基于PBL教学模式的《地震勘探原理》课程教学方法改革与实践

（中国地质大学 地球物理与空间信息学院，湖北 武汉 430074）

摘要：PBL（Problem-Based Learning）教学模式是国外先进的“基于问题式学习”的自主学习模式，是指以学生为中心，教师为指导者的新型教学方法。本文利用该教学理念对《地震勘探原理》传统灌输式教学模式进行了改革和创新，革新了传统师生之间的从属支配关系。实践应用表明，PBL教学模式显著提高了该课程教学效果和教学质量，从而促进了教学相长，形成了师生良性互动；有效激发了学生学习的积极性和主动性；显著提高了学生独立分析问题、解决问题及创新能力；培养了学生团队协作精神、沟通表达能力和实际综合素质。

关键词：地震勘探原理；PBL；教学模式；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0230-03

一、引言

PBL（Problem-Based Learning）教学模式是“基于问题式学习”的自主学习模式，是指以学生为中心，教师为指导者的新型教学理念。它把教学内容化作具体问题，通过PBL良好问题设计、学生合理分组、各组自主学习、课堂热烈讨论、教师点评、多样化教学评价、教学效果反馈等多个关键環节引导学生通过解决问题达到掌握知识、形成技能、养成独立思维和创造能力的新型教学方法和教学理念。PBL教学模式最初起源于医学教育，80年代以后，PBL教学模式在北美和欧洲医学院获得了较快发展，并进行了几十年的探索、尝试、实行和广泛运用，取得了显著的教学效果。目前，这一教学模式已风靡全球，被誉为国外教学改革浪潮中多年来教育领域“最引人注目的革新”[1]。学生对地震勘探原理课程学习的好坏将直接影响其后续地震资料采集与处理和地震勘探资料解释的学习效果[2]。为此，针对地震勘探原理学时少、内容多、理论复杂、难度大和需要的知识面宽等特点[3]，本文成功将上述国外新型的PBL教学模式引入到了《地震勘探原理》教学方法改革和实践中，对传统灌输式教学模式进行了改革和创新，革新了传统师生之间的从属支配关系，显著提高了《地震勘探原理》教学效果和教学质量。从而促进了教学相长，形成了师生良性互动；有效激发了学生学习的积极性和主动性，显著提高了学生独立分析问题、解决问题及创新能力；培养了学生团队协作精神、沟通表达能力和实际综合素质。

二、PBL教学模式在地震勘探原理教学中的应用

本文以我院2013级的061133班（28人）和061134班（30人）为例说明PBL教学模式在地震勘探原理教学中的应用过程。

1.PBL教案准备与具体问题设计。根据地震勘探原理教学目标和教学大纲，课前课题组认真讨论，精心组织了PBL教学方案，设计了难度适中、内容合理、重点突出的PBL良好具体问题。例如，我们在讲完折射波法基本原理后，给学生设计了如下具体问题：在老师指导下，在校园附近采集两个排列相遇追逐观测系统折射波实测地震记录，进行初至时间拾取，解释覆盖层厚度h，覆盖层速度v1和下伏基岩速度v2，并编写实现该过程的折射波综合处理解释软件（要求两周完成）。

2.组成不同学习小组。根据学生的知识面、能力差异和学习习惯等因素，将061133班分成了4组，每组7人；将061134班分成了4组，其中前2组每组各7人，后2组每组各8人。每组均由学习成绩好、组织协调能力强的优秀学生担任小组长，负责组内分工。

3.学生查阅资料和自主学习。令8个小组课后查阅图书馆、国内外相关学术论文、国内外参考书，并通过国内外国家精品课程、中国大学MOOC（Massive Open Online Course，即大规模在线开放课程）等丰富的网络资源进行自主学习，其内容主要包括（但不限于这些）：水平界面、倾斜界面和弯曲界面折射波时距曲线方程及特点、折射波相遇追逐观测系统、折射波地震资料解释方法、折射波主要用途和相关编程语言等，获得可能解决该PBL问题的多种答案或多种解决途径。

