問題學(xué)習(xí)法在工程力學(xué)課堂中的實踐與研究★

劉 瑤 　 賈 杰 　 吳鶴翔

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱　150040)

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問題學(xué)習(xí)法在工程力學(xué)課堂中的實踐與研究★

劉 瑤 賈 杰 吳鶴翔

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040)

摘要：為提高工程力學(xué)教學(xué)質(zhì)量，將問題學(xué)習(xí)法(PBL)新型教學(xué)模式應(yīng)用于課堂教學(xué)中，構(gòu)建了培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)、創(chuàng)新和解決工程實際問題能力的教學(xué)體系，并對其具體的實踐過程進行了闡述，指出PBL教學(xué)模式可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，使學(xué)生養(yǎng)成善于探索的好習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：問題學(xué)習(xí)法，工程力學(xué)，教學(xué)模式，課程

0引言

基于問題的學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning,簡稱PBL)起源于20世紀(jì)60年代的醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，90年代中期被美國學(xué)者應(yīng)用到教育領(lǐng)域。與傳統(tǒng)講課方法不同,問題學(xué)習(xí)法主要體現(xiàn)在教師不僅是知識的傳授者,同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)的激勵者和指導(dǎo)者，它強調(diào)由教師精心設(shè)計問題,讓學(xué)生積極地、主動地去感受和發(fā)現(xiàn)問題，通過對已學(xué)知識和經(jīng)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(yǎng)學(xué)生的探索能力，激發(fā)創(chuàng)新性思維,使課堂教學(xué)成為在教師主導(dǎo)下由學(xué)生自主感受和發(fā)現(xiàn)問題到自主地解決問題的良性過程。

1傳統(tǒng)教學(xué)模式的改變

在高等教育中，學(xué)科基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)是最為重要的，是基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡階段，也是將學(xué)生培養(yǎng)成專業(yè)人士的關(guān)鍵階段，所以在高等教育面臨著巨大挑戰(zhàn)的情況下，教學(xué)中應(yīng)加強培養(yǎng)學(xué)生在當(dāng)今壓力很大的社會中生存所需的各種技能。工程力學(xué)課程作為東北林業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院機械、土木、交通類等專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，為一系列后續(xù)課程打下堅實基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式只強調(diào)學(xué)生接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機械訓(xùn)練，課堂不敢問、不敢說、滿堂灌的現(xiàn)象比較突出，長此以往導(dǎo)致學(xué)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(tǒng)的教學(xué)模式、探索新型的學(xué)習(xí)方式，成為工程力學(xué)課程改革迫切需要解決的問題。

2PBL在課堂教學(xué)中的實踐

2012年，《工程力學(xué)》課程被評為東北林業(yè)大學(xué)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(xué)錄像，引進了現(xiàn)代化教學(xué)手段，結(jié)合課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生特點，合理地選擇、安排和運用了各種教學(xué)媒體及教學(xué)資源，使學(xué)生在最佳的學(xué)習(xí)條件下進行學(xué)習(xí)，并且在實現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化方面作了若干嘗試和探討。

去年，筆者開展了PBL教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)水平和工程力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量這一問題，將PBL教學(xué)模式運用到工程力學(xué)的教學(xué)改革中，從學(xué)生的心理需要出發(fā)，從發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，從問題的設(shè)計、發(fā)問技巧、結(jié)合實踐等方面進行探索，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新精神，取得了較好成效，現(xiàn)將具體操作進行探討。

以李靜輝教授主編、由科學(xué)出版社于2009年8月出版的《工程力學(xué)》為教材，以東北林業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院2014級土木工程專業(yè)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(tǒng)一教學(xué)大綱、課表授課，保證授課內(nèi)容和進度的一致性。

2.1PBL實踐準(zhǔn)備工作

教師準(zhǔn)備工作的優(yōu)劣直接決定著實際教學(xué)開展的成敗。在這個環(huán)節(jié)中，教師的主要任務(wù)包括：

1)全面了解學(xué)生的特點、學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)情趣；

2)全面了解工程力學(xué)課程教學(xué)大綱、考點，分清教材的重點和難點內(nèi)容，準(zhǔn)備必要的學(xué)習(xí)資源；

3)根據(jù)工程力學(xué)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)和課程內(nèi)容聯(lián)系生活實踐去設(shè)計問題情境；

4)設(shè)計以章為單位的達標(biāo)練習(xí)和課后作業(yè)。

2.2設(shè)計提問的問題，呈現(xiàn)真實的問題情景

首先，創(chuàng)設(shè)的問題易于理解，適合學(xué)生的身心發(fā)展,能激發(fā)學(xué)生的探索欲望和興趣；其次，問題的設(shè)計以課程內(nèi)容為依托，能夠引出與所學(xué)知識有關(guān)的概念、原理，立足于靈活的理論基礎(chǔ)與思維能力；再次，問題應(yīng)該順應(yīng)多種教學(xué)模式,促進學(xué)生獲得知識和發(fā)展技能；最后，呈現(xiàn)的問題情境應(yīng)能最大程度地培養(yǎng)學(xué)生解決問題的積極性和自信心。

例如，在講到靜力學(xué)部分約束類型這類知識點時，筆者通過圖片呈現(xiàn)的方式，創(chuàng)設(shè)了一個與真實生活和教材所學(xué)內(nèi)容有密切聯(lián)系的問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(chǎn)生什么結(jié)果，面對這個問題，學(xué)生會有哪些疑惑。留給學(xué)生一定的思考時間后，一些同學(xué)爭先恐后的開始發(fā)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(jié)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(nèi)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(xué)生又會提出怎樣的問題，與圖1相比又有何聯(lián)系和區(qū)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(xiàn)在課堂上，讓學(xué)生去思考教師的出發(fā)點和目的；有時，有些同學(xué)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(wù)是很艱巨的，除了在學(xué)習(xí)過程中促進、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)以外，必須為PBL作充分的準(zhǔn)備。

