工程类基础理论教学中的课程项目化探讨

朱利丰

(东南大学 仪器科学与工程学院，南京 江苏 210096)

工程类基础理论教学中的课程项目化探讨

朱利丰

(东南大学 仪器科学与工程学院，南京 江苏 210096)

本文针对工程类高校学生学习基础理论课程动力不足的情况，通过探讨应用型课程项目化的特点优势，提出了一种提高高校学生自主学习基础理论型课程的可能性，并给出了两个理论课程中的应用型课程项目设计示例具体分析课程项目化的注意点及挑战。

基础理论教学；课程项目化；教学改革

0 引言

当今中国大学本科教学中，基础理论课程教育依然面临着学生学习动力不足，缺乏学习主动性等源于常年应试型教育的问题。在缺乏升学压力的大学学业中，部分大学生对于课程学习不是追求熟练掌握知识技能，而是仅仅定位于考核合格。尤其是以理论性知识为主的理科课程，由于课程知识高度符号化和抽象化，同时课程内容环环相扣，若未能正确理解中间某些概念，会带来后续学习极大的困难，往往会导致学生丧失学习动力和信心，进而放弃课业。由于工科及应用型学科中的理论性课程设置往往是必需且经科学验证的，很多重要的理论知识点可以帮助学生深入了解诸如仪器设计、流程设计、策略设计背后的机理和模型。在工科及应用型学科课程的学习中，对于基础理论深入的理解有助于学生对应用型技术深入掌握并进行修正甚至是创新。然而对于缺少实践经验，仍处于基础知识储备阶段的学生而言，理论性课程的重要性往往不易被意识到。若能使学生在学习阶段就能切身体会到理论性课程设置的意义，势必能提高学生学习的主动性。为此，本文将探讨一种有助于提高学生学习主动性的课程教育方式——应用型课程项目化，分析应用型课程项目化在基础理论教学中的可能性。

应用型课程项目是一种通过设计合适的项目作为课程作业，学生自由分组，在教师指导下通过完成项目进行理论知识学习的一种教学方式[1]。同一般理论课程作业和课程实验不同的是，课程项目没有标准答案，往往会持续较长时间来不断优化项目的结果。如今应用型课程项目在国外的大学教育中已经非常普遍。国内的应用型课程项目教学也已引起重视，多见于面向高年级学生的研讨类课程及应用型课程[2-4]，而基础理论教学中引入较少。

本文结合信息类学科基础教学中两个应用型课程项目实例，探讨应用型课程项目的特点、优势及缺点，分析应用型课程项目在基础理论教学中的可能性，并给出一些如何更有效地利用课程项目以提高学生学习积极性的建议和思考。

1 基础理论教学中的应用型课程项目

1.1 特点与优势

相比于传统的课堂讲授加课后作业型教学方式，应用型课程项目化具有如下一些优势：

(1)能够激发学生学习主动性。相比于理论课程的课后习题，应用型项目更加直观和开放。由于项目本身更贴近实际应用，只要具体地阐明项目的意义和可能产生的实用价值，便能很好地激发学生思考问题和解决问题的兴趣。由于大多数课程项目中，问题建模和抽象都不会直接给出，需要学生自主地寻找基础理论课程中相应的知识点来解决。学生甚至还需要自主地去查找相关文献，整理归纳知识。在完成课程项目的过程中，学生能从中体会到理论知识的意义，提高学习效率。

(2)能够培养学生的创新能力。由于应用型课程项目比普通课程习题更为开放，学生没有标准答案的约束，可以自由发挥；没有授课教师跟踪项目进展或是给出改进建议和推荐参考文献，课程项目的进展依靠学生自己的努力或是项目组开展研讨和辩论来完成。

(3)可以提高学生就业能力。课程项目不同于普通习题的另一点在于其完成方式。开展课程项目化的课程往往会留出一定的时间来给各项目组汇报项目完成情况，这一点非常接近于真实工作或是业务中的项目汇报。学生需要积极地思考如何合理的安排时间组织完成项目、如何清楚地汇报项目完成情况、如何展示项目亮点。这些都是实际工作过程中需要的能力，在高校期间及早锻炼这些能力有助于铺平学生走向社会、走向企业的道路。

