基于油气地球化学类课程的研究性教学探索

吴嘉 王广利 李美俊

摘  要：高素质的创新型人才是新一轮工业革命发展历程中不可或缺的力量。研究性教学理念对培养创新型人才的效果优于知识灌输式教学已经成为当代高校教师的共识。文章介绍作者近年来在中国石油大学（北京）不同层次的油气地球化学类课程中的教学改革尝试。基于这些尝试，作者认为研究性教学的顺利开展需要综合授课班级规模和学生学习习惯，灵活选取教学方法，同时制定细致公正的评价体系，激励学生参与到教学活动中。

关键词：创新;研究性教学;油气地球化学;限制

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）14-0070-04

Abstract： High-quality innovative talents are indispensable for the development of a new industrial revolution. The teachers from universities or college have realized that the effect of research-based teaching concept on training innovative talents is better than that of knowledge indoctrination mode. This article introduces the author's recent attempts of teaching revolution in different levels of petroleum geochemistry courses at China University of Petroleum （Beijing）. The feedback of these teaching researches lead to a conclusion that the research-based teaching requires not only a suitable teaching approach based on the class size and students' learning habits， but also a meticulous and fair evaluation system， which could encourage students to parti cipate in teaching activities.

Keywords： innovation; research-based teaching; Petroleum Geochemistry; constraints

新一轮科技革命和产业革命加快重塑世界，培养高素质的创新型人才是当代高校面临的紧迫任务，也是“双一流”大学建设的重要目标。现代社会发展过程中，为推动社会进步，各行各业都需要创新[1]。比如，城市管理需要政策创新，商业运营需要模式创新，科学研究需要思想创新，工业生产需要技术创新。所有的创新是由人来实现的，因而，大學教育在传道、授业、解惑的同时，必须注重学生创新能力的养成。

所谓创新能力，实质上就是人们观察问题、发现问题、分析问题、解决问题的一种能力。这种能力也可被称为“研究性思维能力”，是现代人必须具备的基本素质。从本质上看，创新的过程就是人们在解决现有问题时，冲破长期形成的惯性思维模式，寻求解决实际问题的有效、可行的方法。在教学实践中，广大高校教师已经认识到传统的知识灌输式教学难以使学生养成创新性的思维能力[2]。

研究性教学的理念很早就有学者提及。19世纪德国教育学家洪堡特就明确提出教学与科研结合的理念，欧美学校的大学教师便是秉持这样的理念组织教学活动的。据了解，法国一些公立大学在地球科学方向硕士阶段的课程教学中，教师将教学活动按1∶1∶1的比例分成教师讲授、师生讨论、学生报告三个部分进行。美国加州理工学院在本科阶段即注重培养学生的思考能力和实践能力。学校除要求学生在大一时学习基础课程外，鼓励学生从大二开始根据自己的学习兴趣选择导师，参与导师的研究课题，在科研过程中发现自己知识的欠缺，逐步形成较为全面的知识体系。这样的本科教学模式更容易激发学生的学习自觉性，培养学生的自学能力。

不过，这种教学模式大大增加了学生的学习压力，对学生而言，需要课下花费大量时间主动学习相关课程，结课难度较大。长处则是给学生带来了主动学习的动力，对那些喜欢思考和钻研的学生较为有利。作为专业院校专业课程的教师，我们一直在思考如何在专业性极强的课程教学中引导全部学生养成观察问题、发现问题乃至分析问题、解决问题的思维方式。学生只有具备这样一种以解决问题为导向的积极思维方式，才有可能在遇到问题时，去全面深入地观察研究问题的本质，突破常规思维局限，恰当地运用所掌握的相关专业的科学技术知识，找寻具有创新意义的解决问题的方式方法[3]。

