朱利豐

(東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院，南京 江蘇 210096)

工程類基礎(chǔ)理論教學(xué)中的課程項目化探討

朱利豐

(東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院，南京 江蘇 210096)

本文針對工程類高校學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論課程動力不足的情況，通過探討應(yīng)用型課程項目化的特點(diǎn)優(yōu)勢，提出了一種提高高校學(xué)生自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論型課程的可能性，并給出了兩個理論課程中的應(yīng)用型課程項目設(shè)計示例具體分析課程項目化的注意點(diǎn)及挑戰(zhàn)。

基礎(chǔ)理論教學(xué)；課程項目化；教學(xué)改革

0 引言

當(dāng)今中國大學(xué)本科教學(xué)中，基礎(chǔ)理論課程教育依然面臨著學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足，缺乏學(xué)習(xí)主動性等源于常年應(yīng)試型教育的問題。在缺乏升學(xué)壓力的大學(xué)學(xué)業(yè)中，部分大學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)不是追求熟練掌握知識技能，而是僅僅定位于考核合格。尤其是以理論性知識為主的理科課程，由于課程知識高度符號化和抽象化，同時課程內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，若未能正確理解中間某些概念，會帶來后續(xù)學(xué)習(xí)極大的困難，往往會導(dǎo)致學(xué)生喪失學(xué)習(xí)動力和信心，進(jìn)而放棄課業(yè)。由于工科及應(yīng)用型學(xué)科中的理論性課程設(shè)置往往是必需且經(jīng)科學(xué)驗證的，很多重要的理論知識點(diǎn)可以幫助學(xué)生深入了解諸如儀器設(shè)計、流程設(shè)計、策略設(shè)計背后的機(jī)理和模型。在工科及應(yīng)用型學(xué)科課程的學(xué)習(xí)中，對于基礎(chǔ)理論深入的理解有助于學(xué)生對應(yīng)用型技術(shù)深入掌握并進(jìn)行修正甚至是創(chuàng)新。然而對于缺少實踐經(jīng)驗，仍處于基礎(chǔ)知識儲備階段的學(xué)生而言，理論性課程的重要性往往不易被意識到。若能使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能切身體會到理論性課程設(shè)置的意義，勢必能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。為此，本文將探討一種有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的課程教育方式——應(yīng)用型課程項目化，分析應(yīng)用型課程項目化在基礎(chǔ)理論教學(xué)中的可能性。

應(yīng)用型課程項目是一種通過設(shè)計合適的項目作為課程作業(yè)，學(xué)生自由分組，在教師指導(dǎo)下通過完成項目進(jìn)行理論知識學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方式[1]。同一般理論課程作業(yè)和課程實驗不同的是，課程項目沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，往往會持續(xù)較長時間來不斷優(yōu)化項目的結(jié)果。如今應(yīng)用型課程項目在國外的大學(xué)教育中已經(jīng)非常普遍。國內(nèi)的應(yīng)用型課程項目教學(xué)也已引起重視，多見于面向高年級學(xué)生的研討類課程及應(yīng)用型課程[2-4]，而基礎(chǔ)理論教學(xué)中引入較少。

本文結(jié)合信息類學(xué)科基礎(chǔ)教學(xué)中兩個應(yīng)用型課程項目實例，探討應(yīng)用型課程項目的特點(diǎn)、優(yōu)勢及缺點(diǎn)，分析應(yīng)用型課程項目在基礎(chǔ)理論教學(xué)中的可能性，并給出一些如何更有效地利用課程項目以提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的建議和思考。

1 基礎(chǔ)理論教學(xué)中的應(yīng)用型課程項目

1.1 特點(diǎn)與優(yōu)勢

相比于傳統(tǒng)的課堂講授加課后作業(yè)型教學(xué)方式，應(yīng)用型課程項目化具有如下一些優(yōu)勢：

(1)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。相比于理論課程的課后習(xí)題，應(yīng)用型項目更加直觀和開放。由于項目本身更貼近實際應(yīng)用，只要具體地闡明項目的意義和可能產(chǎn)生的實用價值，便能很好地激發(fā)學(xué)生思考問題和解決問題的興趣。由于大多數(shù)課程項目中，問題建模和抽象都不會直接給出，需要學(xué)生自主地尋找基礎(chǔ)理論課程中相應(yīng)的知識點(diǎn)來解決。學(xué)生甚至還需要自主地去查找相關(guān)文獻(xiàn)，整理歸納知識。在完成課程項目的過程中，學(xué)生能從中體會到理論知識的意義，提高學(xué)習(xí)效率。

