刘 瑶 　 贾 杰 　 吴鹤翔

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨　150040)



问题学习法在工程力学课堂中的实践与研究★

刘 瑶 贾 杰 吴鹤翔

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨150040)

摘要：为提高工程力学教学质量，将问题学习法(PBL)新型教学模式应用于课堂教学中，构建了培养学生自学、创新和解决工程实际问题能力的教学体系，并对其具体的实践过程进行了阐述，指出PBL教学模式可提高学生学习的积极主动性，使学生养成善于探索的好习惯。

关键词：问题学习法，工程力学，教学模式，课程

0引言

基于问题的学习(Problem-Based Learning,简称PBL)起源于20世纪60年代的医学教育领域，90年代中期被美国学者应用到教育领域。与传统讲课方法不同,问题学习法主要体现在教师不仅是知识的传授者,同时也是学生学习的激励者和指导者，它强调由教师精心设计问题,让学生积极地、主动地去感受和发现问题，通过对已学知识和经验的掌握去寻找解决问题的方法，提高对基本概念和原理的理解,培养学生的探索能力，激发创新性思维,使课堂教学成为在教师主导下由学生自主感受和发现问题到自主地解决问题的良性过程。

1传统教学模式的改变

在高等教育中，学科基础课的学习是最为重要的，是基础课向专业课过渡阶段，也是将学生培养成专业人士的关键阶段，所以在高等教育面临着巨大挑战的情况下，教学中应加强培养学生在当今压力很大的社会中生存所需的各种技能。工程力学课程作为东北林业大学成人教育学院机械、土木、交通类等专业的必修基础课，为一系列后续课程打下坚实基础，传统的教学模式只强调学生接受学习、死记硬背、机械训练，课堂不敢问、不敢说、满堂灌的现象比较突出，长此以往导致学生缺乏自我思考的空间和主动探索、获取新知识的能力，所以改变传统的教学模式、探索新型的学习方式，成为工程力学课程改革迫切需要解决的问题。

2PBL在课堂教学中的实践

2012年，《工程力学》课程被评为东北林业大学重点课程。几年来，在各级部门的支持和帮助下，课题组已自制了教学录像，引进了现代化教学手段，结合课程的教学目标和学生特点，合理地选择、安排和运用了各种教学媒体及教学资源，使学生在最佳的学习条件下进行学习，并且在实现教学优化方面作了若干尝试和探讨。

去年，笔者开展了PBL教学模式的实践与探索。在实践中，以课堂为突破口，围绕如何提高学生的学习水平和工程力学课程教学质量这一问题，将PBL教学模式运用到工程力学的教学改革中，从学生的心理需要出发，从发现问题、分析问题、解决问题的过程，从问题的设计、发问技巧、结合实践等方面进行探索，培养学生的自主学习能力和创新精神，取得了较好成效，现将具体操作进行探讨。

以李静辉教授主编、由科学出版社于2009年8月出版的《工程力学》为教材，以东北林业大学成人教育学院2014级土木工程专业两个自然班为实施对象，一个为PBL班(实验班)，一个为对照班，两个班按照统一教学大纲、课表授课，保证授课内容和进度的一致性。

2.1PBL实践准备工作

教师准备工作的优劣直接决定着实际教学开展的成败。在这个环节中，教师的主要任务包括：

1)全面了解学生的特点、学习态度和学习情趣；

2)全面了解工程力学课程教学大纲、考点，分清教材的重点和难点内容，准备必要的学习资源；

3)根据工程力学课程的学习目标和课程内容联系生活实践去设计问题情境；

4)设计以章为单位的达标练习和课后作业。

2.2设计提问的问题，呈现真实的问题情景

首先，创设的问题易于理解，适合学生的身心发展,能激发学生的探索欲望和兴趣；其次，问题的设计以课程内容为依托，能够引出与所学知识有关的概念、原理，立足于灵活的理论基础与思维能力；再次，问题应该顺应多种教学模式,促进学生获得知识和发展技能；最后，呈现的问题情境应能最大程度地培养学生解决问题的积极性和自信心。

例如，在讲到静力学部分约束类型这类知识点时，笔者通过图片呈现的方式，创设了一个与真实生活和教材所学内容有密切联系的问题情境，激发学生学习兴趣。

首先给出图片，如图1所示。具有光滑接触面的两个木块，在力F1和F2共同作用下会产生什么结果，面对这个问题，学生会有哪些疑惑。留给学生一定的思考时间后，一些同学争先恐后的开始发言，而且争论声不断。“图中A块不动，B块沿斜面m—n滑动”“A，B两木块都不动”“A，B两木块都运动”“B块不动，A块沿斜面滑动”等一系列答案，可是，木块为何会这样运动，其中涉及的原理又是什么。

提问结束后再给出图片，如图2所示。带有两个不平行槽的矩形板上作用一力偶M，在槽内插入两个固定于地面的销钉(销钉与槽面都是光滑的)。面对这个图片，学生又会提出怎样的问题，与图1相比又有何联系和区别。

另外，在讲解圆柱铰链约束类型时，笔者就把日常生活中使用的剪刀展现在课堂上，让学生去思考教师的出发点和目的；有时，有些同学提出的有新意的问题完全出乎教师的意外，所以，实施PBL过程中，教师的任务是很艰巨的，除了在学习过程中促进、指导学生学习以外，必须为PBL作充分的准备。