我国教育学者对研究性教学也进行过系统的研究，总结出诸如案例教学法、问题探究学习法、小组合作学习法、实验实践教学法等几种常见的研究性教学模式[4-5]。这些根据不同学科课程自身特点总结出来的教学方法，对专业课的教学有一定借鉴意义，但由于受到学科性质等因素的制约，尚不能盲目套用[6-7]。就具体专业课程的教学而言，任课教师应当综合考虑课程定位、教学内容以及学习对象的特点等具体情况，选择恰当的教学方式组织实施教学。鉴于此，我们在本学院开设的与油气地球化学内容相关的课程教学中做了一些摸索与尝试。

一、油气地球化学的课程定位

中国石油大学（北京）是国内以工科为主的能源类大学，其主干专业的教学以工科课程为主、油气地球化学作为理科课程，对扩充学生的知识体系，训练学生理性思维极为有益。地球科学学院设有3门与油气地球化学相关的课程：

（1）环境科学专业本科生的选修课程有机地球化学概论。

（2）资源勘查工程专业本科生的专业必修课程油气地球化学。

（3）地质学专业和地质资源与地质工程专业的国际班研究生（包括中国学生和外国留学生）的专业选修课程Petroluem Geochemistry（全英文教学）。

油气地球化学是油气资源勘查三大支柱学科之一。该课程是一门专业性很强的理科课程，要求学生通过该课程的学习，系统掌握地下烃类流体的成因演化、油气的化学组成及在地下运移、聚集中的地球化学变化;掌握常见的有机地球化学实验技术，分析沉积有机质和烃类流体的化学组成，提取有机分子地球化学信息和指标，并将其用于油气资源勘查工程作业和科学研究。

由于受到油气成因理论发展的限制，我国乃至世界范围内油气地球化学课程的核心内容相对固定，至今依然是围绕Tissot等人1980年代提出的晚期干酪根生油学说的理论范畴开展教学。晚期干酪根生油学说作为经典理论，相关内容在其他石油地质类课程中均有涉及，学生已在其他课程中有所接触，因而要调动学生的学习热情和研究兴趣有一定困难，这便需要教师在教学中既要把握重点内容，又要把握理论深度。鉴于此，本课程重点突出油气地球化学独具特色的两部分——生物标志物和油藏地球化学的内容展开教学，以加强学生对地下石油体系的认识和理解。

二、不同专业不同层次的油气地球化学课程的教学实践

基于培养学生“研究性思维能力”的教学理念，我们在不同专业不同层次的油气地球化学课程教学中，尝试采用多种方式引发学生的学习兴趣，培养学生在接受现有的专业理论知识的同时，积极思考和发现问题。由于不同专业和不同层次教学对象各有特点，实际教学中力求做到因材施教。

（一）工科专业本科层次的油气地球化学教学

油气地球化学是石油大学资源勘查工程专业本科生的专业必修课程，要求学生在学习本课程之后，不仅能够掌握较为系统的理论知识，而且具备一定的解决工程中实际问题的能力。要达到这一教学目的，激发学生的学习兴趣和学习积极性显然十分重要。

2016-2017年的两轮教学均以课堂讲授为主。为激发学生的学习兴趣，笔者尝试使用“问题探究”学习模式引领学生初步接触和了解研究方法，于是结合课上讲授内容，给学生布置了一个可选作业，即请学生课下阅读与本课程有关的文献资料，要求学生从中选择自己感兴趣的知识点展开思考，归纳自己的认识和看法。在这一过程中，笔者有意识地引导学生去体验科研活动中的信息收集和归纳过程，启发学生学会如何思考问题、发现问题，以至找到解决问题的途径和方法。

学生中存在较大的个体差异性，每个学生的兴趣点和主观能动性是不同的，因而在必修课上采用此类教学方法不是普遍适用的。

为了让全班学生均能接受研究性思维训练，2019年再承担这门课时，便改变以前的常规教学方式，尝试着使用“对分课堂”的模式，将教学过程分为教师讲授和学生讨论两部分进行[8]。为了不增加教学课时，也为了提升学生的团队合作精神，安排学生讨论分组进行，目的是通过学生的自主学习和相互交流，更好地消化和吸收教師课堂讲授的内容。

