基于 STEAM 教育理念的工程力学混合式教学研究

1 引言

《中国教育现代化 2035⟩ 明确提出，要培养 “复合型、创新型、综合型” 人才以适应时代发展。然而，传统高等教育中 “学科壁垒” 显著，尤其是工科基础课程如《工程力学》，长期存在教学模式单一化、重知识传授而轻能力培养等现象，导致学生难以将理论知识转化为解决复杂工程问题的能力。在此背景下，跨学科教育理念与信息化教学手段的融合成为改革突破口。

STEAM 教育理念起源于美国，以科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）的跨学科整合为核心，强调通过真实问题驱动学习，培养学生的综合素养。而混合式教学则通过线上资源与线下互动的结合，打破时空限制，实现 “以学生为中心” 的个性化学习。将 STEAM 教育理念融入到《工程力学》课程，既是响应教育部 “推动跨学科学习与教育信息化深度融合” 的政策要求，也是解决当前课程教学痛点的实践探索。

2 STEAM 教育理念与混合式教学模式概述

2.1 STEAM 教育理念内涵

STEAM 教育理念并非简单地将科学、技术、工程、艺术和数学这五个学科进行叠加，而是强调学科之间的深度融合与相互渗透。它以现实中的问题为导向，鼓励学生通过跨学科的视角去探索和解决问题。在这个过程中，学生不仅能够掌握各个学科的基础知识和技能，更能培养综合运用多学科知识的能力。

2.2 混合式教学模式特点

混合式教学模式整合了线上和线下教学的优势。线上教学中，学生可借助网络资源，按自身进度和需求自主学习，打破时空限制，提供个性化体验。线下教学注重师生、学生间的面对面交流。教师组织活动引导学生思考，培养团队协作和沟通能力。混合式教学模式使学习更灵活高效，调动学生积极性和主动性。

2.3 STEAM 教育理念与混合式教学模式融合的优势

将 STEAM 教育理念与混合式教学模式融合，为工程力学教学带来诸多显著优势。一方面，通过混合式教学模式，可以为 STEAM 教育理念的实施提供更加丰富的教学资源和多样化的教学手段。线上的教学资源能够满足学生对不同学科知识的探索需求，工案例的视频可以帮助学生更直观地感受多学科知识在工程实践中的应用。另一方面，STEAM 教育理念使教学内容更加注重跨学科融合，教学活动更具综合性和创新性。在这种融合的教学模式下，学生能够在真实的问题情境中，运用多学科知识进行探究和实践，从而更好地培养综合素养和创新能力。

3 工程力学教学现状

教学内容方面，过于侧重理论知识传授，传统工程力学教学模式对工程实际应用关注不足，学生难以将知识与实际问题联系，解决实际问题能力弱；教学方法上，以教师讲授为主，学生被动接受，课堂互动差，难以激发学习兴趣和主动性，不利于创新思维和实践能力培养；此外，传统教学评价以考试成绩为主，重结果轻过程，无法准确反映学生综合能力和素质。

4 教学实践与效果评估

4.1 实践对象与方法

以我校土木与交通学院 2024 级交通运输工程专业学生为研究对象，一个班级为实验组，采用基于 STEAM 教育理念的混合式教学模式；另一个班级为对照组，采用传统教学模式。

教学实践中，实验组按构建的教学模式教学，包括设定教学目标、整合教学内容、运用教学方法、实施教学评价。对照组按传统大纲、内容和方法授课。

教学过程中，对两组学生的学习情况进行跟踪记录，包括课堂表现、作业完成情况、线上测验、实验操作情况等。

4.2 教学过程实施

在实验组的教学实施过程中，首先，根据教学目标设计一系列跨学科的项目和问题。例如，在讲解桁架结构的知识时，结合全国大学生结构设计大赛的需求，提出一个项目任务：设计一个小型体育馆的屋顶结构，要求满足一定的承载能力和空间需求，同时考虑结构的美观性。在项目实施过程中，教师引导学生从科学原理、技术手段、工程应用、艺术设计以及数学计算等多个角度进行思考和设计。学生通过线上平台查阅相关资料，然后分组进行讨论和设计。在课堂上，组织学生进行小组汇报，教师针对学生的设计方案提出问题和建议，引导学生不断优化。在教学评价方面，定期对学生的学习过程进行评价，对学生的项目成果进行全面评估。

5 效果评估指标与结果

效果评估指标涵盖学生的考试成绩、创新思维及团队协作能力以及学习兴趣和满意度等方面。通过对比期末考试成绩发现，实验组学生平均成绩比对照组高出 6.4 分，在主观题和综合应用题上，实验组得分比对照组分别高出5.1 分和4.2 分，这表明实验组学生对知识的理解和应用能力更好；在创新思维能力评估方面，通过分析学生项目成果的创新性以及课堂上学生提出的创新性观点，发现实验组学生提出创新性观点的数量及项目成果的创新性评分都高出对照组，创新思维更为活跃；在团队协作能力评估中，通过小组互评和教师观察，发现实验组学生在小组合作中沟通效率比对照组提高了 5.7% ，团队协作能力明显优于对照组；在学习兴趣和满意度的问卷调查中，实验组学生表示对工程力学课程学习兴趣“很高”或“较高”的比例比对照组高出 9.2% ，对教学效果表示“满意”或“非常满意”的比例比对照组高出 8.4% 。

综合各项评估指标的结果显示，基于 STEAM 教育理念的混合式教学模式在工程力学教学中取得了良好的教学效果，能够有效提升学生的综合能力和素质。

6 结论

与传统教学模式相比，基于 STEAM 教育理念的混合式教学模式能够更好地满足学生的学习需求，提高教学质量，对工程力学教学改革具有重要的推动作用。研究结果表明：在教学目标达成上，成功培养了学生的综合能力；通过整合教学内容，实现了多学科知识的有机融合，拓宽了学生的知识视野，培养了学生的跨学科思维；多元化的教学评价体系全面、准确地反映了学生的学习成果和综合素养，为教学改进提供了有力依据。

参考文献：

[1]陈华,李明等.工程力学课程线上线下混合式教学模式创新研究[J].教育创新论坛,2025,30(2):45-58.

[2]刘小刚,王震,章培军等.STEM 教育理念下大学数学类课程的混合式教学探索研究[J].高等数学研究,2022,25(4):124-127.

[3]王芳,张伟等.基于 STEAM 教育理念的学科融合教学实践——以力学课程为例[J].教育科学探索,2023,28(4):67-79.

基金项目：2024-2026 年度中国交通教育研究会交通教育科学研究课题“基于 STEAM 教育理念的工程力学课程混合式教学研究与实践”（一般课题）；

2024 年度黑龙江省高等教育教学改革研究项目“基于“ADDIE ⁺ 课程思政”理念的《理论力学》混合式教学模式的研究与实践”(SJGYB2024166)；

东北林业大学本科教育教学研究项目“基于 OBE 理念的《工程力学》课程思政教学模式的设计与研究”（DGY2025-32）