孫艷麗 ， 郭 飛

（1.新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，新疆 烏魯木齊 830046）

0 引言

為了提高教學(xué)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(xué)改革，并由傳統(tǒng)的教學(xué)方式轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心、以培養(yǎng)大學(xué)生的能力為主的教學(xué)方式，使學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)問題、解決問題及自主學(xué)習(xí)的能力，以便他們能更好地適應(yīng)社會的快速發(fā)展。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式大多是以教師為中心，向?qū)W生傳授大量信息。在教學(xué)方面，教師必須掌握適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)機(jī)制、過程和方法。教學(xué)活動在既定的過程中消除了出錯的可能性。當(dāng)教師能夠保持學(xué)生的注意力、專注力和積極性時，這種傳統(tǒng)的方法會非常有效。在評估方面，這種方法旨在衡量學(xué)習(xí)者盡可能準(zhǔn)確地再現(xiàn)所教內(nèi)容的能力，并將其應(yīng)用于與先前研究類似的情景中。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和技術(shù)的創(chuàng)新，學(xué)生不再是自己學(xué)習(xí)的旁觀者，相反，他們是積極的參與者?；ヂ?lián)網(wǎng)可以提供他們大多數(shù)問題的詳細(xì)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(xiàn)，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(tǒng)教學(xué)方法不感興趣。

PBL是從大約50年前引入的創(chuàng)新醫(yī)學(xué)院課程發(fā)展而來的，它利用模擬的現(xiàn)實(shí)世界場景來促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)概念和原理，以解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界問題[1]，以便為學(xué)生提供利用適當(dāng)知識的機(jī)會。以PBL為導(dǎo)向的教學(xué)方法[2]目前在各類教育中較為流行，且在多個學(xué)科的教學(xué)應(yīng)用中都取得了良好的教學(xué)效果。PBL教學(xué)方法是一種以學(xué)生為中心的方法，學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時積極參與解決有意義的問題[3]。其特點(diǎn)包括發(fā)展自我指導(dǎo)的學(xué)習(xí)技能、批判性思維和分析、解釋概念，以及將課程內(nèi)容應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界的例子。以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)是彌合理論與實(shí)踐之間差距的一種有效方式，使學(xué)生能夠更好地利用他們的專業(yè)知識和技能來解決復(fù)雜的問題[4]。

近年來，一種新的有效的教學(xué)方法——翻轉(zhuǎn)課堂也開始流行起來。這種教學(xué)方法是學(xué)習(xí)者在課堂開課前利用例如視頻、電子書、幻燈片、網(wǎng)站等或書籍、講義等學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，并在課堂上花時間練習(xí)、討論等[5-6]。它的目的是讓學(xué)生參與到教學(xué)和課堂中來，并相互協(xié)作。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法考慮了包括視頻會議在內(nèi)的學(xué)習(xí)，并要求在課堂外進(jìn)行復(fù)習(xí)，將課堂時間集中在練習(xí)和課堂應(yīng)用程序的開發(fā)上。這也是一種創(chuàng)新的教學(xué)方法，可以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)。

1 教學(xué)設(shè)計與實(shí)施

工程力學(xué)課程是工科專業(yè)的必學(xué)課程之一，也是力學(xué)、機(jī)械、土木等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一。工程力學(xué)課程主要研究物體的機(jī)械運(yùn)動和構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及各種材料的破壞極限等。它包括理論力學(xué)和材料力學(xué)兩門課程的相關(guān)內(nèi)容，所涉及的內(nèi)容是有關(guān)力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起橋梁作用，同時它也為專業(yè)設(shè)備及機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動分析和強(qiáng)度分析計算提供必要的理論基礎(chǔ)。

PBL教學(xué)法[7-8]是以問題為導(dǎo)向、基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，在教師的引導(dǎo)下，“以學(xué)生為中心，以問題為基礎(chǔ)”，采用小組討論的形式，學(xué)生圍繞問題獨(dú)立收集資料，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。在PBL教學(xué)前，教師可以要求學(xué)生做與課程主題相關(guān)的家庭作業(yè)，如在網(wǎng)站、文獻(xiàn)或教科書上搜索和閱讀信息。在PBL教學(xué)當(dāng)天，教師將一個班級的學(xué)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(xué)習(xí)任務(wù)，比如討論、PPT展示等。因此，PBL教學(xué)法是一種比較靈活的學(xué)習(xí)方式[9]。首先，該種學(xué)習(xí)方式調(diào)動了整個小組的學(xué)習(xí)積極性，讓他們共同完成一次特殊的學(xué)習(xí)任務(wù)；其次，該種學(xué)習(xí)方式可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識；再次，該種學(xué)習(xí)模式可以有效地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在完成任務(wù)過程中，發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，可及時地查漏補(bǔ)缺。

