刘彬 张贝 肖传桃 高达 王雅宁

[摘 要]文章以项目团队指导的长江大学地学专业本科生参与的“大学生创新创业计划”为具体对象，研究与构建适合大学生科研创新能力培养的PBL培养模式，开展教学实践研究与教学效果评价，最后提出有效应用基于PBL大学生科研人才培养模式的对策与建议。

[关键词]PBL;地学专业;本科生;科研能力;培养模式

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）10-0040-03

教育部2012年就提出要在高校实施“国家级创新创业训练计划”，促进高等学校转变教育观念，改革人才培养模式，增强高校学生的创新能力与创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高素质人才[1]。传统的大学教学模式多采用LBL模式（Lecture-based Learning，简称LBL），过分强调理论知识讲授，类似于“填鸭式”的教学方式。学生基本只在课堂上单纯地接受理论知识，缺乏系统、科学的科研指导与训练[2]。显然，这种教学模式很难适应于国家“大学生创新创业训练计划”的培养目标与要求。必须寻找一种行之有效的教学模式，不断提高学生自主学习、解决问题、团队协作、项目管理和综合创新等方面的能力和素质。PBL（Problem-based Learning，简称PBL）是一种以问题为导向的、以学生为中心的、以教师为主导的新型教学方式。与LBL不同，PBL以学生自主学习和合作学习为主，促使学生在对具体问题进行探究的过程中，自己想辦法解决问题，从而学习到隐含在问题背后的科学知识。这对于调动学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力和创新能力是极其有益的[3]。本文选择以多年指导的长江大学“大学生创新创业计划”为具体对象，研究与构建适合大学生实践创新能力培养的PBL教学模式，开展教学实践研究与教学效果评价，最后提出有效应用基于PBL大学生科研人才培养模式的对策与建议。

一、基于PBL的地学专业本科生科研创新能力培养模式的构建

本文通过调研国内外大量的PBL教学研究文献与教学实例，结合本科生学习特点和大学生实践创新能力培养的相关要求与目标，从理论基础、教学目标、教学角色定位和教学程序等多个角度来构建行之有效的PBL培养模式，具体如下。

（一）理论基础

PBL教学模式的建立需要综合考量情境认知理论、认知构建主义、杜威实用主义哲学和合作学习理论等的重要内涵。情境认知理论要求PBL问题设计需要与实际情境相结合，通过真实情境的问题设计使学生进行主动的情境学习，并且构建出属于其独有的知识，培养其解决实际问题的能力。构建主义理论认为，学习是在具体的情境中通过某种社会文化的参与、学生自己构建知识的过程。学生不再是被动接受知识的容器，而是信息的主动建构者。在PBL教学模式中，教师应该将学习自主权交还给学生。PBL必须通过小组讨论的方式进行，让学生在与小组成员沟通协调的过程中获得属于自己的独有知识。杜威实用教育哲学针对教育领域提出了“教育即生活”“学校即社会”和“从做中学”等重要命题与理论，应该基于学生现有的经验出发以确定教学内容，同时要让学生学会如何从实践中去获取知识，即教会学生如何学习。合作学习理论认为，合作学习是指全组成员一起为共同目标而努力的学习过程，将学生分组并不等于合作学习，必须让学生在小组中能够与其他成员产生互动。PBL学习即运用合作学习的理论，小组成员互相学习并且协同解决问题，进而提升自身的沟通社交能力，并且强化学习效果[2]。

（二）教学目标

大学生创新创业训练计划内容包括创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目三类。其中，创新训练项目是本科生个人或团队，在导师的指导下，自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果（学术）交流等工作。根据上述要求，结合PBL教学模式特点，本项目对基于PBL的地学专业大学生实践创新能力培养模式设置了三大目标，包括理论知识与基本技能目标、创新思维与科学方法目标、情感态度与价值观目标。具体包括：1.理论知识与基本技能目标为通过参与“大学生创新创业训练计划”项目，让本科生加深对所学专业基础知识和基本理论（包括矿物学、晶体光学和岩石学等）的理解，并且掌握与地学专业有关的基本技能（包括文献检索、绘图、数据处理和矿物岩石鉴定能力等）;2.创新思维与科学方法目标为通过参与选题、研究方案制订、实验与数据处理、论文发表等全过程，让学生深入了解并掌握科学研究的过程与方法;3.情感态度与价值观目标为通过参与项目研究全过程，让学生感受科学研究的氛围，体验科学研究的魅力，提升学生科学研究与探索的兴趣，让学生树立严谨的科学态度，培养学生刻苦钻研、知难而上的科研精神，增强学生的团队合作意识与团队精神。

