問題教學(xué)模式在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索

李飛，郭保蘇，梁永麗

（燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北秦皇島 066004）

機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)課，其配套的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課是專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在教學(xué)活動(dòng)中扮演了承上啟下的作用。學(xué)生通過參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，可以在實(shí)驗(yàn)操作過程中實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，加深對(duì)理論課所學(xué)內(nèi)容的理解，也為進(jìn)一步掌握其他專業(yè)知識(shí)打牢理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心在《中國工程教育質(zhì)量報(bào)告》的解讀中指出，高校的人才培養(yǎng)應(yīng)匹配《中國制造2025》和“一帶一路”國家戰(zhàn)略的人才需求，其中一點(diǎn)就要持續(xù)改進(jìn)工程教育理念、 課堂教學(xué)及學(xué)生能力發(fā)展等內(nèi)涵要素，以確保人才質(zhì)量建設(shè)真正落地[1]。因此，在這樣的新形勢(shì)下，為了不斷滿足工程教育對(duì)人才培養(yǎng)的要求，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)持續(xù)推動(dòng)機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程及實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革，并取得一定成效[2-4]。但是，這些實(shí)驗(yàn)課仍然存在學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性欠佳、授課內(nèi)容與實(shí)際工程問題連接不夠緊密等問題，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的進(jìn)一步提升。為解決這些不足，筆者以完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程作為切入點(diǎn)，在其中融入問題教學(xué)模式，以提出的各項(xiàng)問題為引導(dǎo)，提高學(xué)生的專注度、激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，由此提升實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。

1 機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用問題教學(xué)模式的必要性

問題教學(xué)模式，即是以“問題”為導(dǎo)向的教學(xué)模式，屬于啟發(fā)式教學(xué)，通過指導(dǎo)教師提出問題，引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的積極思考，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)主動(dòng)獲取解答問題的方法和知識(shí)[5]。在教學(xué)過程中采用問題教學(xué)模式，學(xué)生處于主動(dòng)地位，學(xué)習(xí)的積極性更高，課堂教學(xué)的效果更佳，對(duì)于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思考能力、解決問題的能力等有積極的促進(jìn)作用[6]。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往采用“灌輸式”教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)教師主導(dǎo)教學(xué)過程，要先用一定的課上時(shí)間來對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理、 儀器設(shè)備及操作步驟進(jìn)行逐一介紹，再指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)操作。這樣使得學(xué)生在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中始終處于被動(dòng)地位，僅僅是按照指導(dǎo)教師設(shè)定的流程完成實(shí)驗(yàn)操作，缺乏獨(dú)立思考的過程，也不能主動(dòng)將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際工程問題相聯(lián)系，往往導(dǎo)致學(xué)生參與機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的積極性不高，實(shí)驗(yàn)完成的質(zhì)量不盡如人意，學(xué)生的綜合能力也不能有效得到提高。因此，教師在教學(xué)過程中融入問題教學(xué)模式，通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)思考和實(shí)踐，可以讓學(xué)生由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)、成為教學(xué)過程的主體，即在教學(xué)中以學(xué)生為中心，有效彌補(bǔ)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的不足。

2 機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中提出問題的要點(diǎn)

在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用問題教學(xué)模式，提出什么樣的問題是影響教學(xué)效果優(yōu)劣的核心。因此，指導(dǎo)教師在提出問題時(shí)，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，把握以下兩個(gè)要點(diǎn)，以求在教學(xué)中取得良好效果。

首先，要確保提出的問題是科學(xué)的、 具有引導(dǎo)性的、面向工程實(shí)際的。問題要基于課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)課特點(diǎn)來設(shè)計(jì)和提出，體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的科學(xué)性，而不是為了提問而提問；提出的問題應(yīng)該對(duì)學(xué)生有引導(dǎo)性，可以讓他們?cè)谒伎己徒鉀Q問題的同時(shí)，做到舉一反三、 擴(kuò)展思路，逐步去探尋更深層次問題的解決途徑，這也是問題教學(xué)模式的重要作用所在；實(shí)驗(yàn)課教學(xué)同理論課一樣，提出的問題要向工程實(shí)際靠攏，這樣才能真正達(dá)到教學(xué)的最終目的，讓學(xué)生具備解決工程實(shí)際問題的能力。

