基于“五維度三依托”的研究生專業(yè)課程教學模式探索

錢新博 鄧江洪 盧艷

[摘 要] 研究生課程教學使研究生具備科學研究工作的學術(shù)素養(yǎng)，以培養(yǎng)研究生科研能力為最終目標，是高校建設(shè)“雙一流”大學的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，隨著近年來碩士研究生招生數(shù)量的不斷增加，碩士研究生課程教學也出現(xiàn)了一些不可忽視的問題。為提高教學質(zhì)量，針對當前教學模式進行了深入分析，指出了教學中存在的問題;并提出了解決方法，推出了“五維度三依托”的研究生專業(yè)課程與科研深度融合的教學模式，大大提高了教學效果。

[關(guān)鍵詞] 研究生課程;科研;教學模式

[基金項目] 2017年度湖北高校省級教學研究項目“校科研與研究生課程教學深度融合的研究”（2017253）;2017年度武漢科技大學校級教學研究項目（Yjg201705）

[作者簡介] 錢新博（1986—），女，江蘇南通人，工學博士，武漢科技大學機械自動化學院副教授，碩士生導師，主要從事機械設(shè)備健康監(jiān)測與智能維護相關(guān)研究。

[中圖分類號] G643? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）07-0125-04? ? [收稿日期] 2020-12-07

一、引言

隨著研究生招生規(guī)模不斷擴大，我國也成了研究生教育大國[1]。研究生教育主要是培養(yǎng)學生利用學到的方法和技術(shù)，突破現(xiàn)有知識，有所創(chuàng)新，是不穩(wěn)定的知識[2]。研究生課程與教學模式的改革是提高研究生教育教學質(zhì)量、保障研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措[3]。我國研究生課程教學長期存在著課程結(jié)構(gòu)單一、知識更新緩慢、教學模式陳舊等諸多問題[4]。為了幫助學生夯實自身的知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)他們對課程的學習興趣和科研能力，我們需要不斷改進和探索教學方法和教學模式，更有針對性和適應性地講解研究生課程。本文圍繞省屬高校研究生專業(yè)課程教學與科研成果如何實現(xiàn)“無縫銜接”的深度融合的關(guān)鍵問題，以機械學院研究生專業(yè)課程“液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷”為切入點[5]，依托湖北省省級教學研究項目，經(jīng)過四余載的探索，形成了基于“五維度三依托”的研究生專業(yè)課程與科研深度融合的教學模式創(chuàng)新成果，即適應省屬高校研究生教育規(guī)律、基于多類型培養(yǎng)模式、面向交叉學科學習趨勢，以培養(yǎng)創(chuàng)新品格和科研精神為目的，依托教研項目、虛擬仿真平臺和科研項目，以問題為導向，形成了研究生課程和科研的五個維度的深度融合教學新模式（如圖1所示）。

二、主要教學問題

目前，研究生教育改革中將科研成果和學科前沿轉(zhuǎn)化為課程教學素材是一種改革創(chuàng)新的趨勢。然而在課程實踐中，關(guān)于科研成果與研究生課程結(jié)合的具有借鑒意義的研究和實踐成果并不多見，且暫未形成系統(tǒng)的方法和措施，因此科研成果與課程教學如何實現(xiàn)“無縫銜接”還有待繼續(xù)探索。為適應研究生教育深度改革情境，本文借鑒國際先進的人才培養(yǎng)理念，立足省屬高校研究生課程教學實踐，著力解決的主要教學問題如下：

第一，目前科研成果轉(zhuǎn)化為研究生課堂教學內(nèi)容的方式，容易忽略研究生教育規(guī)律。由于省屬高校的研究生生源基礎(chǔ)參差不齊，將科研成果和前沿理論簡單突兀地加載到教學內(nèi)容中，對一年級研究生中基礎(chǔ)較弱的學生來說難度偏大。

第二，目前科研和研究生課程教學融合的方法，容易忽視多類型研究生教育培養(yǎng)人才模式。由于研究生教育培養(yǎng)有多種人才模式，比如從事基礎(chǔ)科學研究的學術(shù)型人才和產(chǎn)業(yè)界所需的技術(shù)型人才等。因此，學生對研究生課程關(guān)注的重點有差異，進而對科研成果的關(guān)注也有區(qū)別，學術(shù)型人才可能對基礎(chǔ)理論研究項目更感興趣，技術(shù)型人才可能對校企合作的工程技術(shù)研究項目更關(guān)注。而現(xiàn)有的科研和研究生課程教學結(jié)合中，對作為教學素材的科研項目和成果未做仔細斟酌和分類，可能會導致未能顧及所有學生的學習訴求，從而影響了教學效果。