2.3解决问题

这一阶段，教师不是直接告诉学生应当如何去解决面临的一些问题，而是向学生提供解决该问题的有关线索。为了高效率地解决问题，学生需要考虑哪些资源可以帮助自己解决这个问题。教师应要求学生出声思维，便于发现学生思路错误，及时给予纠正。

1)分组协作。为了解决课堂的问题，把学生分成讨论小组，通过不同观点的交流，补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解。每个小组一般由5个或者6个学生组成，一起讨论课堂上的问题。由各组选派代表进行总结发言,据所掌握的知识提出解决问题的各种方法，教师及时作出更正或者补充。最后,教师对学生们的讨论结果进行总结概括,并进一步加深提出的问题,留给小组课下去完成。

对于上述设计的情境，教师可以在课堂上让各小组成员亲自动手去呈现出图1和图2上的情景，让他们去思考发现该问题的正确结论，再通过讲授光滑支承面约束类型的受力特点来加深理解为何两木块不能平衡的原因。引出图2的目的是激发学生能够根据光滑支承面的受力特点达到举一反三的效果，找出图1和图2之间的联系与区别，进而为后面讲授关于“力偶的性质”一节内容做铺垫；对于圆柱铰链约束，让学生在课堂上动手拆装剪刀，描述剪刀的工作原理，进而总结、归纳轴和孔的工作原理及其受力特点。

2)收集信息并共享。解决问题时，每个小组要学会收集和共享资源，学会把获得的新资源用于加深对问题的理解上，无论是课前、课中还是课后，都应学会与同学、教师交流、沟通合作。

3实践结果

1)PBL教学法与传统教学法的比较。在教学课程完全结束后,笔者对实验班学生进行了有关本次教学方法改革的问卷调查。问卷内容涉及诸多方面,包括学习兴趣、学习效率、自主学习等能力的培养以及对工程力学课程的重点、难点内容掌握程度及其应用的情况等。结果表明：实验班绝大多数学生认为PBL教学法优于传统教学法，详见表1。

2)期末考试成绩的对比。学期末,对PBL班和对照班学生进行了理论笔试考试,结果表明,PBL班的平均成绩为81.482分，对照班的平均成绩为77.164分，成绩没有特别地明显高于对照班成绩的主要原因在于期末考试仍为传统的考试方式,不能充分考核学生的各种能力；PBL教学模式处于尝试阶段，而学生各种能力的提高需要较长时间的积累才能获得。但学年最高分99分在PBL班，并且无不及格现象，详见表2。

4实践PBL的体会

由于课堂教学时间和空间的限制，课堂教学条件下的PBL仍然具有局限性，作为学生的合作者和指导者，教师应当从以下几个方面进行改进：

1)加强学生总结性思维。

由于工程力学与工程实际联系紧密，思维性特别强，因此，教师在授课中应结合启发式教育，启发性地提出问题、分析问题，力争做到问题来源于实践，反之再把学到的理论运用到实践中，这样有利于培养和提高学生的逻辑思维能力。

例如，静力学部分，贯穿始终的是研究对象、受力分析、平衡求解。在平面汇交力系的讲述中强调其研究方法，从力系的合成得到力系的平衡条件；在平面任意力系和空间力系的讲述中，启发学生自己沿着这个思路，得出各力系平衡的条件。

2)转变教师角色。

新课程的理念是“一切为了学生发展”，教师的作用不再是把知识讲给学生,而是引导学生自己去发现和提出问题,及时提供恰当的反馈,帮助学生在合作学习和问题讨论中把基本知识与实际技能很好的结合起来,实现学生真正自主学习的师生角色转变。

3)合理安排课堂时间。

教学过程应始终围绕问题进行，并要围绕重点展开。在课堂上,要注意控制时间,控制范围,不能漫无边际、天马行空，信息量太大会分散个别同学的注意力和兴趣，要有师生互动、生生互动的过程；学生自主学习、老师引导参与的过程；允许学生对某些问题产生分歧或疑义,通过交流、讨论得到统一的结论。

4)充分利用网络资源。

笔者所在的力学教研室于2010年就建设了《工程力学》课程教学网站，提供了丰富的课程教学资源，比如多媒体教学课件、电子教案、试题样板等，不定期开展答疑、讨论，学生还可以通过电子邮件、QQ、微信等方式及时与教师沟通，保证有问题不遗留。

5结语

实践表明,应用PBL模式的学生,尽管期末考试成绩与对照班的成绩无明显差异,但学习能力、创新思维、团队精神、表达能力均高于对照班学生。PBL模式下,能充分调动学生学习的主动性、积极性；使学生养成善于探索、归纳、自主学习的好习惯,并能熟练应用图书馆的资源和网络服务系统,具备较强的沟通技巧和表达能力；而且学生更容易形成正确的专业思想。笔者相信在学校、学院以及各方领导和同事的关心、帮助下，逐渐会找到更多适合工程力学课程的教学模式。

参考文献：

[1]温昊.基于问题学习在信息技术课程中的应用.技术应用，2010(9):56-58.

[2]陈宁,张庆林.基于问题学习的实施及对教师的挑战.基础教育研究，2006(5):134-136.

文章编号：1009-6825(2016)14-0233-03

收稿日期：2016-03-06

作者简介：刘瑶(1979- )，女，硕士，讲师；贾杰(1980- )，男，博士，副教授；吴鹤翔(1983- )，男，博士，讲师

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

★：黑龙江省教育厅新世纪教育教学改革工程项目“基于加强工程素质和创新能力的材料力学实验课程教学改革研究”