“新工科”背景下研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索

黃利亞 羅振兵 鄧雄 黃敏超

摘? 要：“新工科”建設(shè)對人才培養(yǎng)提出了更高的要求，研究生作為新工科人才輸送的重要力量，需進一步加強研究生教育中實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。文章對“新工科”背景下研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)進行了探索，總結(jié)了研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法與措施;針對工科研究生專業(yè)課程教學，探索建立了一種注重實踐創(chuàng)新能力的專業(yè)課程教學思路和方法，并在工科研究生專業(yè)課程教學中進行了探索與實踐。

關(guān)鍵詞：新工科;研究生;實踐;創(chuàng)新

中圖分類號：G640? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）25-0039-03

Abstract： The development of "emerging engineering" has set higher requirements for personnel training. As an important force of personnel training of new engineering， graduate students need to further strengthen their practical and innovative ability in graduate education. This paper explores the cultivation of the practical and innovative ability of postgraduates In the context of "new engineering"， and summarizes the methods and measures for the cultivation of the practical and innovative ability of postgraduates; based on a specialized engineering course， a teaching idea and method， focusing on the practical and innovative ability was put forward， which was tested in the practical teaching.

Keywords： emerging engineering; undergraduate students; practice; innovation

我國擁有世界上最大規(guī)模的工程教育，為實現(xiàn)我國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“一帶一路”等重大戰(zhàn)略的實施，推動了以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點的新經(jīng)濟的發(fā)展，要求工程技術(shù)人才具有更高的創(chuàng)新能力和跨界整合能力[1]。為推動工程教育改革創(chuàng)新，2017年2月，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，希望各地高校開展“新工科”的研究實踐活動，深化工程教育改革，推進“新工科”的建設(shè)與發(fā)展[1-3]。

相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要工程實踐和創(chuàng)新能力更強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。研究生作為新工科人才輸送的重要力量，為適應(yīng)“新工科”背景下的人才培養(yǎng)需求，需要在研究生教育中的專業(yè)和課程邊界設(shè)計、培養(yǎng)方案、課程重構(gòu)、教學模式和方法等方面做出新的探索。特別是對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，需要結(jié)合研究生專業(yè)課程、論文研究和項目實踐等環(huán)節(jié)進行加強和引導(dǎo)[4-7]。本文總結(jié)了國內(nèi)外一些知名高校研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法與措施，通過教學要素設(shè)計探索建立了一種注重實踐創(chuàng)新能力的專業(yè)課程教學思路和方法，并在工科研究生專業(yè)課程教學中進行了探索與實踐。

一、實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法與措施

研究生是高?？蒲袑W術(shù)活動的中堅力量，研究生在學習的同時還需接受從事科研的基本訓練，培養(yǎng)學生獨立的實踐創(chuàng)新能力。在研究生培養(yǎng)過程中，本文總結(jié)了國內(nèi)外一些知名高校采取了各具特色的方法與措施，加強學生獨立的實踐創(chuàng)新能力：

（一）開設(shè)教學與科研相結(jié)合的課程

麻省理工學院允許研究生開展獨立研究，并給予技術(shù)、資金、政策管理方面的支持，另外還把各學科的科研方法論作為一門專業(yè)必修課，學生在正式開展論文研究前先學習科學研究方法論，培養(yǎng)學生獨立從事科學研究的能力;斯坦福大學在專業(yè)課里設(shè)置一定數(shù)量的研究課程之外， 還要求碩士生完成一定學分的實踐環(huán)節(jié)，其中包括獨立研究、研究生助教活動、職前訓練，博士生也要完成少量學分的研究生助教活動;加州大學伯克利分校要求其碩士研究生在必修的獨立研究課程外，還要求一定學分的實踐環(huán)節(jié)，為博士研究生設(shè)置了教學輔修課，讓博士生在教學實踐中鍛煉能力[8]。

（二）開設(shè)討論課，鼓勵學生思考和討論

對于討論課，研究生需先在課前作好充分的準備，然后在課堂上針對需解決的問題，由學生和老師一起討論解決。這種討論課可以培養(yǎng)學生的主動參與意識和獨立思考能力，而且學生在課前準備并查閱相關(guān)資料的過程中，可以加深對所討論專題和內(nèi)容的理解。在討論課上，學生可以提出對問題的不同見解，教師對學生提出見解加以鼓勵和引導(dǎo)，這其中經(jīng)常會伴隨學術(shù)爭論，而這種爭論可進一步加深學生對專業(yè)知識的理解，同樣可以激發(fā)學生的創(chuàng)造性，學生參加討論課的表現(xiàn)也會作為學期評分的一個重要參考。

