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教育教学论坛刊文:基于“五维度三依托”的研究生专业课程教学模式探索

来源:教育教学论坛     2021-4-30 11:25:32      点击:

钱新博 邓江洪 卢艳

[摘 要] 研究生课程教学使研究生具备科学研究工作的学术素养,以培养研究生科研能力为最终目标,是高校建设“双一流”大学的关键环节。然而,随着近年来硕士研究生招生数量的不断增加,硕士研究生课程教学也出现了一些不可忽视的问题。为提高教学质量,针对当前教学模式进行了深入分析,指出了教学中存在的问题;并提出了解决方法,推出了“五维度三依托”的研究生专业课程与科研深度融合的教学模式,大大提高了教学效果。

[关键词] 研究生课程;科研;教学模式

[基金项目] 2017年度湖北高校省级教学研究项目“校科研与研究生课程教学深度融合的研究”(2017253);2017年度武汉科技大学校级教学研究项目(Yjg201705)

[作者简介] 钱新博(1986—),女,江苏南通人,工学博士,武汉科技大学机械自动化学院副教授,硕士生导师,主要从事机械设备健康监测与智能维护相关研究。

[中图分类号] G643   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324(2021)07-0125-04    [收稿日期] 2020-12-07

一、引言

隨着研究生招生规模不断扩大,我国也成了研究生教育大国[1]。研究生教育主要是培养学生利用学到的方法和技术,突破现有知识,有所创新,是不稳定的知识[2]。研究生课程与教学模式的改革是提高研究生教育教学质量、保障研究生培养质量的重要举措[3]。我国研究生课程教学长期存在着课程结构单一、知识更新缓慢、教学模式陈旧等诸多问题[4]。为了帮助学生夯实自身的知识基础,培养他们对课程的学习兴趣和科研能力,我们需要不断改进和探索教学方法和教学模式,更有针对性和适应性地讲解研究生课程。本文围绕省属高校研究生专业课程教学与科研成果如何实现“无缝衔接”的深度融合的关键问题,以机械学院研究生专业课程“液压可靠性最优化与智能故障诊断”为切入点[5],依托湖北省省级教学研究项目,经过四余载的探索,形成了基于“五维度三依托”的研究生专业课程与科研深度融合的教学模式创新成果,即适应省属高校研究生教育规律、基于多类型培养模式、面向交叉学科学习趋势,以培养创新品格和科研精神为目的,依托教研项目、虚拟仿真平台和科研项目,以问题为导向,形成了研究生课程和科研的五个维度的深度融合教学新模式(如图1所示)。

二、主要教学问题

目前,研究生教育改革中将科研成果和学科前沿转化为课程教学素材是一种改革创新的趋势。然而在课程实践中,关于科研成果与研究生课程结合的具有借鉴意义的研究和实践成果并不多见,且暂未形成系统的方法和措施,因此科研成果与课程教学如何实现“无缝衔接”还有待继续探索。为适应研究生教育深度改革情境,本文借鉴国际先进的人才培养理念,立足省属高校研究生课程教学实践,着力解决的主要教学问题如下:

第一,目前科研成果转化为研究生课堂教学内容的方式,容易忽略研究生教育规律。由于省属高校的研究生生源基础参差不齐,将科研成果和前沿理论简单突兀地加载到教学内容中,对一年级研究生中基础较弱的学生来说难度偏大。

第二,目前科研和研究生课程教学融合的方法,容易忽视多类型研究生教育培养人才模式。由于研究生教育培养有多种人才模式,比如从事基础科学研究的学术型人才和产业界所需的技术型人才等。因此,学生对研究生课程关注的重点有差异,进而对科研成果的关注也有区别,学术型人才可能对基础理论研究项目更感兴趣,技术型人才可能对校企合作的工程技术研究项目更关注。而现有的科研和研究生课程教学结合中,对作为教学素材的科研项目和成果未做仔细斟酌和分类,可能会导致未能顾及所有学生的学习诉求,从而影响了教学效果。

第三,科研成果嵌入课堂教学,容易忽视跨专业跨学科的“高门槛”对教学效果的影响。研究生可能会更注重导师项目研究,而忽视研究生课程的重要性,这在省属高校是比较普遍的现象。研究生专业课程内容涉及跨专业或内容艰涩而容易受到研究生“冷遇”,而简单地将科研成果以讲座的形式生硬地嵌入课程,从而可能会加剧削弱教学效果。因此,在科研与教学结合的实践中,如何培养研究生跨专业跨学科研究的意识还有待继续探讨。

第四,目前科研与研究生课堂教学结合的目的,主要局限于知识的传授,而容易忽略科学精神的传递。现有的研究和实践中,科研成果嵌入课堂的目的主要是基于知识的传授和启发,而容易忽视传授解决科研问题的基本思路,忽略对认真负责的科研职业素养的引导。而后者正是研究生课程教学的重要目的。

第五,目前研究生某门课程与科研融合的创新教学方式,通常难以及时有效评估教学效果。由于研究生的专业课程的目的主要是培养科学研究工作的学术素养,提高研究生科研能力,而研究生培养是系统工程,某门课程的创新教学效果通常难以及时评估出来。