其次，按照3W 原則提出的問題，即What（是什么）、Why（為什么）、How（怎么做），這實(shí)質(zhì)上是將提出的問題分為三個(gè)層級(jí)。初級(jí)問題是要讓學(xué)生明確“是什么”，這類問題在于鞏固學(xué)生在理論課所學(xué)的概念性知識(shí)，例如在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)中“什么是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖”、在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中“什么是傳動(dòng)帶的彈性滑動(dòng)和打滑”；中級(jí)問題是要讓學(xué)生明白“為什么”，這類問題可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生更深層次的思考，如“動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子為什么一定是靜平衡的”“在托架螺栓組中，各螺栓的受力為什么會(huì)相互影響”；高級(jí)問題在于讓學(xué)生解決“怎么做”，需要學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)來解決相應(yīng)的實(shí)際問題，如“可以調(diào)整哪些參數(shù)來保證加工的齒輪不產(chǎn)生根切”“如何設(shè)計(jì)重載、中速、發(fā)熱量大的蝸桿傳動(dòng)軸系結(jié)構(gòu)”等。教師在實(shí)驗(yàn)課中應(yīng)用問題教學(xué)模式進(jìn)行授課時(shí)，問題的設(shè)置與提出要側(cè)重于中級(jí)和高級(jí)問題，以利于提高課堂效率，也能夠更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)教學(xué)效果的提升。

3 采用問題教學(xué)模式的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)

基于以上兩個(gè)要點(diǎn)，該文設(shè)計(jì)了融入問題教學(xué)模式后的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程，如圖1所示。

按照教學(xué)流程圖，機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程可分為四個(gè)階段：

（1）開課準(zhǔn)備階段。

實(shí)驗(yàn)課開課前，根據(jù)各機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容和教學(xué)要求，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師與理論課教師共同商討并確定在教學(xué)中要向提出的具體問題，并且將各個(gè)問題分別安排在課前預(yù)習(xí)、課內(nèi)講解和課后思考三個(gè)部分。其中課前預(yù)習(xí)和課后思考的問題印制在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)中； 課內(nèi)講解的問題用于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師授課時(shí)使用。

圖1 融入問題教學(xué)模式的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程圖

（2）課前預(yù)習(xí)階段。

學(xué)生領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)后，對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)習(xí)，通過回顧理論課所學(xué)知識(shí)、討論、收集資料等方式，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)中對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分的問題進(jìn)行解答。此外，學(xué)生通過深度自學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，以縮短教師在課上講解具體實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容的時(shí)長(zhǎng)。

（3）授課實(shí)踐階段。

在實(shí)驗(yàn)授課階段，實(shí)驗(yàn)教師除了對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解外，還可對(duì)預(yù)習(xí)部分的重點(diǎn)問題進(jìn)行詳解，以加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。同時(shí)，教師根據(jù)課堂狀態(tài)機(jī)動(dòng)地使用課上問題與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，來調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、提高學(xué)生的注意力。在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，教師主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行思考和解決。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，在完成實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，獨(dú)立對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)中的課后思考題進(jìn)行解答。

（4）評(píng)價(jià)反饋階段。

建立實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核評(píng)價(jià)體系，將實(shí)驗(yàn)成績(jī)分為課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)分析、課后思考三個(gè)部分，占比分別為20%、40%、40%，每門理論課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全部完成后，教師結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)的完成情況來最終核算每名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。此外，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師針對(duì)學(xué)生回答各部分問題的情況及授課情況進(jìn)行總結(jié)和歸納，進(jìn)一步優(yōu)化和豐富問題內(nèi)容，更新指導(dǎo)書和授課內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)教學(xué)過程的閉環(huán)反饋，為下一個(gè)周期的教學(xué)活動(dòng)做好準(zhǔn)備。

4 機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中問題教學(xué)模式的實(shí)施效果及改進(jìn)方向

在2018年秋季學(xué)期《機(jī)械設(shè)計(jì)》及2019年春季學(xué)期《機(jī)械原理》實(shí)驗(yàn)課實(shí)施過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師由于在教學(xué)過程的各個(gè)階段融入問題教學(xué)模式要素，使得實(shí)驗(yàn)授課效率較之以往有了明顯改善，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和專注度顯著提高，實(shí)驗(yàn)完成效果也優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。

在這一個(gè)教學(xué)周期的實(shí)踐基礎(chǔ)上，筆者將根據(jù)授課效果和學(xué)生反饋，持續(xù)對(duì)相應(yīng)的問題內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)和更新，進(jìn)一步按照上述四個(gè)階段的教學(xué)過程，將問題教學(xué)模式與實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行有效融合，優(yōu)化課上教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考和探究、支持他們對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容提出更多、更深入的問題，逐步完善以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，更好地為促進(jìn)學(xué)生的綜合發(fā)展提供支撐。

5 結(jié)語

與機(jī)械原理、 機(jī)械設(shè)計(jì)課程配套的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課是機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)的重要部分，這些機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的效果會(huì)對(duì)專業(yè)學(xué)生的能力培養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。為了讓學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)階段就強(qiáng)化主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考解決問題的能力，通過在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中融入問題教學(xué)模式并持續(xù)改進(jìn)，經(jīng)過探索和實(shí)踐說明這是一個(gè)有效提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的途徑。