新時代背景下工科研究生專業(yè)課的教學改革與實踐

李廣強

摘要：研究生教育是培養(yǎng)高技能創(chuàng)新創(chuàng)造人才的主戰(zhàn)場。專業(yè)課教學是研究生教育的關(guān)鍵組成部分，對學生專業(yè)素質(zhì)乃至其整體水平的培養(yǎng)有著非常重要的影響。為提高教學質(zhì)量，滿足新時代的要求，基于當前研究生專業(yè)課教學存在的若干問題，以大連海事大學《現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用》課程為背景，提出以下相關(guān)教學改革思路及途徑：首先是推進課堂教學轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂小皫熒p主體”特色的混合課堂，注重學生研究型學習能力的培養(yǎng);其次，基于承擔的科研課題，結(jié)合學校的學科特色，開展科研實踐導(dǎo)向的教學方法;最后，給出多元化課程考核與閉環(huán)課程質(zhì)量控制體系。經(jīng)過近年的教學實踐與檢驗，可知教改后該課程的整體教學質(zhì)量令人滿意，取得了一定的成效，可激發(fā)學生學習能力和研究精神的培養(yǎng)。有關(guān)措施適于新時代背景下的研究生專業(yè)課教學，對其他相關(guān)課程教學也具有啟發(fā)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：研究生教育教學改革專業(yè)課工科新時代

中圖分類號：G642文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Teaching Reform and Practice of Specialized Courses for Engineering Postgraduates in the New Era

LI Guangqiang

（School of Marine Electrical Engineering， Dalian Maritime University， Dalian， Liaoning Province， 116026 China）

Abstract： Postgraduate educationis the main battlefield forcultivating highly-skilled innovative and creative talents. Specialized course teaching is a key component of graduate education， and it plays a very important role in cultivating professionalism and even overall level of postgraduates. According to the several problems in current teaching practice of specialized courses for postgraduates， in order to improve the teaching quality to meet the requirements in the new era， related idea and approaches for teaching reform are proposed based on the specialized course， Modern Optimization Technology and Its Application， at Dalian Maritime University （DMU）. First of all， the transformation of classroom teaching is advanced to mixed classroom with the characteristicof doublesubjects of instructors and students， featuring emphasis oncultivation of research-oriented learning ability for graduates. In addition， based on undertaken scientific research projects and combined with the characteristics of disciplines at DMU， the research practice oriented teaching method is carried out. And finally， the diversified course assessments and closed-loop quality control system are presented. Through teaching practice and evaluation for recent years， it is shown that the total teaching quality of the course is satisfactory and certain results are achieved， after the teaching reform is implemented. And the cultivation of study ability as well as research spirit of postgraduates is inspired. Relevant measures and approaches are suitable for teaching practice of graduate specialized courses in the new era. They are also expected to provide inspiration and reference for other related course teaching.

Key Words： Postgraduate education; Teaching reform; Specialized courses; Engineering; New Era

隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，對高質(zhì)量創(chuàng)新創(chuàng)造型人才的需求量也日益提高。這同時意味著對研究生教育的發(fā)展提出了更高的要求。習近平總書記對我國研究生教育工作做出了重要指示，他指出“中國特色社會主義進入新時代”[1]“要高度重視研究生教育，推動研究生教育適應(yīng)黨和國家事業(yè)發(fā)展需要”“加快培養(yǎng)國家急需的高層次人才，為堅持和發(fā)展中國特色社會主義、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢做出貢獻”[2]。研究生教育直接擔負著高層次人才培養(yǎng)的前沿目標。如何保質(zhì)保量地培育新時代適應(yīng)我國經(jīng)濟社會需求的創(chuàng)新型人才，已然成為當下研究生教育迫在眉睫的任務(wù)[3]。

當前，我國已經(jīng)成為高校在校生人數(shù)居世界首位的高等教育大國，但近年來逐漸擴大的研究生規(guī)模與新時代對高層次人才需求之間的矛盾也更加突出[4]。新時代使命需要研究生教育質(zhì)量的全面提升，特別注重研究生創(chuàng)新、學習和實踐能力的培養(yǎng)。這需要在學位論文、實驗實踐和課程教育等多環(huán)節(jié)共同的協(xié)作培養(yǎng)。課程教育是研究生教育的基礎(chǔ)，特別是相關(guān)專業(yè)課程，對研究生的專業(yè)素養(yǎng)乃至其整體培養(yǎng)質(zhì)量，有著至為重要的影響。探索與新時代創(chuàng)新型高層次人才需求相適應(yīng)的研究生專業(yè)課教學模式，具有相當?shù)默F(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