三、解决方法

第一,考虑到省属高校研究生生源基础参差不齐,为关注学生的学习体验,提出了“科研案例引入知识点—知识介绍—科研成果分析讨论”的“三步走”方式,将科研成果嵌入课堂教学大纲的设计中。依据课程教学大纲,将课题组和行业的部分对应的科研成果案例引导出教学内容;通过讲授基本内容,再延伸至科研成果讨论,阐述研究方法和结果,并寻找对应的切入点引导学生讨论,延伸至科学问题的提炼,反哺学生本专业的研究等。从而使得研究生真正切实体会到了研究生课程的重要作用,而不是停留在“拿学分”的肤浅层面。

第二,从研究生多种人才培养模式需求出发,设计科研成果与课程教学的“个性定制”。提出了基于课堂讨论的随堂反馈模式,使得教师实时掌握学生对知识内容和科研前沿的掌握了解和偏好程度,从而利于教师在后续课程做相应的调整和引导,实现科研成果与课程教学的“个性定制”。比如通过课堂讨论的形式,对于具有职业背景的应用型学生,他可能会偏重于讨论生产实际中的应用案例分析,则教师在总结点评的时候,侧重案例点评;而对于学术型硕士,同样类型的题目,可能会偏重于数学推导和理论分析,则教师在总结点评时,主要偏重于基础方面的引导,使得学生体会到他们作为教学主体的重要地位,满足了学生的学习诉求,进一步改善了教学效果。

第三,从交叉学科学习的需求出发,设计出专业跨学科“低门槛”的辅助教学手段。为降低学生对跨专业课程的抵触心理,利用网络技术设计出了学生易于接受的辅助教学方式,如建设了校级研究生SPOC在线课程“液压可靠性最优化与智能故障诊断”,主要用于讲授基础理论知识;也建设了多类仿真平台,包括液压元件与系统虚拟仿真实验平台、液压系统远程监控演示平台、故障诊断专家系统等,采用了深度神经网络实训平台,使学生对跨专业课程有了比较系统的认识,提高了兴趣,降低了交叉学科学习门槛。

第四,从培养创新品格和传递科研精神的教学目标出发,设计了“有故事”的科研成果分享方式。采用课程合作模式,在课程教学中,依托科研项目,通过安排1~2位课题组教师分享相关科研成果探索发现历程的小故事,让研究生体会到科研过程不是表面的光鲜亮丽,背后充满了踏实艰险的努力和坚韧。同时也设计采用了校企合作模式,录像采集企业实验室的试验开展的视频让学生远程观摩,让学生体会到学校以外的行业发展现状。

主要是基于课题组部分研究项目,同时提供实验资料和视频。比如基于国家标准的预研项目,有与广州新欧合作的承压壳体的压力脉冲疲劳试验测试平台,为海门油威力设计使用的电磁换向阀试验台监控系统、基于机械行业标准预研项目、参与方之一的宁波海宏的液压元件寿命试验台监控系统和临安宏其弹簧寿命试验台项目。以这种科研项目合作的形式,让学生深刻了解到液压元件的可靠性试验的含义、试验方法和试验基本流程,进一步提高对本行业的兴趣、跟踪行业前沿、触及科学课题等。同时使学生收获创新思维和求真务实的科学精神,也体现出人文关怀,并营造一种良好的合作氛围。

第五,依托虚拟平台学情数据的实时采集与存储分析的优势,通过分析学生的在线课程学习情况(包括任务完成率、视频学习率、签到率等)、液压元件和系统等仿真平台的使用情况(包括平台点击率、虚拟实验电子报告),以及神经网络实训平台的使用情况(包括实验参数与实验结果电子报告等);同时,也依托翻转课堂的教学模式,依据科研能力的培养目标,在研讨当中实时评估每位学生的学习探索情况;另一方面,通过匿名调查问卷,基于学生的反馈数据,来综合评价教学效果[6]。

四、特色与创新

基于“五维度三依托”的研究生专业课程与科研深度融合的教学模式创新与实践成果,主要在“教—学—说”三方面进行了探索创新,使课程为研一的学生打开“科研之门”提供了一种“催化剂”:

第一,有效地教:通过科研成果与课程教学“无缝衔接”的深度融合方式,以及基于随堂反馈的课程内容调整设计,调整课程学术含量,达到改善教学效果的目的。

第二,有效地学:学生通过科研成果与课程融合的“个性定制”,以及基于互联网的辅助教学方式,使跨学科跨专业的研究生课程快速入门,提高了学习兴趣,不仅学到了科学知识,更学到了科研创新精神,达到有效地学的目的。

