王 飛

（安徽理工大學(xué)深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽淮南 232001）

《工程力學(xué)》是一門針對(duì)工科開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生具備對(duì)相關(guān)構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析、計(jì)算、選擇以及設(shè)計(jì)的能力，是培養(yǎng)應(yīng)用型、交叉型以及復(fù)合型人才的一門重要課程。《工程力學(xué)》所涵蓋的內(nèi)容，不但在機(jī)械、土木、環(huán)境等工程領(lǐng)域方面有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)該課程的分析方法還可以推廣到其他工科課程，比如《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《工程熱力學(xué)》等，所以，掌握這門學(xué)科的知識(shí)，將會(huì)在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，起到很大的幫助作用。

一、“新工科”背景下人才培養(yǎng)目標(biāo)

《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》中將“新工科”歸納為工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系?！靶鹿た啤苯逃尘跋碌娜瞬排囵B(yǎng)，是培養(yǎng)具有工程應(yīng)用能力的綜合應(yīng)用型人才，這就是以工程問題為導(dǎo)向，以工程項(xiàng)目為載體，將知識(shí)傳授給學(xué)生，組織教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生們的工程意識(shí)和相關(guān)實(shí)踐能力。對(duì)教師的專業(yè)素質(zhì)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際操作技能都有很高的要求。我國(guó)大學(xué)的年輕教師大都是從研究生畢業(yè)后就直接上高校的，他們的理論知識(shí)扎實(shí)，但相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)有所欠缺，所以在開展教學(xué)過程中，教師也應(yīng)該不斷提高自己的實(shí)踐能力，才能夠更好地將知識(shí)傳授給學(xué)生。

二、問題式教學(xué)概述

（一）問題式教學(xué)模式的由來

問題式教學(xué)，也被稱作問題化學(xué)習(xí)，英文名稱為Problem Based Learning（簡(jiǎn)稱PBL）。該教學(xué)模式起源于20 世紀(jì)末，最早應(yīng)用在西方的醫(yī)學(xué)院。由于其發(fā)端于醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)改革，因此又被稱為“醫(yī)學(xué)院模式”。老師們發(fā)現(xiàn)，“先理論后實(shí)踐”的教學(xué)方式有一些弊端，使學(xué)生們無法把理論應(yīng)用到實(shí)際工程工作中去，而“臨床實(shí)習(xí)”把學(xué)生直接推到了實(shí)際的問題環(huán)境中，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得到了顯著提高。因此，將新生放在實(shí)際的實(shí)習(xí)環(huán)境中，在實(shí)習(xí)中所學(xué)的理論知識(shí)，會(huì)更為扎實(shí)。學(xué)生們?cè)谥鲃?dòng)解決問題的過程中，探究的欲望、理論的消化能力、實(shí)踐知識(shí)的能力都得到了空前的改善。因此，這個(gè)模式迅速地蔓延到了其他行業(yè)的各個(gè)工程領(lǐng)域，對(duì)教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

（二）問題式教學(xué)模式的特點(diǎn)

通過對(duì)問題式教學(xué)方法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題式教學(xué)就是將學(xué)生們放在一個(gè)特定的問題環(huán)境當(dāng)中，鼓勵(lì)和幫助學(xué)生們通過自主探索和協(xié)作的方式去識(shí)別、界定、解決問題，并形成新的進(jìn)階式知識(shí)技能的教學(xué)模式。我們從中能夠發(fā)現(xiàn)問題式教學(xué)模式，最為顯著的兩個(gè)特征：

1.基于真實(shí)情境的問題性

任何研究都源自問題，教學(xué)亦是如此。因?yàn)橹挥羞@樣，才能讓人們產(chǎn)生好奇心。學(xué)生們因問題而進(jìn)行的探究，通過問題探究而得到問題的答案。問題是建立在現(xiàn)實(shí)環(huán)境基礎(chǔ)上的，以學(xué)生們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中所經(jīng)歷過的情境或經(jīng)歷為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)他們根據(jù)自身的經(jīng)歷進(jìn)行辨識(shí)和推理，學(xué)生們不但能夠整合現(xiàn)有的知識(shí)和技巧，而且還能夠通過自學(xué)、請(qǐng)教以及查詢等，學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技巧技能，并將其與現(xiàn)有的知識(shí)和相關(guān)技能結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)新的知識(shí)結(jié)構(gòu)框架。