（三）開設(shè)共享專業(yè)課程，實現(xiàn)研究生課程與本科生課程的銜接

結(jié)合本科生和研究生教學，開設(shè)部分共享專業(yè)課程，這一方面有利于學習興趣較強的本科生進行深入學習，另一方面也可以使研究生根據(jù)碩士和博士階段的論文選題方向，以及自身的專業(yè)知識水平，或者是跨專業(yè)的研究生，有更多的基礎(chǔ)專業(yè)課程選擇，進一步實現(xiàn)了課程資源的高效利用。共享專業(yè)課程可同時供本科生和研究生選修，學生根據(jù)自身能力選擇相應(yīng)難度系數(shù)的課程。在學位要求中，本科生只需選擇少量高難度系數(shù)的課程，研究生需要選擇較多的高難度系數(shù)課程。

（四）修課形式多樣化

在必修的課程計劃基礎(chǔ)上增加多種的選修課程，并保證課程學習具有一定的靈活性。如麻省理工學院的研究生課程教學中具有如下特點：一定數(shù)量的必修課和大量的選修課;有獨立的學習時間，即在一段時間內(nèi)，學生可自行計劃自己要學的課程;有單獨的課程學習計劃，研究生可根據(jù)自己的興趣制定出符合自己需要的個人課程學習計劃，可以選修跨專業(yè)、跨學科甚至跨系的課程[9-12]。

二、注重實踐創(chuàng)新能力的專業(yè)課程教學

近年來，各大高校對學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)日益重視，很多高校建立了專門的實踐教學場所。國防科技大學建立了國家級實踐教學示范中心和虛擬仿真實驗教學中心，北京航空航天大學建立了航空航天實驗教學中心，哈爾濱工業(yè)大學建立了飛行器控制實驗教學中心，南京航空航天大學建立了航空工程實驗教學中心，西北工業(yè)大學建立了國家級航空實驗教學中心。依托這些實驗教學中心開展實驗實踐教學，有效加深了學生對專業(yè)理論知識的理解，培養(yǎng)了學生的工程實踐和創(chuàng)新能力。在“新工科”背景下，為進一步實現(xiàn)工科研究生專業(yè)課程教學中的實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，本文將理論教學與實踐教學深度融合，通過教學要素設(shè)計（課程內(nèi)容、教學方法、作業(yè)訓練、課題型實踐訓練等），探索建立一種注重實踐創(chuàng)新能力的專業(yè)課程教學思路和方法，總結(jié)基于課程理論和實踐教學的研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)思路。

在專業(yè)課程的課程內(nèi)容和教學方式設(shè)計中，結(jié)合課程教學大綱要求，針對各章節(jié)知識點，以工程實踐中要解決的問題為中心，牽引教學內(nèi)容中相應(yīng)的基礎(chǔ)理論與方法，注重學生的獨立活動，著眼于學生的思維能力培養(yǎng);課程講授過程中，根據(jù)知識點本身的特性，在“傳遞——接受式”和“啟發(fā)式”教學方式基礎(chǔ)上，適當引入“討論式”和“案例式”教學方法。在教師承擔的相關(guān)科研項目中，選取蘊含相應(yīng)知識點的典型案例，通過對案例的分析，使學生通過工程實踐中的具體問題，鞏固對課程理論知識的理解?！坝懻撌健苯虒W中，注重學生的獨立主體性，學生在課前進行學習，教師在課前擬定問題和討論的基本思路，在課堂上根據(jù)一定假設(shè)或條件提出問題，然后組織學生按一定層次對問題進行思索，對于問題所在情境可能出現(xiàn)的現(xiàn)象進行適當引入，獲得解決問題的方法和結(jié)果，再通過推導(dǎo)或者實驗進行驗證，最后總結(jié)問題解決過程中的規(guī)律。

根據(jù)教學進度和教學目標需求，在每次課程后、下次課程前設(shè)置作業(yè)訓練，以鞏固學生對知識點的理解和掌握。作業(yè)訓練要求每名學生獨立完成，作業(yè)注重對學生求解和思維過程的訓練，以及對知識點細節(jié)的考核。學生在教學周期內(nèi)需完成一項課題型實踐訓練，以3～5人為一組分組協(xié)作完成，課題命題結(jié)合每章課程的重要知識點進行設(shè)置，課題數(shù)量以分組數(shù)的1.5～2倍按不同級別的難易程度進行劃分，命題一般在工程實踐中提取，同時注重學生創(chuàng)新思維的發(fā)揮，包括理論設(shè)計、數(shù)值計算和實驗項目三類，每組可在發(fā)布的課題中選擇一題（一般各組不重復(fù)選擇），課題需在課程的教學周期內(nèi)完成。課題型實踐訓練進行過程中，將每組學生作為獨立主體，教師適當引導(dǎo)，完成課題策劃、方案、實施、討論與總結(jié)，以培養(yǎng)學生的工程實踐能力，并通過團隊實踐強化集成創(chuàng)新意識和工程理念。