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

以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為導(dǎo)向的教學(xué)模式在工程力學(xué)中的運(yùn)用，可以充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)積極性。在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生可借助網(wǎng)絡(luò)、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(wù)，并以PPT形式進(jìn)行展示，隨后分組討論、答疑。這不僅能調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，鞏固所學(xué)的基本知識點(diǎn)，還鍛煉了學(xué)生的邏輯思維、共同合作、口頭表達(dá)及溝通能力，也使學(xué)生自主解決問題的能力得以提高。

1.1 教學(xué)對象

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

1.2 教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時

選取工程力學(xué)中某章節(jié)的3小節(jié)，教學(xué)時數(shù)為2學(xué)時。

1.3 教學(xué)流程

1.3.1 課前準(zhǔn)備

提前告知學(xué)生要建立的力學(xué)模型，并以PPT形式展示。將教學(xué)組班級分組，使每個小組同學(xué)預(yù)習(xí)相關(guān)的知識點(diǎn)，可利用互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等多種途徑，查閱相關(guān)資料，比如課本、相關(guān)專業(yè)書籍、專業(yè)文獻(xiàn)等資料。然后根據(jù)要求建立相關(guān)的力學(xué)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(xué)進(jìn)行PPT的匯報，時間20 min~30 min。

1.3.3 課堂提問環(huán)節(jié)

根據(jù)每組同學(xué)PPT的匯報，其他組同學(xué)向該組同學(xué)提出相關(guān)的問題。若回答正確，對該組同學(xué)進(jìn)行加分；若回答錯誤或沒能回答，則對提問組同學(xué)進(jìn)行加分。PPT展示結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行自由討論，提出問題，解決問題，分享學(xué)習(xí)心得及研究成果。教師做好引導(dǎo)及評價。

1.3.4 課后總結(jié)

課程結(jié)束后，進(jìn)行課程總結(jié)。對課程進(jìn)行總結(jié)歸納，并對學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑總結(jié)。

2 教學(xué)效果評價

采用問卷調(diào)查形式，在課程討論結(jié)束后向每位同學(xué)發(fā)放課程教學(xué)調(diào)查問卷，確保每位學(xué)生填完后收回。共發(fā)出240份調(diào)查問卷，收回240份。對調(diào)查問卷進(jìn)行整理，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 學(xué)生對分組討論教學(xué)方法的效果評價

表2 學(xué)生對“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法的效果評價

3 討論

分組討論P(yáng)BL教學(xué)的前提是新知識在已有的知識體系上，以學(xué)生主動學(xué)習(xí)為主導(dǎo)，以小組討論為教學(xué)形式，在老師的輔助輔導(dǎo)下，圍繞某個與課程相關(guān)的力學(xué)模型進(jìn)行研究，最終提出解決問題的方案，從而完成這一課程的學(xué)習(xí)。

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(xué)特點(diǎn)，采用“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方法，將這兩種新式的教學(xué)方法有效地結(jié)合起來，發(fā)揮這兩種教學(xué)方法各自的優(yōu)勢，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意愿。首先，在課程前告知學(xué)生進(jìn)行小組討論時的要求——結(jié)合課程內(nèi)容建立相關(guān)的力學(xué)模型，并以PPT展示；其次，在制作力學(xué)模型的過程中，每位學(xué)生都參與其中，根據(jù)小組討論的環(huán)節(jié)，發(fā)揮每位學(xué)生的優(yōu)勢。通過課后問卷調(diào)查，結(jié)果顯示：學(xué)生更喜歡以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)方法。有73%的學(xué)生喜歡以PBL為主導(dǎo)的教學(xué)方法，有78%的學(xué)生喜歡以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)方法，有72%的學(xué)生希望今后繼續(xù)開展以PBL為主導(dǎo)的教學(xué)活動，有83%的學(xué)生希望今后繼續(xù)開展以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)活動。

“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)方法注重實(shí)踐能力，是以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法。它將工程實(shí)際融入材料力學(xué)的教學(xué)過程，使學(xué)生結(jié)合自己所學(xué)的知識從實(shí)際問題出發(fā)，將理論知識與實(shí)際問題相結(jié)合，讓學(xué)生體會到自己所學(xué)的知識可用于解決相關(guān)的工程實(shí)際問題。

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

通過這次“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)在工程力學(xué)課程的運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)它有以下優(yōu)點(diǎn)：1）學(xué)生不僅學(xué)會了材料力學(xué)的理論知識，同時他們還掌握了如何運(yùn)用自己所學(xué)的工程力學(xué)知識解決工程實(shí)際問題；2）該種教學(xué)模式學(xué)習(xí)過程比較有趣，有利于提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意愿；3）該種學(xué)習(xí)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識和合作精神；4）該種教學(xué)模式有利于教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題，可及時給予學(xué)生相應(yīng)的輔導(dǎo)。