2.基于自主合作的探究性

所謂的自主性，就是充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，擺正學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，讓學(xué)生們可以積極地分析、解構(gòu)和探究問題。在提高自主性過程中，經(jīng)常會(huì)選擇小組合作的教學(xué)方式。自主合作可以使相關(guān)學(xué)習(xí)者在合作觀念、社交能力、創(chuàng)新精神等各方面得到有效的應(yīng)用。建構(gòu)主義理論曾指出，知識(shí)是自主探究和積極實(shí)踐而生成的。問題式教學(xué)便遵從了建構(gòu)主義理論，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中教師機(jī)械的知識(shí)講解模式，把學(xué)生代入實(shí)際問題中，讓學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)體系以及理論支撐，利用自己或小組的假設(shè)與猜想，去深入分析某種問題，最終獲取到解決問題的思路，建構(gòu)相對(duì)完善的知識(shí)體系，不斷培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。

三、問題式教學(xué)法在工程力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

目前，工程力學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式多采用老師授課，老師作為主導(dǎo)，采用板書和填鴨式教學(xué)形式。教師的課堂教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新，難以引起學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生只能被動(dòng)地學(xué)習(xí)，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而就會(huì)影響到教學(xué)的效果。目前很多學(xué)校都認(rèn)識(shí)到了創(chuàng)新教學(xué)方法的重要性，卻沒有將科學(xué)有效的措施貫徹落實(shí)，造成教學(xué)質(zhì)量難以提高。除此之外，在實(shí)踐的過程中，理論教學(xué)和工程實(shí)踐有很大的脫節(jié)，教師講授的主要是理論知識(shí)，但由于缺乏與實(shí)踐的聯(lián)系，學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中常常對(duì)所學(xué)內(nèi)容的目標(biāo)不清楚，在以后的專業(yè)課程中使用時(shí)，難以將其與基本工程力學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來，難以將其應(yīng)用于實(shí)踐中。

“新工科”背景下的工程力學(xué)專業(yè)課程教學(xué)的改革，應(yīng)與“新工科”大環(huán)境下的人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)。通過專業(yè)的教學(xué)，使學(xué)生既能掌握《工程力學(xué)》的基礎(chǔ)理論，又能掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，又能與工程力學(xué)實(shí)踐緊密聯(lián)系，培養(yǎng)工程意識(shí)，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來解決工程力學(xué)的相關(guān)問題。因此，筆者根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)的目標(biāo)以及學(xué)情特點(diǎn)，將問題式教學(xué)法應(yīng)用到課程教學(xué)中，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

（一）“教學(xué)問題”設(shè)計(jì)

在問題式教學(xué)模式應(yīng)用中，學(xué)生能力的培養(yǎng)，都與如何解決實(shí)際問題有關(guān)。換句話來講，該教學(xué)模式的重點(diǎn)，在于“問題”的合理性。應(yīng)該以教學(xué)內(nèi)容為核心，與工程力學(xué)的實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生們能夠用自身的努力來解決相關(guān)知識(shí)問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，繼而提升教學(xué)效果。比如，在課程教學(xué)中，向?qū)W生提問：“一般情況下，住宅、辦公室大樓里，梁的截面是什么形狀？這樣放置的目的是什么？”提出問題后，引導(dǎo)學(xué)生思考，并探討如何提高梁的彎曲強(qiáng)度。

任何課程的設(shè)立，都是為了解決實(shí)際生活中的問題。因此，在開展教學(xué)過程中，要學(xué)會(huì)“提問”，將與生活有關(guān)的問題引進(jìn)課堂教學(xué)中，讓理論活學(xué)活用，既能讓課堂變得生動(dòng)有趣，又能有效培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和理性分析能力，同時(shí)也能夠深入了解工程力學(xué)課程的重要性。

