研究生教育工程類課程“四維立體化”課堂教學(xué)模式探析

劉 義 ，劉繼為，周愛兆

(1.江蘇科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.河北環(huán)境工程學(xué)院 人文社科系，河北 秦皇島 066004)

一、引言

研究生教育直接關(guān)系高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)。優(yōu)化研究生人才培養(yǎng)模式，提升研究生教育教學(xué)質(zhì)量，關(guān)系到國家提出的教育強國的重大發(fā)展戰(zhàn)略，是中國邁向人才強國的重要內(nèi)容。目前，學(xué)界對研究生教育問題的研究，主要包括域外經(jīng)驗引介和中國情境思考兩個維度。域外經(jīng)驗引介方面，覃麗君等[1]分析了美國普渡大學(xué)工程教育學(xué)博士生的跨學(xué)科培養(yǎng)模式，該模式以工程教育學(xué)為學(xué)科基礎(chǔ)，遵循工程學(xué)與教育學(xué)跨學(xué)科交叉與融合的邏輯，其實質(zhì)是技術(shù)與人文這兩種價值取向的交融。王紅雨等[2]對加州理工學(xué)院機械工程學(xué)科的“五位一體”課程生態(tài)布局和明確學(xué)科目標(biāo)、多元課程內(nèi)容、保障學(xué)術(shù)自由的衍生邏輯進行詳細闡述。劉進等[3]分析了麻省理工學(xué)院最新的NEET改革的內(nèi)容，認為其以項目為中心、以串編課程為主要方式的新的課程組織模式值得國內(nèi)參考。中國情境思考方面，黃明福等[4]提出新工科背景下可探索本碩博一體化貫通式培養(yǎng)模式。石碧等[5]提出“輕化工程”專業(yè)應(yīng)基于傳統(tǒng)和新興生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的共性科學(xué)和工程技術(shù)知識，構(gòu)建厚基礎(chǔ)寬口徑的生物質(zhì)科學(xué)與工程專業(yè)。李君等[6]通過對國內(nèi)35所高校人才培養(yǎng)分析，挖掘了人工智能領(lǐng)域研究生培養(yǎng)存在的人才培養(yǎng)思路目標(biāo)、學(xué)科建設(shè)交叉融合、課程教學(xué)方式方法等方面的問題，并從轉(zhuǎn)變?nèi)斯ぶ悄苋瞬排囵B(yǎng)理念、加強人工智能學(xué)科建設(shè)、深化人工智能教學(xué)改革、優(yōu)化人工智能教育生態(tài)等方面提出了優(yōu)化建議。馮亞青、陳謙、余同普等[7-9]等學(xué)者則分別對天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心、南京大學(xué)現(xiàn)代應(yīng)用與工程學(xué)院、國防科技大學(xué)等院所的新工科教育改革經(jīng)驗做了闡釋。上述研究拓寬了該領(lǐng)域的研究視閾，為本研究提供了有益參考。但既有研究的視角較多以高校為主體，探討其在研究生教育改革工作中的作用或行為選擇，一定程度上忽略了學(xué)生在人才培養(yǎng)過程中的主體地位。實際上，明確研究生的主體性，探索通過教育教學(xué)改革有效提高研究生課堂自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)研究生獨立探索能力，挖掘研究生科研創(chuàng)新潛力，是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才必須深入思考的問題?；诖搜芯坷砺?，本研究圍繞研究生培養(yǎng)興趣、創(chuàng)新與獨立探索三個基本理念，構(gòu)建研究生工程類課程“四維立體化”課堂教學(xué)模式，以期通過教師與學(xué)生的協(xié)同互動，探尋研究生課堂教學(xué)的新思路、新途徑和新模式，為高校研究生教育教學(xué)質(zhì)量的提高提供有益借鑒與參考。

