問題教學模式在機械基礎實驗教學中的應用探索

李飛，郭保蘇，梁永麗

（燕山大學機械工程學院，河北秦皇島 066004）

機械原理和機械設計課程是機械類專業的基礎課，其配套的課內實驗課是專業基礎教學的一個重要環節，在教學活動中扮演了承上啟下的作用。學生通過參與實驗教學活動，可以在實驗操作過程中實現理論與實踐的統一，加深對理論課所學內容的理解，也為進一步掌握其他專業知識打牢理論和實踐基礎。

教育部高等教育教學評估中心在《中國工程教育質量報告》的解讀中指出，高校的人才培養應匹配《中國制造2025》和“一帶一路”國家戰略的人才需求，其中一點就要持續改進工程教育理念、 課堂教學及學生能力發展等內涵要素，以確保人才質量建設真正落地[1]。因此，在這樣的新形勢下，為了不斷滿足工程教育對人才培養的要求，筆者所在的教學團隊持續推動機械原理和機械設計課程及實驗課的教學改革，并取得一定成效[2-4]。但是，這些實驗課仍然存在學生的學習主動性欠佳、授課內容與實際工程問題連接不夠緊密等問題，影響實驗教學效果的進一步提升。為解決這些不足，筆者以完善實驗教學過程作為切入點，在其中融入問題教學模式，以提出的各項問題為引導，提高學生的專注度、激發學習主動性，由此提升實驗課教學效果，達到培養學生綜合能力的目的。

1 機械基礎實驗教學應用問題教學模式的必要性

問題教學模式，即是以“問題”為導向的教學模式，屬于啟發式教學，通過指導教師提出問題，引發學生對問題的積極思考，引導學生利用所學知識主動獲取解答問題的方法和知識[5]。在教學過程中采用問題教學模式，學生處于主動地位，學習的積極性更高，課堂教學的效果更佳，對于提升學生的學習能力、思考能力、解決問題的能力等有積極的促進作用[6]。

傳統的實驗教學往往采用“灌輸式”教學方法，實驗教師主導教學過程，要先用一定的課上時間來對相應實驗項目的原理、 儀器設備及操作步驟進行逐一介紹，再指導學生開展實驗操作。這樣使得學生在整個教學活動中始終處于被動地位，僅僅是按照指導教師設定的流程完成實驗操作，缺乏獨立思考的過程，也不能主動將實驗內容與實際工程問題相聯系，往往導致學生參與機械基礎實驗的積極性不高，實驗完成的質量不盡如人意，學生的綜合能力也不能有效得到提高。因此，教師在教學過程中融入問題教學模式，通過調動學生的積極性，引導學生進行主動思考和實踐，可以讓學生由被動轉為主動、成為教學過程的主體，即在教學中以學生為中心，有效彌補現有實驗教學上的不足。

2 機械基礎實驗中提出問題的要點

在機械基礎實驗教學中采用問題教學模式，提出什么樣的問題是影響教學效果優劣的核心。因此，指導教師在提出問題時，要根據實驗教學要求，把握以下兩個要點，以求在教學中取得良好效果。

首先，要確保提出的問題是科學的、 具有引導性的、面向工程實際的。問題要基于課程內容和實驗課特點來設計和提出，體現知識點的科學性，而不是為了提問而提問；提出的問題應該對學生有引導性，可以讓他們在思考和解決問題的同時，做到舉一反三、 擴展思路，逐步去探尋更深層次問題的解決途徑，這也是問題教學模式的重要作用所在；實驗課教學同理論課一樣，提出的問題要向工程實際靠攏，這樣才能真正達到教學的最終目的，讓學生具備解決工程實際問題的能力。

