“PBL-互动式”教学模式在“结构力学”中的探索

［摘 要］ “结构力学”在土木工程学科的知识体系中起着承前启后的关键作用，针对“结构力学”课程教学问题，采用“PBL-互动式”教学模式，探索以学生为中心、问题为导向、教师互动启发式施教的教学方法。从“问题情境”“启发讲授”“互动讨论”和“自学解惑”四个方面构建以问题启发和互动实践为特色的课堂教学，对现有的教学方法进行有效改进，激发学生学习主动性与探索性，培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力，以期提高课堂教学效果，提升学生综合素质能力。

［关键词］ “PBL-互动式”；结构力学；课程；教学模式

［基金项目］ 2019年度安徽建筑大学校级教学研究项目“‘PBL-互动式双语’模式在‘结构力学’教学中的探索”（2019jy13）；2021年度安徽建筑大学校级教学研究项目“新工科背景下‘结构力学’课程思政的实践”（2021jy09）

［作者简介］ 戴云彤（1990—），女，安徽马鞍山人，博士，安徽建筑大学土木工程学院讲师，主要从事PBL-互动式教学模式研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）48-0149-04 ［收稿日期］ 2021-10-01

引言

“结构力学”课程在土木工程学科的知识体系中起着承前启后的关键作用，它是基础课与专业课之间的桥梁，不仅拥有严谨的理论体系，而且具有明确的工程背景［1-2］。课程要求学生掌握有关力学的基本理论知识，为后续专业课学习打下扎实基础，同时要求培养学生的逻辑思维能力、抽象思维能力，以及分析和解决问题的能力。在传统教学模式中，常见的“灌输式”“填鸭式”及师徒式教学方式使得该课程教学质量不甚理想。首先，课程固有的理论性及枯燥性使学生缺乏兴趣，课堂缺乏活力；其次，课堂讲授内容多、时间短且多媒体容量大，留给学生思考的时间有限；最后，教学内容与后续课程及实际脱节，理想模型与工程应用无法对应，学生运用结构力学知识解决实际问题的能力不足。

PBL（Problem-based Learning）教学理念是以问题为基础、以学生为中心，注重学生的自主学习，将问题作为学习的起点和知识选择的依据，培养发挥学生的主观能动性和潜在创造力［3-4］。互动式教学方法是通过营造多维互动的教学环境，在师生平等交流互动的过程中，提倡学生的学习主体性，重视学生表达与实践能力的培养。将PBL理念与互动式教学有效融合，教师以案例和问题为起点引领学生学习并探索解决方案，注重课堂教学的实用性和趣味性，引导学生积极主动地参与到课程知识的学习中，并在学习活动中得到实践能力的全面锻炼。本文以“结构力学”课程为应用案例，引入“PBL-互动式”教学模式，探讨以学生为中心、问题为导向、教师互动启发式施教的教学方法，重点提高学生主观能动性、自学及实践能力，以期对现有的教学方法进行有效改进，提高课堂教学的效果，提升学生的综合素质能力。

一、“PBL-互动式”教学模式的教学优势

“PBL-互动式”教学模式是将PBL教学理念与互动式教学方法有机结合，主要特点是以学生为中心［5］，以问题为导向，具有较为明显的教学优势。

（一）提高学生学习主动性与探索性

传统的“教师是中心和主宰，学生是知识与活动的被动接受者”的教学模式，在很大限度上阻碍了学生积极性、创造性的发挥。PBL强调将学习设置到有意义的问题之中，通过学生的自主探索和合作来解决问题；基于互动原则，学生是课堂活动的积极参与者，教师是引导者、倾听者和评价者，师生之间是一种平等合作的关系。在“结构力学”课程教学中，以掌握力学知识为根本出发点，灵活结合力学发展史、工程案例及时事热点，根据学生接受程度，从实际问题入手组织教学，让学生循序渐进地发现问题、分析问题、解决问题，并自然而然地接受课堂教学。

（二）培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力

考虑到“结构力学”课程的强实践性，改变现行的教学主体单一、教学形式呆板的课堂，构建合作、协商、交流的互动课堂，不拘泥于传统授课方式，注重组织灵活多变的课堂活动，如案例分析、动画演示、模型实验、翻转课堂、分组讨论等，理论与案例并举，趣味与实效并重，在调动课堂氛围的同时，避免力学理论与工程实际脱节，提高学生解决实际问题的实践能力。