(4)可以充分发挥科研型教师的优势。如今高校有着大量的科研型教师，此类教师除了具备扎实的基本理论知识素养外，还拥有较强的科研创新能力。如若在其理论课程教学中仅仅进行传统的课堂授课及大量重复的课后批阅作业，是一种对其多方面能力的浪费。课程项目化教学可以将其批阅作业的时间转化为一对一或是一对多的专门辅导，给师生交流提供良好的平台，这不仅有利于教师发现学生的优势特长，从而给予专门指导，也利于教师发现有科研兴趣的优秀学生，充实高校科研团队。

(5)便与国际化接轨。应用型课程项目在国外大学的理论教学中已非常流行，在国外大学的教学楼中常常张贴着很多关于学生课程项目的展示海报。比起通过自己出题自己打分的机制来评价学生学习效果，展示学生的项目、作品可以更直接地展示教学成果。

1.2 难点与注意点

尽管课程项目化有上述的诸多优势，在基础理论课程中实际开展课程项目化的时候也还存在着很多难点和注意点：

(1) 本科教学中的课程项目化容易走向案例化教学的极端。由于课程项目比较贴近实际应用，若不加注意能否很好地抽象出科学问题以运用课程上所学的基础理论知识，而只关注当前项目不去多思考类似的问题，将无法达到举一反三的效果。授课教师和助教需要注意把握课程项目走势，考察学生是否真正熟练掌握课程中的理论工具。

(2) 基础理论课程中的应用型课程项目命题难度大，评分缺乏统一标准。不恰当的项目命题一方面可能导致项目过于远离学科问题，另一方面也可能会因为项目难度太大以致学生难以给出合适的成果展示。部分项目可能还需要提供学生充分的实验平台才能完成，课程消耗的成本较大。评分的难点源于项目的开放性，由于课程项目没有标准答案，最后的评分需要综合考虑学生的态度和能力。为避免打分过于主观，在项目汇报时有条件的话需要多人参与共同讨论给分。

(3)课程项目完成周期较长，需要教师和学生付出大量时间参与。特别是学生，由于项目无法短期内完成，需要他们结合自己的兴趣合理安排时间。对于项目化的课程，助教需要在其中发挥沟通学生和教师的关键作用。

2 两则示例

本节给出两个基础理论课程中应用型课程项目实例，借此简要探讨一些应用型课程项目设计的理念。

2.1 数值计算中的数值拟合教学

数值拟合作为数值计算、曲线曲面设计、信号处理、统计分析中的重要理论工具，被广泛使用着。数值拟合问题本身是一个非常艰深的理论知识点，其中涉及误差分析、最优化、参数化、曲线模型选择等多个要素。在理论教学中，教材往往将问题简化提炼，习题也往往都是非常抽象的具体数学问题。学生在听课和课后练习过程中不容易树立整个理论工具的大局观，虽然可以跟上课本内容、解决课后习题，但是往往在真正需要使用数值拟合这个工具解决实际工程问题时发现无从下手。譬如说在讲授数值拟合的最后一步最优化问题求解时，理论上往往已假设曲线模型确定、数据点参数化确定，在得出最终拟合结果后，学生容易误认为求解优化是数值拟合的关键，而忽略了全面地去看问题。另一个被学生容易忽视的问题是：为什么要进行数据拟合。这主要是因为基础理论课程专注于介绍如何使用理论工具，而在介绍理论工具时会反复使用抽象的符号和公式，这使得学生往往认为得到数值拟合的结果问题就结束了，从而停止思考这个拟合结果的真正意义，是否好，有什么重要的应用等。

一个能有效帮助学生深入地去思考这个理论工具的方法就是设置应用型课程项目，提供真实的数据供学生做拟合分析。如，提供一两年内某股票的股值变动数据，供学生进行拟合分析，让学生通过数据拟合给出一些预测或是解释拟合的结果。这本质上对应于真实的银行或金融业的研究，虽然这是一个非常简化的问题模型，但相对于简单的课程习题，如给定拟合函数fα(x)的形式，给定数据的参数化yi=fα(xi)来拟合函数中的参数α这类习题而言，拟合股值数据的课程项目有着诸多的开放性和灵活性。如使用什么样的函数去拟合，拟合数据的区间怎么选取，用于拟合的数据以天数还是小时为单位，是否要用分段函数去拟合，分段的话该如何分段，如何保证不同段之间的连续性等等诸多实际问题需要学生结合基础理论课程教学，动脑去想动手去做。另外授课教师还可以鼓励学生在实验中探索所得到拟合的特点，尝试使用所拟合的函数去发现股价变化的某些关键点或是去预测短期的走势，引导学生去评估这些应用是否适合用数值拟合去做或是去思考什么样的函数更适合用来做预测。随着理论授课的开展，可以鼓励学生使用新学习的工具去尝试做同样的任务，比较不同工具的优劣等等。这些知识点及全局地利用理论工具去解决问题的锻炼都是普通的课后习题无法覆盖到的。部分成功的实验也能激发学生学习掌握新技能的欲望。

