問題學習法在工程力學課堂中的實踐與研究★

劉 瑤 　 賈 杰 　 吳鶴翔

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱　150040)

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問題學習法在工程力學課堂中的實踐與研究★

劉 瑤 賈 杰 吳鶴翔

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱150040)

摘要：為提高工程力學教學質量，將問題學習法(PBL)新型教學模式應用于課堂教學中，構建了培養學生自學、創新和解決工程實際問題能力的教學體系，并對其具體的實踐過程進行了闡述，指出PBL教學模式可提高學生學習的積極主動性，使學生養成善于探索的好習慣。

關鍵詞：問題學習法，工程力學，教學模式，課程

0引言

基于問題的學習(Problem-Based Learning,簡稱PBL)起源于20世紀60年代的醫學教育領域，90年代中期被美國學者應用到教育領域。與傳統講課方法不同,問題學習法主要體現在教師不僅是知識的傳授者,同時也是學生學習的激勵者和指導者，它強調由教師精心設計問題,讓學生積極地、主動地去感受和發現問題，通過對已學知識和經驗的掌握去尋找解決問題的方法，提高對基本概念和原理的理解,培養學生的探索能力，激發創新性思維,使課堂教學成為在教師主導下由學生自主感受和發現問題到自主地解決問題的良性過程。

1傳統教學模式的改變

在高等教育中，學科基礎課的學習是最為重要的，是基礎課向專業課過渡階段，也是將學生培養成專業人士的關鍵階段，所以在高等教育面臨著巨大挑戰的情況下，教學中應加強培養學生在當今壓力很大的社會中生存所需的各種技能。工程力學課程作為東北林業大學成人教育學院機械、土木、交通類等專業的必修基礎課，為一系列后續課程打下堅實基礎，傳統的教學模式只強調學生接受學習、死記硬背、機械訓練，課堂不敢問、不敢說、滿堂灌的現象比較突出，長此以往導致學生缺乏自我思考的空間和主動探索、獲取新知識的能力，所以改變傳統的教學模式、探索新型的學習方式，成為工程力學課程改革迫切需要解決的問題。

2PBL在課堂教學中的實踐

2012年，《工程力學》課程被評為東北林業大學重點課程。幾年來，在各級部門的支持和幫助下，課題組已自制了教學錄像，引進了現代化教學手段，結合課程的教學目標和學生特點，合理地選擇、安排和運用了各種教學媒體及教學資源，使學生在最佳的學習條件下進行學習，并且在實現教學優化方面作了若干嘗試和探討。

去年，筆者開展了PBL教學模式的實踐與探索。在實踐中，以課堂為突破口，圍繞如何提高學生的學習水平和工程力學課程教學質量這一問題，將PBL教學模式運用到工程力學的教學改革中，從學生的心理需要出發，從發現問題、分析問題、解決問題的過程，從問題的設計、發問技巧、結合實踐等方面進行探索，培養學生的自主學習能力和創新精神，取得了較好成效，現將具體操作進行探討。

以李靜輝教授主編、由科學出版社于2009年8月出版的《工程力學》為教材，以東北林業大學成人教育學院2014級土木工程專業兩個自然班為實施對象，一個為PBL班(實驗班)，一個為對照班，兩個班按照統一教學大綱、課表授課，保證授課內容和進度的一致性。

2.1PBL實踐準備工作

教師準備工作的優劣直接決定著實際教學開展的成敗。在這個環節中，教師的主要任務包括：

1)全面了解學生的特點、學習態度和學習情趣；

2)全面了解工程力學課程教學大綱、考點，分清教材的重點和難點內容，準備必要的學習資源；

3)根據工程力學課程的學習目標和課程內容聯系生活實踐去設計問題情境；

4)設計以章為單位的達標練習和課后作業。

2.2設計提問的問題，呈現真實的問題情景

首先，創設的問題易于理解，適合學生的身心發展,能激發學生的探索欲望和興趣；其次，問題的設計以課程內容為依托，能夠引出與所學知識有關的概念、原理，立足于靈活的理論基礎與思維能力；再次，問題應該順應多種教學模式,促進學生獲得知識和發展技能；最后，呈現的問題情境應能最大程度地培養學生解決問題的積極性和自信心。

例如，在講到靜力學部分約束類型這類知識點時，筆者通過圖片呈現的方式，創設了一個與真實生活和教材所學內容有密切聯系的問題情境，激發學生學習興趣。

首先給出圖片，如圖1所示。具有光滑接觸面的兩個木塊，在力F1和F2共同作用下會產生什么結果，面對這個問題，學生會有哪些疑惑。留給學生一定的思考時間后，一些同學爭先恐后的開始發言，而且爭論聲不斷?！皥D中A塊不動，B塊沿斜面m—n滑動”“A，B兩木塊都不動”“A，B兩木塊都運動”“B塊不動，A塊沿斜面滑動”等一系列答案，可是，木塊為何會這樣運動，其中涉及的原理又是什么。

提問結束后再給出圖片，如圖2所示。帶有兩個不平行槽的矩形板上作用一力偶M，在槽內插入兩個固定于地面的銷釘(銷釘與槽面都是光滑的)。面對這個圖片，學生又會提出怎樣的問題，與圖1相比又有何聯系和區別。

另外，在講解圓柱鉸鏈約束類型時，筆者就把日常生活中使用的剪刀展現在課堂上，讓學生去思考教師的出發點和目的；有時，有些同學提出的有新意的問題完全出乎教師的意外，所以，實施PBL過程中，教師的任務是很艱巨的，除了在學習過程中促進、指導學生學習以外，必須為PBL作充分的準備。

