混合式教学在“岩石力学”课程教学改革与探索

刘厚彬 李皋 梁利喜

[摘 要] 结合传统课堂的优点与线上课堂随时随地、碎片化、大数据导引等优势，将线上与线下课堂互补型的混合教学模式在“岩石力学”课程中进行了实践。从课前线上导学、课上对话、交流与讨论，到课后测试、资料的调研和整合，全方位提升教学中学生的主体地位，提高教育和教学质量。从教师教的方法和手段，到学生学习能力的提升与效果，再到教与学的评定水平三个方面，推进“岩石力学”课堂教学的革新，理论与应用相结合，提高学生自主学习的能力。

[关键词] 混合式教学;线上与线下结合;研讨式教学;目标导向

[基金项目] 2020年度西南石油大学项目“研究生导师立德树人职责落实路径分析”（JY20YB11）

[作者简介] 刘厚彬（1980—），男，山东东平人，博士（后），西南石油大学副教授，主要从事油气井岩石力学与井壁稳定、钻井提速研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）36-0109-04    [收稿日期] 2021-03-30

一、引言

“十四五”时期，由于教育改革与发展的内部和外部环境均发生了質的变化，我国本科教育进入了复合型人才培养的高级阶段，对于新时期的新形势，提出了新阶段的创新理念和格局，提出了新目标和新要求。随着信息技术和“互联网+”技术的快速发展，国家大力提倡“自主学习、合作学习、探究学习”的理念，“互联网+”教育的模式快速兴起，在我校“一流学科”建设高校及新工科建设的“六卓越一拔尖”计划背景下[1]，结合线上的优质教学资源和特点，坚持目标导向、问题导向、结果导向[2]，采用线上大班课堂、线下小班翻转，将线下的面授与线上课堂结合，拓宽教学的广度和深度，增强教学的温度和情感，采用线上和线下混合的教学模式，提升学生学习的兴趣，激发学习的动力，为提升我校大学生的综合素质、正确的价值观、积极的创新意识等复合型人才的培养助力。

“岩石力学”课程是我校石油工程专业的一门应用基础课程。随着油气工业面向的对象越来越复杂，岩石力学特性是开发油气资源安全高效必须要考虑的重要方面之一，其应用贯穿于油气田开发的全过程。岩石力学知识也是石油工程专业学生后继学习“钻井与完井工程”等课程所必须具备的基础知识。“岩石力学”的研究对象和研究内容抽象且复杂，作为一门专业基础课程，其课程目标是具有石油工程专业所需的专业基础理论知识，能够针对石油工程复杂问题进行建模、推演和分析，能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别和表达石油工程有关的力学、物理化学、热力学等复杂工程问题。

二、混合式教学模式设计

党的十九大明确了“加快教育现代化”的目标，提出了“提高教育质量，加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展”。新时代“双一流”建设要求高等教育以中国特色、世界一流为核心，以立德树人为根本，以支撑创新驱动发展为战略，以服务经济社会发展为导向，为我国高校人才培养模式的改革提出了新要求。如何进一步提升大学生的教育培养质量，是当前非常重要的教育研究课题。布鲁姆将认知过程分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次[3] （P96）。当前的传统大学课堂教学大部分停留在记忆、理解和应用阶段，都只是浅层学习。提升大学生分析问题能力、解决问题能力和创新能力的高阶思维，是提升大学生综合素质、综合能力和综合水平必然要求[4]。以学生为主体，教师为主导，引导学生取得优化学习效果和提升学生的学习能力是当前教育亟待解决的问题。如何将线上和线下课堂结合，实现优势互补，实现教学的最优化，是混合式教学的核心。

（一）线上慕课的特点

随着“互联网+教育”的发展，越来越多的在线教育平台和教育资源快速兴起。线上慕课的优点是由于线上教学和资源不受空间和时间的限制，学生可以根据自身情况，在有网络的地方，随时随地自主学习，其学习内容和学习的节奏自己控制。学习资源丰富，学习形式多样，有电子文档、视频、动画等。当学生没学懂或者遗忘的知识点时，在线课堂可以实现学习内容重现。精品慕课资源视频都是比较精炼和精良的，每节视频课在10分钟左右，学生接受度高。但其缺点是要求学习者有较强的自觉性、目标性和计划性，由于其学习随意，过程难以监督，存在部分学生刷视频、抄作业甚至完全复制作业的现象。只是由传统线下的课堂搬到了互联网平台而已，也是一种被动接受式学习，学习效果难以保证，慕课资源与课程的个性目标不匹配。

（二）线下传统课堂的特点

传统线下课堂教学模式的优点是学生适应课堂快，知识传授的课堂效率高，课堂的组织形式简单，教师与学生面对面，利于有温度的情感交流，教师能够有效了解学生学习的状态，教师导学的作用和监督的作用显著。而传统“填鸭式”教学课堂的缺点是教师是教学中的主角，学生只是课堂的听众，由于教学时间有限，为了完成教学内容，教学之间互动少，学生没有参与感，学习没有热情。注重知识传授，轻能力培养，无法兼顾每位学生的接受能力，线下课程无法重现。