2.2 基础力学中的运动学理论教学

平面平行运动是基础力学中的一个重要的运动模型。在基础理论课程的授课中，运动的物体常被抽象为圆盘、长方形等基本的几何模型。一般的课后习题除了仅限于此类模型外，运动也往往被描述得比较抽象，如受力点、瞬心等参数都是专门为习题所设置的，单纯做题求解运动方程，即使在得到正确答案后也不容易对诸如惯量、拉格朗日方程、哈密顿原理等概念有深刻了解和记忆。我们同样也可以通过设置一些应用型的课程项目来激励学生自主学习体会课堂上所教授的基础理论知识。以下是一个比较合适的课程项目：假设有一辆车要停入一个空车位，如何设计停车方案能最合理地将车停入空位。

相较于一般的课程习题，这是一个相当开放的问题。首先，此课程项目未给出任何参数，需要学生自行设定诸如车身长度、车位大小等必要参数。此外，学生还可以自主地设定不同的初始车速、停车位置等参数。其次，学生有着很高的自由度来解释项目中“最合理”指的是怎样的要求。学生可以从最小外力、最短行驶距离或是最短停车时间等不同方面来考虑这个问题。最后，学生还可以定义更多的应用场合来做这个项目，如考虑附近车况、驾驶员反应时间、停车位的形状，甚至还可以将平面平行运动的分析从车身级别精化到车轮级别，考虑车轮在车身不同位置的影响等。出于问题的开放性，教师可以适当将问题向运动学方向引导，如在课堂讲授一些相关运动学概念的时候适当提及一下课程项目。教师还可以指导有余力的学生使用计算机对自己设计的方案进行仿真，有效的视觉反馈可以更好地提升学生学习的兴趣。

(朱利丰文)

3 结语

教师如何更好地进行理论教育，学生如何更好地学习理论知识一直都是大学基础理论课程教学中的一对矛盾。本文探讨了应用型课程项目化如何缓解这组教与学之间的矛盾，思考了应用型课程项目化的优势特点及注意点，并给出了两个理论课程的应用型课程项目示例。在工科类型的大学教育的改革中，我们值得在实践中去研究如何更进一步协调基础理论教学中的课程教学和项目教学，如何将点对面教学与点对点教学相统一，如何设计并推广优秀的课程项目。同时除了课程项目化，我们也需要去寻找其他更有效地激励学生主动学习的方式，以便让学生和教师更好地互相合作去完成一门基础理论课程的教学。

[1] 曹登峰,吴有明,罗赟.项目教学法的实施与探讨[J].南宁:大众科技.2009,(12):177-178,167.

[2] 汪木兰,周明虎,李建启.以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案[J].北京:中国现代教育装备, 2010,12:15-19.

[3] 周明虎,汪木兰,封世新.项目教学法的实施与典型案例分析[J].北京:中国现代教育装备, 2010,13:6-10.

[4] 罗运虎,邢丽冬,王勤,董尔令,翁晓光,刘海春.基于项目教学法的课程设计改革[J].南京:电气电子教学学报, 2009, 31(6):14-15.

Exploration of the Application of Course Projects in the Basic Theory Teaching for Engineering Students

ZHU Li-feng

(SchoolofInstrumentScienceandEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China)

Self-motivation is a key to success in learning theoretical courses.However, engineering students usually do not have sufficient self-motivation when they are learning basic theories.To tackle the problem, we analyze the features and advantages of practical course projects.By showing two cases of practical course projects in theoretical courses for engineering students, we discuss the possibility and challenges of the application of practical course projects in the basic theory teaching.

basic theory teaching; course project; teaching reform

2015-07-23;

2016-10-24 基金项目：江苏省高校品牌专业建设工程(测控技术与仪器专业)(PPZY2015B125)

朱利丰(1985-)，男，博士，讲师，主要从事几何设计与物理仿真相关的教学科研工作，E-mail：lifengzhu@seu.edu.cn

G426

A

1008-0686(2016)06-0063-04