（三）教学角色定位

在传统的课堂教学模式中，教师常作为教学的主体，学生则作为课堂的客体，被动地接收主体传授的相关知识和理论。但是在PBL教学中，教师和学生的角色发生了显著的转变。首先，在PBL教学中，学生的角色需要由被动的知识接受者转变为主动的学习者，学生需要树立主动学习的意识，自己制订学习目标与计划，合理安排学习与科研的时间，勤于思考，围绕相关科学问题积极主动地查阅文献资料，在复杂问题的解决中构建自己的专业知识体系，培养自己的创新思维与解决实际问题的能力。其次，学生要做一名积极的问题探究者，充分发挥自己的主观能动性，在科学研究的过程中要大胆质疑，善于发现问题，并且主动地去思考与解决实际问题。此外，学生需要在PBL教学中扮演合作者的角色。学生需要以小组或者团队为单位，共同讨论与交流科研过程中的实际问题，并且共同进行问题假设与实验验证等。小组成员间不仅要求互相学习、配合与监督，而且要求相互理解、信任、包容与帮助。教师的角色将由传统教学中的主导者转变为引导者、监督者与评价者。为了促进PBL教学过程的展开，教师不仅要引导学生进行科研选题，寻找科研兴趣点并发现与理解相关科学问题，而且要引导学生形成良好的学习态度与正确的价值观。尤其是学生在科学问题探究过程中遇到困难时，要注意提醒学生时刻保持良好的心态，鼓励学生知难而上，并且在问题解决途径与方向上给予适当的点拨。此外，教师还必须随时观察与监督学生研究团队的研究进展情况、学习态度、时间安排以及团队合作情况等，并且要及时对学生各阶段的表现进行客观评价。

（四）教学程序

作为PBL主要倡导人之一的Barrows将PBL具体的教学操作流程划分为以下五个环节，即组织小组、确定一个新的问题、后续行动、展示成果、解决问题后的反思。在此基础上，本项目组结合大学生实践创新能培养的实际情况，综合设计了PBL教学模式流程（见图1）。学生需要主动参与科研研究的全过程：1.科学研究前期准备，包括研究团队构建、专业知识准备和基本技能学习;2.科学问题的提出，包括思考发现问题、团队讨论与交流、明确科学问题;3.科学问题的探究，包括研究方案设计、假设与实验验证、综合分析与解釋。而教师则负责科研过程的引导、监督与评价。

二、PBL培养模式在指导长江大学“大学生创新创业计划”项目中的应用

下文将以笔者指导的“大学生创新创业计划”“青藏高原中部某地区三叠纪闪长玢岩的成因机制研究”项目为例来介绍PBL教学模式具体的实践应用。

（一）科学研究前期准备阶段

首先需要根据指导教师主持的国家自然科学基金项目的研究内容，结合学生的研究兴趣，进行科研选题;接着，团队负责人根据该选题所需的专业知识、学生学习情况和研究兴趣等组建合理的项目研究团队;团队组建后，指导教师要根据选题的目的与要求、具体研究对象和学生现有的知识水平等，设计相关问题，引导学生有意识地进行专业基础知识准备和专业技能训练。值得注意的是，这些问题设计要避免过于复杂、费时，不能超出学生的能力范围，同时还要具有一定的挑战性，需要学生通过查阅一定数量的文献资料、主动思考与积极讨论才能获得正确的答案。在本项目中，设计问题包括：闪长玢岩的岩石学特征是什么？其产状与分布情况如何？如何确定闪长玢岩的形成时代？如何根据岩石地球化学数据来揭示闪长玢岩的源区性质与岩石成因？研究闪长玢岩具有什么样的理论价值与研究意义？学生可以依据各自的研究兴趣来进行分组，每组学生需要针对相关问题去查阅与整理国内外的各类文献资料（包括教科书、期刊和地质报告等）、绘制相关地质图件和在实验室对各类闪长玢岩标本薄片进行系统地分析与鉴定，并回答上述科学问题。在这些问题的探究过程中，团队成员的文献检索、地质制图、矿物岩石鉴定、数据处理软件的操作等能力在短期内能够得到较大的提高。

（二）科学问题的提出阶段

首先，教师可以向学生介绍自身的科研经历，启发学生要积极思考与发现相关的科学问题，对现有教科书有关结论要大胆地提出质疑。接着，学生以小组形式查阅国内外大量的文献资料，深入了解国内外的最新研究方法与研究进展，完成相关研究综述。然后，各位学生根据所取得的成果与认知进行深入交流与讨论，确定本选题中的创新点并且深入凝练选题中的关键科学问题。在本项目中，团队成员通过开展文献调研、多次小组交流与讨论，明确闪长玢岩的国内外研究现状和存在问题，从而确定该项目的关键科学问题为闪长玢岩的成因机制及其地球动力学环境。