以“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)方法打破了傳統(tǒng)的授課方式。在模型準(zhǔn)備過程中，學(xué)生要查閱相關(guān)的資料，強(qiáng)化了所學(xué)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(qiáng)了合作意識，發(fā)揮出各組成員的優(yōu)勢，有利于學(xué)習(xí)任務(wù)的盡快完成，提高了學(xué)生應(yīng)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(shí)際問題的基礎(chǔ)，學(xué)生通過將所學(xué)的理論知識與實(shí)際問題相結(jié)合，提高了動手能力和解決工程實(shí)際問題的能力。

基于PBL理念的教學(xué)方法需要教師在課下利用各種網(wǎng)絡(luò)及書籍資源傾盡心血去探索、設(shè)計各個教學(xué)環(huán)節(jié)，反思存在的問題，以“問題”為引導(dǎo)，與時俱進(jìn)。這樣才能推動翻轉(zhuǎn)課堂在工程力學(xué)課程中的運(yùn)用和發(fā)展，才能培養(yǎng)出全面發(fā)展的學(xué)生。

翻轉(zhuǎn)課堂把學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)給了學(xué)生。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，學(xué)生能夠最大程度地發(fā)揮主動性和學(xué)習(xí)積極性，與教師、同學(xué)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(xué)方法有效地結(jié)合起來，便能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

將PBL教學(xué)方法和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法結(jié)合時，需要老師和學(xué)生做一些準(zhǔn)備：課前，老師需要將每個小組的力學(xué)建模任務(wù)提前告訴學(xué)生，便于學(xué)生提前做好建模前的準(zhǔn)備工作，其次，學(xué)生需要結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)或相關(guān)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資料完成相關(guān)知識點(diǎn)的課前預(yù)習(xí)。上課時，教師可將課程相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行講解，幫助學(xué)生很好地梳理相關(guān)的工程力學(xué)知識點(diǎn)，以便學(xué)生有條理地進(jìn)行學(xué)習(xí)。剩下的課堂時間可全部交給學(xué)生自己，根據(jù)之前分好的小組，每個小組逐一進(jìn)行PPT展示、答辯和討論。各小組共同在課前完成相關(guān)的力學(xué)建模任務(wù)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，完成相關(guān)章節(jié)學(xué)習(xí)。同時，教師需要根據(jù)學(xué)生的討論及答辯情況進(jìn)行相關(guān)疑點(diǎn)的解答，對學(xué)生進(jìn)行有效的輔導(dǎo)。學(xué)生需根據(jù)各小組的建模及答辯情況給各個小組打分，以便鼓勵學(xué)生進(jìn)行良性競爭，提高他們的學(xué)習(xí)效率。教師根據(jù)學(xué)生整體的答辯和討論情況，進(jìn)行最后的學(xué)習(xí)總結(jié)和答疑工作。課后，學(xué)生可以根據(jù)自己對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握情況進(jìn)行課后筆記本整理，以便進(jìn)行知識點(diǎn)的查漏補(bǔ)缺。對于難點(diǎn)和疑點(diǎn)問題可先記錄下來，看自己能否通過互聯(lián)網(wǎng)、相關(guān)輔導(dǎo)書等資料解決問題，如不能解決，可請教同學(xué)和老師。

但將這兩種教學(xué)方法結(jié)合的同時，如果不能有效地結(jié)合，也有一定的缺點(diǎn)。如果在小組建模過程中，學(xué)生之間出現(xiàn)合作不佳的情況，勢必會影響各小組的任務(wù)完成進(jìn)程。各個小組中學(xué)生的學(xué)習(xí)成績也有差異，對于學(xué)習(xí)主動性較差的學(xué)生，可能達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步的學(xué)習(xí)目標(biāo)。針對以上情況，可以在分組時根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)條件、性格特點(diǎn)、自由組隊(duì)意愿等多方面因素綜合考慮分組，以確保各小組的實(shí)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(xué)習(xí)任務(wù)。

如今，教師面臨的挑戰(zhàn)是讓學(xué)生對學(xué)習(xí)感興趣并激發(fā)他們的積極性。如果他們有動力和興趣，他們就會尋求自學(xué)，而不是任何人強(qiáng)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(zhuǎn)課堂”為主導(dǎo)的教學(xué)方法既切合實(shí)際，又非常積極。這種方法更容易消除學(xué)生水平的顯著差異，也是一種實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)簡單的方法。課程從實(shí)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(jìn)行增加了學(xué)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(dǎo)方針。學(xué)生們也能積極參與這些解決方法的開發(fā)。