（二）問題式教學(xué)法的實(shí)施

科學(xué)探究始于問題。通過觀察、分析和討論，使學(xué)生能夠更好地了解和應(yīng)用這些問題。例如，在解釋如何增加橫梁的抗彎強(qiáng)度和剛度的時(shí)候，教師可以提出疑問：“為什么健身用的單、雙杠的支撐桿與兩端有一定的距離，而不是支撐在兩端或者均支撐在中間？”經(jīng)過學(xué)生們的討論，認(rèn)為雙杠可以被簡(jiǎn)化成一個(gè)彎曲的外伸梁，使支撐桿向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，該方法能有效地降低最大彎矩，且在不改變截面面積、不改變材料的前提下，使梁上的最大拉應(yīng)力、壓應(yīng)力得到降低，使其抗彎強(qiáng)度得到明顯改善。

問題式教學(xué)法是通過運(yùn)用日常中的問題，讓教與學(xué)之間有交互作用，讓學(xué)生們的思想時(shí)刻處于活躍的狀態(tài)，為學(xué)生們打開了更大的思考空間，培養(yǎng)學(xué)生們的邏輯思考能力，讓他們積極、有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)所學(xué)知識(shí)有較大的幫助。例如，在講到壓桿的穩(wěn)定性時(shí)，可以選雜技演員表演用喉嚨頂紅纓槍的例子，讓同學(xué)們進(jìn)行討論，激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生的求知欲。問題式教學(xué)法可以讓學(xué)生們從問題中去學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)自學(xué)能力以及創(chuàng)造能力，增強(qiáng)自主意識(shí)，減輕對(duì)課堂和教師們的惰性依賴。

（三）對(duì)教師的要求

1.PBL 教學(xué)模式是以學(xué)生們?yōu)橹黧w的教學(xué)方式，以老師設(shè)置的“問題”為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生們進(jìn)行思維與探究。在課堂教學(xué)中，教師要加強(qiáng)對(duì)工程實(shí)踐問題的研究，從“以教為本”向“以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。通過“問題”來激發(fā)學(xué)生們的熱情和積極性，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.教師要明確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。首先要指出，工程管理類專業(yè)的工程機(jī)械類課程與土木類專業(yè)的機(jī)械類課程存在著一定的差異，應(yīng)根據(jù)不同的專業(yè)特點(diǎn)，采取相應(yīng)的教學(xué)方法。其次在教學(xué)時(shí)，教師要將所學(xué)到的力學(xué)知識(shí)融入后續(xù)的專業(yè)課程中，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更為清晰，在以后的專業(yè)課中，有了前面的指點(diǎn)、鋪墊，可以加深對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，并能靈活運(yùn)用機(jī)械的知識(shí)。

3.教師既要熟悉教學(xué)大綱，又要深入地研究教學(xué)內(nèi)容，還要能夠?qū)χR(shí)進(jìn)行延伸、拓展?！皢栴}”應(yīng)按教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行，適當(dāng)擴(kuò)充，以引起學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，在“問題”的準(zhǔn)備中，了解與之有關(guān)的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。此外，對(duì)日常生活中遇到的工程力學(xué)問題及現(xiàn)象也要多加留意，例如，擰水龍頭所反映的力學(xué)問題，密切關(guān)注國(guó)內(nèi)外的科研動(dòng)態(tài)，使新知識(shí)、新內(nèi)容不斷融入課堂教學(xué)中，使之與時(shí)俱進(jìn)。

4.教師應(yīng)積極參加工程力學(xué)實(shí)踐，豐富自身的經(jīng)驗(yàn)，才可以將實(shí)踐中遇到的問題，更好地引用到課堂教學(xué)中，通過實(shí)例來引導(dǎo)學(xué)生思考探究，豐富授課內(nèi)容的同時(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