（三）科学问题的探究阶段

首先，团队成员要根据关键科学问题，制订较为详细的研究方案与技术路线。教师需要结合自身研究经验和现有实验条件等来对所制订的方案可行性进行合理评价并提出具体修改意见。接着，团队成员在继续查阅大量资料基础上进行深入的交流与讨论，针对科学问题提出可验证的假设。然后，团队成员针对所提的多种假设或模型反复开展实验验证。最后，对实验中获得的各类数据进行综合分析与整理，进而确定最合理的答案。例如，在本项目中，团队通过查阅各类资料和多次讨论交流，提出闪长玢岩的成因机制假设，认为其可能与陆壳物质熔融、新生陆壳物质熔融以及富集岩石圈地幔的熔融等成因模式有关。接着针对这些模式开展了电子探针、全岩地球化学和Sr-Nd-Hf同位素等测试，并对获取的数据进行系统整理与分析，最后确定该套岩石的形成应该与富集岩石圈地幔的部分熔融作用有关。

（四）科研过程的引导、监督与评价

在科研全过程中，教师需要发挥引导、监督和评价的作用。教师一方面需要引导学生找准合适的科研题目，根据学生的需要提供各类帮助和建议，搭建解决问题的桥梁;另一方面还要时刻激励学生，让学生保持积极向上的心态。教师还必须监督学生严格按照研究计划和时间安排开展科学研究工作，制订项目定期汇报制度，及时地了解项目的研究进展与团队合作等情况。最后，教师要引导学生对研究中的各类问题和工作情况等进行自我反思和总结，并且及时对学生的各方面情况进行综合评价。通过实施小组成员自评、自我评价和教师评价等措施，引导学生反思自身存在的不足和改正相关问题，促进学生共同发展与成长。

（五）实施效果

PBL培养模式在指导“大学创新创业计划”中取得了良好的教学成效。因为学生科研方面的出色表现，4个项目均被评为校级项目，1个项目被评为省级项目。除了新申请的1个项目外，其余3个项目在中期考核中均被专家评为优秀。目前，教师已指导学生在国内外重要期刊上发表6篇论文（包括SCI和EI论文各1篇），完成高质量学士学位论文8篇，其中获得省级优秀学士学位论文共2篇。

三、基于PBL大学生科研人才培养模式的对策与建议

（一）倡导PBL教学模式，加强大学生团队合作学习意识

传统的教学模式多以教师讲授为主，注重的是记忆与思维的培养，却忽视了学生的情感，使学生失去了学习的自主性与创造性。大学生科研人才的培养应积极倡导PBL教学模式，使学生有机会表达自己的想法和意见，产生有观点的交锋和智慧的碰撞。同时，PBL教学中的学习小组是一个需要共同完成学习任务的团队，每一个成员都必须坚守承诺，并有责任保证团队的学习效果。指导教师应营造一种彼此乐于分享信息和想法的氛围，调动学生合作学习的积极性，以激发团队的向心力和凝聚力[4-5]。

（二）充分发挥高校教育资源优势，着力培养学生科研能力

高等学校拥有丰富的人才资源优势，如各学科的专家、学者、教授，尤其是拥有浓厚的学术氛围，先进的科研平台、丰富的图书资料、众多的学术会议，具备良好的科学研究条件。大学生是科研的生力军，高等学校应将科研融入实际教学中，让学生尽早接触知识创新，教师可以适当在“研究问题”时加以特别的设计和引导，让学生不断领悟科学问题的特点和本质内涵，再将科学问题细化为更明确的具体问题[2]，激发学生科研创造的兴趣和动力。

（三）及时关注学生，建立定期沟通与反馈机制

在科学研究全过程中，教师一方面要时刻关注学生的思想与心态，鼓励学生克服各种困难;另一方面需要监督学生严格按照研究计划和时间安排开展科学研究工作，制订项目定期汇报制度，及时地了解项目的研究进展与团队合作等情况。教师可以根据自身的知识储备和学术敏感性对学生的课题进行有针对性的指导和建议;同时引导学生关注学术热点、学术前言问题，培养学生的创新意识、学术精神。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 教育部关于做好“本科教学工程”国家级大学生创新创业训练计划实施工作的通知[EB/OL].（2012-02-22）[2020-06-18].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201202/t20120222_166881.html.

[2] 宁满秀，苑军军.PBL导向的大学生科研人才培养模式构建：以省级大学生创新性训练项目为例[J].中国轻工教育，2013（5）：65-69+85.

[3] 马施民.基于PBL模式的本科生创新科研训练指导方法[J].大学教育，2015（10）：59-60.

[4] 张海珍.PBL教学模式在创新创业教育中的应用研究[J].大学教育，2016（10）：46-47.

[5] 刘可薇.PBL教学模式下合作学习课堂组织设计：电气控制及PLC教学研究与实践[J].大学教育，2020（6）：78-80.

[责任编辑：陈 明]

[收稿时间]2020-06-22

[基金项目]本研究受到长江大学教研项目（JY2017038）、地质资源与地质工程一流学科开放基金和大学生创新创业计划项目（2018013 & 2017195）的资助。

[作者简介]刘彬（1987-），男，湖北荆州人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：火成岩岩石学与岩石地球化学。