工程力学课程教学中问题式教学法的探讨*

王 飞

（安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室 安徽淮南 232001）

《工程力学》是一门针对工科开设的专业基础课，培养学生具备对相关构件结构进行力学分析、计算、选择以及设计的能力，是培养应用型、交叉型以及复合型人才的一门重要课程。《工程力学》所涵盖的内容，不但在机械、土木、环境等工程领域方面有着广泛的应用，同时该课程的分析方法还可以推广到其他工科课程，比如《结构力学》《工程热力学》等，所以，掌握这门学科的知识，将会在后续课程的学习中，起到很大的帮助作用。

一、“新工科”背景下人才培养目标

《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》中将“新工科”归纳为工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系。“新工科”教育背景下的人才培养，是培养具有工程应用能力的综合应用型人才，这就是以工程问题为导向，以工程项目为载体，将知识传授给学生，组织教学，培养学生们的工程意识和相关实践能力。对教师的专业素质、知识结构、丰富的工作经验和实际操作技能都有很高的要求。我国大学的年轻教师大都是从研究生毕业后就直接上高校的，他们的理论知识扎实，但相关工程经验有所欠缺，所以在开展教学过程中，教师也应该不断提高自己的实践能力，才能够更好地将知识传授给学生。

二、问题式教学概述

（一）问题式教学模式的由来

问题式教学，也被称作问题化学习，英文名称为Problem Based Learning（简称PBL）。该教学模式起源于20 世纪末，最早应用在西方的医学院。由于其发端于医学院校的教学改革，因此又被称为“医学院模式”。老师们发现，“先理论后实践”的教学方式有一些弊端，使学生们无法把理论应用到实际工程工作中去，而“临床实习”把学生直接推到了实际的问题环境中，让学生的学习效率得到了显著提高。因此，将新生放在实际的实习环境中，在实习中所学的理论知识，会更为扎实。学生们在主动解决问题的过程中，探究的欲望、理论的消化能力、实践知识的能力都得到了空前的改善。因此，这个模式迅速地蔓延到了其他行业的各个工程领域，对教育产生了深远的影响。

（二）问题式教学模式的特点

通过对问题式教学方法进行分析，发现问题式教学就是将学生们放在一个特定的问题环境当中，鼓励和帮助学生们通过自主探索和协作的方式去识别、界定、解决问题，并形成新的进阶式知识技能的教学模式。我们从中能够发现问题式教学模式，最为显著的两个特征：

1.基于真实情境的问题性

任何研究都源自问题，教学亦是如此。因为只有这样，才能让人们产生好奇心。学生们因问题而进行的探究，通过问题探究而得到问题的答案。问题是建立在现实环境基础上的，以学生们在现实生活当中所经历过的情境或经历为出发点，引导他们根据自身的经历进行辨识和推理，学生们不但能够整合现有的知识和技巧，而且还能够通过自学、请教以及查询等，学习新的知识和技巧技能，并将其与现有的知识和相关技能结合起来，构成一个新的知识结构框架。

2.基于自主合作的探究性

所谓的自主性，就是充分发挥学生的主观能动性，摆正学生在教学过程中的主体地位，改变传统的灌输式教学，让学生们可以积极地分析、解构和探究问题。在提高自主性过程中，经常会选择小组合作的教学方式。自主合作可以使相关学习者在合作观念、社交能力、创新精神等各方面得到有效的应用。建构主义理论曾指出，知识是自主探究和积极实践而生成的。问题式教学便遵从了建构主义理论，改变了传统教学中教师机械的知识讲解模式，把学生代入实际问题中，让学生根据现有的知识体系以及理论支撑，利用自己或小组的假设与猜想，去深入分析某种问题，最终获取到解决问题的思路，建构相对完善的知识体系，不断培养学生的独立思考和创新能力。

