启发-讨论式教学模式在大学应用型工科课程中的实践

郝宪杰 张珀钒 赵毅鑫 赵广辉 张村 滕腾 康一强 孙卓文

【摘要】大学工科课程往往具有很强的实用性和操作性，如何加深学生对于知识点应用、学习到工程思维方法，是大学工科教学的重点。本文尝试将启发-讨论式教学模式引入到大学工科课程，以双巷道合理间距教学为例进行了“教师启发—学生讨论”的模式在工科课堂的实践。课堂上和课堂后两方面的教学效果表明课堂上学生更积极、更踊跃、参与性更强，课堂后回访学生知识点牢固、原理理解和应用方法更清晰。实践表明，在大学工程课堂中采用启发-讨论式教学模式，对工科学生的创新能力、实践能力有很大的提升，对学生工程思维模式的建立具有重要意义。

【关键词】启发-讨论式教学  大学课堂  工科课程  巷道间距

【基金项目】本论文受中国矿业大学（北京）课程建设与教学改革项目（J200103、J211107）资助。

【中图分类号】G642   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2022）07-0175-03

1.引言

21世纪以来国内高校为实现国家人才强国的战略目标，先后有多所高校采取了有效可行的教育改革模式，在众多成功案例中都凸显了“以学生为中心”的教学理念[1-3]。启发-讨论式教学在我国有悠久的历史[4]，它有利于发展学生智力、培养能力、开阔思维，是实践范围最广、影响最大的一种教学模式[5-6]。启发-讨论式教学的设计与实施应充分调动学生学习的主动性、积极性，使学生参与到课堂讨论当中[7-8]，凸显“以学生为中心”的教学理念，通过“教师启发—学生讨论”的模式，引起学生对于课程的兴趣，并解决学习过程中的问题[9-10]。

虽然理论研究表明启发-讨论式教学模式在各方面优于传统教学模式[11]，很多高校在课程教学中都引入了这种教学模式[12-13]。但是，这种教学模式在实践中的应用效果差异较大。这主要是因为各高校学生的专业背景不同，自然就影响到教学效果，尤其对于工程课程，其培养目标为工程师，更加注重实际应用，要求学生应用科学和技术的原理来解决问题。这使得工科教学更应以学生为主体，以学生掌握课程原理和方法为核心目的，兼具教师启发和学生讨论的特征，因此启发-讨论式教学模式在该类课程中的应用也有别于一般课程。因而，针对大学工科课程的特点，笔者结合多年教学实践，以中国矿业大学（北京）科研导论（采矿工程）教学为例，探索适合大学工科课程的启发-讨论式教学模式。

2.启发-讨论式教学意义

工科是培养在相应的工程领域从事规划、勘探、设计、施工、原材料的选择研究和管理等方面工作的高级工程技术人才，因此具有很强的实用性和操作性。以中国矿业大学（北京）开设的科研导论（采矿工程）为例，是该校采矿工程专业的本科课程，该门课程旨在通过教师授课，使学生学习到提炼问题和解决问题的方法，初步培养起学生的科研兴趣和能力。

该课程为专业性课程，因此一方面需要学习采矿工程技术发展历史，查阅已发表的采矿科技论文，另一方面也需要向第一线的采矿专家学习，学习看问题、提炼问题和解决问题的方法，使学生掌握科学研究的基本过程和步骤。综上可以看出，该门课程其教学内容较为抽象，传统的“以常识教学”的教学方法很难引起学生的兴趣，容易使其陷入死学硬背的学习模式，同时也无法发挥学生的主动性，难以提高其创新能力。因此，在本门课程中如何提高学生的积极性，使学生真正掌握工程原理和方法，提升教学效果显得尤为迫切。

3.启发-讨论式教学过程

针对上述问题，笔者在本门课程教学中积极探索与专业特点密切相关的讨论+启发教学模式，即由老师在课堂上就某一具体问题启发学生思考、学生参与讨论、潜移默化中将科研导论的知识融入到解决采矿具体问题的方法。具体如下：首先老师就某一方面的问题提出疑问，激发起学生的好奇心。其次，在老师的思路引导下学生设计出不同数据模型，并进行实验。再次，对实验结果进行分析讨论，得出初步结论。最后，由老师针对过程中难以解惑的问题给予讲解。

以最为常见的采矿巷道施工中合理巷道间距的确定为例，笔者根据多年教学经验将本次教学安排总结归纳为五个方面，分别是教师备课安排、基础理论教学、讨论设计、教学模型引入、实验讨论结果及分析。

3.1教师备课

教师需要在课堂教学开始前提前安排教学内容，使学生能在有限的课堂时间内既能学习到知识又能参与到课堂讨论中，关于课堂讨论部分，老師需要提前准备好本堂课需要讨论的主题，主题要有趣且适于讨论。

3.2基础理论教学

基础理论教学是实验讨论的先决条件，没有理论知识的支撑一切实验毫无意义可言。基础理论教学具体流程如下：首先，老师需要在上一堂课就布置下本堂课需要讲的内容，让学生提前预习并复习理论力学、材料力学、岩石力学等等相关专业基础课;其次，由老师在前半节课对本堂课中双巷道同时施工的原理及施工流程等基础知识进行讲解;最后，由老师引出本堂课需要讨论的主题——合理巷道间距的确定。