第三，科研成果嵌入課堂教學，容易忽視跨專業(yè)跨學科的“高門檻”對教學效果的影響。研究生可能會更注重導師項目研究，而忽視研究生課程的重要性，這在省屬高校是比較普遍的現(xiàn)象。研究生專業(yè)課程內(nèi)容涉及跨專業(yè)或內(nèi)容艱澀而容易受到研究生“冷遇”，而簡單地將科研成果以講座的形式生硬地嵌入課程，從而可能會加劇削弱教學效果。因此，在科研與教學結(jié)合的實踐中，如何培養(yǎng)研究生跨專業(yè)跨學科研究的意識還有待繼續(xù)探討。

第四，目前科研與研究生課堂教學結(jié)合的目的，主要局限于知識的傳授，而容易忽略科學精神的傳遞?，F(xiàn)有的研究和實踐中，科研成果嵌入課堂的目的主要是基于知識的傳授和啟發(fā)，而容易忽視傳授解決科研問題的基本思路，忽略對認真負責的科研職業(yè)素養(yǎng)的引導。而后者正是研究生課程教學的重要目的。

第五，目前研究生某門課程與科研融合的創(chuàng)新教學方式，通常難以及時有效評估教學效果。由于研究生的專業(yè)課程的目的主要是培養(yǎng)科學研究工作的學術(shù)素養(yǎng)，提高研究生科研能力，而研究生培養(yǎng)是系統(tǒng)工程，某門課程的創(chuàng)新教學效果通常難以及時評估出來。

三、解決方法

第一，考慮到省屬高校研究生生源基礎(chǔ)參差不齊，為關(guān)注學生的學習體驗，提出了“科研案例引入知識點—知識介紹—科研成果分析討論”的“三步走”方式，將科研成果嵌入課堂教學大綱的設(shè)計中。依據(jù)課程教學大綱，將課題組和行業(yè)的部分對應的科研成果案例引導出教學內(nèi)容;通過講授基本內(nèi)容，再延伸至科研成果討論，闡述研究方法和結(jié)果，并尋找對應的切入點引導學生討論，延伸至科學問題的提煉，反哺學生本專業(yè)的研究等。從而使得研究生真正切實體會到了研究生課程的重要作用，而不是停留在“拿學分”的膚淺層面。

第二，從研究生多種人才培養(yǎng)模式需求出發(fā)，設(shè)計科研成果與課程教學的“個性定制”。提出了基于課堂討論的隨堂反饋模式，使得教師實時掌握學生對知識內(nèi)容和科研前沿的掌握了解和偏好程度，從而利于教師在后續(xù)課程做相應的調(diào)整和引導，實現(xiàn)科研成果與課程教學的“個性定制”。比如通過課堂討論的形式，對于具有職業(yè)背景的應用型學生，他可能會偏重于討論生產(chǎn)實際中的應用案例分析，則教師在總結(jié)點評的時候，側(cè)重案例點評;而對于學術(shù)型碩士，同樣類型的題目，可能會偏重于數(shù)學推導和理論分析，則教師在總結(jié)點評時，主要偏重于基礎(chǔ)方面的引導，使得學生體會到他們作為教學主體的重要地位，滿足了學生的學習訴求，進一步改善了教學效果。

第三，從交叉學科學習的需求出發(fā)，設(shè)計出專業(yè)跨學科“低門檻”的輔助教學手段。為降低學生對跨專業(yè)課程的抵觸心理，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計出了學生易于接受的輔助教學方式，如建設(shè)了校級研究生SPOC在線課程“液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷”，主要用于講授基礎(chǔ)理論知識;也建設(shè)了多類仿真平臺，包括液壓元件與系統(tǒng)虛擬仿真實驗平臺、液壓系統(tǒng)遠程監(jiān)控演示平臺、故障診斷專家系統(tǒng)等，采用了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實訓平臺，使學生對跨專業(yè)課程有了比較系統(tǒng)的認識，提高了興趣，降低了交叉學科學習門檻。

