以“PBL+翻转课堂”为导向的教学方法在工程力学教学中的应用效果*

孙艳丽 ， 郭 飞

（1.新疆大学机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆医科大学第一附属医院，新疆 乌鲁木齐 830046）

0 引言

为了提高教学水平，各个高校相继提出了高等教育改革工程。越来越多的高校开始推动教学改革，并由传统的教学方式转向以学生为中心、以培养大学生的能力为主的教学方式，使学生具备发现问题、解决问题及自主学习的能力，以便他们能更好地适应社会的快速发展。

传统的教学模式大多是以教师为中心，向学生传授大量信息。在教学方面，教师必须掌握适当的教学机制、过程和方法。教学活动在既定的过程中消除了出错的可能性。当教师能够保持学生的注意力、专注力和积极性时，这种传统的方法会非常有效。在评估方面，这种方法旨在衡量学习者尽可能准确地再现所教内容的能力，并将其应用于与先前研究类似的情景中。但随着互联网的普及和技术的创新，学生不再是自己学习的旁观者，相反，他们是积极的参与者。互联网可以提供他们大多数问题的详细答案。在高等教育中，这些年轻人希望成为知识的核心，他们希望沟通、互动和为交流作出贡献，而不是被动地接受和吸收信息。因此，他们其中很多人对围绕讲课形式的传统教学方法不感兴趣。

PBL是从大约50年前引入的创新医学院课程发展而来的，它利用模拟的现实世界场景来促进学生学习概念和原理，以解决复杂的现实世界问题[1]，以便为学生提供利用适当知识的机会。以PBL为导向的教学方法[2]目前在各类教育中较为流行，且在多个学科的教学应用中都取得了良好的教学效果。PBL教学方法是一种以学生为中心的方法，学生在学习的同时积极参与解决有意义的问题[3]。其特点包括发展自我指导的学习技能、批判性思维和分析、解释概念，以及将课程内容应用于现实世界的例子。以问题为基础的教学是弥合理论与实践之间差距的一种有效方式，使学生能够更好地利用他们的专业知识和技能来解决复杂的问题[4]。

近年来，一种新的有效的教学方法——翻转课堂也开始流行起来。这种教学方法是学习者在课堂开课前利用例如视频、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[5-6]。它的目的是让学生参与到教学和课堂中来，并相互协作。翻转课堂教学方法考虑了包括视频会议在内的学习，并要求在课堂外进行复习，将课堂时间集中在练习和课堂应用程序的开发上。这也是一种创新的教学方法，可以改善学生的学习。

1 教学设计与实施

工程力学课程是工科专业的必学课程之一，也是力学、机械、土木等专业的基础课程之一。工程力学课程主要研究物体的机械运动和构件的强度、刚度、稳定性及各种材料的破坏极限等。它包括理论力学和材料力学两门课程的相关内容，所涉及的内容是有关力学的基础理论知识，在基础课和专业课之间起桥梁作用，同时它也为专业设备及机器的机械运动分析和强度分析计算提供必要的理论基础。

PBL教学法[7-8]是以问题为导向、基于现实世界的以学生为中心的教学方法，在教师的引导下，“以学生为中心，以问题为基础”，采用小组讨论的形式，学生围绕问题独立收集资料，发现问题、解决问题，培养学生自主学习能力和创新能力。在PBL教学前，教师可以要求学生做与课程主题相关的家庭作业，如在网站、文献或教科书上搜索和阅读信息。在PBL教学当天，教师将一个班级的学生分成多个小组，以小组为单位，各个小组成员相互合作，共同完成一个特定的学习任务，比如讨论、PPT展示等。因此，PBL教学法是一种比较灵活的学习方式[9]。首先，该种学习方式调动了整个小组的学习积极性，让他们共同完成一次特殊的学习任务；其次，该种学习方式可以培养学生的团队意识；再次，该种学习模式可以有效地检验学生的学习效果，在完成任务过程中，发现自己的不足之处，可及时地查漏补缺。

翻转课堂式教学模式，是指学生在课前或课外观看教师的视频讲解自主学习，教师不再占用课堂时间来讲授知识，课堂变成了老师与学生之间和学生与学生之间互动的场所，主要内容包括答疑解惑、合作探究、完成学业等，从而达到更好的教学效果。这要求学生具备课堂上社会化的能力，以及使用技术工具的能力，如多媒体学习资源、虚拟学习对象（OVAS）、在线讨论论坛以及为此目的提供的支持上述内容的其他工具。除此之外，还需要制定策略、构建和准备符合学生需要的材料。这种方法颠覆了教与学过程中的传统模式，促进了课堂外的在线工作模式，并将某些任务转移到了课堂内。