所谓“对分”，并不需要死板地将教学课时平均分为教师教授和学生小组讨论两部分，关键在于教师提供给学生讨论的问题，范畴和深度是否合适。以恰当的问题做导向，促使学生通过课后自行查阅文献资料，以及同学之间的互相探讨，不仅可以消化和吸收老师课堂讲授的内容，掌握相对完整的知识体系，进而对一些看起来不起眼的小问题做进一步的思考和探索。这是促使学生自主性学习能力和研究性思维能力的一种途径，教学安排上，开始的一两次做随堂对分，教会学生操作方法，接下来再做隔堂对分，让学生课下进行自主的学习和讨论。

对于这种教学模式，只有部分学生较为认同，另有学生表示难以适应，还有学生认为自行讨论环节占用了教师讲授时间，他们仍然希望老师能在课上做系统讲授，以便自己接受更多的理论知识。至于讨论，不少学生认为，可由那些学有余力，且对本课程感兴趣的同学课后自行组织起来进行交流。

客观地说，本次授课对象为大四本科学生，该课程的成绩不影响他们的保研排名和研究生专业选择。多数学生的学习重心已经放在考研复习上，能够用在油气地球化学课下查阅资料和小组交流的时间实在有限，很难按照老师的要求认真去做，效果很不理想。

由此看来，对分课堂教学法作为一种新的教学模式在毕业年级的专业课程教学中不太适用，本次教学改革的尝试给予我们的启示是，改变传统的教学方式是一个循序渐进的过程，要有一个全局观，可考虑从刚进校的大一年级开始尝试，使学生逐步养成自主性学习的习惯。否则，要那些已经习惯了听讲、记笔记的即将毕业的学生一下子适应新的教学方式会有一定难度。并且，学生“研究性思维能力”的培养也不是一两门专业课教学方式的改进就能一蹴而就的。

（二）理科专业本科层次的有机地球化学概论教学

有机地球化学是在油气地球化学的研究基础上发展诞生的研究范畴更宽泛的学科。有机地球化学概论是我校环境科学专业本科生的专业限选课程。其教学内容仍是以油气地球化学内容为主体，并且教学大纲要求学生初步掌握本学科的理论框架及知识体系。

有机地球化学概论安排在大三年级开设。2018年春季学期，选修本课程的学生15人，约为该专业全年级人数的1/3。这些选课学生对本课程有一定兴趣，如果教学方法合适，比较容易引导他们将学习兴趣转变为学习动力。这样一个小规模的课堂，可控性强，适合采用以问题为导向的小组合作模式的教学方式。问题探究的教学模式，关键在于提出的问题是否对学生具有吸引力，是否为学生的知识范畴和研究能力所及。提出的问题太浅，学生感觉不到研究的意义;提出的问题太深，学生会产生畏难情绪。于是授课时，我便十分注意在与学生的交谈中了解他们关心的问题。

本次课程提供给学生的研究题目便是源于讲授全球碳循环和生物有机质全球初级生产力时，学生对课程中生物有机质初级生产过程中碳同位素变化感到了困惑，并想了解背后的机理。该知识点超出课程讲授的内容，但学术界已开展过这方面的研究，有相关的文献资料。这应该是一个适合学生讨论的、有利于培养学生“研究性思维能力”的知识点。故而将其设置成一个开放性的问题“影响C3和C4植物光合作用中同位素差异的因素及其权重”，提交给学生，由他们组成3个小组，每组5人。各组人员由学生自由组合，每个小组围绕该问题查阅文献，获得相关的知识和证据，进行提炼和总结，形成一份完整的学术报告。然后安排一次课模拟的专题研讨会，各个小组代表分别报告，之后进行讨论。