第四，從培養(yǎng)創(chuàng)新品格和傳遞科研精神的教學目標出發(fā)，設(shè)計了“有故事”的科研成果分享方式。采用課程合作模式，在課程教學中，依托科研項目，通過安排1～2位課題組教師分享相關(guān)科研成果探索發(fā)現(xiàn)歷程的小故事，讓研究生體會到科研過程不是表面的光鮮亮麗，背后充滿了踏實艱險的努力和堅韌。同時也設(shè)計采用了校企合作模式，錄像采集企業(yè)實驗室的試驗開展的視頻讓學生遠程觀摩，讓學生體會到學校以外的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

主要是基于課題組部分研究項目，同時提供實驗資料和視頻。比如基于國家標準的預研項目，有與廣州新歐合作的承壓殼體的壓力脈沖疲勞試驗測試平臺，為海門油威力設(shè)計使用的電磁換向閥試驗臺監(jiān)控系統(tǒng)、基于機械行業(yè)標準預研項目、參與方之一的寧波海宏的液壓元件壽命試驗臺監(jiān)控系統(tǒng)和臨安宏其彈簧壽命試驗臺項目。以這種科研項目合作的形式，讓學生深刻了解到液壓元件的可靠性試驗的含義、試驗方法和試驗基本流程，進一步提高對本行業(yè)的興趣、跟蹤行業(yè)前沿、觸及科學課題等。同時使學生收獲創(chuàng)新思維和求真務(wù)實的科學精神，也體現(xiàn)出人文關(guān)懷，并營造一種良好的合作氛圍。

第五，依托虛擬平臺學情數(shù)據(jù)的實時采集與存儲分析的優(yōu)勢，通過分析學生的在線課程學習情況（包括任務(wù)完成率、視頻學習率、簽到率等）、液壓元件和系統(tǒng)等仿真平臺的使用情況（包括平臺點擊率、虛擬實驗電子報告），以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實訓平臺的使用情況（包括實驗參數(shù)與實驗結(jié)果電子報告等）;同時，也依托翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，依據(jù)科研能力的培養(yǎng)目標，在研討當中實時評估每位學生的學習探索情況;另一方面，通過匿名調(diào)查問卷，基于學生的反饋數(shù)據(jù)，來綜合評價教學效果[6]。

四、特色與創(chuàng)新

基于“五維度三依托”的研究生專業(yè)課程與科研深度融合的教學模式創(chuàng)新與實踐成果，主要在“教—學—說”三方面進行了探索創(chuàng)新，使課程為研一的學生打開“科研之門”提供了一種“催化劑”：

第一，有效地教：通過科研成果與課程教學“無縫銜接”的深度融合方式，以及基于隨堂反饋的課程內(nèi)容調(diào)整設(shè)計，調(diào)整課程學術(shù)含量，達到改善教學效果的目的。

第二，有效地學：學生通過科研成果與課程融合的“個性定制”，以及基于互聯(lián)網(wǎng)的輔助教學方式，使跨學科跨專業(yè)的研究生課程快速入門，提高了學習興趣，不僅學到了科學知識，更學到了科研創(chuàng)新精神，達到有效地學的目的。

第三，有效地說：師生通過科研故事、文獻和討論形式，實現(xiàn)有效交流，并提高學生的表達能力，利于營造出良好的科研氛圍。

五、教學成果應用與推廣的實踐效果

教學改革階段性成果陸續(xù)應用于來自機械工程、流體機械工程和車輛工程等不同專業(yè)的碩士研究生，完成累積共四個教學班、88名研究生的教學實踐。同時，通過不記名的問卷調(diào)查，平均約有90%的學生認為這種課程與科研的融合方式有利于提升科研能力、促進對學科與行業(yè)新發(fā)展的認識。為實現(xiàn)資源共享，建設(shè)了校級研究生SPOC課程“液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷”，充分整合優(yōu)良師資和教學資源。自2018年以來，“液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷”SPOC課程在超星平臺上線（whkjdx.fanya.chaoxing.com），并實現(xiàn)了與線下研究生課程的同步。這種在線課程的形式，非常有利于學生主動學習。根據(jù)已實施的兩年數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，在2018與2019年兩個學年的課程應用中，從2018年4月下旬上線以來，累計學習訪問量達到2200。學生的章節(jié)視頻學習平均完成率達到90%以上。同時，SPOC課程網(wǎng)頁點擊量達到15000余人次，影響面廣，推廣力度大，形成了良好口碑。