(2)能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。由于應(yīng)用型課程項目比普通課程習(xí)題更為開放，學(xué)生沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的約束，可以自由發(fā)揮；沒有授課教師跟蹤項目進(jìn)展或是給出改進(jìn)建議和推薦參考文獻(xiàn)，課程項目的進(jìn)展依靠學(xué)生自己的努力或是項目組開展研討和辯論來完成。

(3)可以提高學(xué)生就業(yè)能力。課程項目不同于普通習(xí)題的另一點(diǎn)在于其完成方式。開展課程項目化的課程往往會留出一定的時間來給各項目組匯報項目完成情況，這一點(diǎn)非常接近于真實工作或是業(yè)務(wù)中的項目匯報。學(xué)生需要積極地思考如何合理的安排時間組織完成項目、如何清楚地匯報項目完成情況、如何展示項目亮點(diǎn)。這些都是實際工作過程中需要的能力，在高校期間及早鍛煉這些能力有助于鋪平學(xué)生走向社會、走向企業(yè)的道路。

(4)可以充分發(fā)揮科研型教師的優(yōu)勢。如今高校有著大量的科研型教師，此類教師除了具備扎實的基本理論知識素養(yǎng)外，還擁有較強(qiáng)的科研創(chuàng)新能力。如若在其理論課程教學(xué)中僅僅進(jìn)行傳統(tǒng)的課堂授課及大量重復(fù)的課后批閱作業(yè)，是一種對其多方面能力的浪費(fèi)。課程項目化教學(xué)可以將其批閱作業(yè)的時間轉(zhuǎn)化為一對一或是一對多的專門輔導(dǎo)，給師生交流提供良好的平臺，這不僅有利于教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)勢特長，從而給予專門指導(dǎo)，也利于教師發(fā)現(xiàn)有科研興趣的優(yōu)秀學(xué)生，充實高?？蒲袌F(tuán)隊。

(5)便與國際化接軌。應(yīng)用型課程項目在國外大學(xué)的理論教學(xué)中已非常流行，在國外大學(xué)的教學(xué)樓中常常張貼著很多關(guān)于學(xué)生課程項目的展示海報。比起通過自己出題自己打分的機(jī)制來評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果，展示學(xué)生的項目、作品可以更直接地展示教學(xué)成果。

1.2 難點(diǎn)與注意點(diǎn)

盡管課程項目化有上述的諸多優(yōu)勢，在基礎(chǔ)理論課程中實際開展課程項目化的時候也還存在著很多難點(diǎn)和注意點(diǎn)：

(1) 本科教學(xué)中的課程項目化容易走向案例化教學(xué)的極端。由于課程項目比較貼近實際應(yīng)用，若不加注意能否很好地抽象出科學(xué)問題以運(yùn)用課程上所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，而只關(guān)注當(dāng)前項目不去多思考類似的問題，將無法達(dá)到舉一反三的效果。授課教師和助教需要注意把握課程項目走勢，考察學(xué)生是否真正熟練掌握課程中的理論工具。

(2) 基礎(chǔ)理論課程中的應(yīng)用型課程項目命題難度大，評分缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不恰當(dāng)?shù)捻椖棵}一方面可能導(dǎo)致項目過于遠(yuǎn)離學(xué)科問題，另一方面也可能會因為項目難度太大以致學(xué)生難以給出合適的成果展示。部分項目可能還需要提供學(xué)生充分的實驗平臺才能完成，課程消耗的成本較大。評分的難點(diǎn)源于項目的開放性，由于課程項目沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，最后的評分需要綜合考慮學(xué)生的態(tài)度和能力。為避免打分過于主觀，在項目匯報時有條件的話需要多人參與共同討論給分。

(3)課程項目完成周期較長，需要教師和學(xué)生付出大量時間參與。特別是學(xué)生，由于項目無法短期內(nèi)完成，需要他們結(jié)合自己的興趣合理安排時間。對于項目化的課程，助教需要在其中發(fā)揮溝通學(xué)生和教師的關(guān)鍵作用。