1 當前研究生專業(yè)課教學存在的相關(guān)問題

對比當前研究生專業(yè)課教學與新時代發(fā)展的要求，兩者之間存在著不同層次與方面的諸多矛盾與問題，以下僅闡述教學實踐中常見的幾個。

1.1傳統(tǒng)課堂存在的“滿堂灌”現(xiàn)狀

隨著相關(guān)領(lǐng)域科技的迅猛發(fā)展，研究生培養(yǎng)方案內(nèi)體現(xiàn)新技術(shù)和新方法的專業(yè)課日益涌現(xiàn)，諸如本人所在的控制學科，近年來針對碩士研究生就增列了機器學習、大數(shù)據(jù)等有關(guān)課程。與此同時，很多專業(yè)課的學時數(shù)也進行了削減，這就意味著許多課程要在一節(jié)時間內(nèi)講授更多的內(nèi)容。很多老師為了提高授課效率，采取了傳統(tǒng)課堂常用的“滿堂灌”授課方式。但其弊端顯而易見，教師在課堂上是絕對的“主角”，老師講學生聽，滿堂去喂給和灌輸專業(yè)知識，雖然可保證教學進度，但形式單一枯燥，學生能在課堂上學多少是“未知數(shù)”，難以調(diào)動學生的積極性和主動性，且易使學生缺乏學科知識的廣度，也不利于培養(yǎng)其批判性的專業(yè)思維能力，以及學習和實踐的主動性。而研究生專業(yè)課程教育恰恰要培養(yǎng)學生本專業(yè)的創(chuàng)造性思維，積極地學習和深入的實踐能力。這就需要我們摒棄過去傳統(tǒng)的灌輸式教育，真正把學生請進來，將課堂轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式的講授，批判式的研討，以及師生間、學生相互間交流與提高的平臺。

1.2課程理論知識與科研實踐相結(jié)合不理想

工科研究生專業(yè)課普遍都有其深刻的工程背景與較強的應(yīng)用價值，但同時課程的理論性較強，且課堂學時所限，往往偏于理論知識的講授，使得學生往往缺乏理論與科研實踐的聯(lián)系，這不利于深層次和系統(tǒng)地對相關(guān)理論與專業(yè)知識的理解與掌握，更不利于研究生科研實踐能力的培養(yǎng)。過去專業(yè)課提及理論聯(lián)系實際，往往僅是增加習題課和實驗教學，但這對于工科研究生來說是不夠的。要著眼于工科研究生是科研實踐的主力軍和最活躍的群體，著眼于其未來從事專門領(lǐng)域的科學研究和挑戰(zhàn)性技術(shù)工作的事實，必須在更深層次去改善這方面的教學內(nèi)容，才能學以致用，夯實學生研究型學習能力的培養(yǎng)，提高其從事科研實踐的能力。

1.3課程考核方式簡單化及評價標準不科學

以往對于研究生專業(yè)課的考核與成績評定，多是撰寫課程結(jié)業(yè)論文，或者是期末試卷考試，平時成績的評定也基本是根據(jù)課后作業(yè)及課堂提問等，較為簡單化，評價標準也不系統(tǒng)科學。而教學方式的多樣化改革，必然導(dǎo)致課程考核與評價方式的多樣化。采用多元化考核評價模式，可使得研究生更加積極而充分地參與各個教學環(huán)節(jié)，摒棄“一考定終身”，盡可能系統(tǒng)地、客觀地、公正地給出該生此門課程的成績評價，并可更多地關(guān)注其研究型學習，創(chuàng)新意識和團隊合作精神等多種品質(zhì)的培養(yǎng)。由此，多元化、系統(tǒng)化的課程考核方式，值得進一步地探索與實踐。

2 新時代背景下研究生專業(yè)課教學改革途徑

面向新時代的研究生專業(yè)課教學改革，重要的是教學方式、理念的改革，重在研究生學習能力、創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，把課堂講授和討論、學生課下查閱資料和自學、專業(yè)知識和科研實踐有機地結(jié)合在一起。針對上節(jié)給出的若干問題，基于筆者為大連海事大學控制科學與工程學科碩士研究生講授專業(yè)課《現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用》的教學實踐，提出如下教學改革思想及路徑。

2.1 具有“師生雙主體”特色的混合課堂模式

為適應(yīng)新時代背景下對于研究生教育的創(chuàng)新性和學習能力培養(yǎng)的要求，摒棄“滿堂灌”的弊端，應(yīng)以學生主動性學習，帶動課堂教學由教師“獨角戲”向“師生雙主體”的突破，將“指導(dǎo)學習”與“自主學習”相結(jié)合，構(gòu)建新型的教師與學生的關(guān)系[5]，形成新的課堂教學模式，以有效培養(yǎng)學生獨立學習及團隊合作學習的能力。

鑒于研究生已有一定的專業(yè)理論基礎(chǔ)，并且教授的《現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用》課程，其主要內(nèi)容，既有同類算法的共性又有個體算法的差異，因此特別適合學生分組學習與討論，讓其在自我學習、團隊協(xié)作學習，以及師生間相互討論學習中主動地掌握課程知識，融會貫通，從而真正把課堂主角變?yōu)榻處熀蛯W生的“共同體”。