二、出發(fā)點：以點為始，找出問題

目前，我國研究生教育仍未脫離傳統(tǒng)的“課堂講授+課下練習(xí)”的教學(xué)方式，此類教學(xué)模式只強調(diào)“教”與“學(xué)”兩個維度的培養(yǎng)過程，使得研究生課堂教學(xué)機械化、呆板化，忽略了創(chuàng)新意識及自我探索的科研意識的培養(yǎng)。此外，在實際教學(xué)過程中，由于研究生區(qū)別于本科生的特有的科研工作者儲備人才身份，使有的學(xué)生對課堂學(xué)習(xí)興趣索然，部分學(xué)生只是為了完成學(xué)校所規(guī)定的學(xué)分考核而不得不學(xué)，這也與部分高校重科研輕教學(xué)，教學(xué)方法和手段循規(guī)蹈矩、因循守舊，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有莫大關(guān)系。

研究生作為我國高層次的科研創(chuàng)新群體，其培養(yǎng)方式更應(yīng)注重對其科研創(chuàng)新意識的激發(fā)和自我獨立探索能力的培養(yǎng)。研究生創(chuàng)新意識的現(xiàn)實性轉(zhuǎn)化即可以在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)提煉出具有典型性、代表性的科學(xué)問題，自我獨立探索意識的現(xiàn)實性轉(zhuǎn)化即可以對其所提出的科學(xué)問題運用科學(xué)的方法進行分析和研究，進而將問題解決。因此，研究生教學(xué)應(yīng)以能讓學(xué)生快速精準(zhǔn)地抓住隱藏在復(fù)雜工程中的關(guān)鍵科學(xué)問題為出發(fā)點，將這些關(guān)鍵的重點、難點問題進行深入的剖析與研究，并以點帶面，以面入體，在解決問題的過程中，不斷地進行橫向的比較與縱深的探索，從而在比較和探索當(dāng)中激發(fā)自身的創(chuàng)新潛能。因此，找出問題并生起疑情是研究生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)自身創(chuàng)新潛能的源動力，通過對具有典型代表性問題的凝練與查找，能夠“對學(xué)生的思想取向、行為趨向及內(nèi)在需求做出客觀判斷，挖掘?qū)W生與教學(xué)內(nèi)容的契合點，必將助力于課堂教學(xué)內(nèi)容的合理設(shè)計，從而有效避免教學(xué)膚淺化、空洞化、疏離化等問題，增強課堂教學(xué)的針對性和時效性，提升學(xué)生的獲得感”[10]。

引導(dǎo)學(xué)生精準(zhǔn)地找到具有典型代表性的真問題，必須“在堅持問題提煉的廣度、深度、梯度和靈活度的基礎(chǔ)上突出學(xué)生的問題意識”[11]。找尋問題的本質(zhì)在于增強思維的銳度，拓展思維的廣度，突破固有的思維，在工程表面的狹縫中找到突破點，進而發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，找出真正的問題。培養(yǎng)學(xué)生在全面透徹了解工程性質(zhì)的基礎(chǔ)上，抓大放小，抓住主要矛盾，不要糾纏于繁蕪復(fù)雜的小問題中而一葉障目，放掉了真正要緊的大問題。此外，要以培養(yǎng)研究生創(chuàng)新意識、獨立探索意識為根本前提，緊扣研究生教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，深化教學(xué)內(nèi)容改革，在以問題為核心的“四維立體化”教學(xué)模式中，層層推進，最終達到培養(yǎng)人才的目的。因此，在具體教學(xué)當(dāng)中，要主動解除學(xué)生思想上的束縛，引導(dǎo)學(xué)生敢于摒棄固定的思維模式和既定方法，鼓勵學(xué)生發(fā)表不同見解并允許其出錯，要積極發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，大膽提出自己的想法和建議，主動用心發(fā)現(xiàn)問題[12]。