4.PBL课堂热烈讨论。两周后首先令8个小组分别通过PPT汇报本组折射波地震资料解释结果，并演示该组编写的折射波综合处理解释软件。通过各组的PPT汇报和软件演示可以发现：有的组基于EXCEL2010利用t0差数法编写了折射波综合处理解释软件，有的组基于Matlab2013语言利用时间场法编写了折射波综合处理解释软件，有的组基于VC++语言利用t0差数法、时间场法和哈雷斯法编写了折射波综合处理解释软件，并进行了对比分析；有的组基于Matlab2011语言利用t0差数法编写了折射波综合处理解释软件，并对传统的t0差数法进行了改进；有的组基于蚁群优化算法实现了折射波初至时间全自动追踪拾取，有的组实现了初至时间自动拾取和手动拾取相结合；有的组覆盖层厚度h、上覆介质速度v1和下伏基岩速度v2解释结果比较接近，有的组解释结果相差较大。

然后，让各组根据其他组PPT汇报和软件演示结果就各组关心的焦点问题进行组内和组间课堂热烈讨论，相互取长补短。通过讨论我们发现：各组关注的焦点主要集中在如何准确拾取折射波初至时间，尤其是在地震记录有噪声初至时间起跳不明显时该如何处理？如何准确确定直达波与折射波的交点？采用哪种方法进行折射波解释更科学合理，每种解释方法的适用条件是什么，每种解释方法的优缺点是什么？两个排列解释的覆盖层厚度在衔接点处不一致该如何处理，误差控制在多少才符合要求？相遇追逐观测系统的优缺点是什么，有没有其他更好的观测系统？为此，各组讨论非常热烈，有时还争论不休，有的组还拿出了自己查阅和收集的资料作为支撑材料。

最后，教师对8个小组PPT汇报的折射波地震资料解释结果、各组编写的折射波综合处理解释软件、各组关注的上述焦点问题、各组讨论结果和问题的解决方案进行了详细认真点评，并与学生进行了充分的课堂互动。

5.PBL教学综合评价。本文采用了多种途径对PBL教学改革和实践效果进行了评价，克服了传统单一的教学评价方式，PBL教学评价要素主要包括：组内成绩、组间互动成绩、课堂讨论互动成绩、回答问题成绩、PBL报告成绩、出勤成绩、平时作业成绩、期末考试成绩，以及后续申报科研立项、参加科技竞赛、竞赛获奖、发表学术论文等。

6.PBL教学反馈及推广应用。本文通过问卷调查、教师QQ热线、E-mail专用邮箱留言、走访学生等方式获取了学生反馈信息。通过学生反馈信息我们发现：绝大多数学生非常欢迎该教学模式，有的同学认为PBL教学模式要求学生根据老师设计的具体问题独立阅读文献、查找资料和自学，所以培养了他们独立分析问题和解决问题的能力；有的同学认为各个小组组内和组间协作和讨论共同完成一具体问题或任务，激发了他们的创新潜力、培养了他们团队协作精神和沟通表达能力；有的同学认为PBL教学模式以学生为中心，教师作为指导者，他们变被动灌输式学习为主动学习，他们成为了课堂的主体，极大调动了他们学习的积极性和主动性，同时老师宏观控制课堂进行点评，有力促进了教学相长、形成了师生良性互动；有的同学认为PBL教学模式从问题设计、学生自学、课堂讨论、教师点评和教学评价，使他们可以积极参与折射波地震资料解释的整个过程，大大提高了他们对折射波法的实际综合运用能力，通过编程练习和讨论切实提高了他们的创新精神、激發了他们的创新潜力。

作者根据学生的反馈信息、学生的实际学习效果、申报科研立项、参加各种竞赛、竞赛获奖和发表论文等教学效果反馈不断完善了PBL教学模式的各环节，进而将PBL教学模式推广应用到了我院研究生教学中，均取得了较好的教学效果。

