“钻探设备”课程PBL教学法问题设置探讨

赵大军 韩君鹏 赵研

摘  要：以问题为导向的PBL教学法以其思维创新优势在国际高等教育中备受关注，而PBL教学法的关键在于问题的设置。“钻探设备”课程内容与实践结合紧密，学习者需要具有较强的三维空间想象能力。文章分析了中国大学生的知识结构与学习习惯，并根据PBL教学法问题设置的原则，对“钻探设备”课程PBL教学法的问题设置进行了探讨。

关键词：PBL教学法;钻探设备;问题设置

作者简介：赵大军，吉林大学建设工程学院教授;韩君鹏、赵研，吉林大学建设工程学院。（吉林 长春 130026）

基金项目：本文系吉林省高等教育教学改革研究“‘钻探设备课程PBL教学法研究”的研究成果。

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1671-0568（2019）15-0023-02

PBL是以问题为导向的教学方法，将学生作为教学主体，教师辅助引导学生探索问题获取知识。该学习法由美国神经病学教授Barrows于1969年在加拿大麦克马斯特大学首创，并率先应用在医学教育领域。[1]随后哈佛大学等多所世界著名院校先后将此方法应用于本校各个专业，均获得良好的实施效果。我国高校自20世纪80年代引进PBL教学法，在活跃学生的思维方式、[2]培养学生的团队协作意识、提高学生的文献阅读水平[3]等方面得以应用，教学质量明显提高。

PBL教学是基于问题的学习，它首先需要由教师提出合适的问题，为学生创设情境，并以该问题为中心，组织学生调查研究，引导学生在解决问题的过程中学习知识并获得技能，促进学生思维的发展。问题的设置是PBL教学法的核心，好的问题可极大地引发学生的求知欲，而差的问题却会使学生感觉课程枯燥、无味，丧失学习兴趣。[4]结合“钻探设备”课程的特点，以及大学生的知识结构和学习特点，对“钻探设备”课程PBL教学法问题的设置进行了深入分析和研究。

一、“钻探设备”课程特点

“钻探设备”是地质工程专业的主干课程，主要介绍钻探施工过程中应用的钻机、泥浆泵、钻塔、动力机的结构、工作原理、特点及适用条件，包括18类部件、23台设备，其理论基础涉及机械设计、流体力学、液压传动、钻探工艺学等。该课程与实践结合紧密，要求学生具有较强的三维空间想象能力和实践、动手能力，及综合运用所学基础知识和专业知识，分析钻探设备的工作原理、性能和特点的能力。

二、大学生知识结构和学习特点

1.大学生知识结构。在学习“钻探设备”课程前，学生在大学期间已经学习了公共基础课及专业基础课及部分专业课，完成了地质认识实习、专业认识实习。学生的公共基础及学科基础知识扎实，为接受进一步的专业理论教育打下坚实的基礎。但由于课程学时的限制及高等院校普遍存在的“重理论、轻实践”现象，大学生缺乏足够的三维空间思维能力和通过实践去转化应用所学理论知识的机会。

2.大学生学习特点。在长期灌输式教学模式下，学生的学习形式被动，在知识获取过程中具有较大的盲目性。在传统应试教育模式的影响下，学生缺乏科学的学习动机，过于依赖家长及教师设定的学习目标而去完成学习计划。学生的上课时间多、课外社团生活及兼职活动也多，缺乏自主学习时间，继而影响对所学知识的消化吸收、深入探索及拓展创新。传统的教学形式是由教师选定教材后，学生以教材为首要学习范本对知识点进行识记，相对于由学生自行查阅资料的开放教育模式而言，阅读量低，缺乏对所学知识的全方位深入了解，认知层面较为狭窄。在网络普及后，大学生更习惯于网络短时间（10-15分钟）的碎片化学习。[5]

三、PBL教学法问题设置

依据“钻探设备”课程特点，考虑到学生的知识结构和学习特点，我们共设置了45个问题，并遵循了以下原则：

1.精心选择问题。以“钻探设备”课程教学目的和教学内容为基础，注重引出钻探设备相关的概念原理，确定学生需掌握的知识点，及学生需要获得的基本概念和原理，结合地质工程工科的学科特点、课程的教学目标、学生自学能力参差不齐的特征，精心选择问题。

