PBL教學(xué)模式在重力學(xué)教學(xué)實習(xí)中的嘗試

1、PBL教學(xué)模式在重力學(xué)教學(xué)實習(xí)中的嘗試PBL教學(xué)模式是指以問題為導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)方式(Problem-Based Learni ng ，簡稱 PBL)。PBL 最初起源于醫(yī)學(xué) 界，在醫(yī)學(xué)教育中被廣泛應(yīng)用1。PBL與傳統(tǒng)的以學(xué)科為基礎(chǔ) 的教學(xué)法有很大不同，它的主要特點是設(shè)計真實性的任務(wù)和問 題，強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過學(xué)習(xí) 者的自主探究和合作來解決問題， 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 從而學(xué) 習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識， 形成解決問題的技能， 同時培養(yǎng) 學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、實踐能力和團(tuán)隊合作精神 2， 3。重力學(xué) 教學(xué)實習(xí)是地球物理學(xué)專業(yè)教學(xué)實習(xí)內(nèi)容之一， 是本科生的實踐 教學(xué)主干

2、課程。 地球物理學(xué)專業(yè)教學(xué)實習(xí)依托中國地質(zhì)大學(xué)秦皇 島實習(xí)基地，在柳江盆地及周邊地區(qū)開展為期 5 周的重力、地磁、 地電和地震等方向的教學(xué)與實踐課程。 重力學(xué)教學(xué)實習(xí)目的是對 重力學(xué) 相關(guān)課程所學(xué)知識的進(jìn)一步理解與應(yīng)用， 以及對實踐 能力的鍛煉， 使學(xué)生通過教學(xué)實習(xí)， 加深理解和鞏固所學(xué)理論知 識，切實掌握重力學(xué)的基本實踐技能，進(jìn)而正確使用常規(guī)儀器， 學(xué)會正確記錄、分析、討論、總結(jié)歸納實踐結(jié)果，并培養(yǎng)學(xué)生熟 悉重力測量的過程， 熟悉重力數(shù)據(jù)處理的基本方法， 為將來從事 重力方面的科研與生產(chǎn)工作打下基礎(chǔ)。一、PBL教學(xué)模式與重力學(xué)教學(xué)實習(xí)的結(jié)合1. 重力學(xué)教學(xué)實習(xí)目標(biāo)和要求。 在教學(xué)實習(xí)中， 必

3、須通過各種途徑建立感性認(rèn)知， 加強(qiáng)對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)和良好的實地工 作方法、 實驗室工作習(xí)慣的訓(xùn)練， 使其進(jìn)一步掌握重力測量的基 本方法和重力儀的工作原理 4 ，學(xué)會重力儀器的使用與檢驗， 掌握相對重力測量內(nèi)業(yè)工作中的數(shù)據(jù)初步處理方法， 了解測量誤 差的來源及相應(yīng)的計算和處理方法， 如固體潮校正、 零漂校正和 地形校正等。通過實習(xí)要求每個同學(xué)都能通過理論和實踐的結(jié) 合，掌握重力測量和處理解釋工作的各個環(huán)節(jié)，包括工作設(shè)計、 儀器操作、野外觀測、資料整理、異常解釋及實習(xí)報告編寫等過 程。實習(xí)的具體要求包括：（ 1）實習(xí)以學(xué)生分組的形式，需要 每組學(xué)生在柳江盆地及其周邊地區(qū)進(jìn)行重力基點測量和剖面測

4、量，剖面測量點位將參考地質(zhì)構(gòu)造及實地踏勘結(jié)果， 重點掌握野 外測點布設(shè)的工作要點和技術(shù)； （2）通過實地的野外觀測過程， 培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的野外工作能力；（ 3）鞏固校內(nèi) 重力學(xué)教學(xué)內(nèi)容， 練習(xí)使用重力學(xué)研究相關(guān)軟件， 將基礎(chǔ)的理論 應(yīng)用到實際的重力場數(shù)據(jù)處理中；（ 4）學(xué)習(xí)從實際的重力場數(shù) 據(jù)中進(jìn)行各類校正，計算相對重力異常和布格重力異常；（5）訓(xùn)練學(xué)生的獨(dú)立思考能力， 能從觀測到的數(shù)據(jù)推論重要的地體構(gòu) 造單元與重力異常場源之間的關(guān)系；（ 6）完成野外工作、資料 處理、圖件繪制、推斷解釋和報告撰寫，要求每個人均能獨(dú)立完 成實習(xí)報告。2. 問題設(shè)計。以學(xué)生為中心（而不是以教師為中心）

