基于PBL的《凿岩爆破》课程教学研究

2021-06-15牛雷雷陈庆凯何荣兴

高教学刊 2021年10期

牛雷雷　陈庆凯　何荣兴

摘要：随着教学改革的持续推进，《凿岩爆破》课程的教学方式和方法也发生着转变，不仅体现在教师和学生主体的转变，而且也对教学理念和方法提出了新的要求。本研究中，以问题为导向开展课前预习、课堂讲解、课后实践和考核测评，将PBL教学理念融入课程教学的全过程，激发学生的学习兴趣，培养学生独立思考能力和解决问题的能力。

关键词：凿岩爆破;PBL;教学全过程

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）10-0098-04

Abstract： The teaching method for the course of Drilling and Blasting has been changed with the development of teaching reform. Not only are teachers and students subjects changed， but also the teaching philosophy and methodology is proposed new requirements. The preparation of class， classroom teaching， practice after class and testing are conducted with the problem-based learning. The teaching philosophy of PBL is blended into the whole process of teaching to stimulate students' interests in studies. Meanwhile， the abilities of students' independent thinking and solving problems are cultivated.

Keywords： Drilling and Blasting; PBL; whole process of teaching

一、概述

20世纪60年代加拿大的McMaster大学首先提出了PBL（Problem-Based Learning，简称PBL）教学法，随后在众多的医科院校得到推广，90年代PBL引入我国。PBL教学法强调以学生为主体、问题为核心、教师为指导，通过教师提出问题，学生主动分析问题并解决问题，让学生置身于具体情境中，实现在解决问题的过程学习所需的基础知识，锻炼动手能力，培养独立思考精神和激发学习兴趣[1-3]。PBL教学法首先被应用于医学领域[4]，目前逐渐被应用于生物学[5]、大学英语[6]、大学物理[7]、工科教育[8]、经管类教育[10]和研究生教育[11]等众多学科中。但是PBL教学法在凿岩爆破课程的授课中却鲜有尝试。

国民经济的发展离不开各种金属矿产资源的开发，而凿岩爆破是金属矿山生产的基本破岩手段，同时爆破开挖作为一种快速、高效的开挖方式在矿山、隧道、水电和地铁等地下工程和基础设施建设施工过程中起着重要的作用。《凿岩爆破》程课程包含了岩体力学性质及其工程分级、爆破基础理论知识和爆破技术应用三部分内容。传统的《凿岩爆破》课程以课堂讲授为主，通过基本原理的讲解结合工程案例的分析使学生掌握基本的爆破知识，能够将所学内容应用于工程爆破设计中。但是传统的课堂讲授中教师和学生的互动交流不够，容易造成学生学习积极性不高，教学效果低下的问题。因此本文开展了基于PBL的《凿岩爆破》教学方法研究，探索PBL教学理论与《凿岩爆破》现实教学环境相结合的教学模式。

二、PBL的实施过程

基于问题的教学法需要教师根据授课内容设计难度合适的问题，激发学生学习主动性;教师作为辅助者引导学生分析问题和提出思路，学生以小组为单位进行协作，进而解决问题。

（一）问题的设计

PBL教学法将问题作为学习的起点和目标，在学习的起点应该设计什么样的问题，能够让学生更加容易的进入学习状态，进而激发学生的学习兴趣和初步感知问题;当学生对所学内容产生兴趣之后，可以进一步提出更加深层次的问题，激发学生的求知欲和探索精神，在探索问题的道路上通过克服一个个疑问，受到成功的激励和鼓励，获得成就感和满足感，进而培养学生独立思考的精神并增强学生探索问题的欲望。

问题的设计应该具有以下特征：

1. 问题必须能引出课堂讲授内容相关的概念、原理和方法。首先从基本概念入手加深学生对专业名词的理解，然后认识某一种方法或者设备的工作原理，最后了解这个概念、方法或者设备的使用方法及应用范围等。

