基于研究生科研能力培養(yǎng)的“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)改革

摘 要 “現(xiàn)代設(shè)計方法”課程是一門內(nèi)容體系龐大、理論與實踐相結(jié)合、多學(xué)科交叉的綜合性課程，旨在培養(yǎng)研究生的科研思維、探索精神、創(chuàng)新意識和實踐能力。為了提高教學(xué)質(zhì)量，文章提出針對教學(xué)中存在的問題，整合教學(xué)內(nèi)容；依托學(xué)習(xí)通線上教學(xué)平臺實施項目式教學(xué)、案例式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等多元教學(xué)活動，借助學(xué)術(shù)講座的形式保障前瞻性教學(xué)；采用全過程綜合考核體系評價研究生的綜合科研能力。實踐顯示，“課堂+線上+微項目+講座”的改革取得了較好的成效，有效提升了研究生的綜合科研能力。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代設(shè)計方法；科研能力；微項目；教學(xué)改革

中圖分類號：G424"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A""""" DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.32.032

Teaching Reform of Modern Design Methods Course Based on the Cultivation

of Graduate Students' Scientific Research Abilities

GUO Lihua， Jiang Quansheng， YANG Jianfeng

（School of Mechanical Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou， Jiangsu 215101）

Abstract \"Modern Design Methods\" is a comprehensive course with huge content system， combining theory and practice， and crossing many disciplines， aiming to cultivate graduate students' research thinking， exploratory spirit， innovation awareness， and practical abilities. In order to improve the quality of teaching and address issues in the teaching processes， the course integrates teaching contents， utilizes online learning platforms to implement project-based learning， case-based teaching， and flipped classroom， and ensures forward-looking teaching through academic lectures. A comprehensive assessment system is used to evaluate the overall research abilities of graduate students. Practice has shown that the teaching reform of \"classroom + online + micro-projects + lectures\" has achieved good results， effectively enhancing the comprehensive research abilities of graduate students.

Keywords modern design methods; research abilities; micro-projects; teaching reform

“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程是機械專業(yè)研究生的一門學(xué)位課，其主要任務(wù)是通過介紹創(chuàng)新設(shè)計、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等幾種常用現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，達到拓寬學(xué)生視野，增強學(xué)生創(chuàng)新意識的目的。本門課程 的特點是綜合性強、內(nèi)容多學(xué)科交叉、理論與實踐相結(jié)合，是應(yīng)用廣泛的一門新興學(xué)科。然而傳統(tǒng)的“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)往往局限在理論知識的傳授，難以達到培養(yǎng)研究生科研能力的目標。如何改變教學(xué)方法和提升教學(xué)質(zhì)量已成為本課程教學(xué)改革亟待解決的問題。

1" “現(xiàn)代設(shè)計方法”教學(xué)中存在的問題

1.1" 教學(xué)模式陳舊，被動式學(xué)習(xí)與科研能力培養(yǎng)背道而馳

研究生階段通常需要獨立完成一篇具有創(chuàng)新性的科研著作，學(xué)生的科研能力是保證其完成學(xué)業(yè)的最重要的能力之一。而在大學(xué)學(xué)習(xí)中，教師習(xí)慣于灌輸式教育，學(xué)生習(xí)慣于被動式學(xué)習(xí)，課堂上缺少教學(xué)互動，缺少對已有知識的批判和質(zhì)疑。這種教學(xué)模式不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2" 課程內(nèi)容前沿性不足，難以兼顧系統(tǒng)性和專業(yè)性

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，對機械類研究生的培養(yǎng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)教學(xué)模式培養(yǎng)出的學(xué)生對新技術(shù)的認知偏差大，加上課程教學(xué)過程中，前沿性知識理論不足，能滿足新工科需要的前沿知識結(jié)構(gòu)不充分，造成前沿理論與生產(chǎn)實踐脫節(jié)現(xiàn)象依然嚴重。當(dāng)前，傳統(tǒng)研究生培養(yǎng)的標準已達不到機械行業(yè)對高端人才的要求，這一體系面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為知識更新滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、理論與實踐脫節(jié)，以及畢業(yè)生能力與市場需求之間存在明顯不匹配等困境。

現(xiàn)代設(shè)計方法不僅是機械設(shè)計領(lǐng)域研究的重要方法，在自動控制、視覺識別、圖像識別、機器人等領(lǐng)域也是重要的方法論。然而傳統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計方法多集中在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，教學(xué)內(nèi)容專業(yè)性不強，不能適應(yīng)各種研究方向，缺乏針對性和創(chuàng)新性。例如，自動控制研究方向的學(xué)生更關(guān)注控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，圖像識別方向的學(xué)生更關(guān)注圖像識別方法和識別準確度優(yōu)化。因所關(guān)注的研究領(lǐng)域不同，這些專業(yè)的學(xué)生對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的內(nèi)容缺乏學(xué)習(xí)動力。此外，如果教學(xué)內(nèi)容過于強調(diào)專業(yè)性也會使得教學(xué)章節(jié)之間缺乏聯(lián)系，不利于不同項目組間的交流學(xué)習(xí)與提升。

1.3" 評價體系不夠全面，難以評價學(xué)生的綜合能力

研究生教育有別于本科教育，是一種專業(yè)教育，強調(diào)專業(yè)知識的深度，要求學(xué)生在某一專業(yè)上進行深入鉆研，其更加注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前，“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程的考核方式仍以理論考試為主。這種考核方式無法真實反映研究生對所學(xué)知識的深入理解程度及其解決實際工程問題的實踐能力和創(chuàng)新思維，也不能提升研究生的科研素養(yǎng)和科研能力，迫切需要探索更為全面、科學(xué)的評價體系。