以“PBL+翻转课堂”为导向的教学模式在工程力学中的运用，可以充分调动学生自主学习的能力，培养他们的创造力和学习积极性。在学习的过程中，学生可借助网络、图书馆等资料，在老师的指引下，自主完成每次分组的建模任务，并以PPT形式进行展示，随后分组讨论、答疑。这不仅能调动学生自主学习的积极性，巩固所学的基本知识点，还锻炼了学生的逻辑思维、共同合作、口头表达及沟通能力，也使学生自主解决问题的能力得以提高。

1.1 教学对象

选择新疆大学2018级机械工程专业本科生240人为研究对象，该部分学生完成工程力学等相关课程的学习，具备基本的力学知识。将6个班学生通过简单随机分组法分成两大组，一组采用以PBL为主导的教学方法（对照组），另一组采用以“PBL+翻转课堂”为导向的教学方法[10]。每个大组分为15小组，每小组8人左右。

1.2 教学内容及学时

选取工程力学中某章节的3小节，教学时数为2学时。

1.3 教学流程

1.3.1 课前准备

提前告知学生要建立的力学模型，并以PPT形式展示。将教学组班级分组，使每个小组同学预习相关的知识点，可利用互联网、图书馆等多种途径，查阅相关资料，比如课本、相关专业书籍、专业文献等资料。然后根据要求建立相关的力学模型，每组成员合力完成PPT的制作。

1.3.2 课堂PPT的汇报

每组推选一位同学进行PPT的汇报，时间20 min~30 min。

1.3.3 课堂提问环节

根据每组同学PPT的汇报，其他组同学向该组同学提出相关的问题。若回答正确，对该组同学进行加分；若回答错误或没能回答，则对提问组同学进行加分。PPT展示结束后，学生进行自由讨论，提出问题，解决问题，分享学习心得及研究成果。教师做好引导及评价。

1.3.4 课后总结

课程结束后，进行课程总结。对课程进行总结归纳，并对学生提出的问题进行答疑总结。

2 教学效果评价

采用问卷调查形式，在课程讨论结束后向每位同学发放课程教学调查问卷，确保每位学生填完后收回。共发出240份调查问卷，收回240份。对调查问卷进行整理，结果如表1、表2所示。

表1 学生对分组讨论教学方法的效果评价

表2 学生对“PBL+翻转课堂”教学方法的效果评价

3 讨论

分组讨论PBL教学的前提是新知识在已有的知识体系上，以学生主动学习为主导，以小组讨论为教学形式，在老师的辅助辅导下，围绕某个与课程相关的力学模型进行研究，最终提出解决问题的方案，从而完成这一课程的学习。

如何在课堂上尽可能提高解决问题的能力很重要，课题组针对工程力学特点，采用“PBL+翻转课堂”的教学方法，将这两种新式的教学方法有效地结合起来，发挥这两种教学方法各自的优势，从而达到更好的教学效果，激发学生自主学习的意愿。首先，在课程前告知学生进行小组讨论时的要求——结合课程内容建立相关的力学模型，并以PPT展示；其次，在制作力学模型的过程中，每位学生都参与其中，根据小组讨论的环节，发挥每位学生的优势。通过课后问卷调查，结果显示：学生更喜欢以“PBL+翻转课堂”为主导的教学方法。有73%的学生喜欢以PBL为主导的教学方法，有78%的学生喜欢以“PBL+翻转课堂”为主导的教学方法，有72%的学生希望今后继续开展以PBL为主导的教学活动，有83%的学生希望今后继续开展以“PBL+翻转课堂”为主导的教学活动。

“PBL+翻转课堂”为主导的教学方法注重实践能力，是以解决实际问题为导向的教学方法。它将工程实际融入材料力学的教学过程，使学生结合自己所学的知识从实际问题出发，将理论知识与实际问题相结合，让学生体会到自己所学的知识可用于解决相关的工程实际问题。

