问题教学模式在机械基础实验教学中的应用探索

李飞，郭保苏，梁永丽

（燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛 066004）

机械原理和机械设计课程是机械类专业的基础课，其配套的课内实验课是专业基础教学的一个重要环节，在教学活动中扮演了承上启下的作用。学生通过参与实验教学活动，可以在实验操作过程中实现理论与实践的统一，加深对理论课所学内容的理解，也为进一步掌握其他专业知识打牢理论和实践基础。

教育部高等教育教学评估中心在《中国工程教育质量报告》的解读中指出，高校的人才培养应匹配《中国制造2025》和“一带一路”国家战略的人才需求，其中一点就要持续改进工程教育理念、 课堂教学及学生能力发展等内涵要素，以确保人才质量建设真正落地[1]。因此，在这样的新形势下，为了不断满足工程教育对人才培养的要求，笔者所在的教学团队持续推动机械原理和机械设计课程及实验课的教学改革，并取得一定成效[2-4]。但是，这些实验课仍然存在学生的学习主动性欠佳、授课内容与实际工程问题连接不够紧密等问题，影响实验教学效果的进一步提升。为解决这些不足，笔者以完善实验教学过程作为切入点，在其中融入问题教学模式，以提出的各项问题为引导，提高学生的专注度、激发学习主动性，由此提升实验课教学效果，达到培养学生综合能力的目的。

1 机械基础实验教学应用问题教学模式的必要性

问题教学模式，即是以“问题”为导向的教学模式，属于启发式教学，通过指导教师提出问题，引发学生对问题的积极思考，引导学生利用所学知识主动获取解答问题的方法和知识[5]。在教学过程中采用问题教学模式，学生处于主动地位，学习的积极性更高，课堂教学的效果更佳，对于提升学生的学习能力、思考能力、解决问题的能力等有积极的促进作用[6]。

传统的实验教学往往采用“灌输式”教学方法，实验教师主导教学过程，要先用一定的课上时间来对相应实验项目的原理、 仪器设备及操作步骤进行逐一介绍，再指导学生开展实验操作。这样使得学生在整个教学活动中始终处于被动地位，仅仅是按照指导教师设定的流程完成实验操作，缺乏独立思考的过程，也不能主动将实验内容与实际工程问题相联系，往往导致学生参与机械基础实验的积极性不高，实验完成的质量不尽如人意，学生的综合能力也不能有效得到提高。因此，教师在教学过程中融入问题教学模式，通过调动学生的积极性，引导学生进行主动思考和实践，可以让学生由被动转为主动、成为教学过程的主体，即在教学中以学生为中心，有效弥补现有实验教学上的不足。

2 机械基础实验中提出问题的要点

在机械基础实验教学中采用问题教学模式，提出什么样的问题是影响教学效果优劣的核心。因此，指导教师在提出问题时，要根据实验教学要求，把握以下两个要点，以求在教学中取得良好效果。

首先，要确保提出的问题是科学的、 具有引导性的、面向工程实际的。问题要基于课程内容和实验课特点来设计和提出，体现知识点的科学性，而不是为了提问而提问；提出的问题应该对学生有引导性，可以让他们在思考和解决问题的同时，做到举一反三、 扩展思路，逐步去探寻更深层次问题的解决途径，这也是问题教学模式的重要作用所在；实验课教学同理论课一样，提出的问题要向工程实际靠拢，这样才能真正达到教学的最终目的，让学生具备解决工程实际问题的能力。