（三）混合式教学的特点

混合式教学是利用互联网的新技术，结合流媒体的线上课程再造及线下的讨论探究相结合的教学的探索，既要在教学过程中充分发挥教师启发、引导和监控的主导作用，更要在教学中充分体现学生“学”的学习过程和学生的主体地位，发挥学生学习的主动性、学习的积极性、将知识转换成能力的创新性。通过线上课程的学习，线上数据的分析，在线下采用课堂翻转，以学生为中心，以教师为主导，教学形式由“课堂+课后作业”变为“课前+课中+课后”全方位的教学模式。教师由知识的传授者和课堂管理者变为学习的指导者和督学者;学生由被动接受者变为主动研究者;课堂由教师的知识讲授变为学生间、小组间、教师与同学间问题的研讨;学生评价模式由作业+考试转变为课前、课中和课后的多角度、多方式、全过程的多元评价模式，注重过程的评价，注重教学过程中学生自主学习能力的培养、学生合作交流意识的培养、学生质疑和创新意识的培养、学生爱国意识的培养，弱化考试结果，将传统的一考定胜负的单一考核变为自主学习、协作讨论、交流反思、归纳总结、实践与仿真等全方位考核。

混合式教学目的是改变教学中的师生关系，以学生为中心，以学生为主体，以培养学生的综合素质和能力为出发点，以提供卓越的工程师和建设者为目标的成果导向式教学为目标，教师不仅是指导者，更是辅助者，学生不仅是学习者，更是教学中的主角，围绕学生的培养要求，设计目标、设计计划、设计实施方法、设计问题等，以保证教学有广度、有深度、有高度、有温度，创新创业教育与专业教育深度融合[5]。

三、混合式教学模式的实施

以慕课、微课、专题讲座、翻转课堂等混合式教学方法，采用先学后教的模式[6]，为学生提供个性发展和合作学习相互讨论的机会，培养学生团队协同能力、工程实践能力和科技创新能力[7]。通过考核方式改革，加大平时考核力度，弱化期末成绩，加入课程论文的考核，采取多种考核相结合的方式综合评定学生课程业绩，培养高素质人才。

（一）课前准备

根据课程的教学大纲梳理课程的要求，将知识点梳理成基本概念、基本理论、基本方法和基本应用，结合毕业设计的目标要求，设定知识点的授课形式与授课任务。例如，以直井井眼稳定性岩石力学的典型应用为切入点，深入浅出地系统介绍岩石力学理论、原理、方法以及基本参数等在石油工程中的应用。课前将学生分成若干学习小組，可以自由组队，由教师、助教课代表、学习小组长到组员的递进式的学习模式，开展自主学习、合作学习和探究学习新模式。开课前搭建SPOC教学平台，目的是为了更好地监测课前和课后学生学习的数据，根据教学数据和教学平台学生的信息反馈，教师可以及时调整教学的实施进度、实施内容和实施方式及方法。

（二）混合教学模式的实施

1.课前。首先在教学平台提前一周发布课前任务单，本次课的教学目标和教学要求，以及教学的教案和学案，让学生做到心中有数、学习有计划。采用课前小测和课后小测其目的是以考促学，以考促教，以考促思。习题库建设、案例库建设对于岩石力学的基本概念、基本原理和基本方法要求提前预习，并进行小组讨论交流，课前小组资源整合，分享新观点、新思路及发展中的新趋势，并分享学习中的问题或提出质疑。

2.课中。课中开展项目研讨或实践式教学，例如在介绍岩石力学应用实例时，为了吸引学生的注意，请学生对以下问题进行探讨。

讨论1：岩石力学在石油与天然气钻采工程中有哪些重要应用？不重视岩石力学的研究，可能会出现什么重大工程安全事故？

讨论2：页岩气水平井钻井过程中井壁地层为什么更容易发生垮塌和漏失？其井眼轨迹主方位与地应力状态和天然裂缝、水力压裂缝方位有什么关系？

讨论3：高压油气层生产时，为什么会出砂？出砂有何危害，如何预防？

讨论4：岩石力学有哪些新的应用领域？岩石力学应用的理论基石是什么？

上课前2分钟进行名言诵读，激发学生内心的思考和动力，接着由教师介绍今天即将探讨的内容、形式及时间安排（大概用时5分钟）。在课前资料搜集的前提下，学生对讨论问题或者项目进行20分钟的小组讨论和交流研讨，形成汇报材料。然后进行小组汇报，每组汇报7分钟、提问3分钟。每次教学由于时间限制每次随机请4组进行汇报，没汇报的小组进行知识补充或者知识点的提问。汇报后进行组组评价、组内评价、师生评价和生生评价，使学生通过合作探究、问题研讨，进行知识点的学习和知识能力的深化。最后由教师对学生学习过程中的重点、难点和项目探讨中的问题，进行归纳总结，指出问题和不足，进行方案的改进和优化。教师通过以科研成果形式给学生展示岩石力学在油气钻采工程中的具体应用，培养和提高学生在以后的工作中能够及时判断、应对与解决复杂钻采工程问题的能力。让学生通过文献的调研和查阅、合作交流与学习了解岩石力学的其他应用领域，拓展学习的知识面和眼界，深挖“岩石力学的精细研究及工程应用”，提高学生解决其他复杂工程问题的能力。