2. 问题必须是由浅入深循序渐进。如果刚开始就提出过难的问题，学生对问题的理解不到位甚至是不知所云，这样学生在寻找解决问题的方法时，会迷茫进而无从着手，不仅起不到激发学生学习兴趣的目的反而会打消他们的积极性。在凿岩爆破课程的讲授中如果没有介绍爆破的常用器具及其性质，就开始提出如何进行爆破网络的设计，学生必然不知道如何来分析这个问题，更不用说提出解决问题的方法。

3. 当学生对某一部分内容充分了解后，所提出的问题应该具有一定的难度和复杂性。提出简单问题的目的在于在学习初期激发学生的学习兴趣或者复习对基本概念的掌握程度，而复杂的问题不仅可以加深学生对问题认知同时通过这些问题探索能够激发学生的挑战欲。当学生面对一个一个挑战时，内心的斗志会被激发，尤其是他们解决过一些问题获得一些激励和成就感之后，解决这些具有一定难度的问题是展示学生实力和创造力的有效途径。

4. 在众多问题的设置中还需要考虑概念或者原理的重复出现。当学生学习完某一个概念或者原理之后，教师设计的题目应从不同的角度和层次将这些概念覆盖，同时从不同的角度來理解这些概念和原理等，以便使学生灵活掌握这些概念和原理，还能避免重要概念可能产生的遗漏。

（二）教师的辅助作用

在PBL教学法中，学生是学习的主体，但是并不意味着教师的作用减小了，教师能否设计合适的问题并在解决问题的过程中给予学生恰当的帮助是决定PBL教学成败的关键因素。在问题的设计阶段，是体现教师水平的时候，高水平的教师设计的问题能够命中课程内容的核心，同时又需要一定的解题技巧，让学生不那么容易解决，学生只有在经过思考和推理之后才能解决。

在学生分析问题和解决问题阶段，教师不是提出解决问题的办法而是提出解决问题的思路，引导学生如何解析、思考或者查阅资料，进而找到解决问题的办法。引导学生解决问题的过程教师作用有两方面：（1）反馈，在学生探索问题的过程中给予一定的响应，尤其是学生对某一问题毫无头绪的时候，需要教师要给予提示;学生在完成某一个问题的部分解答的时侯要给予评判，完成全部解答的时候进行点评。（2）激励，学生解决问题的过程中需要给予肯定和认可，有些问题的解答是充满挫折的，可能通过多种方法尝试后仍然不能解决，这时就需要老师来肯定他们付出的努力，鼓舞学生的士气，给予阶段性胜利的奖励，进而增强学生的成就感。在学生完成问题的解答后要给予精神和物质上的奖励，激发学生的竞争意识和学习的主动性。

三、PBL教学法在《凿岩爆破》课程中的实施

基于问题的学习法不仅要应用在课堂教学中激发学生的学习兴趣，而且要贯穿教学的整个过程，充分发挥学生的主观能动性，提升学生创新意识和解决问题的能力。下面通过课前预习、课堂讲解、课后实践和考核测评四个方面，探讨PBL教学法在《凿岩爆破》课程教学全过程的应用和实施。

（一）课前预习

基于问题的学习法要求学生带着问题去学习，这就要求学生具有一定的自主学习能力，而课前预习是一种行之有效的方法。因此，上课前通过QQ群或者微信群发送每节课的PPT让学生提前预习，同时以问题的形式列出通过这节课的学习，学生需要回答的问题，进而掌握所学知识点。

著名教育大师叶圣陶先生曾说过：“教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导。”基于问题的课前预习，不仅可以培养学生的自学习惯和自学能力，而且通过问题的诱导，可以激发学生探索问题的兴趣和提高学生独立思考的能力。

