PBL教学模式在岩石力学课程教学中的应用

王迎超，耿 凡

1．中国矿业大学　力学与建筑工程学院，江苏　徐州　221116；2．中国矿业大学　电力工程学院，江苏　徐州　221116

PBL教学模式在岩石力学课程教学中的应用

王迎超1，耿 凡2

1．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221116；2．中国矿业大学电力工程学院，江苏徐州221116

摘 要：针对土木工程本科生专业主干课教育即“岩石力学”课程的特点，将PBL教学模式引入大学专业课教育。本文分析了PBL教学模式在岩石力学教学中的应用特征及优势，提出了“岩石力学”课程PBL教学模式的实施思路，包括PBL教案设计、资料搜集、课堂讨论及教学评价，并对其教学效果进行了对比分析。

关键词：岩石力学；PBL教学模式；教学改革

PBL教学法是Problem-Based Learning的简称，是“基于问题式学习”或“问题导向学习”的自主学习模式[1]，是指以问题为中心的教学，它把教学内容化作问题，引导学生通过解决问题达到掌握知识、形成技能、培养发展思维和创造能力的新型教学方法和教学理念。PBL教学模式最初应用于医学教育，后来被广泛地应用到包括社会统计学[2]、工程学[3]、计算机基础教学[4]、生态学[5]等教学改革中，现已成为国际上较为流行的教学方法。

“岩石力学”是土木工程专业本科生的专业主干课程，其设计面广、内容繁杂，包括岩石的基本物理力学性质及其实验研究方法、岩体的力学性质特点及岩体强度理论、原岩应力及其测量理论和方法，岩石地下工程、边坡工程和岩石地基工程设计方法和稳定性分析方法等相关内容。岩石力学属于固体力学的一个独立分支，蕴含深奥的力学理论，其研究内容抽象、理论性比较强。本课程对学生的力学基础要求比较高，大部分学生开始接触岩石力学通常感到“深奥、抽象、难学”。因此，“岩石力学”课程必须采用科学有效的教学模式才能激发学生的学习热情。为此，本文通过分析国内外相关课题的研究现状，将PBL教学模式引入到“岩石力学”课程教学中。

一、 PBL教学模式在“岩石力学”教学中的应用特征及优势

1．问题驱动课程的进展

在教学过程中，笔者对岩石力学的基础理论进行设定，将复杂的理论简化处理，提出具有概括性、能反映一般关系特性和理论判据的问题，学生通过思考和深入分析这些问题，从而领会岩石力学理论知识的核心概念和原理。

2．学习以学生为中心，教师作为一个指导者

以往的岩石力学教学属于填鸭式教学，即传统的老师讲、学生被动听的教学模式，学生学习积极性不高，课堂教学效果较差。PBL教学是一种以学生为中心的教育方法，学生是真正的知识构建者，通过对问题的自主思考，主动参与整个学习过程，逐步脱离教师的帮助，实现独立学习。教师不再是过去的教学中心，而是担当学习向导者或辅导者的角色，提供能够促进学习的资源，引导并帮助学生学习分析问题、归纳问题、探索问题解决方法，从而制订有效的决策，监控整个学习过程使计划顺利地进行。

3．学生在小组中合作提供多种方法解决问题

PBL教学强调以小组合作的形式进行学习，针对提出的问题，学生之间可以分组进行讨论，畅所欲言，提出自己的观点和看法，学生与教师及小组成员相互合作，形成“学习共同体”。小组各成员都能充分发挥个人的智力水平，促进了团队成员之间的协作，实现了团队成员的优势互补，从而培养了学生的团队协作能力。

4．对学生的评价方式多样

PBL教学模式中，评价的目的是识别学生的优势和不足，反馈学生的学习情况，从而进一步改善他们的学习方法，促进学生学习的主动性和积极性。因此，PBL教学不但要求对结果作评价，而且也强调对学习过程的评价，真正做到定性评价和定量评价、个人评价和小组评价、形成性评价和终结性评价、自我评价和他人评价之间的良好结合。