比如，針對知識點《基于蒙特卡羅模擬的液壓系統(tǒng)可靠性分析》，若該知識點只局限于在線下課堂講解的話，受到課堂時間的限制，基礎(chǔ)比較薄弱的學生可能難以理解。在后續(xù)的課堂研討實踐中，有研究生就在視頻教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對該方法融會貫通，做了深入的拓展闡述和分析?？梢姡ㄟ^這種新穎的教學模式，培養(yǎng)了學生的自主學習、深度思考的科研能力。

同時，通過建設(shè)“五大虛擬平臺”，包括液壓元件與系統(tǒng)虛擬仿真實驗平臺（國家級），混凝土泵車液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷演示平臺、葉片泵故障診斷專家系統(tǒng)演示平臺和電磁換向閥可靠性試驗遠程監(jiān)控平臺，同時通過引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學習實訓平臺等（具體見附件材料），實現(xiàn)了“低門檻”輔助教學設(shè)計，提高學生的學習興趣，增強學生的實踐、溝通和自主學習能力。

本教學模式依托課題組相關(guān)的科研項目，與課程的融合映射關(guān)系分別是：（1）自然科學基金項目1項（基于多準則場景縮減的“零停機”設(shè)備狀態(tài)預測與維護方法研究〔71501148〕）中研究內(nèi)容“劣化狀態(tài)智能預測、多元件系統(tǒng)維護優(yōu)化方法”，主要作為課程“可靠性最優(yōu)化、智能診斷”的延伸內(nèi)容;（2）國家/行業(yè)標準預研項目2項（電磁換向閥可靠性試驗與評估項目、承壓殼體壓力脈沖疲勞試驗方法與評價方法研究）主要作為課程內(nèi)容“可靠性實驗、液壓元件和系統(tǒng)的故障模式”的延伸內(nèi)容;（3）國家標準制定項目1項（GB/T 35023-2018 液壓元件可靠性評估方法）主要作為課程內(nèi)容“可靠性基本概念、可靠性評估”的延伸內(nèi)容。使學生通過接觸現(xiàn)場試驗的場景，以及科研小故事的形式，對科研過程中，包括科研歷程等，有了比較清晰的認識，從而有利于為研二、研三年級的科研工作部分提供一種催化劑作用，讓研一的學生體會到高高在上的科研項目原來是那么接地氣，也體會到科研項目的不容易，培養(yǎng)學生堅韌的學習與鉆研品格。

同時，根據(jù)近年來學科專業(yè)工業(yè)應用的趨勢，出版了特色教材2部，分別是《液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷》《液壓可靠性設(shè)計基礎(chǔ)與設(shè)計準則》，為專業(yè)課程教學提供了重要的理論支撐。同時，針對本教學成果的實踐推廣應用，發(fā)表了相關(guān)的教學研究論文1篇，并且于2019年8月在國際學術(shù)會議SDPC2019上做了poster報告，進一步推廣了本教學成果。

六、結(jié)語

研究生課程教學是國家培養(yǎng)高層次人才的教學，是培養(yǎng)研究生學術(shù)素養(yǎng)和科研能力的教學。為培養(yǎng)研究生的研究能力，我們必須在過去的教學模式中不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓，調(diào)整教學模式，提高教學質(zhì)量，為培養(yǎng)高層次人才做出我們應有的貢獻。

參考文獻

[1]韓煥菊.研究生教育教學管理策略的構(gòu)建分析[J].教育教學論壇，2020（12）：22-23.

[2]劉永愷.研究生課堂學習和科學研究模式探索[J].教育教學論壇，2020（8）：246-247.

[3]張慧敏，盧潤德.碩士研究生課程質(zhì)量保障體系教學探究[J].繼續(xù)教育研究，2011（1）：98-100.

[4]陳燁，彭懷東，劉世明.地方高校研究生培養(yǎng)面臨的困境與對策探析[J].河南教育（高教版），2018（5）：14-18.

[5]湛從昌，陳新元.液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2015.

[6]劉長義.工業(yè)工程專業(yè)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式的實踐與研究[J].宜春學院學報，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