上课之后通过现场提问的方式检验学生的预习效果，同时加深学生对问题的理解。同样可以借助雨课堂的课堂测验功能，让学生通过手机限时作答，再根据现场反馈情况，了解学生预习情况，基于反馈的问题进行针对性的授课，将基于问题的学习和基于问题的授课相结合，提高学生的学习效率和教师的授课质量。

（二）课堂讲解

基于问题的课前预习使学生对课堂即将讲授的内容有了初步的了解，同时积累了一些困惑并进行了一定程度的思考，此时根据学生预习结果的反馈，教师有所侧重地进行课堂讲解，学生的学习效率和课堂教学的有效性都会得到提高，这同样也是一种基于问题的课堂讲解和学习。

在《凿岩爆破》的课堂上，除了结合课堂预习的PBL教学法，同样需要结合课堂讲授重点和难点的PBL教学法。在每次上课前，教师需根据本次课程的知识点列出一些问题，如图1所示，然后让学生带着这些问题听讲，教师同样带着这些问题进行讲解，通过问题和知识点的有机结合，让学生更好地理解所学，通过现场提问加强学生和教师在课堂上的交流和互动，将学生置于主动学习的环境中，发挥他们的主观能动性和学习的积极性。通过引导学生在听讲的过程中积极主动的回答这些问题，培养他们独立思考的能力和分析解决问题的能力。

课堂讨论同样是一种较好运用PBL学习法的教学方式，在《凿岩爆破》课堂，教师提前提供10个左右论题，并将学生分为8组，学生自由选题。然后让学生以小组为单位在课下准备，课上各小组通过讨论的方式讲解论题，各小组讲解后，其他小组和教师根据这个小组的讲解情况进行打分，评分后教师进行点评。最后所有小组汇报结束之后，进行统分排名，对表现优异的小组进行奖励。通过课堂讨论的方式以问题为导向，将学生置于分析问题、解决问题和讨论问题的环境中，激发他们的学习兴趣和打破他们的思维局限，进而调整课堂气氛，提高教学效果。

（三）课后实践

课后实践同样是教学环节的重要一环，因此基于已经建设的东北大学本科教学实验室-凿岩爆破模型室，开展模型试验教学，如图2所示。由于课堂教学相对偏重理论，而《凿岩爆破》课程偏重于实践，因此让学生带着问题，参考已有模型，通过3D打印的方式，自己亲手制作各种炸药模型、爆破器材模型、爆破性能测试模型及各种爆破网络模型等，在实践中摸索解决问题的方法，激发学生的学习热情和培养学生的动手能力。

（四）考核测评

课程结束后的考试是检验教师的教学效果和学生的学习效果最直接的方式，也是非常有效的方式。为了考察学生对所学知识的掌握和融会贯通情况，同时为毕业后能够更快的适应工作的要求，《凿岩爆破》课程为每位学生单独出了一道设计题，并要求两天之内完成，通过此次考核，让学生带着问题，复习整个学期所学内容，并将各部分内容串联起来，培养学生解决实际问题的能力。由于每个学生的设计题目不一样，设计过程中参数的选取也不一样，引导学生通过独立思考和查阅相关的文献资料，完成自己设计题目，进而达到以问题为导向培养学生独立思考能力和文献收集检索的能力。以下面六个关于爆破设计的考核案例为例进行说明：

案例1：某大型露天煤矿，年产量1000万t，煤层厚度23m，倾角5°，剥离层厚度60m左右，岩石主要是砂岩和页岩，坚固性系数f=3～6，天然容重2.5t/m3，节理裂隙十分发育。煤的容重1.5t/m3，坚固性系数f=1.5左右。上部60m岩层采用台阶式深孔爆破法进行剥离，台阶高度12m。煤层开采采用松动爆破进行松动，电铲铲装，汽车+胶帶运输。矿区北侧350m处有洗煤厂（钢筋混凝土结构）。

设计内容如下：

（1）煤层开采的爆破参数设计;（2）装药结构设计;（3）起爆网路设计;（4）爆破安全设计。