探究式教学模式在《弹性波理论》课程改革中的探索与实践

王敏玲 张智 王洪华 熊彬 丁彦礼 綦琼英

摘 要：在工程教育目标的背景下，以《弹性波理论》课程为例，提出了一种以项目任务为载体，以探究式学习为主要方法的教学模式。通过对《弹性波理论》课程的特点和教学中存在的问题进行深入剖析，从教学内容、教学方式、教学手段和考核方式等方面进行改革，能有效培养和评定学生的工程能力，同时为工程教学改革提供了一些思考。

关键词：探究式教学；弹性波理论；教学改革；合理性评价

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）11-0143-03

Abstract： In the context of engineering education goals， taking the course of "Elastic Wave Theory" as an example， a teaching model based on project tasks as the carrier and inquiry learning as the main method is proposed. Through in-depth analysis of the characteristics of the "Elastic Wave Theory" curriculum and the problems in teaching， reforms are carried out in terms of teaching content， teaching methods， teaching means， and assessment methods， which can effectively train and evaluate students' engineering capabilities. The teaching reform provides some thoughts.

Keywords： inquiry teaching； elastic wave theory； teaching innovation； rationality evaluation

《弹性波理论》课程是勘查技术与工程（物探方向）及相关专业选修的一门专业基础课，是实现人才培养目标的基础性教学环节中很重要的课程。通过本课程的学习使学生在大学物理、理论力学等课程的基础上进一步掌握弹性力学的基本概念、基本原理和基本方法，了解弹性体简单的计算方法和有关解答，提高分析与计算的能力，为学习地震波传播理论等有关专业课程打下初步的弹性力学基础。近年来，随着本科生的就业更加偏应用，使得学生在学习这类理论基础课程中表现不积极，使得相应的教学环节与培养目标存在一定的矛盾。目前类似《弹性波理论》的课程在教学模式中亟需改革，如何改进课程的教学模式，提高学生学习积极性，增强学生学习的成效等，已成为大多数地方高校本科生专业课教育面临的一个重要命题[1]。本文选择桂林理工大学地球科学学院勘查技术与工程（物探）专业理论性较强的《弹性波理论》课程为对象，开展教学模式的改革研究。论文旨在深入分析课程目前面临的诸多问题的基础上，通过从学生、教师等层面出现的问题进行总结，并进行探究式教学模式的探索，从而构建合理的课程教学体系，进而培养学生理论与实践相结合的能力，提高分析解决工程实际问题的能力。

一、课程的重要性及教学中存在的问题

《弹性波理论》课程是我校勘查技术专业本科生必须的专业基础课，该课程理论性强，课程内容丰富，信息量很大。它涉及的问题十分广泛，在工程技术许多领域诸如地震勘探，地震学、工程力学、材料力学等方面都有应用，为从事地震学及波动理论等相关研究的人员提供了广阔的应用领域。因此掌握弹性波理论相关知识对科学工作者和相关工程技术人员意义重大。

由于社会的发展，很多领域的最新技术、最新产品不断交叉、渗透，使得人们对波动传播问题重新进行思考，并将其拓展到很多相关实践领域。实际工程实践问题的多样性和复杂性，新型材料的发展等都不断促使弹性波理论和应用的研究更加深入，并且更具实用性。这就使得对理论性较强的弹性波理论课程的教学提出了新的要求[2]。另外，该课程数学公式繁琐，用的数学、物理知识也比较复杂，涉及的交叉学科的内容也多，使得学生很难跟上老师教学的进度，掌握的效果也不佳。而且随着学校对学生往综合型人才培养，课程种类在不断增加，导致课时量在不断缩减，《弹性波理论》教学学时为原本的64学时缩减到40学时，却是高等院校勘查技术与工程和土木类等专业的重要基础课程。传统的面授式的教学模式禁锢了学生的思维和想象力，导致该课程的教学成效不太理想，更谈不上适应工程教育大的背景下，培养学生运用理论知识去解决工程实践问题。提高教学质量，培养创新人才是我国高等教育永久的命题。对该门课程的教学改革进行研究和实践，有利于学生养成科学态度、掌握科学方法、发展研究能力，对提高课程教学效果、加强学生实践能力培养，具有非常重要的意义。

针对《弹性波理论》这门课程教学而言，在现有的教学模式下，急需要解决以下问题：怎样使课堂教学具有吸引力？怎样才能基于书本而又超越书本？怎样启发、引导实现教学互动？怎样在课程教学中培养创新精神和创新能力？针对上述问题，拟在近几年的《弹性波理论》教学中，在教学过程与教学方法上坚持“引导与激励相结合”、“课内学习与课外研究相结合”的探究式教学模式，通过研究和实践优化，丰富教学内容，妥善解决和后续课程的联系，使学生在有限的学时下，更好地了解理论知识，并提高工程教育标准要求的实践能力。