具體而言，采用此種新型混合課堂的教學模式[6]，對于入門知識和某些有難度的部分，即最優(yōu)化的數(shù)學基礎(chǔ)和各類最基本算法等內(nèi)容，主要仍以傳統(tǒng)課堂的教師講授為主，以夯實課程基礎(chǔ)。當學生具備了基本優(yōu)化理論，掌握了最基本的算法思想與實現(xiàn)之后，在同類其他優(yōu)化算法及工程應(yīng)用部分采用“雙主體”的現(xiàn)代課堂教學模式。教師先拋磚引玉，給定提示要點和參考資料，然后學生自愿組建學習小組，要求學生結(jié)合給定資料，廣泛查閱文獻，開展自我及小組合作學習，利用課外時間，通過集中面對面討論，或各種網(wǎng)絡(luò)群和會議平臺進行交流，并制作相關(guān)內(nèi)容PPT，在課堂上演示匯報這些算法的原理、實現(xiàn)技術(shù)和典型工程應(yīng)用等內(nèi)容。匯報結(jié)束后開展學生間及師生間的討論，教師把握全局，做方向性指導(dǎo)，并回答學生無法自己解決的問題。最后，采取“同行評議”策略，讓學生對每個學習小組，以及各小組對組內(nèi)各位同學的表現(xiàn)給予評價和打分。以此來各取所長，優(yōu)勢互補，充分發(fā)揮傳統(tǒng)課堂與現(xiàn)代課堂相結(jié)合的混合教學模式的優(yōu)越性，體現(xiàn)“師生雙主體”特色，既保障了堅固課程基礎(chǔ)知識，又可調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)其研究型學習，以及自主和團隊協(xié)作學習的能力。

2.2基于科研實踐導(dǎo)向的教學方法

針對研究生身處科研前線的實質(zhì)，為強化專業(yè)課的理論知識與相關(guān)科學研究的聯(lián)系，以此為導(dǎo)向，嘗試將專業(yè)課教學與科研實踐結(jié)合起來。筆者多年來一直從事智能系統(tǒng)與優(yōu)化，自動化碼頭等領(lǐng)域的研究。結(jié)合該研究方向和承擔的國家自然科學基金、交通部應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目等科研工作，開展基于“導(dǎo)—學—研—做”的，面向科研實踐導(dǎo)向的教學方法。強化算法在船舶與港口等學科特色領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題中的應(yīng)用，以提高研究生的學術(shù)興趣和在課堂教學及科研實踐中的參與度，同時也便于學生從科學研究的角度加深對專業(yè)課理論知識的進一步理解和掌握。

《現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用》課程在理論上探討各種經(jīng)典的數(shù)學規(guī)劃法和群智能優(yōu)化算法的原理即實現(xiàn)，實踐上有著眾多工程領(lǐng)域的應(yīng)用。由此，基于筆者學校和學科的港航特色，結(jié)合筆者的科研實踐，構(gòu)建了實際工程優(yōu)化問題的設(shè)計資料庫，包含自動化集裝箱碼頭綜合調(diào)度與優(yōu)化，機器人運動控制與路徑規(guī)劃等若干主題。組織學生選擇自己感興趣的主題，并在其中選取工程實際問題，自主查閱資料，運用課堂所學的優(yōu)化理論，討論相關(guān)算法在這些工程實踐問題中的應(yīng)用，建立問題的數(shù)學模型，選擇適合的算法，進行編碼和算子的設(shè)計，然后利用各種軟件平臺，對設(shè)計資料庫中的這些實際問題進行程序設(shè)計與優(yōu)化仿真，處理結(jié)果數(shù)據(jù)，并據(jù)此完成和提交軟件程序設(shè)計報告，記為該生課程考核的一部分。進一步地鼓勵研究生在設(shè)計報告的基礎(chǔ)上，深入研究和充實提高，資助其發(fā)表學術(shù)論文及申請專利。

以上這些，不但有助于學生把抽象的“飄在空中的理論和算法”“落地”在工程實處，而且進一步地提高了學生掌握科研方法，撰寫科技報告，學術(shù)論文及專利的能力。把學生從課堂引入科研實踐第一線，激發(fā)學生自主學習和科學研究的興趣，強化其創(chuàng)造精神與科研實踐能力的培養(yǎng)。反過來，也有助于教師的教學和科研工作統(tǒng)籌平衡，相互促進與提高。

2.3 多元化課程考核方式及閉環(huán)質(zhì)量控制系統(tǒng)