三、问题式教学法在工程力学课程教学中的应用

目前，工程力学的传统教学模式多采用老师授课，老师作为主导，采用板书和填鸭式教学形式。教师的课堂教学内容缺乏创新，难以引起学生们的学习兴趣，学生只能被动地学习，无法激发学生的学习热情，从而就会影响到教学的效果。目前很多学校都认识到了创新教学方法的重要性，却没有将科学有效的措施贯彻落实，造成教学质量难以提高。除此之外，在实践的过程中，理论教学和工程实践有很大的脱节，教师讲授的主要是理论知识，但由于缺乏与实践的联系，学生们在学习过程中常常对所学内容的目标不清楚，在以后的专业课程中使用时，难以将其与基本工程力学知识联系起来，难以将其应用于实践中。

“新工科”背景下的工程力学专业课程教学的改革，应与“新工科”大环境下的人才培养目标相适应。通过专业的教学，使学生既能掌握《工程力学》的基础理论，又能掌握科学的学习方法，又能与工程力学实践紧密联系，培养工程意识，运用所学的知识来解决工程力学的相关问题。因此，笔者根据“新工科”人才培养的目标以及学情特点，将问题式教学法应用到课程教学中，发挥学生的主观能动性，提高课程教学质量。

（一）“教学问题”设计

在问题式教学模式应用中，学生能力的培养，都与如何解决实际问题有关。换句话来讲，该教学模式的重点，在于“问题”的合理性。应该以教学内容为核心，与工程力学的实践相结合，使学生们能够用自身的努力来解决相关知识问题，提高学生的学习积极性，继而提升教学效果。比如，在课程教学中，向学生提问：“一般情况下，住宅、办公室大楼里，梁的截面是什么形状？这样放置的目的是什么？”提出问题后，引导学生思考，并探讨如何提高梁的弯曲强度。

任何课程的设立，都是为了解决实际生活中的问题。因此，在开展教学过程中，要学会“提问”，将与生活有关的问题引进课堂教学中，让理论活学活用，既能让课堂变得生动有趣，又能有效培养学生的独立思考和理性分析能力，同时也能够深入了解工程力学课程的重要性。

（二）问题式教学法的实施

科学探究始于问题。通过观察、分析和讨论，使学生能够更好地了解和应用这些问题。例如，在解释如何增加横梁的抗弯强度和刚度的时候，教师可以提出疑问：“为什么健身用的单、双杠的支撑杆与两端有一定的距离，而不是支撑在两端或者均支撑在中间？”经过学生们的讨论，认为双杠可以被简化成一个弯曲的外伸梁，使支撑杆向内运动，该方法能有效地降低最大弯矩，且在不改变截面面积、不改变材料的前提下，使梁上的最大拉应力、压应力得到降低，使其抗弯强度得到明显改善。

问题式教学法是通过运用日常中的问题，让教与学之间有交互作用，让学生们的思想时刻处于活跃的状态，为学生们打开了更大的思考空间，培养学生们的逻辑思考能力，让他们积极、有效地进行学习，对所学知识有较大的帮助。例如，在讲到压杆的稳定性时，可以选杂技演员表演用喉咙顶红缨枪的例子，让同学们进行讨论，激发学生的好奇心，提高学生的求知欲。问题式教学法可以让学生们从问题中去学习，提高学习的积极性，培养自学能力以及创造能力，增强自主意识，减轻对课堂和教师们的惰性依赖。

（三）对教师的要求

1.PBL 教学模式是以学生们为主体的教学方式，以老师设置的“问题”为指导，引导学生们进行思维与探究。在课堂教学中，教师要加强对工程实践问题的研究，从“以教为本”向“以学生为主体”的教学模式转变。通过“问题”来激发学生们的热情和积极性，从而达到预期的教学效果。

2.教师要明确掌握学生的学习水平。首先要指出，工程管理类专业的工程机械类课程与土木类专业的机械类课程存在着一定的差异，应根据不同的专业特点，采取相应的教学方法。其次在教学时，教师要将所学到的力学知识融入后续的专业课程中，使学生的学习目标更为清晰，在以后的专业课中，有了前面的指点、铺垫，可以加深对专业的认识，并能灵活运用机械的知识。

