工程力學課程教學中問題式教學法的探討*

王 飛

（安徽理工大學深部煤礦采動響應與災害防控國家重點實驗室 安徽淮南 232001）

《工程力學》是一門針對工科開設的專業基礎課，培養學生具備對相關構件結構進行力學分析、計算、選擇以及設計的能力，是培養應用型、交叉型以及復合型人才的一門重要課程。《工程力學》所涵蓋的內容，不但在機械、土木、環境等工程領域方面有著廣泛的應用，同時該課程的分析方法還可以推廣到其他工科課程，比如《結構力學》《工程熱力學》等，所以，掌握這門學科的知識，將會在后續課程的學習中，起到很大的幫助作用。

一、“新工科”背景下人才培養目標

《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》中將“新工科”歸納為工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系。“新工科”教育背景下的人才培養，是培養具有工程應用能力的綜合應用型人才，這就是以工程問題為導向，以工程項目為載體，將知識傳授給學生，組織教學，培養學生們的工程意識和相關實踐能力。對教師的專業素質、知識結構、豐富的工作經驗和實際操作技能都有很高的要求。我國大學的年輕教師大都是從研究生畢業后就直接上高校的，他們的理論知識扎實，但相關工程經驗有所欠缺，所以在開展教學過程中，教師也應該不斷提高自己的實踐能力，才能夠更好地將知識傳授給學生。

二、問題式教學概述

（一）問題式教學模式的由來

問題式教學，也被稱作問題化學習，英文名稱為Problem Based Learning（簡稱PBL）。該教學模式起源于20 世紀末，最早應用在西方的醫學院。由于其發端于醫學院校的教學改革，因此又被稱為“醫學院模式”。老師們發現，“先理論后實踐”的教學方式有一些弊端，使學生們無法把理論應用到實際工程工作中去，而“臨床實習”把學生直接推到了實際的問題環境中，讓學生的學習效率得到了顯著提高。因此，將新生放在實際的實習環境中，在實習中所學的理論知識，會更為扎實。學生們在主動解決問題的過程中，探究的欲望、理論的消化能力、實踐知識的能力都得到了空前的改善。因此，這個模式迅速地蔓延到了其他行業的各個工程領域，對教育產生了深遠的影響。

（二）問題式教學模式的特點

通過對問題式教學方法進行分析，發現問題式教學就是將學生們放在一個特定的問題環境當中，鼓勵和幫助學生們通過自主探索和協作的方式去識別、界定、解決問題，并形成新的進階式知識技能的教學模式。我們從中能夠發現問題式教學模式，最為顯著的兩個特征：

1.基于真實情境的問題性

任何研究都源自問題，教學亦是如此。因為只有這樣，才能讓人們產生好奇心。學生們因問題而進行的探究，通過問題探究而得到問題的答案。問題是建立在現實環境基礎上的，以學生們在現實生活當中所經歷過的情境或經歷為出發點，引導他們根據自身的經歷進行辨識和推理，學生們不但能夠整合現有的知識和技巧，而且還能夠通過自學、請教以及查詢等，學習新的知識和技巧技能，并將其與現有的知識和相關技能結合起來，構成一個新的知識結構框架。

2.基于自主合作的探究性

所謂的自主性，就是充分發揮學生的主觀能動性，擺正學生在教學過程中的主體地位，改變傳統的灌輸式教學，讓學生們可以積極地分析、解構和探究問題。在提高自主性過程中，經常會選擇小組合作的教學方式。自主合作可以使相關學習者在合作觀念、社交能力、創新精神等各方面得到有效的應用。建構主義理論曾指出，知識是自主探究和積極實踐而生成的。問題式教學便遵從了建構主義理論，改變了傳統教學中教師機械的知識講解模式，把學生代入實際問題中，讓學生根據現有的知識體系以及理論支撐，利用自己或小組的假設與猜想，去深入分析某種問題，最終獲取到解決問題的思路，建構相對完善的知識體系，不斷培養學生的獨立思考和創新能力。