其次，按照3W 原則提出的問題，即What（是什么）、Why（為什么）、How（怎么做），這實質上是將提出的問題分為三個層級。初級問題是要讓學生明確“是什么”，這類問題在于鞏固學生在理論課所學的概念性知識，例如在機械原理實驗中“什么是機構運動簡圖”、在機械設計實驗中“什么是傳動帶的彈性滑動和打滑”；中級問題是要讓學生明白“為什么”，這類問題可以引導學生對所學知識產生更深層次的思考，如“動平衡的轉子為什么一定是靜平衡的”“在托架螺栓組中，各螺栓的受力為什么會相互影響”；高級問題在于讓學生解決“怎么做”，需要學生綜合利用所學知識來解決相應的實際問題，如“可以調整哪些參數來保證加工的齒輪不產生根切”“如何設計重載、中速、發熱量大的蝸桿傳動軸系結構”等。教師在實驗課中應用問題教學模式進行授課時，問題的設置與提出要側重于中級和高級問題，以利于提高課堂效率，也能夠更好地調動學生參與學習的積極性，促進教學效果的提升。

3 采用問題教學模式的機械基礎實驗教學過程設計

基于以上兩個要點，該文設計了融入問題教學模式后的機械基礎實驗教學流程，如圖1所示。

按照教學流程圖，機械基礎實驗的教學過程可分為四個階段：

（1）開課準備階段。

實驗課開課前，根據各機械基礎實驗項目的內容和教學要求，實驗指導教師與理論課教師共同商討并確定在教學中要向提出的具體問題，并且將各個問題分別安排在課前預習、課內講解和課后思考三個部分。其中課前預習和課后思考的問題印制在實驗指導書和實驗報告冊中； 課內講解的問題用于實驗指導教師授課時使用。

圖1 融入問題教學模式的機械基礎實驗教學流程圖

（2）課前預習階段。

學生領取實驗指導書和實驗報告冊后，對相應實驗項目進行預習，通過回顧理論課所學知識、討論、收集資料等方式，在實驗報告冊中對實驗預習部分的問題進行解答。此外，學生通過深度自學實驗過程，以縮短教師在課上講解具體實驗步驟等內容的時長。

（3）授課實踐階段。

在實驗授課階段，實驗教師除了對實驗項目的重點內容進行講解外，還可對預習部分的重點問題進行詳解，以加深學生對課程內容的理解。同時，教師根據課堂狀態機動地使用課上問題與學生進行互動，來調動學生的積極性、提高學生的注意力。在指導學生實驗過程中，教師主動引導學生對實驗中發現的問題進行思考和解決。學生完成實驗后，在完成實驗記錄與數據分析的基礎上，獨立對實驗報告冊中的課后思考題進行解答。

（4）評價反饋階段。

建立實驗成績考核評價體系，將實驗成績分為課前預習、實驗操作與數據分析、課后思考三個部分，占比分別為20%、40%、40%，每門理論課的實驗項目全部完成后，教師結合學生實驗報告冊的完成情況來最終核算每名學生的實驗成績。此外，實驗指導教師針對學生回答各部分問題的情況及授課情況進行總結和歸納，進一步優化和豐富問題內容，更新指導書和授課內容，以實現整個教學過程的閉環反饋，為下一個周期的教學活動做好準備。

4 機械基礎實驗教學中問題教學模式的實施效果及改進方向

在2018年秋季學期《機械設計》及2019年春季學期《機械原理》實驗課實施過程中，實驗指導教師由于在教學過程的各個階段融入問題教學模式要素，使得實驗授課效率較之以往有了明顯改善，學生參與實驗的積極性和專注度顯著提高，實驗完成效果也優于傳統教學模式。

在這一個教學周期的實踐基礎上，筆者將根據授課效果和學生反饋，持續對相應的問題內容進行改進和更新，進一步按照上述四個階段的教學過程，將問題教學模式與實驗教學進行有效融合，優化課上教學環節，不斷調動學生的主動性和積極性，鼓勵學生主動思考和探究、支持他們對機械基礎實驗的內容提出更多、更深入的問題，逐步完善以學生為中心、以問題為導向的機械基礎實驗教學模式，更好地為促進學生的綜合發展提供支撐。

5 結語

與機械原理、 機械設計課程配套的課內實驗課是機械類專業基礎教學的重要部分，這些機械基礎實驗課教學的效果會對專業學生的能力培養產生深遠影響。為了讓學生在專業基礎教學階段就強化主動學習和思考解決問題的能力，通過在機械基礎實驗教學過程中融入問題教學模式并持續改進，經過探索和實踐說明這是一個有效提升實驗教學效果的途徑。