二、探究式教学的研究现状

工程教育专业认证最早起源于20世纪30年代的美国，现已发展成为国际通行的工程教育质量保障制度。工程教育专业认证是专业认证机构针对高等教育机构开设的工程类专业实施的专门性认证，旨在为相关专业人才进入工业界从业提供预备教育质量保证。专业认证的核心理念是以学生为中心（Student Centering，SC），以产出为导向（Outcome Based Education，OBE），质量持续改进（Continuous Quality Improvement，CQI）。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议中强调“办好我国高校，办出世界一流大学必须牢牢抓住全面提高人才培养能力这个核心点”，可见人才培养能力的重要性。近年来，各类高等院校都在推行工程教育专业认证，旨在培養具有工程实践能力的创新型人才。

20世纪以来，探究式教学备受重视，英国、美国、日本等西方国家均出台各种举措，积极推进教学改革工作，把教学方法改革作为关键的突破口，各国纷纷倡导探究式教学。1979年，英国“皇家文学、制造和商业促进会”（RSA）发表《能力教育宣言》，指出传统教育教学方法在培养人才的素质构成方面存在严重缺陷，倡导改变传统教学方法，创新运用探究式教学方法，培养学生解决实际问题能力和沟通协作能力。1998年，美国博野委员会（Boyer Commission）针对美国探究式大学教育改革发表了《美国探究式大学蓝图》，随后，又出台了《博野报告三年回顾》，对探究式教学进行了重新定义，将教学和科学研究结合在一起，提出一种以研究为基础的教学模式。2002年，日本在培育世界一流水平的科研基地中进行探究式教学改革，学生自主了解科学前沿信息，教师指导研究思路和方法，学生根据兴趣和所学理论选择课题，并形成研究成果。

为了适应创新型国家建设，我国也推进了探究式教学改革[3]。1999年，国务院出台《面向21世纪教育振兴行动计划》文件，指出要“加快推进教学改革步伐”，“高校要紧跟国际学术前沿，成为培养高层次创造性人才的基地”。教育部在2005年颁布《关于进一步加强学校本科教学工作的若干意见》文件[4]，针对高校目前教学所存在的问题，提出高校要大力推进探究式教学，全面加强学生能力和素质培养。清华大学率先提出“新生研讨课”的学习形式，学生进行了研究探索的自主学习方式[5]，培养学生自主性和创造性。东南大学建立“四位一体”教学模式加快推进探究式教学步伐，倡导以老师为主导，以学生为中心的教学方式，建立课内外一体的自主研学平台，这些都为推进探究式教学奠定了基础[6]。

基于以上认识，并根据《弹性波理论》课程教学在工程教育专业认证目前存在的一些问题和困难，我们选择《弹性波理论》课程进行教学改革，旨在构建探究式教学新模式，有效开展自主探究式学习，从而解决人才培养和教育教学中的突出问题等。

三、对《弹性波理论》课程的探究式改革与探索

（一）改变教学观念，转变老师的角色

根据工程教育认证核心理念之一，以学生为中心SC的理念。拟在《弹性波理论》课程教学上以教师为主导，以学生为主体，以学生的科学发展为核心，始终贯彻工程教育的理念。引导学生主动地去探索，教学过程中，积极调动学生的学习主动性，把学习的空间让给学生，融教、学、做于一体，让学生主动地参与到知识的形成过程。在教学活动中，建立一种平等的师生关系，互相尊重、在学习知识问题上，达到老师和学生共同学习、共同进步的目标，同时要创造机会让学生去思考问题、分析问题、解决问题。传统的讲授法虽然具有信息密度大，教学可控性强的有点，该门课程的教学也离不开课程讲授；但在具体实践中，要充分站在学生的角度，比如在讲解弹性波类型这一章节中，概念本身中有很多词汇不好理解，授课教授可以通过制作一些动画来展示P波、SV波、SH波和面波之间的区别，让学生在看动画的过程中去理解概念中的难点和要点，不仅可以加深学生的理解，也能激发学生的想象，调动学生的积极性，从而提高学生学习的热情。

（二）开放教学内容，激发学生的求知欲

开放教学内容，教学内容不止局限于上课所选用的教材，始终保持课程教学内容的科学性、系统性、前沿性。将教学内容与科研项目、科研成果紧密结合，将最新的科研成果融入课堂教学和实验教学，吸收、鼓励学生参与项目主持人和项目成员的科研项目。鼓励学生以积极的心态学习知识，正确引导学生，从而提高学生的综合能力和素质。比如可以让学生参与到教师现有的跟地震相关的项目中，跟随教师具体做项目中的一些内容，让学生充分理解上课所讲的理论知识在实际中是如何与工程实践问题相结合的，从而培养学生的科学思维和创造能力。由于之间讲述的课时量不断减少，教师可以制作一些课程延伸的微课视频，提供国内外相关公开课课程的链接，让学生在上课之余，有很多学习的机会，不仅可以弥补教学课时缩减造成内容讲解不够深入的问题，同时通过学生自己学习往往能够收获更好的教学效果，进而激发学生不断学习的渴望和求知欲。