三、問題式教學法在工程力學課程教學中的應用

目前，工程力學的傳統教學模式多采用老師授課，老師作為主導，采用板書和填鴨式教學形式。教師的課堂教學內容缺乏創新，難以引起學生們的學習興趣，學生只能被動地學習，無法激發學生的學習熱情，從而就會影響到教學的效果。目前很多學校都認識到了創新教學方法的重要性，卻沒有將科學有效的措施貫徹落實，造成教學質量難以提高。除此之外，在實踐的過程中，理論教學和工程實踐有很大的脫節，教師講授的主要是理論知識，但由于缺乏與實踐的聯系，學生們在學習過程中常常對所學內容的目標不清楚，在以后的專業課程中使用時，難以將其與基本工程力學知識聯系起來，難以將其應用于實踐中。

“新工科”背景下的工程力學專業課程教學的改革，應與“新工科”大環境下的人才培養目標相適應。通過專業的教學，使學生既能掌握《工程力學》的基礎理論，又能掌握科學的學習方法，又能與工程力學實踐緊密聯系，培養工程意識，運用所學的知識來解決工程力學的相關問題。因此，筆者根據“新工科”人才培養的目標以及學情特點，將問題式教學法應用到課程教學中，發揮學生的主觀能動性，提高課程教學質量。

（一）“教學問題”設計

在問題式教學模式應用中，學生能力的培養，都與如何解決實際問題有關。換句話來講，該教學模式的重點，在于“問題”的合理性。應該以教學內容為核心，與工程力學的實踐相結合，使學生們能夠用自身的努力來解決相關知識問題，提高學生的學習積極性，繼而提升教學效果。比如，在課程教學中，向學生提問：“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，引導學生思考，并探討如何提高梁的彎曲強度。

任何課程的設立，都是為了解決實際生活中的問題。因此，在開展教學過程中，要學會“提問”，將與生活有關的問題引進課堂教學中，讓理論活學活用，既能讓課堂變得生動有趣，又能有效培養學生的獨立思考和理性分析能力，同時也能夠深入了解工程力學課程的重要性。

（二）問題式教學法的實施

科學探究始于問題。通過觀察、分析和討論，使學生能夠更好地了解和應用這些問題。例如，在解釋如何增加橫梁的抗彎強度和剛度的時候，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？”經過學生們的討論，認為雙杠可以被簡化成一個彎曲的外伸梁，使支撐桿向內運動，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，使梁上的最大拉應力、壓應力得到降低，使其抗彎強度得到明顯改善。

問題式教學法是通過運用日常中的問題，讓教與學之間有交互作用，讓學生們的思想時刻處于活躍的狀態，為學生們打開了更大的思考空間，培養學生們的邏輯思考能力，讓他們積極、有效地進行學習，對所學知識有較大的幫助。例如，在講到壓桿的穩定性時，可以選雜技演員表演用喉嚨頂紅纓槍的例子，讓同學們進行討論，激發學生的好奇心，提高學生的求知欲。問題式教學法可以讓學生們從問題中去學習，提高學習的積極性，培養自學能力以及創造能力，增強自主意識，減輕對課堂和教師們的惰性依賴。

（三）對教師的要求

1.PBL 教學模式是以學生們為主體的教學方式，以老師設置的“問題”為指導，引導學生們進行思維與探究。在課堂教學中，教師要加強對工程實踐問題的研究，從“以教為本”向“以學生為主體”的教學模式轉變。通過“問題”來激發學生們的熱情和積極性，從而達到預期的教學效果。

2.教師要明確掌握學生的學習水平。首先要指出，工程管理類專業的工程機械類課程與土木類專業的機械類課程存在著一定的差異，應根據不同的專業特點，采取相應的教學方法。其次在教學時，教師要將所學到的力學知識融入后續的專業課程中，使學生的學習目標更為清晰，在以后的專業課中，有了前面的指點、鋪墊，可以加深對專業的認識，并能靈活運用機械的知識。

