面前，依托课程体系所涉及的选课制度、课程设置、授课方式及教学氛围等因素强化研究生科研能力培养，实现研究生教育“学术探究”本质的回归，是现阶段我国研究生教育课程改革的理性选择。范雅惠等用问题驱动教学模型实施了计算思维教学的应用与实践[6]，提出将计算思维的思想方法与问题驱动教学模型结合起来，构建一种融入计算思维理念的问题驱动教学模型，并说明了如何基于该模型开展计算思维教学实践，结合课程案例分析计算思维在教和学过程中的作用，验证了该模型的可用性与有效性。可以看出，在研究生课程教学改革中，不同的学者根据不同研究生课程的特点探索与实施了多种教学改革方式，取得了良好的教学效果。

数字矿山作为内蒙古科技大学矿业工程学科研究生培养计划的基础学位课，承载着使研究生掌握和应用矿山信息化和智能化知识的重要任务，是信息化时代培养矿业工程研究生创新能力的重要基础环节课程，如何根据数字矿山课程内容特点开展有效的课程教学改革研究，是提高课程教学、培养研究生矿山信息化与智能化方面创新能力的重要知识保障。

二、数字矿山课程特点

数字矿山是以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，建立起的一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计算机模型并集成，利用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维表达，同时具有高分辨率、海量数据和多种数据的融合以及空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。它是信息化、数字化的虚拟矿山，是用信息化与数字化方法来研究和构建的矿山，因此，数字矿山课程具有如下特点。

（一）多学科交叉与融合

数字矿山是一门多学科交叉融合的研究生培养课程，课程内容包括采矿工程、矿山安全工程、地质工程、测绘工程、计算机技术、网络技术、信息技术、数值计算、可视化三维建模技术、虚拟现实技术等，课程内容涉及面广，通过传统方式的课堂教学很难做到重点突出，在点与面之间很难找到平衡点、取得让学生满意的教学效果。

（二）理论与实践相结合

由于多学科交叉融合使得数字矿山课程内容既有前沿的理论知识，如计算机技术、网络技术、信息技術、数据挖掘技术、数值计算、三维建模技术、虚拟现实技术，又有传统的采矿工艺与技术、地质理论等，课程内容理论与实践紧密结合。在有限课时的课程教学过程中，如何使研究生既掌握了相关理论知识又得到了实践能力的培养，是课程教学改革的重点研究内容之一。

（三）授课对象的多元化

数字矿山作为内蒙古科技大学矿业工程研究生培养的基础学位课，选课的研究生来自不同的研究领域，如采矿工程、矿山安全工程、矿山地质工程、矿山环境工程和矿山测绘工程等，对课程内容的需求有所不同，传统按课程内容循序渐进的教学模式不能满足研究生的个性化与研究方向的需求。

三、基于问题与实践驱动的课程教学

培养研究生科研能力和创新能力必须从培养发现问题、分析问题和解决问题的能力入手，使研究生在课题研究中明确“做什么、为什么做和怎样做“。研究生课程教学的目的就是要启发他们的问题意识、培养他们的工程实践能力和创新能力。因此，针对数字矿山课程内容、教学目标和任务，对数字矿山课程教学进行改革，以提出问题、分析问题和解决问题为教学过程的主线，以培养研究生树立问题意识、提高解决问题的能力为主要教学目标；同时，通过强化课程实践提高他们的实际动手能力和创新能力。

（一）基于问题与实践驱动的教学过程

研究生良好学习效果的外因在于导师的正确引导与科学指导，内因在于研究生自身的领悟能力和刻苦专研的精神。如何在课程教学过程中充分发挥内因和外因的作用，实践表明“问题与实践”是重要的激发因素，是导师和研究生交流与沟通的重要纽带，是培养研究生刻苦专研精神的重要手段。

在数字矿山课程教学过程中，改变传统的“一言堂”课程教学方式，实行基于问题驱动与实践驱动的“多言堂和多实践”教学过程。这样的教学过程关键在于问题提出与问题的分析解答以及实践环节的强化。问题的提出与解答关键在于对教学参考书内容和相关最新文献内容的理解和凝练，实践环节的强化在于结合课程教学内容将解决问题的过程实践化。

1. 基于问题驱动的课程教学。根据教学进程，课前和课中围绕课堂主题教学内容提出相关问题，在课堂重点内容讲解基础上，在教师与研究生、研究生与研究生之间进行交互式问题讨论与分析，教师对问题讨论与分析结果进行总结。这种教学方式能够很好地解决教学过程中“教与学”两张皮的矛盾。同时，既提高了研究生学习的主动性，又培养了研究生基于问题的思维模式和思考方式。