在具體授課過程中，教師要首先建立自己相關(guān)課程的問題庫，問題庫中所存儲的問題來自于自身多年授課過程中對往屆學(xué)生學(xué)習(xí)中所遇到的普遍重難點問題的總結(jié)，并將這些重難點問題按問題的重要系數(shù)進行分類，重要系數(shù)最高為弄懂弄通一個問題則整個授課環(huán)節(jié)便迎刃而解的問題。在授課之初，教師應(yīng)將重要系數(shù)最大的問題預(yù)先告訴學(xué)生，并以學(xué)生的角度分析此問題提出的原因及其在講授內(nèi)容中所處位置，并讓學(xué)生圍繞這一類問題進行課程預(yù)習(xí)，在預(yù)習(xí)過程中要求學(xué)生圍繞此問題進行相關(guān)文獻檢索，并將文獻中對此問題的解釋做筆記，在解釋中鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出新的問題，不斷地加強加深學(xué)生對于此問題的理解。最后，要求讓學(xué)生將對問題的理解做成PPT并在后續(xù)課堂學(xué)習(xí)中進行現(xiàn)場展示。這種教學(xué)方式一方面可以在反復(fù)地提出問題和解決問題當(dāng)中加深學(xué)生的問題意識，另一方面，又可以培養(yǎng)學(xué)生查找閱讀文獻的能力，使學(xué)生從本科階段被動的“以學(xué)為主”逐步進入研究生階段主動的“以研為主”，從被動地接受問題逐步過渡到主動地尋找問題。

三、導(dǎo)引線：以線為引，串聯(lián)問題

傳統(tǒng)的研究生教學(xué)多為“以本為本”，即以課本為基本教學(xué)素材，教師圍繞教材對相關(guān)知識進行講解，這在本科教育階段是完全可行的，但研究生作為科研創(chuàng)新群體，其研究內(nèi)容是普遍性和專業(yè)性的結(jié)合，即基礎(chǔ)知識的普遍性和科研專題的專業(yè)性相結(jié)合，且如前所述，為了培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新意識，研究生教學(xué)應(yīng)以問題為導(dǎo)向，但目前高校所選用的教材大多難以滿足這方面的要求，因此，對于研究生的教學(xué)方式應(yīng)突破教材的桎梏，在相關(guān)科研領(lǐng)域內(nèi)合理設(shè)置專題進行教學(xué)內(nèi)容的講授。

專題授課的教學(xué)方式可兼顧教授知識和引導(dǎo)創(chuàng)新兩方面的要求，在教授知識方面，可將教師問題庫中的問題隱入教學(xué)內(nèi)容中進行串聯(lián)式講解，并以問題為導(dǎo)引，將講授內(nèi)容進行合理規(guī)劃，由淺入深，由易到難，達到授業(yè)解惑的目的。而在引導(dǎo)創(chuàng)新方面，可首先將預(yù)先布置給學(xué)生的問題進行講解，并詳細分析問題提出的原因、角度、方法及目的。在學(xué)生PPT展示當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生對其所展示的內(nèi)容進行互動和討論，并有針對性地對學(xué)生所展示的內(nèi)容進行探討和點評，探討過程中同時引導(dǎo)學(xué)生對其問題的理解角度和理解過程進行深度的挖掘和剖析，即對于這個問題為什么會這樣理解、在解決此問題經(jīng)歷了哪些過程、在解決過程中又遇到了哪些新的問題、這些新的問題又是怎么解決的。在重述發(fā)現(xiàn)問題-解決問題的過程中，不但使得學(xué)生對于問題的理解更加深入和透徹，也使得學(xué)生對于解決問題的分析思路從不斷的探索階段逐步進入到規(guī)律總結(jié)階段，從而探索出一條適合自己的解決問題的思維方式，為后期的科研創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