二、 “岩石力学”课程中PBL教学模式的实施

1．课前PBL教案设计

“岩石力学”PBL教案的课前准备与设计是顺利实施PBL教学的前提，是PBL教学成败的关键。在编写岩石力学PBL教案时，必须明确学习目标，紧扣教学大纲，且应以章（节）为单位，根据教学内容合理设计适合学生自主学习的良好问题体系。在进行问题设计时，要综合考虑以下几个方面：(1)设计的问题必须和岩石力学教学内容密切相关，使教学内容能够在问题解决的过程中，逐渐被学生所探索、认知和掌握。比如，在讲解原岩应力基础知识时，结合地应力测量方法可以这样设计问题,“目前国内外普遍应用的地应力测量方法有何不足。”(2)设计的问题应有一定的难度，对学生智力和能力有一定的挑战，有利于学生的深入思考与分析。比如，在讲授岩石的流变特性时，可以设计1个关于流变模型应用方面的问题，由学生通过对不同的基本元件（胡克体、圣维南体及牛顿体）进行组合，推导本构方程，分析其蠕变与松弛特性，从而提高学生对岩石流变的认识水平。(3)设计的问题应与工程实践联系紧密，这样一方面可以提高学生学习兴趣，另一方面，也可以提高学生分析问题和解决问题的能力。比如，在讲授第四章地应力部分时，可以设计这样一个问题“结合某具体工程测试资料，分析其地应力分布特征与空间区划规律。”课前为学生提供平顶山矿区的地应力测试资料，让学生结合工程案例进行深入分析，从而提高地应力这一章节的教学效果。

2．学生预习，搜集资料

根据学生的知识面、能力差异和学习习惯等因素，将学生进行合理分组。以6～8名学生为一组，每小组推选出1名学生作为组长，负责组内分工，确定每位小组成员的职责。每次上课前约一周将PBL教案中设计好的问题提供给各小组长，由小组长分配任务，令其组员到图书馆和因特网上查阅有关文献和资料，通过多种渠道获得问题的答案和解决方法。学生们通过自己查阅与分析资料，一方面可以对岩石力学教学内容进行很好的课前预习，另一方面，针对具体问题，通过自主思考与分析，提出自己的看法与见解，有利于课堂上讨论，避免空谈，同时也培养了学生的团队协作意识，对其就业和以后的个人发展具有很大的益处。

3．课堂讨论

课堂讨论共分为三部分。（1）首先进行小组内讨论，组内每位成员根据自己搜集的资料和前期的文献调研，分享其各自获得的知识，并通过对收集到的信息进行分析、加工、处理，提出解决问题的假设和思路，然后由小组长汇集每位成员的成果，提出一种满意的解决方案。例如，针对“岩石力学”教案第四章中设计的问题“结合平顶山矿区地应力测试资料，分析其地应力分布特征与空间区划规律”，小组成员首先需对实测资料进行处理，对不同测点的地应力数值进行计算分析，求出其最大主应力、最小主应力，分析各主应力与埋深的关系，并提出整个矿区地应力的空间区划思路。（2）进行组与组之间的交流，每个小组将本组提出的方案与其他小组进行对比分析，进行学习成果和心得的交流分享，并展开激烈讨论，通过深入的交流和反思，查找方案中的不足，对方案进行修改完善。在该环节，针对不同小组的地应力空间区划特征进行讨论，由各小组阐述他们得到的地应力分布特征和选取的空间区划指标。然后，将各小组的智慧进行汇总，提出平顶山矿区地应力分布特征及空间区划问题的解决方案。（3）由任课老师进行课堂点评，首先，对设置问题的背景与意义进行说明，针对第四章设置的具体问题，阐述进行地应力测量的重要性，并分析不同地应力测试方法的优势与不足；然后，对学生的解决方案进行详细剖析，指出其中存在的不足与修改建议，并将教案中设计的问题参考答案给学生进行展示。比如，在第四章地应力问题讲解时，可以结合笔者的部分研究成果，将平顶山矿区的地应力分布规律和空间区划结果给学生进行详细讲解，便于学生进行对照学习。最后，给学生留出一定的提问时间，通过课堂讨论，使学生对所分析的问题有一个更为清晰的认识，加深对课堂教学内容的理解。

4．PBL教学评价

为了使PBL教学模式在“岩石力学”课程中能够更好的实施，需对以往的教学考核评价体系进行改革。学生的总评成绩由小组学习情况得分、课堂讨论得分、问题回答得分、平时作业及期末考试成绩五部分组成，并合理确定每部分的得分权重，初步定为10%、20%、10%、20%和40%。评价内容由以往的知识点评价逐渐向能力评价转变，特别注重形成性(过程) 评价，如每个学生在整个学习过程中的主动性、参与性、表达能力、沟通能力、合作精神等，提高学生参与PBL教学的主动性和积极性，培养学生独立思考和团队协作的能力，使学生对实际问题的解决过程有全面了解并参与其中，激发学生学习岩石力学的兴趣，实现由传统的“注入式教学”向“启发式教学”的转变。

