在專業(yè)課程中以“創(chuàng)新”為導(dǎo)向的研究性教學(xué)研究與實踐

李靜 陳延偉 焦陽

[摘 要]本科教學(xué)中實施研究性教學(xué)，是提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的一項重要的教學(xué)改革措施。結(jié)合“計算機(jī)輔助設(shè)計與制造”課程，以創(chuàng)新教育激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提升學(xué)生就業(yè)率為目標(biāo)，針對“教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)案例、實踐教學(xué)、課外研究、考試考核”等六方面，進(jìn)行研究性教學(xué)模式研究與實踐，形成代表性和規(guī)范性的研究性教學(xué)實例。

[關(guān)鍵詞]研究性教學(xué) 案例教學(xué) 創(chuàng)新能力 科研

[中圖分類號] G420[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）07-0111-03

研究性教學(xué)是教師在教學(xué)過程中通過活躍的思維、平等的教學(xué)氣氛、自由的交流情景，以培養(yǎng)學(xué)生的研究意識、研究能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)。[1]研究性教學(xué)有著思想淵源和長期的發(fā)展歷程。如孔子的啟發(fā)式教學(xué) “不憤不啟，不悱不發(fā)”和代表著研究性教學(xué)思想萌芽的蘇格拉底的“產(chǎn)婆術(shù)”，這些古今中外的很多教育家和教育理論流派都闡述過類似于研究性學(xué)習(xí)的教育方式和學(xué)習(xí)方式。[2]

一、研究性教學(xué)方案設(shè)計

以“計算機(jī)輔助設(shè)計與制造”這門主干課程為教學(xué)實踐載體，分析現(xiàn)有課程結(jié)構(gòu)設(shè)置，深入探究、總結(jié)研究性教學(xué)規(guī)律和教學(xué)模式，提出實施研究性教學(xué)應(yīng)具備的基本要素，針對“教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)案例、實踐教學(xué)、課外研究、考試考核”等六方面，形成研究性教學(xué)實例，并具有一定的代表性和規(guī)范性，可為其他課程提供借鑒。一方面，通過研究性教學(xué)實例的示范，引導(dǎo)教師突破傳統(tǒng)教學(xué)習(xí)慣，使課程教學(xué)水平達(dá)到精品課要求;另一方面，為其他學(xué)科課程教學(xué)改革提供有價值的借鑒，帶動學(xué)科主干課程教學(xué)改革。

（一）凝練教學(xué)內(nèi)容

“計算機(jī)輔助設(shè)計與制造”是專業(yè)必修課，2012年被評為吉林省精品課程。這門課程包括原理與應(yīng)用兩個方面的教學(xué)內(nèi)容。在培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合運(yùn)用能力、計算機(jī)軟件應(yīng)用及開發(fā)能力、現(xiàn)代設(shè)計能力、創(chuàng)新設(shè)計能力等方面發(fā)揮著重要作用。其中原理部分包括：基本圖形生成及圖形變換、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、三維幾何造型、交互處理技術(shù)等;應(yīng)用部分包括兩個主要內(nèi)容：上述原理技術(shù)的應(yīng)用、二 / 三維軟件的應(yīng)用。按照課程教學(xué)要求，按知識模塊凝練內(nèi)容，從利于加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生鉆研精神和創(chuàng)新精神入手，注重挖掘?qū)W術(shù)深度，完成整體方案設(shè)計。與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容相比，從注重學(xué)生的現(xiàn)代設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和實踐動手能力培養(yǎng)出發(fā)，完成了新教學(xué)大綱及教學(xué)計劃的制訂，使理論學(xué)時和實踐學(xué)時的分配更合理。

（二）轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，提高教師素質(zhì)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是“以教師為中心”，在教學(xué)過程中，由教師向?qū)W生傳授知識，教師處于主導(dǎo)和中心地位，學(xué)生以接受知識為主，教師更多注重知識的傳授、灌輸，忽視學(xué)生學(xué)習(xí)方法的掌握和能力的培養(yǎng)。教師應(yīng)轉(zhuǎn)變這種教學(xué)觀念，堅持學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)[3]，以學(xué)生為中心，確定教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生主動、有效、多樣地學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中應(yīng)考慮學(xué)生在接受知識過程中的差異性、特殊性，充分了解學(xué)生情緒的波動與情感的變化，憑借自身淵博的知識和獨(dú)特的教學(xué)風(fēng)格，用優(yōu)美的語言吸引和感染學(xué)生，讓學(xué)生從被動變主動，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)習(xí)的積極性。