为防止小组合作模式的通病，促使每位同学积极参与，教师的指导工作尽量做到细化，将收集资料、起草报告、制作PPT、演讲报告、讨论及互评等环节进行分解，每个环节给出了具体的评分标准。特别是现场报告，不事先指定报告人，而是当场决定谁来报告，这样，小组的每个成员均需要熟悉整个研究过程及报告内容。学生讨论，特别是学生之间互评，是评价学生是否认真听取他人发言，以及本人对所研究问题的理解和认识程度的重要环节，教师需要根据学生发言情况，适时提出问题督促发言不主动的学生发表意见。

由于同学们准备得比较充分，三个小组的报告内容都较充实，每一个小组报告结束后，报告小组和听众展开讨论。因为讨论的是同一个问题，大家认识的角度有所不同，所以讨论环节的互动非常激烈。总体来说，这是一次较为成功的教学尝试，教师和学生均有收获。学生们对教学过程中细节的安排给予了较高评价。他们认为将评分规则分解细化之后，研究过程的每个步骤和环节一目了然，操作起来有章可循，使他们真正得到了一次科学研究的实际训练。当然，从作业布置下去之后，教师便一路开始跟踪学生的研究进程，随时为学生提供咨询。

从实际效果来说，如果将每个研究小组由5人压缩到3人，每个学生承担的工作多一些，得到的锻炼也会多一些。然而这样一来，需要占用更多的课时来进行模拟专题研讨会。如果选课的学生人数少一些，这个问题可能就迎刃而解。

（三）研究生层次的Petroluem Geochemistry教学

Petroluem Geochemistry是石油大学地质学专业和地质资源与地质工程专业国际班硕士研究生的学位课程，采用全英文教学。选修本课程的硕士生既有中国学生，也有外国学生。其中部分研究生本科专业并非地质方向，没有接触过油气地球化学，因此本课程教学在讲授内容上需要适当照顾一下这些学生。另外，就研究生阶段的学习来说，研究性思维的训练尤为重要，这对他们今后参与项目研究，乃至完成学位论文大有益处。又因为研究生们在提升自身研究能力方面的需求较为迫切，所以他们较为容易接受以问题为导向的教学方式。

2020年初，一场新冠肺炎疫情突然袭来，由于疫情原因，师生无法返校，因此春季学期的教学，只能采取网络教学模式进行。本课程教学使用的平台是腾讯会议软件，具有实时连线、共享桌面和互动讨论等功能，基本满足课程教学的需求。

本学期选修本课程的学生仅有8名，非常适用问题探究模式进行教学，加之有前几次在本科生教学中的实践，因此确定采用问题导向式的教学方式。

网课教学师生无法在教室中面对面交流，为了相互理解，第一次网课上，我给8位同学布置了一道作业，请在他们下一次课上，每人用8 min左右的时间介绍他们硕士导师课题组或者本人的研究方向以及本人对地球化学的认识。在了解完8位学生各自的学习、研究情况后，我针对当前的状态设计了本轮课程的学习要求和考核方式：学生需要在课程学习中持续思考他们的研究方向与油气地化之间的关联。期末考核的形式为每人拟写一份研究项目申请书，则是各自结合其所在课题组的主要研究领域和油气地球化学课上学习的理论知识，在自己了解的研究领域中寻找学科交叉的新问题。我们将用一次课的时间，请每人用10 min时间做一次汇报。考核成绩细化为内容、报告、讨论和互评4个环节，各环节给出具体的评分规则。

疫情期间全是网络授课，不受教学场地的限制，所以教师可灵活协调最后考核的时间。8名学生的报告和讨论总共花费了近4 h。同学们准备充分，报告及讨论都很认真，课后每位同学根据师生讨论提出的问题和建议对项目申请书进行修改，然后与研讨记录、互评意见一齐交上来。

本课程结束后，学生们对这种因材施教的学习方法十分赞赏。他们认为这是对他们下学期即将面临的开题报告的一次实战演练。在完成这次作业过程中，他们经历了如何查阅和利用文献，如何将自身所学的知识用到新的研究中去的起始过程，遇到问题，可以得到老师的指导。正是老师的解答和引导，带领他们步入思考研究问题、选择研究方向、进入研究程序的轨道上来。