三、以《沖壓推進技術(shù)》為例的教學實踐

以《沖壓推進技術(shù)》工科研究生課程實踐化教學為例，在專業(yè)課程教學中進行研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索與實踐?！稕_壓推進技術(shù)》課程是航空宇航科學與技術(shù)等學科的專業(yè)課程，為學生開展沖壓發(fā)動機內(nèi)部工作過程研究、沖壓發(fā)動機設(shè)計和研制奠定必要的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。課程主要闡述沖壓發(fā)動機的結(jié)構(gòu)組成、工作過程、性能參數(shù)計算方法，重要部件的工作理論和設(shè)計方法，以及幾種主要類型沖壓發(fā)動機的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。該課程面向應(yīng)用，貼近工程實踐，強調(diào)理論與實踐結(jié)合，應(yīng)用理論知識分析實際問題。

針對《沖壓推進技術(shù)》課程，應(yīng)用注重實踐創(chuàng)新能力的專業(yè)課程教學思路和方法，在課程內(nèi)容、教學方法、作業(yè)訓練、課題型實踐訓練等教學要素中進行優(yōu)化設(shè)計。在課程教學中，以問題為引導(dǎo)，采用“互動式”、“啟發(fā)式”教學方法，注重引入工程實踐中的實例。如為了解沖壓發(fā)動機以及相關(guān)發(fā)動機類型、結(jié)構(gòu)和特點，帶領(lǐng)學生到發(fā)動機陳列室結(jié)合實物進行現(xiàn)場近距離的學習;在沖壓發(fā)動機理論性能計算方法學習中，引入教師承擔的科研項目，結(jié)合正在開展的沖壓發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)分析，計算試驗發(fā)動機工況下的理論性能。在課題型實踐訓練中，根據(jù)各章節(jié)的重要知識點，一部分在工程實踐中提取課題命題，另一方面也注重拓展學生的創(chuàng)新思維。如在超聲速進氣道一章中，要求學生根據(jù)性能參數(shù)要求，設(shè)計混壓式二元超聲速進氣道，并通過數(shù)值計算驗證設(shè)計結(jié)果，如圖1所示;在固體火箭沖壓發(fā)動機一章中，要求學生根據(jù)發(fā)動機所采用的推進劑參數(shù)和發(fā)動機性能，設(shè)計發(fā)動機的主要工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過發(fā)動機地面直連試驗考核設(shè)計結(jié)果;在新型沖壓發(fā)動機一章中，要求學生對沖壓發(fā)動機的某一部件進行優(yōu)化設(shè)計，或者提出一種新型的沖壓發(fā)動機構(gòu)型方案。

在課程測試考核中，一方面考核學生對理論基礎(chǔ)知識的掌握，另一方面注重對學生獨立的實踐創(chuàng)新能力的評估。課程考核成績按百分制，平時課堂互動占10%，課題型實踐訓練占20%，筆試占70%。其中，課題型實踐訓練結(jié)束后統(tǒng)一進行匯報答辯，由小組成員進行PPT匯報，并回答老師和學生的問題，根據(jù)課題的完成情況和問題答辯情況進行打分評估。

四、結(jié)束語

為適應(yīng)“新工科”背景下的人才培養(yǎng)需求，本文對工科研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式和思路進行了分析和探索。總結(jié)了國內(nèi)外一些知名高校研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法與措施，可采取開設(shè)教學與科研相結(jié)合的課程、開設(shè)討論課、開設(shè)共享專業(yè)課程以及修課形式多樣化等方法加強研究生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對工科研究生專業(yè)課程教學，將理論教學與實踐教學深度融合，通過教學要素設(shè)計（課程內(nèi)容、教學方法、作業(yè)訓練、課題型實踐訓練等），探索建立了一種注重實踐創(chuàng)新能力的專業(yè)課程教學思路和方法，并在《沖壓推進技術(shù)》工科研究生課程中進行了探索與實踐。

參考文獻：

[1]高等教育司.教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知[Z].教高司函[2017]6號.

[2]張安富，劉超.“中國制造2025”背景下的新工科構(gòu)建[J].中國大學教學，2019，9：21-23.

[3]費翔.新工科建設(shè)背景下高校工程人才培養(yǎng)芻論[J].教育評論，2017，12：17-22.

[4]付曉.“新工科”背景下中國高校國際化人才培養(yǎng)路徑探索[J].中國石油大學學報（社會科學版），2017，33（6）：97-102.

[5]陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，3：20-26.

[6]黃余安.雙語教學理論探討[J].教育探索，2005（4）：61-62.

[7]林健.引領(lǐng)高等教育改革的新工科建設(shè)[J].中國高等教育，

2017，13：40-43.

[8]趙明剛.美國高校的實踐教學模式評析[J].教育評論，2001（1）：156-158.

[9]姚利民.高校教學方法研究述評[J].大學教育科學，2010，1：20-29.

[10]趙韓強，趙樹凱，余沛明.淺談研究型大學的研究型教學模式[J].高等理科教育，2007，3：101-104.

[11]潘懋元.新時期中國高等教育的質(zhì)量戰(zhàn)略[J].中國大學教學，2004（7）：4-8.

[12]王生鈺.關(guān)于教育思想討論中幾個問題的思考[J].中國大學教學，2002（2）：32-33.