鼓勵教師在組織教學(xué)活動的同時，積極參與科研活動，一方面，可以讓教師了解本學(xué)科的科學(xué)研究前沿，及時將獲得的新知識補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中去，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生思維方法，使教師成為教學(xué)能手;另一方面，通過縱向、橫向科研課題的研究實踐，可以提高教師的學(xué)術(shù)研究水平，培養(yǎng)善于研究問題和解決問題的能力，使教師成為科研尖兵。

二、組合不同教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)質(zhì)量

研究性教學(xué)的基本教學(xué)法有案例教學(xué)法、發(fā)現(xiàn)教學(xué)法、程序教學(xué)法、基于問題的學(xué)習(xí)等。這四種方法會因?qū)I(yè)、課程、學(xué)生年級及教師的個性品質(zhì)不同而有不同的選擇，不能生搬硬套。課程組從不同專業(yè)的課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、不同年級學(xué)生水平出發(fā)，經(jīng)過選擇與組合，形成具有本課程特色的教學(xué)方法結(jié)構(gòu)。

（一）適應(yīng)授課內(nèi)容，調(diào)整授課班型

“計算機(jī)輔助設(shè)計與制造”是全院的必修課，同時開課班級多，為保證教學(xué)質(zhì)量，采用小班制授課，尤其是應(yīng)用軟件教學(xué)部分，因其與計算機(jī)緊密相關(guān)，全部課程均單班在機(jī)房授課，邊講授邊實踐，不但可及時答疑解惑，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，而且教學(xué)目的明確、兼顧共性與個性，更好地解決“教”和“學(xué)”這兩個主要問題。

（二）根據(jù)授課內(nèi)容選擇授課方式

依據(jù)授課內(nèi)容特點(diǎn)將其分為基本概念和基本理論、實踐性較強(qiáng)、涉及學(xué)科前沿和可擴(kuò)展的知識，分別采用不同的授課方式。如“二、三維圖形基本變換原理”、“工程圖生成方法”、“數(shù)據(jù)處理”等，主要以教師課堂授課為主;“數(shù)據(jù)庫應(yīng)用”安排學(xué)生自學(xué)與師生之間、生生之間互相討論相結(jié)合的方式進(jìn)行;“CAD / CAM的發(fā)展趨勢”為增強(qiáng)學(xué)生的參與意識，激發(fā)學(xué)生探究理論的興趣，可采用學(xué)生查閱資料與課堂討論相結(jié)合的方式進(jìn)行。

（三）探索新的教學(xué)手段

采用理論教學(xué)、程序設(shè)計、演示與操作一體化的教學(xué)手段，即多媒體教學(xué)課件、教學(xué)視頻、課程網(wǎng)站等教學(xué)手段的融合。例如在講述“二、三維圖形基本變換”、“幾何建模技術(shù)”等內(nèi)容時，根據(jù)其內(nèi)容與計算機(jī)相關(guān)的特點(diǎn)，課程組基于相關(guān)輔助軟件，制作圖形、圖像和動畫等開發(fā)了輔助教學(xué)課件，展示圖形的生成方法、圖形的變換原理、零件圖和裝配圖的建模方法等，還實現(xiàn)了與科研成果“虛擬數(shù)控車削軟件系統(tǒng)”等的動態(tài)鏈接;在課程網(wǎng)站上，網(wǎng)絡(luò)資源是開放的，學(xué)生申請賬戶后，可自由下載、查找習(xí)題、上傳作業(yè) / 作品、交流創(chuàng)作經(jīng)驗，養(yǎng)成獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)和自主管理的習(xí)慣;在軟件教學(xué)中，將重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容制成教學(xué)視頻文件，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)、加深理解，避免學(xué)生“課上學(xué)得快，課后忘得快”，如“參數(shù)化零件設(shè)計”、“產(chǎn)品的裝配及運(yùn)動仿真”等內(nèi)容，可制作成視頻文件供學(xué)生課下學(xué)習(xí)。

