以“PBL+翻轉課堂”為導向的教學方法在工程力學教學中的應用效果*

孫艷麗 ， 郭 飛

（1.新疆大學機械工程學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆醫科大學第一附屬醫院，新疆 烏魯木齊 830046）

0 引言

為了提高教學水平，各個高校相繼提出了高等教育改革工程。越來越多的高校開始推動教學改革，并由傳統的教學方式轉向以學生為中心、以培養大學生的能力為主的教學方式，使學生具備發現問題、解決問題及自主學習的能力，以便他們能更好地適應社會的快速發展。

傳統的教學模式大多是以教師為中心，向學生傳授大量信息。在教學方面，教師必須掌握適當的教學機制、過程和方法。教學活動在既定的過程中消除了出錯的可能性。當教師能夠保持學生的注意力、專注力和積極性時，這種傳統的方法會非常有效。在評估方面，這種方法旨在衡量學習者盡可能準確地再現所教內容的能力，并將其應用于與先前研究類似的情景中。但隨著互聯網的普及和技術的創新，學生不再是自己學習的旁觀者，相反，他們是積極的參與者。互聯網可以提供他們大多數問題的詳細答案。在高等教育中，這些年輕人希望成為知識的核心，他們希望溝通、互動和為交流作出貢獻，而不是被動地接受和吸收信息。因此，他們其中很多人對圍繞講課形式的傳統教學方法不感興趣。

PBL是從大約50年前引入的創新醫學院課程發展而來的，它利用模擬的現實世界場景來促進學生學習概念和原理，以解決復雜的現實世界問題[1]，以便為學生提供利用適當知識的機會。以PBL為導向的教學方法[2]目前在各類教育中較為流行，且在多個學科的教學應用中都取得了良好的教學效果。PBL教學方法是一種以學生為中心的方法，學生在學習的同時積極參與解決有意義的問題[3]。其特點包括發展自我指導的學習技能、批判性思維和分析、解釋概念，以及將課程內容應用于現實世界的例子。以問題為基礎的教學是彌合理論與實踐之間差距的一種有效方式，使學生能夠更好地利用他們的專業知識和技能來解決復雜的問題[4]。

近年來，一種新的有效的教學方法——翻轉課堂也開始流行起來。這種教學方法是學習者在課堂開課前利用例如視頻、電子書、幻燈片、網站等或書籍、講義等學習教學內容，并在課堂上花時間練習、討論等[5-6]。它的目的是讓學生參與到教學和課堂中來，并相互協作。翻轉課堂教學方法考慮了包括視頻會議在內的學習，并要求在課堂外進行復習，將課堂時間集中在練習和課堂應用程序的開發上。這也是一種創新的教學方法，可以改善學生的學習。

1 教學設計與實施

工程力學課程是工科專業的必學課程之一，也是力學、機械、土木等專業的基礎課程之一。工程力學課程主要研究物體的機械運動和構件的強度、剛度、穩定性及各種材料的破壞極限等。它包括理論力學和材料力學兩門課程的相關內容，所涉及的內容是有關力學的基礎理論知識，在基礎課和專業課之間起橋梁作用，同時它也為專業設備及機器的機械運動分析和強度分析計算提供必要的理論基礎。

PBL教學法[7-8]是以問題為導向、基于現實世界的以學生為中心的教學方法，在教師的引導下，“以學生為中心，以問題為基礎”，采用小組討論的形式，學生圍繞問題獨立收集資料，發現問題、解決問題，培養學生自主學習能力和創新能力。在PBL教學前，教師可以要求學生做與課程主題相關的家庭作業，如在網站、文獻或教科書上搜索和閱讀信息。在PBL教學當天，教師將一個班級的學生分成多個小組，以小組為單位，各個小組成員相互合作，共同完成一個特定的學習任務，比如討論、PPT展示等。因此，PBL教學法是一種比較靈活的學習方式[9]。首先，該種學習方式調動了整個小組的學習積極性，讓他們共同完成一次特殊的學習任務；其次，該種學習方式可以培養學生的團隊意識；再次，該種學習模式可以有效地檢驗學生的學習效果，在完成任務過程中，發現自己的不足之處，可及時地查漏補缺。