5、、教師 為引導(dǎo)的小組討論式教學(xué)是“ PBL 教學(xué)模式”的核心思想。根據(jù)實習(xí)目標(biāo)和要求， 學(xué)生在老師的引導(dǎo)下， 圍繞每一個教學(xué)實習(xí)環(huán) 節(jié)中包含的核心知識或問題展開主動學(xué)習(xí)，經(jīng)過“提出問題f建立假設(shè)f自學(xué)解疑f論證假設(shè)”的邏輯過程獲取地球物理專業(yè) 知識 5 。結(jié)合重力學(xué)教學(xué)實習(xí)各個環(huán)節(jié)，我們設(shè)計了若干有針 對性的問題：（1）在工作設(shè)計環(huán)節(jié)， 明確重力實習(xí)的工作目的 對柳江盆地巖漿巖的斷裂構(gòu)造進(jìn)行調(diào)查。 根據(jù)以往地質(zhì)資料， 了 解實習(xí)工區(qū)內(nèi)大致的地層分布， 巖漿巖分布和主要斷裂位置， 提 出如下問題： 重力觀測的比例尺大小如何選擇？測線和測網(wǎng)如何 布置？異常的精度如何控制？觀測點如何選擇？（2）在野

6、外觀測環(huán)節(jié)， 提出如下問題： 如何對測量點進(jìn)行準(zhǔn)確定位？重力測量 的觀測精度的影響因素有哪些，如何克服以提高精度？（3）在數(shù)據(jù)整理和計算環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)分段數(shù)據(jù)銜接有問題，如何檢 查？（ 4）在重力異常解釋環(huán)節(jié)，針對地質(zhì)任務(wù)和設(shè)計目標(biāo)，如 何給出合理的解釋結(jié)果？如何推測和驗證斷裂位置、巖體的位 置？二、重力學(xué)教學(xué)實習(xí)中PBL教學(xué)模式的實施我們嘗試在重力測量與野外實施方法中引入PBL教學(xué)模式。首先，對 20 位學(xué)生進(jìn)行分組，分為重力觀測組、測量組和地形 改正組。 三組同學(xué)集中上課， 學(xué)習(xí)了解實習(xí)區(qū)的地質(zhì)地球物理概 況和工作設(shè)計的基本原則。然后，教師設(shè)計問題場景：如何設(shè)計 重力測量剖面才能對斷裂和巖

7、體進(jìn)行探測？實習(xí)工區(qū)內(nèi)的地層 分布，大致以北至東走向的平山 -南林子 -南刁部落逆斷層 （斷裂 帶）為界，南部出露地層以元古界混合花崗巖為主，屬區(qū)域變質(zhì) 巖。在混合花崗巖中存在燕山期輝綠巖脈， 走向與斷裂帶基本一 致，屬淺層基性侵入巖漿巖體。斷裂帶以北是柳江盆地，亦稱柳 江復(fù)向斜。該向斜核部位于工區(qū)西北，樞紐為南北走向，平面形 態(tài)呈箱形，東西兩翼地層傾角較大，南緣快速仰起，以上古生界 至中生界地層為主（二疊系含煤）。盆地東部以寒武、奧陶等下 古生界地層為主， 巖性為鹽酸巖類， 邊緣地帶有少量上元古界青 白口系地層出露。 沉積層厚度小于盆地西部。 工區(qū)內(nèi)第四系沉積 物主要分布于河谷等局部地段，

8、厚度不大。 由于現(xiàn)有地質(zhì)資料對 區(qū)內(nèi)構(gòu)造和巖漿巖分布等信息的揭露不夠充分和詳細(xì)， 不同資料 的描述還存在一定差異， 因此有必要設(shè)計一條重力測量剖面進(jìn)行 詳細(xì)研究。第三，學(xué)生根據(jù)問題場景，自行設(shè)計基本原則、測量方法技 術(shù)和相關(guān)資料， 同時討論設(shè)計依據(jù)和可行性， 以及可能存在的問 題。針對柳江盆地東南邊沿斷裂構(gòu)造及巖漿巖分布進(jìn)行調(diào)查這一 地質(zhì)任務(wù)要求， 同時考慮到場地條件、 實習(xí)裝備及工作量適當(dāng)?shù)?因素，采用剖面重力測量方式進(jìn)行。因此，重力工作技術(shù)設(shè)計的 主要內(nèi)容是測線位置、 點距、 布格異常精度設(shè)計及施工方案設(shè)計 等。 最后，學(xué)生反饋討論結(jié)果，教師對具體問題和知識 點做點評，完成解決方案工作設(shè)計

9、。根據(jù)地質(zhì)任務(wù)目標(biāo)、重 力調(diào)查規(guī)范、可能的異常規(guī)模，以及工區(qū)地表施工條件等，提出 設(shè)計方案：（1）設(shè)計剖面1條，可于木咋峪一北林子村或者蟠桃峪石門寨鎮(zhèn)中學(xué)， 沿鄉(xiāng)村道路布設(shè)路線剖面。 測線位置及長 度的設(shè)計主要考慮局部異常的完整性、 所經(jīng)地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)體的 代表性、盡可能使測線垂直于構(gòu)造方向、 交通及施工方便等； （2） 剖面參考長度4km左右，參考點距10 50米；（3）布格重力異 常總精度設(shè)計為 0.05 毫伽左右，并根據(jù)誤差分配公式確定重力 觀測精度、各項校正精度以及測點點位和高程測量精度；（4）測線敷設(shè)采用GPS/RTK用于測地工作，測量每個測點的經(jīng)緯度坐 標(biāo)和高程；（5）050m近區(qū)