三、設(shè)計教學(xué)案例，增強(qiáng)師生互動

案例教學(xué)法是研究性教學(xué)法的基本方法之一，始創(chuàng)于哈佛學(xué)院，其關(guān)鍵是課堂典型案例設(shè)計，即所選案例必須典型，條件設(shè)計必須合理，反面案例必須恰當(dāng)。這就要求我們要以具有導(dǎo)向性、開放性和可操作性，且最好貼近實踐的真實問題為基礎(chǔ)，從激發(fā)學(xué)生探究新知識、開創(chuàng)新方法的角度出發(fā)，設(shè)計典型案例，通過師生互動和雙向交流的形式，促進(jìn)學(xué)生自主思考能力的發(fā)展。

“計算機(jī)輔助設(shè)計與制造”主要講述計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)的關(guān)鍵理論與方法，教學(xué)中為確保將CAD的前沿技術(shù)與最新研究成果引入課堂教學(xué)，課程組在保留傳統(tǒng)基本理論的前提下，以系統(tǒng)性、先進(jìn)性、實用性、通用性為原則，及時進(jìn)行知識更新，設(shè)計工程實際案例，講述在實際設(shè)計中的應(yīng)用，鍛煉學(xué)生的實踐能力，典型教學(xué)案例如表1所示。

四、教學(xué)、科研結(jié)合，理論、實踐結(jié)合

（一）科研成果引入教學(xué)

課程組鼓勵教師聯(lián)系教學(xué)實際搞科研，依據(jù)“教學(xué)帶科研、科研促教學(xué)”的教改思路，從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識入手，把科研成果帶入課堂，把最新的知識和信息傳遞給學(xué)生。

一方面，教師通過教學(xué)活動觀察學(xué)生，根據(jù)每個學(xué)生的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)能力，選育部分接受能力強(qiáng)的學(xué)生，針對科研項目內(nèi)容布置學(xué)習(xí)任務(wù)，拓展課堂所學(xué)知識;吸收部分動手能力強(qiáng)的學(xué)生承擔(dān)力所能及的科研項目，獲得更多實踐機(jī)會，兩年已有16人參與教師的科研中。另一方面，結(jié)合課程內(nèi)容、學(xué)生的興趣及實際水平，布置課外研究課題，或提供一定的范圍，由學(xué)生自主選題，自由組成課題組，在課外進(jìn)行調(diào)查與研究，撰寫報告和論文。學(xué)生通過研究可以初步掌握收集、整理和利用資料的方法，掌握科學(xué)研究的基本方法和程序，綜合運(yùn)用學(xué)科知識、各項操作技能，直接參與和親身體驗研究工作的全過程及其各環(huán)節(jié)，同時，學(xué)生的開拓和創(chuàng)新精神也會得到提高。

（二）實踐教學(xué)模式改革

相對于理論教學(xué)，實踐教學(xué)具有直觀性、綜合性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)，是理論課程教學(xué)的重要輔助環(huán)節(jié)，加強(qiáng)實驗教學(xué)與課外實踐環(huán)節(jié)是必不可少的。實踐教學(xué)主要包括實驗、課程設(shè)計、實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計四個環(huán)節(jié)，教學(xué)改革的內(nèi)容包括：調(diào)整實踐教學(xué)內(nèi)容，增加設(shè)計性、綜合性實驗;充分利用校內(nèi)的教育資源，拓展校外各類實驗、實訓(xùn)、實習(xí)基地的建設(shè)，加強(qiáng)校企合作、產(chǎn)學(xué)結(jié)合[4];豐富教學(xué)資源，通過各類大賽提高學(xué)生的工程創(chuàng)新和實踐能力。

（1）增加設(shè)計性、綜合性實驗

在考慮學(xué)生的知識儲備和實驗條件的基礎(chǔ)上，增設(shè)設(shè)計性、綜合性實驗，將科研的基本方法、技能和思維方法融入實驗內(nèi)容和教學(xué)中，對學(xué)生進(jìn)行基本科研技能訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的實踐創(chuàng)新積極性，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)知識和科研技能的內(nèi)化，提升實踐能力。如：綜合性實驗 “二級斜齒圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計”，涉及優(yōu)化設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計、數(shù)據(jù)處理等多個知識的綜合運(yùn)用;設(shè)計性實驗“汽車四缸發(fā)動機(jī)的運(yùn)動仿真”涉及發(fā)動機(jī)的零件設(shè)計、裝配設(shè)計及運(yùn)動仿真等。