2" “現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)改革實踐

“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程圍繞“重視基礎(chǔ)，強化實踐，融入前沿，提高創(chuàng)新”的指導(dǎo)思想構(gòu)建，堅持“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的科研思維、探索精神和創(chuàng)新能力為核心”的育人理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核、教學(xué)組織等四個方面開展面向研究生科研能力提升的課程教學(xué)改革，針對每堂課的組織形式依據(jù)教學(xué)流程、教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標構(gòu)建研究生課程教學(xué)體系，如圖1所示。

2.1" 以能力培養(yǎng)為目標，整合和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

本門課程內(nèi)容體系龐大，理論上多學(xué)科交叉，與多門課程聯(lián)系緊密。比如有限元分析的基礎(chǔ)理論部分與彈塑性力學(xué)的部分內(nèi)容重合，優(yōu)化算法中用到的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)值分析的部分內(nèi)容重復(fù)。對于這些重復(fù)的內(nèi)容，在搞清楚理論知識出處的前提下，可適當(dāng)刪減。另外，選修本門課程的研究生屬于不同專業(yè)不同方向，以后應(yīng)用的側(cè)重點也不同，在充分熟知自己研究方向的前提下，可有側(cè)重地去學(xué)習(xí)和實踐。整合優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

表1 教學(xué)內(nèi)容的整合優(yōu)化

2.2" 教學(xué)方法改革與優(yōu)化

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，灌輸式的授課方法常常使學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)，減弱了學(xué)生對知識的批判與探索精神，導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)新意識和科研能力。為了改變這一現(xiàn)狀，教師可通過線上線下相結(jié)合的方式開展教學(xué)，線下課堂注重理論的講解，線上注重知識的拓展和應(yīng)用。利用學(xué)習(xí)通平臺開設(shè)“現(xiàn)代設(shè)計方法”線上課程，線上資源包括教學(xué)大綱、課件、教案、針對知識點的短視頻、隨堂授課視頻、工程案例資料、練習(xí)庫、知識點討論庫、課程思政元素庫等。線下課堂采用以問題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)，并結(jié)合工程案例、微項目和專題講座等多元教學(xué)方式。

為了提高研究生的科研素養(yǎng)，盡快進入科研狀態(tài)，課程組提出微項目教學(xué)法。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，學(xué)生獨立負責(zé)項目，從信息收集到實施評價全程自主開展，在實踐中掌握各環(huán)節(jié)的要領(lǐng)。項目完成后，學(xué)生還要圍繞微項目及問題進行匯報，要求詳細講解自己所采用的算法、實現(xiàn)的過程和遇到的問題，并以研究報告的形式提交成果。該方法最顯著的特點是“以項目為主線、課程內(nèi)容為方法、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，注重理論與實踐相結(jié)合，能夠有效地促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。通過微項目（表2），學(xué)生在文獻檢索與查閱、方案的對比和確定，以及學(xué)術(shù)論文的寫作能力和學(xué)術(shù)表達能力上都有顯著的提升。

表2 案例和微項目

通過學(xué)術(shù)講座提升研究生的科研素養(yǎng)也是一個重要且有效的途徑。學(xué)術(shù)講座通常聚焦前沿問題，研究生可以通過講座了解學(xué)術(shù)界的最新動態(tài)，把握研究熱點和方向。根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計方法課程的內(nèi)容，結(jié)合本院研究生導(dǎo)師的研究方向，2023秋季學(xué)期共組織了4次學(xué)術(shù)講座（表3）。

表3 2023秋季學(xué)期開展的學(xué)術(shù)講座

2.3" 課程考核機制的建立與實施

合理的考核方案能夠為研究生科研能力的培養(yǎng)提供可持續(xù)性?？己朔桨缚傮w上要加強對創(chuàng)新能力、科學(xué)素養(yǎng)的考核力度，關(guān)注學(xué)生對基礎(chǔ)理論要點的掌握情況，還要體現(xiàn)學(xué)生科研能力的強弱。我們采用了綜合考核的方法，引進微項目和上機實踐兩個環(huán)節(jié)，考核研究生的創(chuàng)新能力、文獻檢索、閱讀能力以及寫作能力，從而促進研究生學(xué)術(shù)水平的提高。

“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程的總評成績由過程性考核成績和期末考試成績構(gòu)成，具體比例為：翻轉(zhuǎn)課堂討論占10%、上機實踐占10%、微項目占20%，期末閉卷考試成績占60%。

3" 結(jié)語

本文以“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)改革為例，分析并總結(jié)了“現(xiàn)代設(shè)計方法”教學(xué)改革面臨的突出問題，并以培養(yǎng)研究生科研素養(yǎng)為出發(fā)點，對課程教學(xué)內(nèi)容進行了重構(gòu)，對教學(xué)方法和評價系統(tǒng)進行了改革，并取得了一定的成效。同時，將“課堂+線上+微項目+講座”融為一體，引導(dǎo)研究生自主探索和學(xué)習(xí)，參與課堂討論，表述自己的觀點，以提高學(xué)術(shù)素養(yǎng)。然而，課程教學(xué)改革和教學(xué)體系建設(shè)是一項長期的系統(tǒng)工程，目前的“現(xiàn)代設(shè)計方法”課程教學(xué)模式仍不完善，需要在探索中不斷總結(jié)反饋。

基金項目：蘇州科技大學(xué)2022年研究生優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項目“現(xiàn)代設(shè)計方法”（22ZXKC-09）；蘇州科技大學(xué)2023年本科品牌課程建設(shè)項目“機械精度與檢測”（PX-12231550）；蘇州科技大學(xué)2024年本科品牌課程建設(shè)項目“機械設(shè)計”（PX-12241667）；蘇州科技大學(xué)2024年本科品牌課程建設(shè)項目“機械設(shè)計基礎(chǔ)”（PX-12241674）。

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