10、地形改正使用簡易地改儀在野外完 成。中區(qū)地形改正基于 DEM數(shù)字地形圖，使用扇形域方法進(jìn)行改 正，改正范圍502000m左右。遠(yuǎn)區(qū)采用方域改正，改正范圍 220km。綜上，室內(nèi)教學(xué)過程結(jié)束，學(xué)生積極主動參與討論，完成該 階段任務(wù)。三、PBL教學(xué)應(yīng)注意的問題1. 充分的課前準(zhǔn)備。 教師要對學(xué)生現(xiàn)階段的重力學(xué)知識和實 習(xí)的心理準(zhǔn)備有充分的把握， 可以先利用課件集中授課， 講明實 習(xí)內(nèi)容和要求， 然后以重力實習(xí)過程為主線， 對每個階段的實習(xí) 任務(wù)展開分析和討論研究，教學(xué)互動。PBL教學(xué)模式對擔(dān)當(dāng)PBL的教師本身也提出了更高的要求， 對課件準(zhǔn)備提出了更高的要求。 因為重力學(xué)教學(xué)實習(xí)包括了室內(nèi) 和野外、

11、理論原理、儀器使用和數(shù)據(jù)采集、實際工作準(zhǔn)備和后期 資料處理、 報告編寫等環(huán)節(jié)， 所以教師在備課時要掌握重力學(xué)基 礎(chǔ)知識并作做好充分的準(zhǔn)備， 這樣才能設(shè)計出合理的思考題， 準(zhǔn) 確應(yīng)答學(xué)生提出的各種問題。討論結(jié)束后及時進(jìn)行歸納和總結(jié)， 以強(qiáng)化記憶。2.注重基礎(chǔ)知識訓(xùn)練。 精講實習(xí)內(nèi)容， 對教學(xué)大綱中的重點、 難點、疑點進(jìn)行講解，注重三基（基本理論、基本知識、基本技 能）教學(xué)，教給學(xué)生分析問題的必備知識，然后引入問題，結(jié)合 理論讓學(xué)生自己分析。把要討論的問題限定在學(xué)生的知識范圍 內(nèi)，使學(xué)生有充分討論、研究的余地。同時把不需要討論的問題 明確告知學(xué)生。教師可適當(dāng)穿插講授理論、技術(shù)等新進(jìn)展，以引 導(dǎo)學(xué)生

12、更新知識，追尋發(fā)展。3. 注重實踐，循序漸進(jìn)?？梢栽黾訉嵺`教學(xué)PBL教學(xué)的比重， 程度的把握需要在教學(xué)實踐中摸索， 學(xué)生的積極性和教學(xué)的可接 受性是PBL教學(xué)成功的關(guān)鍵。如在工作設(shè)計討論中，對于關(guān)鍵問 題，應(yīng)多提問一些“為什么”、“怎么辦”，督促檢查學(xué)生掌握 所學(xué)知識的牢固性， 這樣才更能使學(xué)生將重力學(xué)知識從感性認(rèn)識 上升到理性認(rèn)識。 在實踐中檢驗和鞏固教學(xué)內(nèi)容， 把工作設(shè)計付 諸實踐，在教師指導(dǎo)下完成重力數(shù)據(jù)采集、檢查、整理、處理和 解釋，報告編寫，最后作總結(jié)、評價，以實際應(yīng)用考核學(xué)習(xí)效果 及應(yīng)用能力，并在實踐中強(qiáng)化鞏固所學(xué)知識和技能。學(xué)生對教學(xué)實習(xí)的問題場景表現(xiàn)出極大的興趣，能自主學(xué) 習(xí)，積極討論。由于解決問題的需求和緊迫性，學(xué)生均表現(xiàn)出了 迫切感和認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。 學(xué)生們?yōu)榱私獯饘嶋H問題， 必須復(fù)習(xí) 相關(guān)知識， 查閱有關(guān)教科書及參考書和文獻(xiàn)， 并且互相交流獲得 的信息，取得合理滿意的結(jié)果，達(dá)成比較一致的意見，最終獲得 較全面的知識。 學(xué)生在分析問題時， 要對地質(zhì)與地球物理資料進(jìn) 行分析、綜合、比較和概括，對陌生的實際地區(qū)進(jìn)行了解認(rèn)識， 這對培養(yǎng)學(xué)生的思維、 邏輯推理能力是非常有幫助的。 教師只是 指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方向，在教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，主 動加工新知識，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被激活，思維活躍了