3.教師既要熟悉教學大綱，又要深入地研究教學內容，還要能夠對知識進行延伸、拓展。“問題”應按教學內容進行，適當擴充，以引起學生們的學習興趣，在“問題”的準備中，了解與之有關的相關知識，培養學生自主學習的能力。此外，對日常生活中遇到的工程力學問題及現象也要多加留意，例如，擰水龍頭所反映的力學問題，密切關注國內外的科研動態，使新知識、新內容不斷融入課堂教學中，使之與時俱進。

4.教師應積極參加工程力學實踐，豐富自身的經驗，才可以將實踐中遇到的問題，更好地引用到課堂教學中，通過實例來引導學生思考探究，豐富授課內容的同時，提高教學質量。

四、“PBL+翻轉課堂”教學法的應用

近幾年來，一種新型高效的教學方式——翻轉課堂開始慢慢滲透到各個專業教學中。翻轉課堂主要是在上課之前，利用視頻、電子書、幻燈片、網站等或書籍、講義等學習教學內容，并在課堂上花時間練習、討論等。其目標是讓學生們參與到課堂教學中，實現相互協作。為進一步提高教學水平，筆者嘗試將問題式教學法，與翻轉課堂相結合，課程開展流程如下：

（一）課前準備

事先通知同學，獨立完成力學模型的構建，并用PPT 形式演示。將學生進行分組，合作完成PPT 的制作。這樣能夠讓每個小組的同學都可以積極學習相關的知識點，通過互聯網平臺、圖書館等多種途徑，查閱課本、相關專業書籍、專業文獻等資料，對相關工程力學知識進行學習。再按要求建立相應的力學模型，由小組成員共同努力，完成PPT 的制作。

（二）課堂PPT 的匯報

由每組推選出一位講解人員，在課堂上完成PPT 的匯報，每人匯報的時長控制在20—30 分鐘。

（三）課堂提問環節

在成員匯報完PPT 后，由其他小組的成員，向該匯報小組提問。若匯報小組成員回答正確，則給予加分；若回答錯誤，或者沒有回答出來，便給提問小組加分。PPT 演示完畢，同學們可以自由地進行提問和解答，交流學習經驗和研究結果。由老師對學生的學習情況進行指導和評價。

（四）課后總結

待課程結束后，以組的形式，對課程進行歸納總結，并將其他小組提出的問題進行整理，通過繼續查閱相關資料，或請教同學、教師等方式，解決問題，進一步扎實理論知識。

（五）實施效果

為了解問題式教學的應用效果，筆者采用問卷調查的方式，在完成階段式教學后，將問卷發放到學生手中。發出問卷220 份，回收的有效問卷220 份。統計結果顯示，98%的學生更喜歡問題式教學模式，其中82%的學生喜歡以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學方法，希望今后繼續開展以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學活動。

通過此次研究，發現“PBL+翻轉課堂”教學法，在工程力學課程教學中，有以下幾方面優勢：①可以讓學生更好地掌握工程力學方面的理論知識，并能夠借助自己所學，解決實際中的問題；②該教學模式靈活有趣，能夠吸引學生的注意力，也可以激發學生的主觀能動性，提高自主學習效果；③該教學模式可以更好地培養學生的合作精神以及社交能力，對今后投入工作有積極影響；④該教學模式能夠更好地讓教師發現學生學習過程中遇到的問題以及不同學生對于知識的掌握情況，有助于針對指導。

結語

綜上所述，問題式教學法是以學生們為中心、以能力為導向的現代教育觀念下的教學方法，是培養學生們的工程意識、創新意識和動手能力的重要手段。在教學中，教師要結合學生們的實際學習狀況，不斷地提升自己的能力，創新教學手段，使學生們真正地成為教學主體，通過科學的引導，來鍛煉學生的獨立思考和積極學習能力，擺脫對教師的惰性依賴，幫助學生快速建立自己的知識體系，找到正確的學習方法，使學生們的綜合素質得到全面提升。