其次，按照3W 原则提出的问题，即What（是什么）、Why（为什么）、How（怎么做），这实质上是将提出的问题分为三个层级。初级问题是要让学生明确“是什么”，这类问题在于巩固学生在理论课所学的概念性知识，例如在机械原理实验中“什么是机构运动简图”、在机械设计实验中“什么是传动带的弹性滑动和打滑”；中级问题是要让学生明白“为什么”，这类问题可以引导学生对所学知识产生更深层次的思考，如“动平衡的转子为什么一定是静平衡的”“在托架螺栓组中，各螺栓的受力为什么会相互影响”；高级问题在于让学生解决“怎么做”，需要学生综合利用所学知识来解决相应的实际问题，如“可以调整哪些参数来保证加工的齿轮不产生根切”“如何设计重载、中速、发热量大的蜗杆传动轴系结构”等。教师在实验课中应用问题教学模式进行授课时，问题的设置与提出要侧重于中级和高级问题，以利于提高课堂效率，也能够更好地调动学生参与学习的积极性，促进教学效果的提升。

3 采用问题教学模式的机械基础实验教学过程设计

基于以上两个要点，该文设计了融入问题教学模式后的机械基础实验教学流程，如图1所示。

按照教学流程图，机械基础实验的教学过程可分为四个阶段：

（1）开课准备阶段。

实验课开课前，根据各机械基础实验项目的内容和教学要求，实验指导教师与理论课教师共同商讨并确定在教学中要向提出的具体问题，并且将各个问题分别安排在课前预习、课内讲解和课后思考三个部分。其中课前预习和课后思考的问题印制在实验指导书和实验报告册中； 课内讲解的问题用于实验指导教师授课时使用。

图1 融入问题教学模式的机械基础实验教学流程图

（2）课前预习阶段。

学生领取实验指导书和实验报告册后，对相应实验项目进行预习，通过回顾理论课所学知识、讨论、收集资料等方式，在实验报告册中对实验预习部分的问题进行解答。此外，学生通过深度自学实验过程，以缩短教师在课上讲解具体实验步骤等内容的时长。

（3）授课实践阶段。

在实验授课阶段，实验教师除了对实验项目的重点内容进行讲解外，还可对预习部分的重点问题进行详解，以加深学生对课程内容的理解。同时，教师根据课堂状态机动地使用课上问题与学生进行互动，来调动学生的积极性、提高学生的注意力。在指导学生实验过程中，教师主动引导学生对实验中发现的问题进行思考和解决。学生完成实验后，在完成实验记录与数据分析的基础上，独立对实验报告册中的课后思考题进行解答。

（4）评价反馈阶段。

建立实验成绩考核评价体系，将实验成绩分为课前预习、实验操作与数据分析、课后思考三个部分，占比分别为20%、40%、40%，每门理论课的实验项目全部完成后，教师结合学生实验报告册的完成情况来最终核算每名学生的实验成绩。此外，实验指导教师针对学生回答各部分问题的情况及授课情况进行总结和归纳，进一步优化和丰富问题内容，更新指导书和授课内容，以实现整个教学过程的闭环反馈，为下一个周期的教学活动做好准备。

4 机械基础实验教学中问题教学模式的实施效果及改进方向

在2018年秋季学期《机械设计》及2019年春季学期《机械原理》实验课实施过程中，实验指导教师由于在教学过程的各个阶段融入问题教学模式要素，使得实验授课效率较之以往有了明显改善，学生参与实验的积极性和专注度显著提高，实验完成效果也优于传统教学模式。

在这一个教学周期的实践基础上，笔者将根据授课效果和学生反馈，持续对相应的问题内容进行改进和更新，进一步按照上述四个阶段的教学过程，将问题教学模式与实验教学进行有效融合，优化课上教学环节，不断调动学生的主动性和积极性，鼓励学生主动思考和探究、支持他们对机械基础实验的内容提出更多、更深入的问题，逐步完善以学生为中心、以问题为导向的机械基础实验教学模式，更好地为促进学生的综合发展提供支撑。

5 结语

与机械原理、 机械设计课程配套的课内实验课是机械类专业基础教学的重要部分，这些机械基础实验课教学的效果会对专业学生的能力培养产生深远影响。为了让学生在专业基础教学阶段就强化主动学习和思考解决问题的能力，通过在机械基础实验教学过程中融入问题教学模式并持续改进，经过探索和实践说明这是一个有效提升实验教学效果的途径。