2.3解決問題

這一階段，教師不是直接告訴學生應當如何去解決面臨的一些問題，而是向學生提供解決該問題的有關線索。為了高效率地解決問題，學生需要考慮哪些資源可以幫助自己解決這個問題。教師應要求學生出聲思維，便于發現學生思路錯誤，及時給予糾正。

1)分組協作。為了解決課堂的問題，把學生分成討論小組，通過不同觀點的交流，補充、修正、加深每個學生對當前問題的理解。每個小組一般由5個或者6個學生組成，一起討論課堂上的問題。由各組選派代表進行總結發言,據所掌握的知識提出解決問題的各種方法，教師及時作出更正或者補充。最后,教師對學生們的討論結果進行總結概括,并進一步加深提出的問題,留給小組課下去完成。

對于上述設計的情境，教師可以在課堂上讓各小組成員親自動手去呈現出圖1和圖2上的情景，讓他們去思考發現該問題的正確結論，再通過講授光滑支承面約束類型的受力特點來加深理解為何兩木塊不能平衡的原因。引出圖2的目的是激發學生能夠根據光滑支承面的受力特點達到舉一反三的效果，找出圖1和圖2之間的聯系與區別，進而為后面講授關于“力偶的性質”一節內容做鋪墊；對于圓柱鉸鏈約束，讓學生在課堂上動手拆裝剪刀，描述剪刀的工作原理，進而總結、歸納軸和孔的工作原理及其受力特點。

2)收集信息并共享。解決問題時，每個小組要學會收集和共享資源，學會把獲得的新資源用于加深對問題的理解上，無論是課前、課中還是課后，都應學會與同學、教師交流、溝通合作。

3實踐結果

1)PBL教學法與傳統教學法的比較。在教學課程完全結束后,筆者對實驗班學生進行了有關本次教學方法改革的問卷調查。問卷內容涉及諸多方面,包括學習興趣、學習效率、自主學習等能力的培養以及對工程力學課程的重點、難點內容掌握程度及其應用的情況等。結果表明：實驗班絕大多數學生認為PBL教學法優于傳統教學法，詳見表1。

2)期末考試成績的對比。學期末,對PBL班和對照班學生進行了理論筆試考試,結果表明,PBL班的平均成績為81.482分，對照班的平均成績為77.164分，成績沒有特別地明顯高于對照班成績的主要原因在于期末考試仍為傳統的考試方式,不能充分考核學生的各種能力；PBL教學模式處于嘗試階段，而學生各種能力的提高需要較長時間的積累才能獲得。但學年最高分99分在PBL班，并且無不及格現象，詳見表2。

4實踐PBL的體會

由于課堂教學時間和空間的限制，課堂教學條件下的PBL仍然具有局限性，作為學生的合作者和指導者，教師應當從以下幾個方面進行改進：

1)加強學生總結性思維。

由于工程力學與工程實際聯系緊密，思維性特別強，因此，教師在授課中應結合啟發式教育，啟發性地提出問題、分析問題，力爭做到問題來源于實踐，反之再把學到的理論運用到實踐中，這樣有利于培養和提高學生的邏輯思維能力。

例如，靜力學部分，貫穿始終的是研究對象、受力分析、平衡求解。在平面匯交力系的講述中強調其研究方法，從力系的合成得到力系的平衡條件；在平面任意力系和空間力系的講述中，啟發學生自己沿著這個思路，得出各力系平衡的條件。

2)轉變教師角色。

新課程的理念是“一切為了學生發展”，教師的作用不再是把知識講給學生,而是引導學生自己去發現和提出問題,及時提供恰當的反饋,幫助學生在合作學習和問題討論中把基本知識與實際技能很好的結合起來,實現學生真正自主學習的師生角色轉變。

3)合理安排課堂時間。

教學過程應始終圍繞問題進行，并要圍繞重點展開。在課堂上,要注意控制時間,控制范圍,不能漫無邊際、天馬行空，信息量太大會分散個別同學的注意力和興趣，要有師生互動、生生互動的過程；學生自主學習、老師引導參與的過程；允許學生對某些問題產生分歧或疑義,通過交流、討論得到統一的結論。

4)充分利用網絡資源。

筆者所在的力學教研室于2010年就建設了《工程力學》課程教學網站，提供了豐富的課程教學資源，比如多媒體教學課件、電子教案、試題樣板等，不定期開展答疑、討論，學生還可以通過電子郵件、QQ、微信等方式及時與教師溝通，保證有問題不遺留。

5結語

實踐表明,應用PBL模式的學生,盡管期末考試成績與對照班的成績無明顯差異,但學習能力、創新思維、團隊精神、表達能力均高于對照班學生。PBL模式下,能充分調動學生學習的主動性、積極性；使學生養成善于探索、歸納、自主學習的好習慣,并能熟練應用圖書館的資源和網絡服務系統,具備較強的溝通技巧和表達能力；而且學生更容易形成正確的專業思想。筆者相信在學校、學院以及各方領導和同事的關心、幫助下，逐漸會找到更多適合工程力學課程的教學模式。

參考文獻：

[1]溫昊.基于問題學習在信息技術課程中的應用.技術應用，2010(9):56-58.

[2]陳寧,張慶林.基于問題學習的實施及對教師的挑戰.基礎教育研究，2006(5):134-136.

文章編號：1009-6825(2016)14-0233-03

收稿日期：2016-03-06

作者簡介：劉瑤(1979- )，女，碩士，講師；賈杰(1980- )，男，博士，副教授；吳鶴翔(1983- )，男，博士，講師

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：A

★：黑龍江省教育廳新世紀教育教學改革工程項目“基于加強工程素質和創新能力的材料力學實驗課程教學改革研究”