三、PBL实施后的教学效果及存在的问题

1．PBL教学效果分析

“岩石力学”课程具有涉及学科广、内容繁杂、理论性强的特点，对于力学功底不是很好的学生，较难掌握。在未实施PBL教学模式前，很多学生在学习该课程时产生畏难和厌学情绪，致使学生上课睡觉、作业应付、考试挂科的现象严重，课堂教学效果差。PBL教学模式改变了传统师生之间的支配从属关系，兼顾了不同学生的需要，激发了学生的学习积极性和主动性，并使岩石力学的理论与工程实践得到有效衔接，“岩石力学”课程教学逐渐得到学生们的喜爱和欢迎。采用PBL教学模式后，大多数学生能够在发现与解决问题的过程中掌握相关知识，期末卷面考试成绩也有了较大提高，无论是平均分、及格率还有优秀率都明显高于以前，特别是及格率多了近20个百分点。实践说明，PBL教学模式实施后，大学生由原来的“厌学”向“好学”转变，“岩石力学”课程的教学质量得到了较大提高。

2．PBL教学模式中存在的问题

PBL教学模式在“岩石力学”课程中得到了较好应用，使学生的学习具有探索性、主动性、问题性和参与性，大大提高了学生的学习兴趣，培养其思考和分析解决岩石工程问题的能力。但任何一种教学方法都不是万能的，在“岩石力学”课程实施PBL教学中，也发现存在一些问题，具体体现在以下四点。

（1）学生之间在基础、知识面等方面存在较大差异，对PBL教学的适应程度有所不同。比如，同样针对岩石流变模型问题，有的学生很容易就能进行基本元件的组合，并推出其本构方程；而基础差的学生，却感到无从插手，连课本上最基本的Kelvin模型和Maxwell模型都搞不清楚。

（2）学生讨论热烈，但流于形式。在PBL教学模式实施过程中，发现很多学生能夸夸其谈，但却离题万里，不能提出有效的问题解决方案。

（3）难于设计良好的问题，教案的核心是问题，而设计的问题要以课程内容和学生知识为依托，且不能超出大学生的能力，所以在课前岩石力学教案的编写过程中会花费大量的时间和精力，且设计的问题难度较难把握，只有通过一届学生讨论学习后，方能真正知道问题难度是否适中。

（4）学生大多经历着被动式的学习，突然的改变一些学生还不能接受，因此需要时间来弥补，导致PBL教学耗时较多，课程学时不够等问题。目前“岩石力学”课程只有32个学时，而PBL教学模式课堂讨论耗时较多，有时一个问题的讨论需要耗费2～4学时，明显感觉课时不够。

虽然PBL教学模式在“岩石力学”课程的实施过程中还存在上述问题和不足，但其应用前景是光明的，相信通过不断的完善，这些问题会逐步解决。

四、 结语

古人曰“君子之学必好问，问与学，相辅而行者也。非学，无以致疑；非问，无以广识。” “学而不思则罔，思而不学则怠。” 疑惑、思考是进行“岩石力学”课程学习的起点，只有带着问题去学习，才能达到融会贯通、举一反三的目的。问题教学法遵循了“是什么、为什么、如何做”的思路，教与学的过程中，让学生在发现与解决问题中掌握解决具体问题的相关知识，提高其综合素质及创新能力。在岩石力学PBL教学的学习过程中，任课教师担负着引导者和领路人的主要角色，要通过设置问题情境、营造和谐的课堂氛围，以培养学生的问题意识，进而培养学生学习专业知识的能力。

参考文献：

[1] 崔炳权， 何震宇，王庆华，等.PBL教学法的研究综述和评价[J].中国高等医院教育， 2009，(7)：105-118.

[2] 王丽.PBL教学法在社会统计学教学中的应用[J].教育理论与实践，2010，(12)：62-63.

[3] 迟宝全，黄镇海.PBL教学模式在无损检测课程教学中的初探[J].黑龙江教育(高教研究与评估)，2013，(6)：47-48.

[4] 杨光临.浅析问题教学模式在大学计算机基础教学中的应用[J].佳木斯教育学院学报， 2012，(5)：196.

[5] 张桂萍，茹文明，金山，等.生态学教学过程中的问题教学模式[J].忻州师范学院学报， 2011，27(2)：100-101.

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1006-9372 （2013）04-0066-04

收稿日期：2013-7-31；修回日期：2013-10-23。

基金项目：中国矿业大学2012年青年教师教学改革资助计划项目(2001210，2001263)；中国矿业大学徐海学院课程建设与教学改革项目(YA1309)。

作者简介：王迎超，男，副教授，主要从事岩土力学教学与研究工作。

Application of PBL Teaching Mode in Rock Mechanics Curriculum Education

WANG Ying-chao, GENG Fan
China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China

Abstract：Rock mechanics is the main course for civil engineering. According to the characteristics of rock mechanics course, PBL teaching mode was applied to the education of this course. In the paper, the application characteristics and the advantages of PBL teaching mode was analyzed for rock mechanics teaching. Then, implementation ideas of PBL teaching mode was put forward, including of PBL teaching mode, data collection, classroom discussion and teaching evaluation. Moreover, the teaching effect was analysed comparatively.

Key words：rock mechanics; PBL teaching mode; teaching reform