这种教学方式的限制在于对教师在该领域的知识广度以及对科研方法的理解有较高的要求，否则无法理解学生的讲解内容，自然不能很好的进行指导。

三、对教学策略的思考

通过近年来基于油气地球化学类课程上的常规教学和研究性教学的经验对比，为了满足学生对能力提升的需求，课程教学不能仅仅停留在内容讲解上，同时需要注重对学生的思维能力培养方面。因此，研究性教学是一个合适的教学理念。但是在运用具体的教学模式上，需要根据学校自身的情況进行合理的安排。笔者认为以下几点值得注意。

（1）教学模式的一贯性。教学改革，特别是教学模式的变化需要从学院或学校层面上统筹安排，循序渐进，使学生逐步适应，直至能够熟练运用。若突然改变教学模式，特别是在高年级，学生容易生出抵触情绪，难以成功。不过，有些教学模式已经广泛运用在各类课堂中，只要灵活合理的利用，都可以取得良好的效果。另外，班级规模将直接限制教学方式的选择。研究性教学若要取得好的效果，适合小班教学。对于规模大于20人的课堂教学，分配课堂讲授和课内研讨的时间方面则会存在一定困难。

（2）研讨的知识点需为开放性问题。若将课本上的知识点作为研究对象，并无法有效地吸引学生的兴趣，他们只需要研读书本即可获取知识，容易丧失自我探索的动力。因此，开放性问题的设置最好是基于教学内容且超出教学大纲范畴。如果通过学生在课堂学习中的困惑提炼出来的问题，则是最理想的。其次是老师根据当前的学科前沿给学生设置的科学问题。这种设置的最终目标都是让学生了解所学知识的价值及其对应的学科前沿现状，对当代大学生而言才更具有价值。

（3）具有激励性质的评价体系。解决小组合作模式中评价体系的公平性必须得到重视。最简单有效的体系是学生个体独立完成，其次，对于小组合作模式，则需注重评价体系的细节。并且让学生事先充分了解规则，有利于学生在小组任务中投入精力。另外，如有可能，尽量选取课堂活跃度高的班级进行研究性教学。对待个别态度消极的学生，不能放任自流，需要通过制度进行约束。

综上所述，尽管目前发达的网络技术和丰富的网络教学资源创造了很多新的教学模式，但是每所高校在教学改革方面存在不同的布局和进度，课堂教学不能脱离客观条件的制约（课程定位、授课对象、学校整体的教学策略等），而一味地采用最流行的教学模式进行研究性教学活动。结合各高校的教学习惯和硬件条件，并在此基础上进行微调，合理组合已有的教学模式，同样可以有效地开展研究性教学活动。

参考文献：

[1]吴怀宇，程光文，丁宇，等.高校学生创新能力培养途径探索[J].武汉科技大学学报（社会科学版），2012，14（3）：334-336.

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[4]解德渤，崔桐.大学课堂革命何以可能——研究性教学的旨趣、实践及其挑战[J].重庆高教研究，2020，8（3）：56-66.

[5]夏锦文，程晓樵.研究性教学的理论内涵与实践要求[J].中国大学教学，2009（12）：25-28.

[6]夏淑玉，安传迎.指向学生学习的课堂革命——本科研究性教学的理性回归[J].重庆高教研究，2020，8（3）：67-77.

[7]谢秉智.积极推动研究性教学提高大学生的创新能力[J].中国大学教学，2006（2）：21-23.

[8]张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛，2014，12（5）：5-10.

基金項目：中国石油大学（北京）本科生教学改革项目“《油气地球化学》中研究性思维的教学研究”（XM10720170045）

作者简介：吴嘉（1984-），男，汉族，湖北武汉人，博士，副教授，研究方向为油气地球化学方面的研究与教学。