数字矿山课程内容是采矿工程、矿山安全工程、地质工程、测绘工程、计算机技术、网络技术、信息技术、数值计算、可视化三维建模技术、虚拟现实技术等的交叉与融合，有许多如何交叉、如何融合的问题切入点，既有宏观的问题又有微观问题，既有全局的又有局部的问题，既有理论问题又有应用问题，以及交叉融合的拓展与创新问题。例如，数字矿山的内涵与外延问题，智能矿山与智慧矿山建设问题，传统采矿工程的计算机模拟与优化问题，矿山安全的数字化表达与分析、监控、预警问题，矿山三维建模问题，矿山数据仓库构建问题，矿山数据挖掘问题等。通过从宏观到微观、从全局到局部、从理论到应用一系列问题的提出、分析与探索解答，同时结合不同学科研究方向研究生对数字矿山相关知识内容的需求，以问题为驱动，使研究生深入地融入到数字矿山课程教学中，充分调动和发挥他们的主观能动性，培养他们的问题意识和解决问题的能力。

基于问题与实践驱动的课程教学方式能够在学习内容方面为研究生提供更多的选择，他们结合自己的研究方向，通过发现和提出自己关心的、感兴趣的数字矿山相关问题，学习、掌握相关数字矿山知识和技术，实现了面向对象的个性化自主学习。

2. 基于实践驱动的课程教学。问题的提出不仅来源于对理论和技术的探究，而更多的问题来源于实践与应用，在实践与应用中发现问题、解决问题是培养研究生科研创新能力的重要环节。数字矿山课程教学内容中包含大量的应用与实践，例如矿山地质和矿体三维建模、矿山开拓系统仿真建模、基于虚拟现实的生产过程模拟、矿山智能化管理信息系统的开发等。在改革数字矿山课程教学过程中，结合研究生的具体研究方向和个性化需求，强化具体课程内容的应用与实践，利用内蒙古科技大学矿业研究院数字矿山实验室中的相关软件平台为研究生提供良好的实践环境，培养他们解决具体实际问题的动手能力，在实践中提高研究生的科研能力和素质。

（二）基于问题与实践驱动的创新能力培养

在基于问题与实践驱动的教学过程中，问题的提出本质上是“怀疑论思想”和“批判精神”的体现，科研意识和创新能力与批判精神是紧密联系的，对研究生批判精神的培育是强化研究生创新能力的重要途径，因为一切新的理论和新的成果都是源于人类对当前已有知识经验反思和批判的基础上获得的。研究生课程教学体现的批判精神能让学生从被动学习转为主动学习。如果培养的学生不具备批判精神的头脑，没有独立思考、敢于否定自我的勇气，那就不用奢望社会的进步和创新[7]。

问题与实践驱动创新，创新的思维活动都是针对问题和实践的，如果没有问题就没有思维，更没有创新思维；没有实践过程，更谈不上创新能力的体现和培养。基于问题与实践驱动的数字矿山课程教学方法，使研究生从被动的接受知识变为主动的学习与研究知识，在和导师、同学合作探究与实践过程中，实现新知识和已有知识的有机整合，寻求解决问题的有效办法，培养了学生的创新意识和创新能力。

数字矿山课程内容理论与实践紧密结合，如计算机技术、网络技术、信息技术、数值计算、数据挖掘技术、视化三维建模技术、虚拟现实技术。数字矿山课程教学在理论与实践问题探究的基础上，系统地培养研究生分析问题和解决问题的能力。每解决一个新的问题或实践中提出新的方法技术，就是创新能力的培养和提升。研究生创新精神和创新能力体现在采用新技术解决新问题，或采用传统技术解决新问题，或采用新技术解决工程实践中面临的老问题等方面，基于问题和实践驱动的数字矿山课程教学方法能够有效地激发与提升研究生的创新能力。

四、结束语

通过基于问题与实践驱动的课程教学改革，使研究生深入地融入到课程学习中，提高了他们的学习兴趣和热情，从传统教学过程中的被动状态转变为主动，实现的面向对象的个性化自主学习，培养了他们主动思考问题和动手解决问题的意识和素质，进一步激发了他们的创新意识和创新精神。但是，在具体教学过程中，问题的提出和发现、以及实践环节的针对性和有效性还有待于进一步凝練，使课程教学效果得到进一步提升。

参考文献：

[1]裴福俊.基于案例驱动教学的研究生导航系统课程教学改革[J].科教文汇，2016（347）：62-63.

[2]刘东海，彭丹.基于问题驱动的概率统计教学探讨[J].当代教育理论与实践.2016，8（2）：80-82.

[3]郑华盛.基于问题驱动的研究生课程教学改革探索与实践[J].南昌航空大学学报：自然科学版，2014，28（4）：100-104.

[4]赵丽娜，贺宝玲，张秀军，等.基于研究生创新能力培养的分子生物学课程改革探讨[J].教育教学论坛，2016（2）：70-71.

[5]王一博.以科研能力为导向：研究生教育课程改革的理性选择[J].学位与研究生教育，2012（10）：32-35.

[6]范雅惠，刘德山，魏迪，等.用问题驱动教学模型实施计算思维教学的应用与实践[J].计算机教育，2016（1）：90-93.

[7]杨明.不确定性知识观对我国研究生课程教学改革的启示[J].长春工业大学学报（高教研究版），2014，35（1）：40-42.