翻轉課堂式教學模式，是指學生在課前或課外觀看教師的視頻講解自主學習，教師不再占用課堂時間來講授知識，課堂變成了老師與學生之間和學生與學生之間互動的場所，主要內容包括答疑解惑、合作探究、完成學業等，從而達到更好的教學效果。這要求學生具備課堂上社會化的能力，以及使用技術工具的能力，如多媒體學習資源、虛擬學習對象（OVAS）、在線討論論壇以及為此目的提供的支持上述內容的其他工具。除此之外，還需要制定策略、構建和準備符合學生需要的材料。這種方法顛覆了教與學過程中的傳統模式，促進了課堂外的在線工作模式，并將某些任務轉移到了課堂內。

以“PBL+翻轉課堂”為導向的教學模式在工程力學中的運用，可以充分調動學生自主學習的能力，培養他們的創造力和學習積極性。在學習的過程中，學生可借助網絡、圖書館等資料，在老師的指引下，自主完成每次分組的建模任務，并以PPT形式進行展示，隨后分組討論、答疑。這不僅能調動學生自主學習的積極性，鞏固所學的基本知識點，還鍛煉了學生的邏輯思維、共同合作、口頭表達及溝通能力，也使學生自主解決問題的能力得以提高。

1.1 教學對象

選擇新疆大學2018級機械工程專業本科生240人為研究對象，該部分學生完成工程力學等相關課程的學習，具備基本的力學知識。將6個班學生通過簡單隨機分組法分成兩大組，一組采用以PBL為主導的教學方法（對照組），另一組采用以“PBL+翻轉課堂”為導向的教學方法[10]。每個大組分為15小組，每小組8人左右。

1.2 教學內容及學時

選取工程力學中某章節的3小節，教學時數為2學時。

1.3 教學流程

1.3.1 課前準備

提前告知學生要建立的力學模型，并以PPT形式展示。將教學組班級分組，使每個小組同學預習相關的知識點，可利用互聯網、圖書館等多種途徑，查閱相關資料，比如課本、相關專業書籍、專業文獻等資料。然后根據要求建立相關的力學模型，每組成員合力完成PPT的制作。

1.3.2 課堂PPT的匯報

每組推選一位同學進行PPT的匯報，時間20 min~30 min。

1.3.3 課堂提問環節

根據每組同學PPT的匯報，其他組同學向該組同學提出相關的問題。若回答正確，對該組同學進行加分；若回答錯誤或沒能回答，則對提問組同學進行加分。PPT展示結束后，學生進行自由討論，提出問題，解決問題，分享學習心得及研究成果。教師做好引導及評價。

1.3.4 課后總結

課程結束后，進行課程總結。對課程進行總結歸納，并對學生提出的問題進行答疑總結。

2 教學效果評價

采用問卷調查形式，在課程討論結束后向每位同學發放課程教學調查問卷，確保每位學生填完后收回。共發出240份調查問卷，收回240份。對調查問卷進行整理，結果如表1、表2所示。

表1 學生對分組討論教學方法的效果評價

表2 學生對“PBL+翻轉課堂”教學方法的效果評價

3 討論

分組討論PBL教學的前提是新知識在已有的知識體系上，以學生主動學習為主導，以小組討論為教學形式，在老師的輔助輔導下，圍繞某個與課程相關的力學模型進行研究，最終提出解決問題的方案，從而完成這一課程的學習。

如何在課堂上盡可能提高解決問題的能力很重要，課題組針對工程力學特點，采用“PBL+翻轉課堂”的教學方法，將這兩種新式的教學方法有效地結合起來，發揮這兩種教學方法各自的優勢，從而達到更好的教學效果，激發學生自主學習的意愿。首先，在課程前告知學生進行小組討論時的要求——結合課程內容建立相關的力學模型，并以PPT展示；其次，在制作力學模型的過程中，每位學生都參與其中，根據小組討論的環節，發揮每位學生的優勢。通過課后問卷調查，結果顯示：學生更喜歡以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學方法。有73%的學生喜歡以PBL為主導的教學方法，有78%的學生喜歡以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學方法，有72%的學生希望今后繼續開展以PBL為主導的教學活動，有83%的學生希望今后繼續開展以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學活動。

“PBL+翻轉課堂”為主導的教學方法注重實踐能力，是以解決實際問題為導向的教學方法。它將工程實際融入材料力學的教學過程，使學生結合自己所學的知識從實際問題出發，將理論知識與實際問題相結合，讓學生體會到自己所學的知識可用于解決相關的工程實際問題。

