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user: 4. 项目式《理论力学》实验教学的实施 《理论力学》是一门理论性和实践性都很强的课程，理论力学问题广泛存在于工程实际中，如建筑设计、桥梁、机械、航天航空等，理论力学实践具有很好的工程项目基础。项目式《理论力学》实验教学模式的实施必须紧密联系实际，结合工程问题。 实验项目按照知识规模和范围分为难中易三个难度等级。由教师根据本课程核心知识及调动学生兴趣为目的设计的项目，如：在我们“理论力学创新应用实验室”里，有大量介绍工程应用和实例展示题板和演示教具，都属于基本项目，难度中等。基本项目是理论结合实际，让学生了解理论力学的应用场合，可以在课程学习课堂教学过程中使用，让学生了解他们所学的这些理论在实际工程中如何应用，加深对理论知识的掌握，提高学生学习积极性和课堂教学效果。综合项目是以培养学生的解决问题能力和训练创造性思维为目的的项目。综合性的项目让学生运用已掌握的课程核心知识自主探究，解决问题，使他们能理论联系实践，理论指导实践，实践创新理路，实践创造理论。 基本项目主要是演示介绍理论力学的核心知识内容，实施主要是教师为主，学生为辅，所以对于《理论力学》实验教学项目实施，我们介绍综合项目的实施步骤和方法，如图1所示。 (一) 项目设计 项目式实验教学有规定项目和自选项目两种。规定项目是由教师根据学生已掌握知识与技能，结合自己科研内容，按照实践教学的要求设计的项目。自选项目是由学生从生活中选取感兴趣的素材，草拟初步方案，和教师论证可行条件之后，填写实验项目申请表。学生选择项目，可以结合自己实际情况，各取所需，各取所好。设计得工程项目，要考虑工程性和理论性兼备，表明难度等级，写清楚涉及背景知识，明确考核重点和技术难点，允许学生自由发挥。对于规定项目，学生也可以自行选择项目和指导教师，更好的完成实验任务。例如，我们可以进行如下项目设计： (二) 指导教师选择和方案制定 根据所选项目的背景和内容，学生自主选择熟悉此项目的某一位指导教师。项目的方案包括项目名称、项目用途、项目图纸、材料、工具、仪器设备、人员配备(包括指导教师和合作同学)、完成时间、实验场地等方面内容。 确定项目后，首先明确设计思路，明确项目中有哪些关键问题，需要哪些关键知识点，须要哪些工具、仪器设备。技术难题解决后要规划项目实施进程，填写相应的规划表。学生在设计项目方案过程中碰到问题，可以与指导教师讨论，制定好项目方案后，可以跟指导教师一起，论证方案，完善方案。 (三) 项目实施 一旦选定了具体工程项目并指定对应的解决方案后，项目实施需要学生按照制定的方案进度严格执行，实施过程中需要调整方案，需要和指导教师讨论，共同决定。项目实施过程中，对于难度大的或者规模大的项目，学生之间根据各自特点可以分工合作。 按照项目教育法的理论，学生将由3~5人为一组分为若干个项目小组。学生在项目组中要有所分工，团结协作共同完成项目。在分组时，可以先让学生自主组队，教师可以充分考虑学生的意愿和水平能力差异进行完善。项目实施后，实验室要提供场地，让项目小组成员进行项目讨论、研发，对于在实施过程中遇到的技术问题，教师要给予适当的指导；在实施过程中遇到费用问题，实验室要给予经费支持，从而激发其学习兴趣、创新灵感，树立成功信念，保证项目顺利实施。在实施过程中，每个项目小组的工作进度会不同，教师要进行适当的调整，避免不同小组工作进度差距过大，以致于影响到整个教学计划的实施。学生在完成项目后，应该写一份项目总结报告，总结项目的收获和不足。 图1. 项目式教学模式实施步骤 (四) 项目评价 项目评价包括自我评价、生生评价、教师评价等。学生先进行自我评价，之后进行生生互评，最后教师评价，给出学生最后的成绩。自我评价可以从项目完成过程中所用的知识点，工程问题简化和力学模型提炼，优点与不足等方面进行。生生评价可以让擦出思想火花。教师评价要表扬优秀作品中值得学习和借鉴的地方，对那些相对较差的作品也要给予鼓励，使其认识到努力的方向和改进的切入点，从而激励学生的学习成就感。教师还要指出作品中存在的目前尚不能解决的问题，为后面的课程学习留下供学生思考的问题，拓展延伸，引发学生的深度思考。对于项目完成情况良好的同学引导他们申请校级创新训练计划项目；对于项目完成情况优秀，学有余力的学生，协助学院做好引导他们申报省级、国家级机械设计大赛，省级、国家级的大学生创新训练计划项目，针对性地选拔、组织学生参加“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛。 (五) 实验教学平台建立 在理论力学实验教学中，借助于信息技术的应用作为提高教学质量的重要手段 [ 9 ] 。