二、“PBL-互动式”教学模式的构建路径

“PBL-互动式”教学模式的构建是一个系统工程，用问题和互动将课程内外的知识与应用有机地结合起来，从而打破课程壁垒，真正实现“结构力学”在基础课和专业课之间的桥梁作用。教师可以从“问题情境”“启发讲授”“互动讨论”和“自学解惑”四个方面构建“PBL-互动式”教学模式，如图1所示。

（一）“问题情境”——课程导入

采用“先问题导入，后理论深化”的渐进法教学。在课程导入环节，灵活结合力学发展史、科学家趣闻逸事、工程案例、重大工程建设成就和土木工程学科最前沿研究成果，将课程内容中有意义的问题设置到具体的情景中。在教师的引领下，学生通过分析真实的问题去发掘隐含于问题背后的力学知识，让学生循序渐进地接受课堂教学，并以问题贯穿课程内容，培养学生主动学习的兴趣，以及分析、解决问题的能力。

1.结合力学发展史和科学家趣闻逸事，溯源力学原理发现过程，发挥学生学习主动性。例如，在课程第一节课《绪论》部分，从力学学科发展的角度，以研究对象的由简到繁，阐述理论力学、材料力学、结构力学之间递进的区别与联系；从提供计算方法与基本力学原理的层面，阐述“结构力学”与先修课程及后续课程之间的关系，引导学生自己去发现问题，思考如何学习“结构力学”。

2.针对不同知识点，引入切合实际的工程案例，激发学生的好奇心和学习兴趣。例如，在学习三铰拱的相关内容时，以我国古代或现代各类拱桥、隧道和西方教堂屋顶等为案例导入，自然引出拱结构，继而利用古代拱桥和教堂屋顶的砖石选材，与三铰拱的受力特点相呼应，引导学生将理论模型和实际工程对应起来，这是培养学生利用结构力学知识分析实际问题能力的基础与前提。

（二）“启发讲授”——课堂教学

由于“结构力学”课程具有理论性与实践性并存的特点，需要多样化的教学活动来展现课程内容，以激发学生的学习兴趣和动力。

1.多运用线上、线下丰富的教学资源，将抽象的、不易语言描述的课程内容通过图片、动画、视频、演示实验［6］和工程实例等方式展示给学生。例如，在学习几何组成分析的相关内容时，学生常常对虚铰、瞬铰、平行链杆等认识模糊，教师利用模拟动画和实物模型演示［7］还原几何不变体系、几何瞬变体系和几何常变体系，同时提供常见材料以供学生自己动手还原刚片、链杆、铰等组成的各类体系，让学生更加清晰、深刻地理解这类抽象的理论概念。

2.注意加强不同教学单元之间的联系，使得知识不仅是纵向展开，也有横向贯通，教师以疑导学，以问题活跃课堂气氛，激发学生学习热情，加强教学效果。例如，虚功原理是联系平衡问题与几何问题的桥梁，包含虚位移原理和虚力原理两类应用，以此为纽带，将虚功原理求静定结构内力、机动法求影响线、虚功原理求静定结构位移这三部分内容串联起来，引导学生对这类同源共性问题进行归纳分析，启发学生多角度思考问题，由教师对不同学生的归纳结果进行总结评价，帮助学生拓宽思路。

（三）“互动讨论”——师生交互

构建合作、协商、交流的互动式课堂，积极运用慕课、微课［8］、翻转课堂等互联网教育资源，通过案例分析、模型实验、分组讨论等方式，融入师生、生生交流的互动教学环境。

1.教师将实验数据交由学生进行简单的案例汇报，通过让学生合作解决专业真实问题，学习隐含于问题背后的科学知识，形成“由书本走向实践”“由封闭走向开放”的教学模式。例如，在学习结构动力计算部分内容时，教师为学生展示刚架结构动力特性实验的演示视频，将实验得到的刚架结构各阶频率、振型数据提供给学生，并引导学生观察共振现象，帮助学生形象、具体地了解结构的动力特性。学生在汇报和讨论中充分发表想法，在表达和聆听中进一步梳理对问题的认识，在交流互动中得到再思考、再深化的机会；教师适时引导和点评，帮助学生学习恰当、准确的阐述，加深理解。