在專題內(nèi)容設(shè)計當(dāng)中，還應(yīng)注意以下兩個問題。首先，專題內(nèi)容應(yīng)以教學(xué)大綱為依據(jù)，并做到三個結(jié)合，即深淺結(jié)合、新舊結(jié)合、獨立與統(tǒng)一結(jié)合。深淺結(jié)合即講授內(nèi)容應(yīng)由淺入深，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進，在講授基礎(chǔ)理論知識的同時，深入挖掘?qū)ｎ}內(nèi)容內(nèi)涵，尤其對于具有工科背景的研究生教學(xué)，應(yīng)將專業(yè)理論與工程實際相結(jié)合，夯實學(xué)生的專業(yè)理論基礎(chǔ)；新舊結(jié)合即在講授傳統(tǒng)的專業(yè)理論知識的同時，應(yīng)將行業(yè)最前沿的理論及技術(shù)展示給學(xué)生，并采用互動交流的教學(xué)方式組織學(xué)生對其進行交流與探討，一方面可提振學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面可將概念性的創(chuàng)新理念轉(zhuǎn)化為實際的創(chuàng)新工程理論及技術(shù)，可使學(xué)生進一步理解創(chuàng)新的方式及途徑；獨立與統(tǒng)一相結(jié)合即每一個專題在內(nèi)容上既是相互獨立的，在整體上又以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，其教學(xué)的專業(yè)性與技術(shù)性又是相統(tǒng)一的，專題講授要打破傳統(tǒng)教材的束縛，內(nèi)容上不需要面面俱到，其講授的基礎(chǔ)知識只服務(wù)于本次專題內(nèi)容，揀其主要，棄其次要，將更多的教授時間留給專業(yè)理論與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)上。除此之外，筆者認為，研究生教學(xué)應(yīng)講究課上課下相結(jié)合的教授方式，即課上教師介紹基礎(chǔ)理論與前沿知識，課下學(xué)生主動對這些知識進行消化吸收，并將相關(guān)專業(yè)知識與自己所研究課題進行深度融合，并與導(dǎo)師或授課教師進行交流探討，充分發(fā)揮自身的主觀能動性，進而培養(yǎng)自己深度思考的能力。其次，在每個專題結(jié)束后，設(shè)置專題興趣研究小組，小組成員可根據(jù)所學(xué)習(xí)的專題內(nèi)容進行發(fā)散式思考，提出相應(yīng)的研究性小課題，對小課題的研究意義、目的、內(nèi)容和方法進行概括性論述，最后以作業(yè)的形式提交，小課題內(nèi)容以創(chuàng)新性為主要原則，對內(nèi)容的嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性可適當(dāng)放松要求，目的主要在于讓學(xué)生逐漸由被動的輸入性學(xué)習(xí)向主動的輸出性創(chuàng)新過渡。

四、擴展面：以面而張，擴展問題

工程類研究生教學(xué)應(yīng)為將學(xué)生培養(yǎng)成為研究型和應(yīng)用型的復(fù)合型高端人才奠定基礎(chǔ)[12]。專題教學(xué)是在課堂上對于專業(yè)知識的深入挖掘，并在預(yù)留問題串聯(lián)講授的基礎(chǔ)上培養(yǎng)構(gòu)建研究生的創(chuàng)新思維體系，增強研究生思維的銳度。但研究生作為科研創(chuàng)新群體，只有思維的銳度是不夠的，還應(yīng)拓寬思維的廣度，其主要途徑為實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和教師教學(xué)案例庫的建立。

工程類學(xué)科是以數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科為基本原理，結(jié)合生產(chǎn)實踐積累下來的工程經(jīng)驗所發(fā)展起來的學(xué)科，因此，脫離了實踐的工程類學(xué)科專業(yè)只能是紙上談兵，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)，提高學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新意識和獨立探索意識，對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)至關(guān)重要[13]。

在實際教學(xué)過程中，教師應(yīng)主動引導(dǎo)學(xué)生帶著問題走出課堂，在工程實踐中探索新知，將課堂上專題串聯(lián)講授的問題拓展開來，從實際的工程技術(shù)經(jīng)驗中驗證問題提出及解決方法的合理性，將包裹在工程外面的層層表象揭開，使問題的本質(zhì)暴露出來，達到徹底理解工程專業(yè)問題的目的。

除此之外，在工程類研究生課程的教學(xué)過程中，教師應(yīng)有意地將案例教學(xué)法引入實際教學(xué)過程當(dāng)中。案例教學(xué)法是以研究實際問題為中心，有助于引導(dǎo)學(xué)生針對特定問題情境，綜合運用所學(xué)的多學(xué)科知識去分析和解決問題，對于培養(yǎng)工科人才的實踐性和綜合性很有幫助[14]。因此，教師應(yīng)針對自身的專業(yè)特點，綜合采用視頻演示、實物介紹、BIM及數(shù)值模擬等多種教學(xué)手段，打造自己的教學(xué)案例庫，在案例教學(xué)中，教師應(yīng)對案例中具有代表性的典型性問題進行深入講解，對問題的起始發(fā)現(xiàn)、凝練過程、解決方法及手段進行詳細的介紹和解釋。通過專題授課對案例的綜合分析，可強化研究生發(fā)現(xiàn)問題、凝練問題的創(chuàng)新思維意識，提升研究生分析問題、解決問題的獨立探索新知能力。