同時，高等教育的宗旨也在于教會學生如何學習，而不是給學生灌輸更多的基本知識點。在“PBL+翻轉課堂”教學模式中，更多地通過學生之間互相討論、共同合作完成一次學習任務。參與的主體由教師轉為學生，經過課前學生充分準備，通過小組建立力學模型任務。在該教學過程中，學生可以發現自己的不足與疑惑，教師也可以利用課堂與學生進行更充分的討論與答疑。這樣可以充分調動學生自主學習的積極性，幫助學生培養自主學習的意識，使學生具備真正自主學習的能力，減少對老師的依賴。

通過這次“PBL+翻轉課堂”教學在工程力學課程的運用，發現它有以下優點：1）學生不僅學會了材料力學的理論知識，同時他們還掌握了如何運用自己所學的工程力學知識解決工程實際問題；2）該種教學模式學習過程比較有趣，有利于提高學生主動學習的意愿；3）該種學習模式有利于培養學生團隊意識和合作精神；4）該種教學模式有利于教師發現學生的問題，可及時給予學生相應的輔導。

以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學方法打破了傳統的授課方式。在模型準備過程中，學生要查閱相關的資料，強化了所學知識，也有助于他們開拓知識面，同時還使小組成員之間增強了合作意識，發揮出各組成員的優勢，有利于學習任務的盡快完成，提高了學生應對和處理問題的能力等。而在分組討論過程中，每次討論都是解決工程實際問題的基礎，學生通過將所學的理論知識與實際問題相結合，提高了動手能力和解決工程實際問題的能力。

基于PBL理念的教學方法需要教師在課下利用各種網絡及書籍資源傾盡心血去探索、設計各個教學環節，反思存在的問題，以“問題”為引導，與時俱進。這樣才能推動翻轉課堂在工程力學課程中的運用和發展，才能培養出全面發展的學生。

翻轉課堂把學習的決定權從教師轉給了學生。在翻轉課堂模式下，學生能夠最大程度地發揮主動性和學習積極性，與教師、同學共同研究解決疑難問題，從而獲得更深層次的理解。如果能將這兩種教學方法有效地結合起來，便能達到更好的教學效果。

將PBL教學方法和翻轉課堂教學方法結合時，需要老師和學生做一些準備：課前，老師需要將每個小組的力學建模任務提前告訴學生，便于學生提前做好建模前的準備工作，其次，學生需要結合互聯網或相關學習輔導資料完成相關知識點的課前預習。上課時，教師可將課程相關的知識點進行講解，幫助學生很好地梳理相關的工程力學知識點，以便學生有條理地進行學習。剩下的課堂時間可全部交給學生自己，根據之前分好的小組，每個小組逐一進行PPT展示、答辯和討論。各小組共同在課前完成相關的力學建模任務，發現問題，解決問題，完成相關章節學習。同時，教師需要根據學生的討論及答辯情況進行相關疑點的解答，對學生進行有效的輔導。學生需根據各小組的建模及答辯情況給各個小組打分，以便鼓勵學生進行良性競爭，提高他們的學習效率。教師根據學生整體的答辯和討論情況，進行最后的學習總結和答疑工作。課后，學生可以根據自己對相關知識點的掌握情況進行課后筆記本整理，以便進行知識點的查漏補缺。對于難點和疑點問題可先記錄下來，看自己能否通過互聯網、相關輔導書等資料解決問題，如不能解決，可請教同學和老師。

但將這兩種教學方法結合的同時，如果不能有效地結合，也有一定的缺點。如果在小組建模過程中，學生之間出現合作不佳的情況，勢必會影響各小組的任務完成進程。各個小組中學生的學習成績也有差異，對于學習主動性較差的學生，可能達不到預期的教學目標，進而無法實現共同進步的學習目標。針對以上情況，可以在分組時根據學生的學習能力、學習條件、性格特點、自由組隊意愿等多方面因素綜合考慮分組，以確保各小組的實力均衡，使小組成員之間可以相互商量、相互幫助，共同完成小組學習任務。

如今，教師面臨的挑戰是讓學生對學習感興趣并激發他們的積極性。如果他們有動力和興趣，他們就會尋求自學，而不是任何人強迫他們這樣做。然而，對于教師來說，這是一件很令人頭疼的問題。而以“PBL+翻轉課堂”為主導的教學方法既切合實際，又非常積極。這種方法更容易消除學生水平的顯著差異，也是一種實現起來相當簡單的方法。課程從實際工作開始，然后是教程，最后是展示討論。整個教程以小組形式進行增加了學生和教師之間的互動，并提供了解決這些問題的方法和指導方針。學生們也能積極參與這些解決方法的開發。