2 兩則示例

本節(jié)給出兩個基礎(chǔ)理論課程中應(yīng)用型課程項目實例，借此簡要探討一些應(yīng)用型課程項目設(shè)計的理念。

2.1 數(shù)值計算中的數(shù)值擬合教學(xué)

數(shù)值擬合作為數(shù)值計算、曲線曲面設(shè)計、信號處理、統(tǒng)計分析中的重要理論工具，被廣泛使用著。數(shù)值擬合問題本身是一個非常艱深的理論知識點(diǎn)，其中涉及誤差分析、最優(yōu)化、參數(shù)化、曲線模型選擇等多個要素。在理論教學(xué)中，教材往往將問題簡化提煉，習(xí)題也往往都是非常抽象的具體數(shù)學(xué)問題。學(xué)生在聽課和課后練習(xí)過程中不容易樹立整個理論工具的大局觀，雖然可以跟上課本內(nèi)容、解決課后習(xí)題，但是往往在真正需要使用數(shù)值擬合這個工具解決實際工程問題時發(fā)現(xiàn)無從下手。譬如說在講授數(shù)值擬合的最后一步最優(yōu)化問題求解時，理論上往往已假設(shè)曲線模型確定、數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)化確定，在得出最終擬合結(jié)果后，學(xué)生容易誤認(rèn)為求解優(yōu)化是數(shù)值擬合的關(guān)鍵，而忽略了全面地去看問題。另一個被學(xué)生容易忽視的問題是：為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。這主要是因為基礎(chǔ)理論課程專注于介紹如何使用理論工具，而在介紹理論工具時會反復(fù)使用抽象的符號和公式，這使得學(xué)生往往認(rèn)為得到數(shù)值擬合的結(jié)果問題就結(jié)束了，從而停止思考這個擬合結(jié)果的真正意義，是否好，有什么重要的應(yīng)用等。

一個能有效幫助學(xué)生深入地去思考這個理論工具的方法就是設(shè)置應(yīng)用型課程項目，提供真實的數(shù)據(jù)供學(xué)生做擬合分析。如，提供一兩年內(nèi)某股票的股值變動數(shù)據(jù)，供學(xué)生進(jìn)行擬合分析，讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)擬合給出一些預(yù)測或是解釋擬合的結(jié)果。這本質(zhì)上對應(yīng)于真實的銀行或金融業(yè)的研究，雖然這是一個非常簡化的問題模型，但相對于簡單的課程習(xí)題，如給定擬合函數(shù)fα(x)的形式，給定數(shù)據(jù)的參數(shù)化yi=fα(xi)來擬合函數(shù)中的參數(shù)α這類習(xí)題而言，擬合股值數(shù)據(jù)的課程項目有著諸多的開放性和靈活性。如使用什么樣的函數(shù)去擬合，擬合數(shù)據(jù)的區(qū)間怎么選取，用于擬合的數(shù)據(jù)以天數(shù)還是小時為單位，是否要用分段函數(shù)去擬合，分段的話該如何分段，如何保證不同段之間的連續(xù)性等等諸多實際問題需要學(xué)生結(jié)合基礎(chǔ)理論課程教學(xué)，動腦去想動手去做。另外授課教師還可以鼓勵學(xué)生在實驗中探索所得到擬合的特點(diǎn)，嘗試使用所擬合的函數(shù)去發(fā)現(xiàn)股價變化的某些關(guān)鍵點(diǎn)或是去預(yù)測短期的走勢，引導(dǎo)學(xué)生去評估這些應(yīng)用是否適合用數(shù)值擬合去做或是去思考什么樣的函數(shù)更適合用來做預(yù)測。隨著理論授課的開展，可以鼓勵學(xué)生使用新學(xué)習(xí)的工具去嘗試做同樣的任務(wù)，比較不同工具的優(yōu)劣等等。這些知識點(diǎn)及全局地利用理論工具去解決問題的鍛煉都是普通的課后習(xí)題無法覆蓋到的。部分成功的實驗也能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)掌握新技能的欲望。

2.2 基礎(chǔ)力學(xué)中的運(yùn)動學(xué)理論教學(xué)