2.将问题与实际工程紧密联系。提出与实际工程相紧密的问题，学生会感觉更具吸引力，可激发学生解决问题的积极性和主动性。如针对“钻机摩擦离合器的功用”这一内容，提出了如下问题：钻机动力机不能频繁停启，而钻机的动作改变频繁，如何来实现？钻机或汽车变速箱换挡时时常发生打齿、挂挡不到位，分析其原因并说明如何解决？打捞孔内钻杆、套取孔底脱落岩心时，如何操作才能有效、可靠？孔内钻具突然遇阻，不能正常回转或提拉，在钻机机械传动系统中如何保证动力机及钻机各部件不受损坏？

3.具有适宜的难度。基于个性化培养，根据维果茨基的“最近发展区”原则进行问题设置，即在教师的启发引导下，通过认真思考和讨论，学生最终自己能够解决的问题。[6]让学生能够通过自己的分析解决问题，获得最佳学习效果，避免过难的问题使学生丧失信心，过于简单的问题使学生失去探索的兴趣。

四、PBL教学法问题的教学应用

根据教学进度，分批给学生布置问题。为了配合PBL教学法的应用，帮助学生能够很好地解决问题，将课程内容按照知识点进行碎片化处理，并根据知识点为学生制作了105个线上教学视频。基于3DSMAX、unity3D计算机软件，研制了摩擦离合器、变速箱、升降机等18个展示部件结构和工作原理的三维动画。并为学生提供了“钻探设备”多媒体课件、6种参考书、10余种钻探设备使用说明书、8个国内主要钻探设备生产厂家的网址等。

具体应用过程如下：

①每周给学生布置2-3个问题，学生可利用教师提供的学习资料进行自主学习，也可自行查阅资料，探索整理问题的答案。

②将学生分成若干个学习小组，每组人员10左右，每组确定1名组长。在教师的引导下，由组长负责组织讨论学习，对教师提出的问题进行探究，并形成小组答案。从小组形成的答案来看，学生的答案往往是多解的，答案内容超越了课本所学的知识，说明学生是通过发散思维后形成了答案。如“如何解决钻机升降机制动抱闸发热的问题”，学生的答案中包括教材中有的“安装水冷系统、安装水刹车”等解决办法，同时也提出了教材中没有的“连接发电机进行发电、使用高导热材料快速降温、闸带采用耐高温材料、采用轻质钻杆减小钻杆重量、采用液氮汽化快速降温、采用气压或液压制动、安装风冷装置”等解决办法。

③每2周组织一次课堂发言，对问题进行总结。课堂发言是检验学生学习效果及解决问题的重要手段，也为学生提供了一个充分展示自我的舞台。课堂上，由教师组织，各小组长作为代表发言，阐明各小组的观点和见解，其他小组成员可自由提问及辩论。最后由教师总结点评，归纳学习内容。学习小组的划分培养了学生团队合作意识及沟通协调能力，课堂成果展示锻炼了学生提高归纳总结能力，同时通过论据博弈加深了学生对问题的理解。

参考文献：

[1] 吕艳娇，姜君.PBL教学方法对美国研究生创新能力影响[J].黑龙江高教研究，2018，（11）：113-116.

[2] 刘梦莲.基于问题式学习（PBL）的设计[J].现代远程教育研究，2003，（1）：39-43+64.

[3] 何晓瑾，金实，曹晶，等.创新人才培养视阈下的大学教学模式变革——基于PBL模式的教学实践研究[J].江苏高教，2016，（6）：99-101+130.

[4] 刘春城，张树军，张国斌，等.采用PBL教学模式进行工程训练时“问题”的设置[J].实验技术与管理，2012，（6）：143-145+154.

[5] 赵洱岽.如何设计、建设和应用在线开放课程——以国家精品课程“管理沟通”为例[C].长春：在线开放课程建设与应用研讨会，2018-12-8.

[6] 钟启泉.最近发展区：课堂转型的理论基础[J].全球教育展望，2018，（1）：11-20+34.

责任编辑  郝  婵