三、教学效果检查

PBL（Problem-Based Learning）教学模式是国外先进的教学方法和教学理念，通过研究本文成功将该教学模式引入到《地震勘探原理》课程教学方法改革与实践中。经过两年多的实践应用与检验，在PBL教学模式指导下极大调动了学生学习的积极性和主动性，PBL新型教学模式通过多元化的教学评价方式更加注重学生学习的过程监控、能力的培养，避免了学生平时不注意学习，考前突击的情况，从而使学生的学习成绩显著提高，学生挂科不及格现象明显减少，比如061133班和061134班在实行PBL教学模式后，学生最终综合成绩优秀率达44.3%，良好率达39.2%，不及格率仅为3.1%。该教学模式深受学生的欢迎和好评，因此本文作者在2015年度中国地质大学（武汉）本科教学质量评价中排名学院前10%，获得了2015年度中国地质大学（武汉）的表彰和奖励。同时，在PBL新型教学模式指导下也有效激发了大学生参加科技竞赛和申报科研立项的积极性、团队合作意识和勇于创新精神。比如，近两年本文作者为指导老师的10个大学生团队积极参加了科技竞赛和申报了科研立项：包括全国大学生勘探地球物理大赛、大学生自主创新资助计划启航项目、国家级大学生创新创业训练计划项目、大学生基础科研训练计划项目和教学实验室开放基金项目等。通过检验，在PBL教学模式指导下，这些团队和学生勇于创新，获得了第三届“东方杯”全国大学生勘探地球物理大赛全国三等奖、中国地质大学（武汉）第二十五届大学生科技论文报告会校一等奖等12次学术奖励。同时，还有学生作为第一作者在全国中文核心期刊《人民长江》上发表了学术论文1篇，并与指导老师合作在国际著名专业期刊《Journal of Applied Geophysics》上发表了学术论文2篇。作者也将PBL教学模式成功推广到了研究生教学中，同样有效激发了研究生学习的积极性、主动性、团队合作意识和勇于创新精神。比如在我校今年刚举行完的2016年第二十七届研究生科技论文报告会中，本文作者指导了6个研究生团队积极踊跃报名参赛，其中有3个团队获得了本年度院一等奖，有2个团队获得了本年度院二等奖，有1个团队获得了本年度院三等奖。获得院一等奖的3个团队在参加校级的竞赛中，其中有1个团队获得了本年度校一等奖，有2个团队获得了校二等奖。本人也获得了2016年中国地质大学（武汉）第二十七届研究生科技论文报告会优秀指导老师荣誉称号。

四、结束语

《地震勘探原理》是一门十分重要而又复杂的地球物理勘探方法，为了提高其教学效果和教学质量，本文成功将国外先进的PBL教学模式引入到了该课程教学方法改革与实践中。通过两年多的实践应用与检验表明正确有效实施PBL教学模式后将会取得如下显著教学效果。

1.PBL教学模式要求学生根据设计的具体问题独立阅读文献、查找资料和自学，所以培养了学生独立分析问题和解决问题的能力。

2.PBL教学模式基于问题需要各个小组组内和组间协作和讨论共同完成一具体问题或任务，培养了学生的团队协作精神和沟通表达能力。

3.PBL教学模式以学生为中心，教师作为指导，学生变被动灌输式学习为主动学习，学生成为了课堂主体，极大调动了学生学习的积极性和主动性，有力促进了教学相长，形成了师生良性互动。

4.PBL教学模式从问题设计、学生自学、课堂讨论、教师点评、教学评价到学生反馈，使学生可以积极参与解决问题的整个过程，大大提高了学生对所学知识的实际综合运用能力。

5.PBL教学模式以学生为中心，教师为指导者，通过多样化的教学评价方式，显著提高了学生的综合素质，切实提高了学生的创新精神和创业就业能力。

当然，PBL教学模式需要任课教师投入更多的精力和时间，但大学教师本就应以学生为中心，热爱学生，对学生充满爱心，呕心沥血地引导和培养他们。只要授课教师有高度的责任心，一切以学生为中心，投入更多的时间和精力，就一定会把PBL教学模式发挥得更好。

参考文献：

[1]梁青，罗银河，陈超.PBL教学模式在固体地球物理专业人才培养中的应用[J].中国地质教育，2014，23（4）：59-62.

[2]宋先海.“地震勘探原理”教学优化设计与教学方法探索[J].中国地质教育，2015，24（2）：40-44.

[3]宋先海.面向煤及煤层气工程专业的《地震勘探》课程教学研究[J].长江大学学报（自科版），2015，12（16）：73-76.