平面平行運(yùn)動是基礎(chǔ)力學(xué)中的一個重要的運(yùn)動模型。在基礎(chǔ)理論課程的授課中，運(yùn)動的物體常被抽象為圓盤、長方形等基本的幾何模型。一般的課后習(xí)題除了僅限于此類模型外，運(yùn)動也往往被描述得比較抽象，如受力點(diǎn)、瞬心等參數(shù)都是專門為習(xí)題所設(shè)置的，單純做題求解運(yùn)動方程，即使在得到正確答案后也不容易對諸如慣量、拉格朗日方程、哈密頓原理等概念有深刻了解和記憶。我們同樣也可以通過設(shè)置一些應(yīng)用型的課程項目來激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)體會課堂上所教授的基礎(chǔ)理論知識。以下是一個比較合適的課程項目：假設(shè)有一輛車要停入一個空車位，如何設(shè)計停車方案能最合理地將車停入空位。

相較于一般的課程習(xí)題，這是一個相當(dāng)開放的問題。首先，此課程項目未給出任何參數(shù)，需要學(xué)生自行設(shè)定諸如車身長度、車位大小等必要參數(shù)。此外，學(xué)生還可以自主地設(shè)定不同的初始車速、停車位置等參數(shù)。其次，學(xué)生有著很高的自由度來解釋項目中“最合理”指的是怎樣的要求。學(xué)生可以從最小外力、最短行駛距離或是最短停車時間等不同方面來考慮這個問題。最后，學(xué)生還可以定義更多的應(yīng)用場合來做這個項目，如考慮附近車況、駕駛員反應(yīng)時間、停車位的形狀，甚至還可以將平面平行運(yùn)動的分析從車身級別精化到車輪級別，考慮車輪在車身不同位置的影響等。出于問題的開放性，教師可以適當(dāng)將問題向運(yùn)動學(xué)方向引導(dǎo)，如在課堂講授一些相關(guān)運(yùn)動學(xué)概念的時候適當(dāng)提及一下課程項目。教師還可以指導(dǎo)有余力的學(xué)生使用計算機(jī)對自己設(shè)計的方案進(jìn)行仿真，有效的視覺反饋可以更好地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

(朱利豐文)

3 結(jié)語

教師如何更好地進(jìn)行理論教育，學(xué)生如何更好地學(xué)習(xí)理論知識一直都是大學(xué)基礎(chǔ)理論課程教學(xué)中的一對矛盾。本文探討了應(yīng)用型課程項目化如何緩解這組教與學(xué)之間的矛盾，思考了應(yīng)用型課程項目化的優(yōu)勢特點(diǎn)及注意點(diǎn)，并給出了兩個理論課程的應(yīng)用型課程項目示例。在工科類型的大學(xué)教育的改革中，我們值得在實踐中去研究如何更進(jìn)一步協(xié)調(diào)基礎(chǔ)理論教學(xué)中的課程教學(xué)和項目教學(xué)，如何將點(diǎn)對面教學(xué)與點(diǎn)對點(diǎn)教學(xué)相統(tǒng)一，如何設(shè)計并推廣優(yōu)秀的課程項目。同時除了課程項目化，我們也需要去尋找其他更有效地激勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)的方式，以便讓學(xué)生和教師更好地互相合作去完成一門基礎(chǔ)理論課程的教學(xué)。

[1] 曹登峰,吳有明,羅赟.項目教學(xué)法的實施與探討[J].南寧:大眾科技.2009,(12):177-178,167.

[2] 汪木蘭,周明虎,李建啟.以項目教學(xué)為載體制訂先進(jìn)制造技術(shù)卓越工程師培養(yǎng)方案[J].北京:中國現(xiàn)代教育裝備, 2010,12:15-19.

[3] 周明虎,汪木蘭,封世新.項目教學(xué)法的實施與典型案例分析[J].北京:中國現(xiàn)代教育裝備, 2010,13:6-10.

[4] 羅運(yùn)虎,邢麗冬,王勤,董爾令,翁曉光,劉海春.基于項目教學(xué)法的課程設(shè)計改革[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報, 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 基金項目：江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程(測控技術(shù)與儀器專業(yè))(PPZY2015B125)

朱利豐(1985-)，男，博士，講師，主要從事幾何設(shè)計與物理仿真相關(guān)的教學(xué)科研工作，E-mail：lifengzhu@seu.edu.cn

G426

A

1008-0686(2016)06-0063-04