3.教师既要熟悉教学大纲，又要深入地研究教学内容，还要能够对知识进行延伸、拓展。“问题”应按教学内容进行，适当扩充，以引起学生们的学习兴趣，在“问题”的准备中，了解与之有关的相关知识，培养学生自主学习的能力。此外，对日常生活中遇到的工程力学问题及现象也要多加留意，例如，拧水龙头所反映的力学问题，密切关注国内外的科研动态，使新知识、新内容不断融入课堂教学中，使之与时俱进。

4.教师应积极参加工程力学实践，丰富自身的经验，才可以将实践中遇到的问题，更好地引用到课堂教学中，通过实例来引导学生思考探究，丰富授课内容的同时，提高教学质量。

四、“PBL+翻转课堂”教学法的应用

近几年来，一种新型高效的教学方式——翻转课堂开始慢慢渗透到各个专业教学中。翻转课堂主要是在上课之前，利用视频、电子书、幻灯片、网站等或书籍、讲义等学习教学内容，并在课堂上花时间练习、讨论等。其目标是让学生们参与到课堂教学中，实现相互协作。为进一步提高教学水平，笔者尝试将问题式教学法，与翻转课堂相结合，课程开展流程如下：

（一）课前准备

事先通知同学，独立完成力学模型的构建，并用PPT 形式演示。将学生进行分组，合作完成PPT 的制作。这样能够让每个小组的同学都可以积极学习相关的知识点，通过互联网平台、图书馆等多种途径，查阅课本、相关专业书籍、专业文献等资料，对相关工程力学知识进行学习。再按要求建立相应的力学模型，由小组成员共同努力，完成PPT 的制作。

（二）课堂PPT 的汇报

由每组推选出一位讲解人员，在课堂上完成PPT 的汇报，每人汇报的时长控制在20—30 分钟。

（三）课堂提问环节

在成员汇报完PPT 后，由其他小组的成员，向该汇报小组提问。若汇报小组成员回答正确，则给予加分；若回答错误，或者没有回答出来，便给提问小组加分。PPT 演示完毕，同学们可以自由地进行提问和解答，交流学习经验和研究结果。由老师对学生的学习情况进行指导和评价。

（四）课后总结

待课程结束后，以组的形式，对课程进行归纳总结，并将其他小组提出的问题进行整理，通过继续查阅相关资料，或请教同学、教师等方式，解决问题，进一步扎实理论知识。

（五）实施效果

为了解问题式教学的应用效果，笔者采用问卷调查的方式，在完成阶段式教学后，将问卷发放到学生手中。发出问卷220 份，回收的有效问卷220 份。统计结果显示，98%的学生更喜欢问题式教学模式，其中82%的学生喜欢以“PBL+翻转课堂”为主导的教学方法，希望今后继续开展以“PBL+翻转课堂”为主导的教学活动。

通过此次研究，发现“PBL+翻转课堂”教学法，在工程力学课程教学中，有以下几方面优势：①可以让学生更好地掌握工程力学方面的理论知识，并能够借助自己所学，解决实际中的问题；②该教学模式灵活有趣，能够吸引学生的注意力，也可以激发学生的主观能动性，提高自主学习效果；③该教学模式可以更好地培养学生的合作精神以及社交能力，对今后投入工作有积极影响；④该教学模式能够更好地让教师发现学生学习过程中遇到的问题以及不同学生对于知识的掌握情况，有助于针对指导。

结语

综上所述，问题式教学法是以学生们为中心、以能力为导向的现代教育观念下的教学方法，是培养学生们的工程意识、创新意识和动手能力的重要手段。在教学中，教师要结合学生们的实际学习状况，不断地提升自己的能力，创新教学手段，使学生们真正地成为教学主体，通过科学的引导，来锻炼学生的独立思考和积极学习能力，摆脱对教师的惰性依赖，帮助学生快速建立自己的知识体系，找到正确的学习方法，使学生们的综合素质得到全面提升。