实验教学平台以项目为核心，融合理论教师，实验教师和学生三方，推进教学方法的改革，重点突破实验教学环节。理论力学实验教学共享平台包含课程实验项目(工程项目)资源库管理和基于校园网的网络平台管理。课程实验项目(工程项目)资源库管理模块中，教师和学生可以自主设计新项目入库，另外，基于校园有线和无线网络平台我们还开发了基于学生学习帮助请求主动推送系统，在此基础上可建立虚拟实验室，丰富了实验教学手段，提高了实验教学效率、改善了实验教学效果、从而提升学生实验的自主性和创新能力。虚拟实验室是一个资源高效，共享程度很高的一个平台，她还可以根据具体需求拓展出许多新功能，满足学生多样化需求，对于高校实验教学改革意义重大。 理论力学实验教学开放式网络平台 [ 10 ] 提供了全方位的基于项目式实验教学辅助功能，包括：门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验项目(工程项目)库的管理、实验过程的智能指导和基于移动设备的教师实时在线指导、实验结果的反馈、基于移动设备的教师实时在线答疑、实验教学效果评估等功能，同时该平台可扩展集成第三方的实验课程资源或自建课程资源，为学校其他各类院校项目式实验教学活动提供服务并进行相应的管理。该开放性平台是一个实验项目的共享平台，是一个项目式实验教学的管理平台，也是教师和学生进行交流的信息平台。平台利用先进的计算机技术和基于校园网的通讯平台，可以高效地实施项目式实验教育活动。基于项目的实验教学的管理和共享平台的框架示意图如图2所示。 图2. 力学实验教学管理和共享平台 教师可以根据课程教育要求自主设计基本工程项目，或者可以根据自己科研项目成果设计综合性项目。学生也可以根据自己日常生活经历自主设计实验项目，通过该开放式网上共享平台，把这些项目录入平台的项目资源库中。工程项目紧贴理论力学课程教学大纲的要求，结合我校自身实际情况，我们在情感、认知、解决三个领域制定机械工程类实验教学的目标。情感领域的实验教学目标，主要包括：兴趣，动机，态度，习惯四个方面。认知领域是理论课程实验教学的一个重要部分，实验仪器的原理，工程问题分解，实验的方法和步骤，实验数据的读取和误差的分析和处理，实验的设计等均归此项内容中。解决领域既考查学生的工程问题解决方案和技术路线设计、仪器设备选用，实验观察、实验操作技能，又要考查学生对工程实际问题解决后总结和展望能力。理论力学实验教学开放式网络共享平台在情感、认知、解决等三个实验教学目标进行深度融合。 在该开放式实验项目共享平台中，有三个很重要的功能模块：实验过程智能指导，实验过程中教师的实时在线指导和实验教学效果评估。实验过程智能指导，我们在设计工程项目的时候，把学生解决问题过程中的难点和易错点事先设计好，学生在实验过程中如果需要就可以获得指导。实验过程中学生产生的各种想法和疑问可以提交在线指导请求，我们设计一个基于移动手机的推送系统，使教师能随时随地能收到学生的请求帮助消息；也可以把这些想法和疑问通过留言的方式，或得教师的离线指导。在该实验项目共享平台中，在线功能模块都是基于移动设备从请求出发的一个主动推送系统。实验教学评估模块，我们设计了从实验教学目标中的情感、认知、解决三方面的统计功能，帮助教师和管理员对于实验教学效果的评估。 《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010~2020年)》提出学生要坚持能力为重，优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养。提高学生实践创新能力既是社会关注的焦点，也是高等教育教学改革的热门话题。实验教学作为学生实践创新能力培养的重要手段要充分发挥其主导作用。作为实践教学的主要环节，实验教学模式改革近年来受到普遍关注。 项目式实验教学模式的建设是一个长期过程，需要在实施过程中不断总结并完善。我们在积极探索研究项目式教学法和《理论力学》课程实验特点，创建了一批适合力学理论和实验的特色工程项目。也摸索了项目式教育在力学实验过程中的组织方式和实施步骤，提高实践教学的效率，激发学生实验学习的兴趣。我们也建立了一套项目式力学实验教学的成绩评定机制。更为重要的是，我们创建了一个基于项目式教育的实验教学平台，这是一个基于计算机技术和校园网络平台的开放的，共享的平台。通过这个平台，把教师和学生更好的联结在一起，提高教师的工作效率，提高学生学习的方便性和积极性。通过平台创建力学实验项目资源库，把教师和学生设计的优秀的工程项目科学的管理起来。借助计算机技术，实验教学平台把学习置于有意义的具体问题情景中，激发学生能动性，从而提高力学课程的课堂教学效果。