（三）改革教学方法，培养学生的探索精神

改变单纯的教师讲、学生记的教学方式， 鼓励学生通过自主选择和主动探究，获取相关知识、寻求问题的解决方案，为其个性充分发展创造空间。因为单纯讲授弹性波理论这些概念和理论是比较枯燥乏味的，在教学方法上通过过程教学、前沿教学、学术讲坛、情景教学、案例教学、专题讨论等教学方法，激发学术的学习兴趣，提高学生分析问题、解决问题、团队意识和合作能力。《弹性波理论》课程虽然理论性很强，但是有很多跟实际生活密不可分，授课时不能仅限于教材知识。对于课程的延伸，比如“地震的发震机制，以及是否能预测地震”这种科学问题，可以适当邀请国内外知名专家来做专题报告，让学生在学习科普知识的同时，理解课程知识的深入应用，进一步坚定不断探索的信念。

（四）丰富教学手段，提高学生的实践能力

在教学手段上，除了传统的多媒体、黑板板书教学，要把现代化教学手段引入课堂，充分利用计算机技术和网络技术，比如网络课程平台，翻转课堂等教学手段，让学生在课后通过自学，增加师生互动，获得更多知识。如基础内容的课堂讲授，练习作业和课外练习小组合作研究，兴趣课题的个人独立研究与集体讨论相结合，小组合作与全班集体研究相结合等。形成在课程学习期间，每个人都是研究者和学习者。此外在课程讲授过程中，可以针对教学环节中的部分重点、热点问题，将设计好的课程讨论题目（比如发地震的时候感觉，为什么是这样的？）提前告诉学生，让学生课后去查找相关的文献资料和事件资料，然后在后续的课程中让学生反馈各自搜集的资料，并讨论，正确引导学生，从而逐步达到教学目的。在不断学习的过程中，逐步实现工程教育认证中的成果导向的目的。

（五）改革考核評价机制，提高学生综合能力

考试时检验学生学习知识效果的主要手段但不是最终目的。目前在类似弹性波理论这类课程中考核方式主要是两种形式：一是考试形式单一，主要采用闭卷考试，并且比重大；二回考试内容比较死板，基本都是书本上的内容。为了突出能力培养，不能用单一的笔试来评价学生和评判人才培养的得失，需要研究一套能突出能力培养和自主学习能力的成绩评价体系。以往的考核制度采用平時成绩（考勤和作业）和期末考试成绩按照固定的比例进行核算。本项目拟将采用综合考核标准：考核内容不仅包括考勤、作业和期末成绩，还包括学生对本门学科的兴趣、提出问题和参与课程讨论、课后学习的情况；考核比例也由原来的平时考核：期末考核3：7变到4：6；在各个教学阶段安排内容开放的作业、测验，并实施不同的评价标准，鼓励学生不断做出姿态，从而培养新时代的复合创新型人才。

四、结束语

本文针对《弹性波理论》课程深入研究探究式学习方法，从教学方法、教学手段、创新实践教学、多元化考核体系上对课程进行改革和创新。通过教与学的有效互动，避免传统教学模式中“以教师为中心”、“填鸭式”的现象。探索以充分调动教师的主导作用和学生的主体作用，以探究式教学模式提高学生学习的兴趣与动力，最终使这种探究式教学和学习模式，不局限于课堂内，延伸到课堂外。同时通过对《弹性波理论》课程教学模式改革的示范和辐射作用，对于其他课程的探究式教学和创新性人才的培养具有很好的推动作用。

参考文献：

[1]苏振江，王宇菲，夏志美，等.加强应用型本科专业基础课教学改革探讨[J].文教资料，2015（21）：137-138.

[2]张伯军，刘财，冯 ，等.弹性动力学简明教程[M].北京：科学出版社，2017.

[3]衣敏之.几种探究式教学模式的研究[J].化学教学，2004（03）：3-6.

[4]关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见[J].中国大学教学，2005（02）：4-5.

[5]韩姗姗，王卫红，王春平，等.探究式教学模式下的微课与课堂教学结合[J].计算机教育，2014（06）：39-42.

[6]蒋润花，左远志，尹辉斌，等.探究式教学模式在《工程热力学》课程中的应用研究[J].东莞理工学院学报，2017，24（03）：113-117.

[7]林亮亮.基于翻转课堂的探究式教学活动设计[J].高教学刊，2016（13）：90-91.