第三,有效地说:师生通过科研故事、文献和讨论形式,实现有效交流,并提高学生的表达能力,利于营造出良好的科研氛围。

五、教学成果应用与推广的实践效果

教学改革阶段性成果陆续应用于来自机械工程、流体機械工程和车辆工程等不同专业的硕士研究生,完成累积共四个教学班、88名研究生的教学实践。同时,通过不记名的问卷调查,平均约有90%的学生认为这种课程与科研的融合方式有利于提升科研能力、促进对学科与行业新发展的认识。为实现资源共享,建设了校级研究生SPOC课程“液压可靠性最优化与智能故障诊断”,充分整合优良师资和教学资源。自2018年以来,“液压可靠性最优化与智能故障诊断”SPOC课程在超星平台上线(whkjdx.fanya.chaoxing.com),并实现了与线下研究生课程的同步。这种在线课程的形式,非常有利于学生主动学习。根据已实施的两年数据的统计,在2018与2019年两个学年的课程应用中,从2018年4月下旬上线以来,累计学习访问量达到2200。学生的章节视频学习平均完成率达到90%以上。同时,SPOC课程网页点击量达到15000余人次,影响面广,推广力度大,形成了良好口碑。

比如,针对知识点《基于蒙特卡罗模拟的液压系统可靠性分析》,若该知识点只局限于在线下课堂讲解的话,受到课堂时间的限制,基础比较薄弱的学生可能难以理解。在后续的课堂研讨实践中,有研究生就在视频教学内容的基础上,对该方法融会贯通,做了深入的拓展阐述和分析。可见,通过这种新颖的教学模式,培养了学生的自主学习、深度思考的科研能力。

同时,通过建设“五大虚拟平台”,包括液压元件与系统虚拟仿真实验平台(国家级),混凝土泵车液压系统状态监测与故障诊断演示平台、叶片泵故障诊断专家系统演示平台和电磁换向阀可靠性试验远程监控平台,同时通过引入神经网络深度学习实训平台等(具体见附件材料),实现了“低门槛”辅助教学设计,提高学生的学习兴趣,增强学生的实践、沟通和自主学习能力。

本教学模式依托课题组相关的科研项目,与课程的融合映射关系分别是:(1)自然科学基金项目1项(基于多准则场景缩减的“零停机”设备状态预测与维护方法研究〔71501148〕)中研究内容“劣化状态智能预测、多元件系统维护优化方法”,主要作为课程“可靠性最优化、智能诊断”的延伸内容;(2)国家/行业标准预研项目2项(电磁换向阀可靠性试验与评估项目、承压壳体压力脉冲疲劳试验方法与评价方法研究)主要作为课程内容“可靠性实验、液压元件和系统的故障模式”的延伸内容;(3)国家标准制定项目1项(GB/T 35023-2018 液压元件可靠性评估方法)主要作为课程内容“可靠性基本概念、可靠性评估”的延伸内容。使学生通过接触现场试验的场景,以及科研小故事的形式,对科研过程中,包括科研历程等,有了比较清晰的认识,从而有利于为研二、研三年级的科研工作部分提供一种催化剂作用,让研一的学生体会到高高在上的科研项目原来是那么接地气,也体会到科研项目的不容易,培养学生坚韧的学习与钻研品格。

同時,根据近年来学科专业工业应用的趋势,出版了特色教材2部,分别是《液压可靠性最优化与智能故障诊断》《液压可靠性设计基础与设计准则》,为专业课程教学提供了重要的理论支撑。同时,针对本教学成果的实践推广应用,发表了相关的教学研究论文1篇,并且于2019年8月在国际学术会议SDPC2019上做了poster报告,进一步推广了本教学成果。

六、结语

研究生课程教学是国家培养高层次人才的教学,是培养研究生学术素养和科研能力的教学。为培养研究生的研究能力,我们必须在过去的教学模式中不断总结经验教训,调整教学模式,提高教学质量,为培养高层次人才做出我们应有的贡献。

参考文献

[1]韩焕菊.研究生教育教学管理策略的构建分析[J].教育教学论坛,2020(12):22-23.

[2]刘永恺.研究生课堂学习和科学研究模式探索[J].教育教学论坛,2020(8):246-247.

[3]张慧敏,卢润德.硕士研究生课程质量保障体系教学探究[J].继续教育研究,2011(1):98-100.

[4]陈烨,彭怀东,刘世明.地方高校研究生培养面临的困境与对策探析[J].河南教育(高教版),2018(5):14-18.

[5]湛从昌,陈新元.液压可靠性最优化与智能故障诊断[M].北京:冶金工业出版社,2015.

[6]刘长义.工业工程专业“翻转课堂”教学模式的实践与研究[J].宜春学院学报,2017,39(6):110-114.

Exploration on the “Five Dimensions and Three Supports” Teaching Model of Postgraduate Professional Courses

QIAN Xin-bo, DENG Jiang-hong, LU Yan

(School of Machinery and Automation, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China)

Abstract: The teaching of postgraduate courses makes graduate students have the academic quality of scientific research, and the ultimate goal of teaching is to cultivate their scientific research ability. It is the key link for the construction of “double first-class” colleges and universities. However, with the increasing number of postgraduate students in recent years, there are some problems that cannot be ignored in the teaching of postgraduate courses. In order to improve the quality of teaching, the current teaching model is analyzed and the main teaching problems are pointed out. According to the existing problems, a new teaching model of “five dimensions and three supports” is put forward for the deep integration of postgraduate professional courses and scientific research, which greatly improves the teaching effect.

Key words: postgraduate courses; scientific research; teaching model


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