除此之外，課程組還增設(shè)了“箱體類零件的CAPP設(shè)計”等與課程內(nèi)容有關(guān)的選修實驗項目，為學(xué)生開放實驗平臺，由學(xué)生自擬實驗題目，教師輔助指導(dǎo)，做到因材、因內(nèi)容施教，提高學(xué)生的基本科研技能和創(chuàng)新能力。

（2）加強(qiáng)校內(nèi)外實習(xí) / 實踐基地建設(shè)

我校有“大學(xué)生創(chuàng)新基地”、吉林省實驗教學(xué)示范中心“機(jī)械工程實驗教學(xué)中心”和國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)單位“工程訓(xùn)練中心”，應(yīng)充分利用這些校內(nèi)資源，為學(xué)生參加實踐活動提供保障;積極拓展校外各類實驗 / 實訓(xùn) / 實習(xí)基地建設(shè)，如中國第一汽車集團(tuán)公司、長春中聯(lián)汽車檢測設(shè)備有限公司、長春數(shù)控機(jī)床有限公司等都與我校有較好合作關(guān)系。

（3）通過各類大賽提高學(xué)生的工程創(chuàng)新和實踐能力

鼓勵、支持學(xué)生參與各級各類競賽、課外科技及社會實踐活動、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)活動等，并將各類大賽的優(yōu)秀作品和創(chuàng)新項目成果及時傳遞給學(xué)生，為學(xué)生參與教師科研和自主開展課題研究創(chuàng)造條件。

五、建立全程評價體制

為了反映學(xué)生的真實水平，建立以多樣化的考核方式為督促手段的全程評價體制，即課內(nèi)教學(xué)與課外自主學(xué)習(xí)相結(jié)合、教學(xué)目標(biāo)管理和學(xué)習(xí)過程評價相結(jié)合。對于理論性內(nèi)容，可采取“平時+實驗+筆試”的方式，即平時成績占總成績的20%，由基本理論、課堂作業(yè)、課程論文及討論組成;實驗成績占總成績的20%，由預(yù)習(xí)、操作及報告三部分成績組成;筆試分閉卷考試成績和開卷考試成績，占總成績的60%。對于實際應(yīng)用內(nèi)容，采取“平時+口試+實踐”的方式，即平時成績占總成績的20%，由綜合能力、課程作業(yè)、課堂討論組成;口試成績占總成績的20%，由實踐操作中基礎(chǔ)理論、操作技巧組成;實踐操作成績占總成績的60%，按完成總體情況確定，考核學(xué)生解決實際問題的能力。

六、成效

研究性教學(xué)在我院機(jī)械工程專業(yè)經(jīng)過兩年的實踐，成效顯著。首先，理論教學(xué)效果明顯改善，學(xué)生普遍認(rèn)為課堂輕松活潑，學(xué)后思路清晰，理解較為深刻。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性提升明顯，觀察問題、分析問題、尋求解決問題方法的能力均得到提高。其次，實踐教學(xué)成果豐厚，學(xué)生在“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、慧魚組機(jī)械創(chuàng)新大賽、全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新大賽等各類大賽中均獲可喜成績。再次，學(xué)生就業(yè)率大幅提升，一度出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象。值得一提的是，教師的教學(xué)和科研水平也獲得了較大提高。

[ 注 釋 ]

[1] 姚利民，史曼莉.大學(xué)研究性教學(xué)的必要性與可行性[J].湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報，2008（6）：62-65.

[2] 嚴(yán)啟英.關(guān)注高校研究性教學(xué)提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].高教論壇，2009（3）：73-77.

[3] 任東方.論教育中的“三重”目標(biāo)及三種境界[J].黃河科技大學(xué)學(xué)報，2010（6）：102-104.

[4] 李靜，王占禮，等.教學(xué)科研并重，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報（高教研究版），2013（3）.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]