2.结合实事，介绍国家重大工程建设成就和土木工程学科最前沿研究成果，时刻提醒学生理论联系实际的重要性，不仅课程生动形象易于接受，而且能够激发学生的兴趣、培养学生的职业精神和家国情怀。例如，在2020年新冠肺炎疫情期间的“结构力学”课程线上教学中，对疫情下的中国速度开展师生、生生讨论，快速建成的火神山医院、雷神山医院用于收治确诊患者，用事实让学生看到强盛又坚定的中国力量，增强工程责任感和使命感，培养学生的民族自豪感。

（四）“自学解惑”——课后拓展

在保障便利的线上查阅及线下实验条件的前提下，为学生设置生动的课外问题，提出需要学生自己动手才能回答的知识拓展问题，布置学生带着问题有的放矢地进行课外自学、深化，解决在有限课堂时间内无法彻底解决的问题，扩大知识面。

1.在学习结构稳定时，布置学生对因忽略杆件稳定而引发的工程事故进行检索，引导学生对理论联系实际进行积极、主动的探索，布置学生撰写检索报告、研究报告等，初步培养学生的科学检索、报告撰写和表达能力。而后教师通过对学生检索案例的回顾、分析，帮助学生更加真实、清晰地理解力学概念。

2.为了让学生更好地将力学概念与工程实际相统一，课后组织学生进入结构大厅和力学实验室，观看各类结构实验和力学实验［9］，激发学生探究结构力学由理论走向实际的兴趣，启发学生运用所学知识分析实际问题的科学思维。

结语

采用“PBL-互动式”教学模式，对“结构力学”课程教学方式进行改革探索，区别于传统意义上的以教师为主导、知识单向传递给学生、知识的更新主要靠教师的教学模式，它具有以问题为基础、以学生为中心、以教师为引导、学生自主学习的教学特点。“PBL-互动式”教学模式包含“问题情境”“启发讲授”“互动讨论”和“自学解惑”四个方面。在“问题情境”阶段，教师以问题为导入，利用力学发展史、科学家趣闻逸事、工程案例、工程建设成就和学科最前沿研究成果引出知识背景，激发学生学习兴趣，提高学生学习主动性；在“启发讲授”阶段，教师以疑导学，以问题加强知识的纵向展开和横向贯通，通过图片、动画、视频、演示实验和工程实例等方式启发教学，活跃课堂气氛，激发学生的学习热情；在“互动讨论”阶段，学生以解决问题的专家的身份参与讨论，教师则作为倾听者协助寻找问题的解决方法，构建合作、协商、交流的互动式课堂；在“自学解惑”阶段，学生有目的性地进行课外自学、深化，解决在有限课堂时间内无法彻底解决的问题。在“结构力学”课程教学中采用“PBL-互动式”教学模式，以期对现有的教学方法进行有效改进，提高课堂教学的效果，提升学生综合素质能力。

参考文献

［1］张军锋，黄亮，郭院成.培养创新能力的“结构力学”课程教学改革探索［J］.教育教学论坛，2021（5）：77-80.

［2］宋征.以大学生结构设计大赛为导向的工科力学课程教学的思考［J］.力学与实践，2021，43（1）：144-149.

［3］刘儒德.问题式学习：一条集中体现建构主义思想的教学改革思路［J］.教育理论与实践，2001（5）：53-56.

［4］刘景福，钟志贤.基于项目的学习（PBL）模式研究［J］.外国教育研究，2002（11）：18-22.

［5］张新春，汪玉林.以学生学为中心的结构力学课程教学改革［J］.大学教育，2021（1）：72-75.

［6］王磊，蔺新艳，张文明，等.课堂演示实验在结构力学教学中的应用［J］.力学与实践，2019，41（6）：709-714.

［7］陈涛，郑元鹏，孙飞飞.结构力学几何体系的一组教学模型［J］.力学与实践，2019，41（6）：724-727.