3.3方案“启发-讨论”设计

方案讨论设计是本次启发-讨论式教学中的第一次启发-讨论，在启发-讨论设计环节中学生是讨论的主体，老师充当引导者的角色，具体流程如下：首先，在理论基础知识讲解结束后，老师就“双巷道同时施工时的合理巷道间距”这一问题提出本堂课讨论内容。然后，在老师安排下，将学生分成四个小组就本堂课内容展开讨论。在讨论过程中，老师作为课堂讨论的组织者需要时刻关注本堂课学生讨论过程的走向，发现有跑题行为及时地指出[8]。最后，老师根据规范和施工手册给出经验值剔除一些差距较大的讨论数值，并向学生解释原因。

3.4教学讨论模型的引入

教学讨论模型是本次讨论式教学的基础，通过教学讨论模型的引入，我们可以改变某些参量来实现对讨论方案的模拟，从而可以更直观地表现双巷道同时施工过程中围岩应力、位移等的变化，使启发-讨论式教学更有说服力。

教师根据课堂讨论结果编写如图1所示四种实验模型：

3.5结果“启发-讨论”选优

实验结果的分析是工程讨论的重点，需要选取合适的评价点、合理的评价指标对合理巷道间距进行评价，是双巷道开挖的重要部分，也是整堂课最为关键的部分，本次实验分析重点是模拟指标的选取和危险点的确定。

3.5.1评价指标选取的“启发-讨论”模式

首先教师向学生描述评价指标选取的重要性，即对于模拟结果的分析首先应该选取评价指标，评价指标的选取决定了整个实验分析的后续工作。而后教师启发学生明白在本次实验结果中有很多指标，如位移、应力、塑性区等，但是具体选取哪个指标需要讨论选取。这时教师可以启发学生运用他们学习过的理论力学、材料力学、岩石力学、结构力学等专业基础知识展开讨论，同时老师可以适当引导评价指标选取的原则是通过选取的指标可以直观地看出在不同巷道间距下，两巷道造成的破坏应具有显著的差别。最终在老师的启发和学生的讨论下，学生选出了位移作为本次实验评判的指标。

3.5.2危险评价点选取的“启发-讨论”模式

教师可以启发学生，因为模拟结果是整个云图，我们不可能去分析每一个点的位移情况，所以就需要启发学生找到一些特殊点，这些特殊点可以代表整个模型的危险程度。而后老师需要引导学生对危险点位置进行讨论，并启发学生讨论的依据是实验结果中的最危险位置，并通过一定专业基础知识引导学生认识两巷道中央会出现叠加影响的情况。最终在老师的启发和学生的讨论下，选择叠加影响最为严重的点即两巷道的中点作为危险点。

3.5.3 结果选优的“启发-讨论”模式

通过上述指标和评价点的选取，教师可以启发学生来分析哪种巷道间距最合理，即分析不同巷道间距下的两巷道中点的位移值来进行分析。

教师在课堂提取位移值，四种方案位移分别为（0.3295，-5.81）、（-0.327，-4.61）、（-0.383，-2.89）、（0.3353，-1.75），经过学生讨论，教师适时点拨，学生得出结论X方向位移普遍较小，不是双巷道危险评价的重点，而Z方向，也就是垂直方向的位移，即沉降量更为重要。学生讨论得出D方案最好、C方案次之、B方案再次之、A方案最差的结论。这时教师也提醒学生尽管A方案最差，但是可以降低运输成本，因此合理间距的确定还需要依靠现场可能存在的各种问题综合确定。这样不存在课堂标准解决方案的讲解可以鼓励学生更加大胆地、更多角度地思考问题。

4.教学效果

本堂课教学完成后，在两周后针对学生进行了回访，便于从课堂上和课堂后两方面对教学效果进行评价。采用启发-讨论式法，课堂上学生表现非常积极，相比于普通课堂更踊跃参与课堂讨论，同时在老师的启发下也进行了认真思考，课堂上取得了非常显著的效果。两周后进行回访，学生反馈合理间距评价的知识点记得牢固，结合当天对方案讨论、指标选取讨论、危险点选取讨论更为深刻，原理理解得也很清晰，加深了学生对于知识的应用，甚至有一名学生以课堂知识点出发，尝试自己建立数值模型对合理间距进行更详细的讨论分析。

5.结论

本文仅以“双巷道合理间距的确定”这堂课为例来说明启发-讨论式教学模式在大学工科课程中的应用与实践，事实上，鉴于《科研导论（采矿工程）》这门课的创新性和工程性非常适合于采用启发-讨论式教学模式，因此笔者在“实验方案的设计与实施”“论文撰写与发表”“专利的写作与投稿”等课堂中均采用启发-讨论式教学模式来教授“实验方案的平均设计和正交设计”“论文各部分撰写的顺序”“专利选题探讨”等难点，通过教师引导、学生间的相互讨论、共同探索、交换各自的想法、共同学习，使得整个学习过程不再枯燥无味，使之成为大学工科教学的一种有效的教学方式。

参考文献：

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作者简介：

郝宪杰，中国矿业大学（北京）副教授、博导、硕导，入选中国科协青年人才托举工程。