四、“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法的應(yīng)用

近幾年來，一種新型高效的教學(xué)方式——翻轉(zhuǎn)課堂開始慢慢滲透到各個(gè)專業(yè)教學(xué)中。翻轉(zhuǎn)課堂主要是在上課之前，利用視頻、電子書、幻燈片、網(wǎng)站等或書籍、講義等學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，并在課堂上花時(shí)間練習(xí)、討論等。其目標(biāo)是讓學(xué)生們參與到課堂教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)相互協(xié)作。為進(jìn)一步提高教學(xué)水平，筆者嘗試將問題式教學(xué)法，與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，課程開展流程如下：

（一）課前準(zhǔn)備

事先通知同學(xué)，獨(dú)立完成力學(xué)模型的構(gòu)建，并用PPT 形式演示。將學(xué)生進(jìn)行分組，合作完成PPT 的制作。這樣能夠讓每個(gè)小組的同學(xué)都可以積極學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、圖書館等多種途徑，查閱課本、相關(guān)專業(yè)書籍、專業(yè)文獻(xiàn)等資料，對(duì)相關(guān)工程力學(xué)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)。再按要求建立相應(yīng)的力學(xué)模型，由小組成員共同努力，完成PPT 的制作。

（二）課堂PPT 的匯報(bào)

由每組推選出一位講解人員，在課堂上完成PPT 的匯報(bào)，每人匯報(bào)的時(shí)長(zhǎng)控制在20—30 分鐘。

（三）課堂提問環(huán)節(jié)

在成員匯報(bào)完P(guān)PT 后，由其他小組的成員，向該匯報(bào)小組提問。若匯報(bào)小組成員回答正確，則給予加分；若回答錯(cuò)誤，或者沒有回答出來，便給提問小組加分。PPT 演示完畢，同學(xué)們可以自由地進(jìn)行提問和解答，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果。由老師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。

（四）課后總結(jié)

待課程結(jié)束后，以組的形式，對(duì)課程進(jìn)行歸納總結(jié)，并將其他小組提出的問題進(jìn)行整理，通過繼續(xù)查閱相關(guān)資料，或請(qǐng)教同學(xué)、教師等方式，解決問題，進(jìn)一步扎實(shí)理論知識(shí)。

（五）實(shí)施效果

為了解問題式教學(xué)的應(yīng)用效果，筆者采用問卷調(diào)查的方式，在完成階段式教學(xué)后，將問卷發(fā)放到學(xué)生手中。發(fā)出問卷220 份，回收的有效問卷220 份。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，98%的學(xué)生更喜歡問題式教學(xué)模式，其中82%的學(xué)生喜歡以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)方法，希望今后繼續(xù)開展以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)活動(dòng)。

通過此次研究，發(fā)現(xiàn)“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法，在工程力學(xué)課程教學(xué)中，有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：①可以讓學(xué)生更好地掌握工程力學(xué)方面的理論知識(shí)，并能夠借助自己所學(xué)，解決實(shí)際中的問題；②該教學(xué)模式靈活有趣，能夠吸引學(xué)生的注意力，也可以激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高自主學(xué)習(xí)效果；③該教學(xué)模式可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的合作精神以及社交能力，對(duì)今后投入工作有積極影響；④該教學(xué)模式能夠更好地讓教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題以及不同學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握情況，有助于針對(duì)指導(dǎo)。

結(jié)語

綜上所述，問題式教學(xué)法是以學(xué)生們?yōu)橹行?、以能力為?dǎo)向的現(xiàn)代教育觀念下的教學(xué)方法，是培養(yǎng)學(xué)生們的工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的重要手段。在教學(xué)中，教師要結(jié)合學(xué)生們的實(shí)際學(xué)習(xí)狀況，不斷地提升自己的能力，創(chuàng)新教學(xué)手段，使學(xué)生們真正地成為教學(xué)主體，通過科學(xué)的引導(dǎo)，來鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考和積極學(xué)習(xí)能力，擺脫對(duì)教師的惰性依賴，幫助學(xué)生快速建立自己的知識(shí)體系，找到正確的學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生們的綜合素質(zhì)得到全面提升。