前述混合課堂模式和科研實踐導(dǎo)向教學方法的具體效果，需要有客觀公正的多元化課程考核方式和科學的評價體系來進行檢驗，盡量讓學生把“功夫”花在平時，不搞期末突擊。這里，通過文獻閱讀與綜述的質(zhì)量（約占總成績30%），課堂算法PPT匯報與討論（約占總成績30%），基于求解資料庫中實際工程問題的軟件系統(tǒng)及程序設(shè)計報告（約占總成績40%）這3個方面，來綜合評價學生的學習成績，杜絕死記硬背，鼓勵自由探索，提倡運用所掌握的專業(yè)理論知識，分析和解決實際的工程優(yōu)化問題。

具體而言，文獻閱讀與綜述部分，在課程開始時給定若干題目，學生自主選擇，并在課程結(jié)束后提交，其質(zhì)量主要從文獻閱讀的廣度和深度、總結(jié)及創(chuàng)新性、內(nèi)容邏輯性、寫作態(tài)度與格式等方面，按照給定評分標準進行評定;課堂PPT匯報與討論的效果采用德爾菲法（Delphi Method）[7]，形成教師評價（權(quán)重50%）、學生自評（權(quán)重20%）與同學互評（權(quán)重30%）相結(jié)合的方式進行評價;軟件系統(tǒng)與程序設(shè)計報告不限實現(xiàn)語言及平臺，主要從系統(tǒng)構(gòu)架、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、可讀性和操作性、計算效率及計算結(jié)果正確性、報告撰寫的邏輯性及規(guī)范性等方面給予評分，進行綜合評價。

由此，多元化給定學生的課程成績。同時，在每次課程結(jié)束后，通過直接在網(wǎng)絡(luò)群或Email等平臺上推送問卷的方式進行課程滿意度調(diào)查，并邀請學生進行課程談（也可利用網(wǎng)絡(luò)會議形式），上述問卷調(diào)查和回訪結(jié)果，連同學生課程成績，一起構(gòu)成反饋信息，交由任課教師計算與統(tǒng)計，完成該次教學的分析與總結(jié)報告，形成資料文檔，并與期望的課程教學質(zhì)量目標對比，從而構(gòu)成負反饋的閉環(huán)教學質(zhì)量控制系統(tǒng)，可歷年追溯，可反饋修正提高，促使整體教學質(zhì)量不斷改進（見圖1）。

3相關(guān)結(jié)果

基于上述教改思想和途徑，對《現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用》課程的教學大綱進行了修訂，明確了期望的課程教學目標，完善了課程多元化考核方式及評價體系的具體內(nèi)容和標準。近3年來的教改實踐中，共有30位控制學科的碩士研究生選修了該課程。其中，成績優(yōu)秀（90分及以上）的9人，占30%，良好（80-90分）18人，占60%，中等（70-80分）3人，占10%，沒有及格及以下的，整體成績較好。其次，通過近3年的問卷調(diào)查可知，學生對該課程“非常滿意”和“滿意”的比例分別為80.5%，81.8%和88.9%，有逐年提高的趨勢，其余選擇為“比較滿意”，沒有選擇“不滿意”的學生。具有代表意義的1名學生，基于其求解資料庫中實例的研究和程序設(shè)計報告，進一步深入探索，發(fā)表學術(shù)論文3篇，均被EI數(shù)據(jù)庫檢索，并在此基礎(chǔ)上完成了碩士學位論文“基于改進果蠅優(yōu)化算法的機器人路徑規(guī)劃問題研究”，獲得2018年度碩士研究生國家獎學金。此外，通過該校研究生院組織專家組現(xiàn)場聽課和課后檢查文獻綜述及程序設(shè)計報告等文檔，學院教師同行評議，以及選課學生評教等方式，最終評定該課程的教學獲得2020年度大連海事大學研究生優(yōu)質(zhì)教學獎。上述期末成績分布，調(diào)查問卷結(jié)果和獲獎情況，說明此次教學改革在實踐中取得了一定的效果。

4 結(jié)語

在我國的社會和經(jīng)濟發(fā)展進入新時代，對研究生教育提出更高要求的背景下，針對工科研究生專業(yè)課教學存在的若干問題，提出了相應(yīng)的教學改革措施和途徑，主要有體現(xiàn)“師生雙主體”特色的混合課堂教學、基于科研實踐導(dǎo)向的教學方法，以及多元化課程考核方式及閉環(huán)教學質(zhì)量控制系統(tǒng)的建立等。近年來的教改實踐和成果表明，相關(guān)措施可激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)造力，使課堂理論知識面向科研實踐，增強研究生自主性學習、研究性學習與合作學習的能力，有利于新時代所需復(fù)合型高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。所給的教改途徑和方法也可推廣應(yīng)用于工程其他學科有關(guān)課程的教學之中，并對新時代以“創(chuàng)新和實踐”為特征的研究生教學方法改革，提供一些探索和嘗試。

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