同时，高等教育的宗旨也在于教会学生如何学习，而不是给学生灌输更多的基本知识点。在“PBL+翻转课堂”教学模式中，更多地通过学生之间互相讨论、共同合作完成一次学习任务。参与的主体由教师转为学生，经过课前学生充分准备，通过小组建立力学模型任务。在该教学过程中，学生可以发现自己的不足与疑惑，教师也可以利用课堂与学生进行更充分的讨论与答疑。这样可以充分调动学生自主学习的积极性，帮助学生培养自主学习的意识，使学生具备真正自主学习的能力，减少对老师的依赖。

通过这次“PBL+翻转课堂”教学在工程力学课程的运用，发现它有以下优点：1）学生不仅学会了材料力学的理论知识，同时他们还掌握了如何运用自己所学的工程力学知识解决工程实际问题；2）该种教学模式学习过程比较有趣，有利于提高学生主动学习的意愿；3）该种学习模式有利于培养学生团队意识和合作精神；4）该种教学模式有利于教师发现学生的问题，可及时给予学生相应的辅导。

以“PBL+翻转课堂”为主导的教学方法打破了传统的授课方式。在模型准备过程中，学生要查阅相关的资料，强化了所学知识，也有助于他们开拓知识面，同时还使小组成员之间增强了合作意识，发挥出各组成员的优势，有利于学习任务的尽快完成，提高了学生应对和处理问题的能力等。而在分组讨论过程中，每次讨论都是解决工程实际问题的基础，学生通过将所学的理论知识与实际问题相结合，提高了动手能力和解决工程实际问题的能力。

基于PBL理念的教学方法需要教师在课下利用各种网络及书籍资源倾尽心血去探索、设计各个教学环节，反思存在的问题，以“问题”为引导，与时俱进。这样才能推动翻转课堂在工程力学课程中的运用和发展，才能培养出全面发展的学生。

翻转课堂把学习的决定权从教师转给了学生。在翻转课堂模式下，学生能够最大程度地发挥主动性和学习积极性，与教师、同学共同研究解决疑难问题，从而获得更深层次的理解。如果能将这两种教学方法有效地结合起来，便能达到更好的教学效果。

将PBL教学方法和翻转课堂教学方法结合时，需要老师和学生做一些准备：课前，老师需要将每个小组的力学建模任务提前告诉学生，便于学生提前做好建模前的准备工作，其次，学生需要结合互联网或相关学习辅导资料完成相关知识点的课前预习。上课时，教师可将课程相关的知识点进行讲解，帮助学生很好地梳理相关的工程力学知识点，以便学生有条理地进行学习。剩下的课堂时间可全部交给学生自己，根据之前分好的小组，每个小组逐一进行PPT展示、答辩和讨论。各小组共同在课前完成相关的力学建模任务，发现问题，解决问题，完成相关章节学习。同时，教师需要根据学生的讨论及答辩情况进行相关疑点的解答，对学生进行有效的辅导。学生需根据各小组的建模及答辩情况给各个小组打分，以便鼓励学生进行良性竞争，提高他们的学习效率。教师根据学生整体的答辩和讨论情况，进行最后的学习总结和答疑工作。课后，学生可以根据自己对相关知识点的掌握情况进行课后笔记本整理，以便进行知识点的查漏补缺。对于难点和疑点问题可先记录下来，看自己能否通过互联网、相关辅导书等资料解决问题，如不能解决，可请教同学和老师。

但将这两种教学方法结合的同时，如果不能有效地结合，也有一定的缺点。如果在小组建模过程中，学生之间出现合作不佳的情况，势必会影响各小组的任务完成进程。各个小组中学生的学习成绩也有差异，对于学习主动性较差的学生，可能达不到预期的教学目标，进而无法实现共同进步的学习目标。针对以上情况，可以在分组时根据学生的学习能力、学习条件、性格特点、自由组队意愿等多方面因素综合考虑分组，以确保各小组的实力均衡，使小组成员之间可以相互商量、相互帮助，共同完成小组学习任务。

如今，教师面临的挑战是让学生对学习感兴趣并激发他们的积极性。如果他们有动力和兴趣，他们就会寻求自学，而不是任何人强迫他们这样做。然而，对于教师来说，这是一件很令人头疼的问题。而以“PBL+翻转课堂”为主导的教学方法既切合实际，又非常积极。这种方法更容易消除学生水平的显著差异，也是一种实现起来相当简单的方法。课程从实际工作开始，然后是教程，最后是展示讨论。整个教程以小组形式进行增加了学生和教师之间的互动，并提供了解决这些问题的方法和指导方针。学生们也能积极参与这些解决方法的开发。