3.课后。课后主要包括课后反思、知识成果的整理、发布、成绩的评定、任务点的发布等。学生可以通过网络平台的交流讨论模块，分享自己学习的心得体会，可以发布自己不懂的问题进行讨论等。讨论平台有教学平台的App、QQ群、微信群等。单周由助教采用腾讯课堂在线答疑讨论模式，双周开展教师的在线总结和答疑模式，让学生的问题能够在线上或线下及时解决。

四、混合式教学模式的效果评价

（一）成绩分析

“岩石力学”课程在进行混合式教学改革后，从学生上课表现和期末考试的成绩来说都是非常显著的。由于采用线下讨论模式，学生与教师之间增强了沟通，拉近了教师与学生间的距离，学生敢问、敢说、敢于质疑了，学生的参与意识变强，提升了学习的兴趣和学习的效果。通过线上和线下的交流，学会挖掘如何将枯燥的理论知识运用到解决工程中的实际问题，深化了解和认识。考试的平均成绩为81分，其中优秀比例为39.13%，不及格人数只有8人，比例只有8.7%，经过反思，在下次教学过程，重点对学分绩点在2学分以下学生的关注和管理，争取做到人人不掉队，人人向前进。

（二）在线学习数据分析

通过对学生进行调查和分析，采取混合式教学遇到难题时，学生采取的措施通过调查得到以下结果，如图1所示。根据结果表明学生采取合作交流形式的人数占84.93%，学生的合作意识增强，在网上搜索资料的人数占83.46%，说明现在获取知识的有效和便捷的方式来源于网络，学生对网络运用熟练，采取线上和线下结合的方式适合学生对丰富网络的需求，当然采取什么样的混合方式，不同的专业也有不同的方式方法。比如在本课程中线下教学不局限于课堂，在介绍岩石单轴抗压强度时，线下课堂就是在实验室来完成或者在学校的实训基地来完成测试和模拟，让学生对知识有理性认识的同时，让其动手实操，深化认识和理解。

采用混合式教学模式可以通过线上学生学习的数据了解学生学习的时间，通过测试情况可以掌握学生对知识点的掌握情况，通过讨论区可以加强学生间或教师与学生间的沟通。由于加大了过程考核的力度，平时成绩包括视频的观看、签到、抢答、发言、提问、作业及作业互评、方案分享、游戏问答等，学生对待每项成绩都很积极，激发了学生学习的兴趣。

五、結语

以目标为导向，结合岩石力学的特点，将基本理论、本课程教学中将紧密结合后继课程的教学内容需要及油气工业岩石力学的特殊性，以岩石力学的基本概念、基本理论、基本方法和基本原理为讲授重点，以直井井眼稳定性等石油工程岩石力学的典型应用为依托，深入浅出地系统介绍岩石力学理论、原理、方法以及基本参数等在石油工程中的应用。理论与应用相结合，逐步培养学生应用石油工程岩石力学知识分析问题和解决问题的能力，以及以此为基础开展自主学习获取新知识的能力。

参考文献

[1]杨斌，王以宁，任建四，等.美国大学IPSP课程混合式翻转课堂分析与启示[J].中国电化教育，2015（2）：118-122+128.

[2]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[3]【美】安德森著.蒋小平译.布卢姆教育目标分类学：分类学视野下的学与教及其测评（修订版）（完整版）[M].北京：外语教学与研究出版社，2009.

[4]安富海.促进深度学习的课堂教学策略研究[J].课程.教材.教法，2014，34（11）：57-62.

[5]何克抗.从Blended Learning看教育技术理论的新发展[J].中国电化教育，2004（3）：1-6.

[6]刘家访.先学后教运行机制的重建[J].中国教育学刊，2011（11）：40-44.

[7]李逢庆.混合式教学的理论基础与教学设计[J].现代教育技术，2016，26（9）：18-24.

Blended Teaching Reform and Exploration in the Course of Rock Mechanics

LIU Hou-bin， LI Gao， LIANG Li-xi

（State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500， China）

Abstract： Combining the advantages of traditional classroom with the advantages of online classroom， such as anytime and anywhere， fragmentation and big data guidance， the mixed teaching mode of online and offline classroom complementation was put into practice in the course of Rock Mechanics. From pre-class online guidance， in-class dialogue， communication and discussion to after-class testing， research and integration of materials， the main position of students in teaching is improved in an all-round way and the quality of education and teaching is im- proved. The reform of rock mechanics classroom teaching should be promoted from three aspects： teachers teaching methods and means， the improvement and effect of students learning ability， and the evaluation level of teaching and learning.The combination of theory and application can improve students ability of autonomous learning.

Key words： mixed teaching; combine online and offline; seminar teaching; goal-oriented