2.3解決問題

這一階段，教師不是直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何去解決面臨的一些問題，而是向?qū)W生提供解決該問題的有關(guān)線索。為了高效率地解決問題，學(xué)生需要考慮哪些資源可以幫助自己解決這個問題。教師應(yīng)要求學(xué)生出聲思維，便于發(fā)現(xiàn)學(xué)生思路錯誤，及時給予糾正。

1)分組協(xié)作。為了解決課堂的問題，把學(xué)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(xué)生對當(dāng)前問題的理解。每個小組一般由5個或者6個學(xué)生組成，一起討論課堂上的問題。由各組選派代表進行總結(jié)發(fā)言,據(jù)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(xué)生們的討論結(jié)果進行總結(jié)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(shè)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(xiàn)出圖1和圖2上的情景，讓他們?nèi)ニ伎及l(fā)現(xiàn)該問題的正確結(jié)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(fā)學(xué)生能夠根據(jù)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(lián)系與區(qū)別，進而為后面講授關(guān)于“力偶的性質(zhì)”一節(jié)內(nèi)容做鋪墊；對于圓柱鉸鏈約束，讓學(xué)生在課堂上動手拆裝剪刀，描述剪刀的工作原理，進而總結(jié)、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(xué)會收集和共享資源，學(xué)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(yīng)學(xué)會與同學(xué)、教師交流、溝通合作。

3實踐結(jié)果

1)PBL教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法的比較。在教學(xué)課程完全結(jié)束后,筆者對實驗班學(xué)生進行了有關(guān)本次教學(xué)方法改革的問卷調(diào)查。問卷內(nèi)容涉及諸多方面,包括學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、自主學(xué)習(xí)等能力的培養(yǎng)以及對工程力學(xué)課程的重點、難點內(nèi)容掌握程度及其應(yīng)用的情況等。結(jié)果表明：實驗班絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為PBL教學(xué)法優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法，詳見表1。

2)期末考試成績的對比。學(xué)期末,對PBL班和對照班學(xué)生進行了理論筆試考試,結(jié)果表明,PBL班的平均成績?yōu)?1.482分，對照班的平均成績?yōu)?7.164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(tǒng)的考試方式,不能充分考核學(xué)生的各種能力；PBL教學(xué)模式處于嘗試階段，而學(xué)生各種能力的提高需要較長時間的積累才能獲得。但學(xué)年最高分99分在PBL班，并且無不及格現(xiàn)象，詳見表2。

4實踐PBL的體會

由于課堂教學(xué)時間和空間的限制，課堂教學(xué)條件下的PBL仍然具有局限性，作為學(xué)生的合作者和指導(dǎo)者，教師應(yīng)當(dāng)從以下幾個方面進行改進：

1)加強學(xué)生總結(jié)性思維。

由于工程力學(xué)與工程實際聯(lián)系緊密，思維性特別強，因此，教師在授課中應(yīng)結(jié)合啟發(fā)式教育，啟發(fā)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(xué)到的理論運用到實踐中，這樣有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的邏輯思維能力。

例如，靜力學(xué)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(diào)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(fā)學(xué)生自己沿著這個思路，得出各力系平衡的條件。

2)轉(zhuǎn)變教師角色。

新課程的理念是“一切為了學(xué)生發(fā)展”，教師的作用不再是把知識講給學(xué)生,而是引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和提出問題,及時提供恰當(dāng)?shù)姆答?幫助學(xué)生在合作學(xué)習(xí)和問題討論中把基本知識與實際技能很好的結(jié)合起來,實現(xiàn)學(xué)生真正自主學(xué)習(xí)的師生角色轉(zhuǎn)變。

3)合理安排課堂時間。

教學(xué)過程應(yīng)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(xué)的注意力和興趣，要有師生互動、生生互動的過程；學(xué)生自主學(xué)習(xí)、老師引導(dǎo)參與的過程；允許學(xué)生對某些問題產(chǎn)生分歧或疑義,通過交流、討論得到統(tǒng)一的結(jié)論。

4)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。

筆者所在的力學(xué)教研室于2010年就建設(shè)了《工程力學(xué)》課程教學(xué)網(wǎng)站，提供了豐富的課程教學(xué)資源，比如多媒體教學(xué)課件、電子教案、試題樣板等，不定期開展答疑、討論，學(xué)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(jié)語

實踐表明,應(yīng)用PBL模式的學(xué)生,盡管期末考試成績與對照班的成績無明顯差異,但學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維、團隊精神、表達能力均高于對照班學(xué)生。PBL模式下,能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性；使學(xué)生養(yǎng)成善于探索、歸納、自主學(xué)習(xí)的好習(xí)慣,并能熟練應(yīng)用圖書館的資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng),具備較強的溝通技巧和表達能力；而且學(xué)生更容易形成正確的專業(yè)思想。筆者相信在學(xué)校、學(xué)院以及各方領(lǐng)導(dǎo)和同事的關(guān)心、幫助下，逐漸會找到更多適合工程力學(xué)課程的教學(xué)模式。

參考文獻：

[1]溫昊.基于問題學(xué)習(xí)在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用.技術(shù)應(yīng)用，2010(9):56-58.

[2]陳寧,張慶林.基于問題學(xué)習(xí)的實施及對教師的挑戰(zhàn).基礎(chǔ)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(biāo)識碼：A

★：黑龍江省教育廳新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程項目“基于加強工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的材料力學(xué)實驗課程教學(xué)改革研究”