五、激發(fā)體：以體而入，激發(fā)潛能

“四維立體化”教學(xué)模式的真正落腳點應(yīng)轉(zhuǎn)“被動”為“主動”，讓專業(yè)知識“被動的輸入性學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)化升級為“主動的輸出性創(chuàng)新”。激發(fā)體即激發(fā)研究生的科研創(chuàng)新思維體系，并以扎實的專業(yè)知識為依據(jù)，以問題為切入口，激發(fā)研究生的求知欲及創(chuàng)新意識，真正地達到思維創(chuàng)新的教學(xué)目的。

教學(xué)過程中，激發(fā)研究生科研創(chuàng)新的教學(xué)途徑主要有以下兩個方面。一是專題講授結(jié)束后的小組研究性小課題，二是課程結(jié)束后的綜合性研究課題。首先，由教師根據(jù)專題講授、實踐認知或案例解析來指定課題研究范圍。其次，由學(xué)生現(xiàn)場陳述研究概況，教師應(yīng)對學(xué)生的研究內(nèi)容、方法等進行綜合評判，根據(jù)學(xué)生自身情況對課題的大小難易進行點評。再次，學(xué)生根據(jù)選題情況對課題進行深入研究分析，并以標(biāo)準(zhǔn)期刊模式撰寫研究論文或報告。最后，教師對學(xué)生課題完成情況制定綜合的評價標(biāo)準(zhǔn)，如對小課題概括性論述質(zhì)量、研究論文(報告)的創(chuàng)新情況以及課堂、實習(xí)中的交流效果等進行比例權(quán)重分配。通過評價，指導(dǎo)學(xué)生認識到自身的差距和不足，進一步引導(dǎo)學(xué)生建立健全其創(chuàng)新思維體系。

綜上，由于研究生教育應(yīng)更注重其創(chuàng)新意識及自我探索的科研意識的培養(yǎng)，因此，在研究生課程教學(xué)的“四維立體化”課堂教學(xué)模式中，興趣、創(chuàng)新、獨立探索三個基本理念將始終貫穿于每一個教學(xué)環(huán)節(jié)中。其中，又以興趣為根本，教師在各個教學(xué)環(huán)節(jié)的編排中，都要以學(xué)生的興趣需求為基本出發(fā)點。具體教學(xué)過程中，以興趣為引，通過研究生的獨立思索，發(fā)現(xiàn)并提出復(fù)雜工程中隱藏的關(guān)鍵性科學(xué)問題，是為科研創(chuàng)新培養(yǎng)的“出發(fā)點”，將所提出的各個問題隱入教學(xué)內(nèi)容中進行專題串聯(lián)式講解，培養(yǎng)學(xué)生獨立探索出適合自己的解決問題的思維方式，增強其思維的銳度，是為科研創(chuàng)新培養(yǎng)的“導(dǎo)引線”。將課堂上專題串聯(lián)講授的問題通過工程實踐及教學(xué)案例庫橫向拓展開來，拓寬研究生思維的廣度，培養(yǎng)研究生在工程實踐中通過獨立探索找出問題的本質(zhì)，強化研究生發(fā)現(xiàn)問題、凝練問題的創(chuàng)新思維意識，是為科研創(chuàng)新培養(yǎng)的“擴展面”。最后，通過研究生對小組研究性小課題、課后綜合性大課題的獨立完成，激發(fā)學(xué)生由“被動的輸入性學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)化升級為“主動的輸出性創(chuàng)新”，強化研究生創(chuàng)新性思維的深度，是為科研創(chuàng)新培養(yǎng)的“激發(fā)體”。通過以上四個環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，使學(xué)生由興趣出發(fā)，從獨立的發(fā)現(xiàn)問題開始，最終達到主動的輸出性創(chuàng)新的課程教學(xué)目的，使研究生教學(xué)不再局限于傳統(tǒng)的“教”與“學(xué)”兩個維度的培養(yǎng)模式，而在此基礎(chǔ)上增添主動創(chuàng)新性輸出的新維度，并綜合貫穿于各個教學(xué)環(huán)節(jié)的“興趣”維度，使研究生教學(xué)呈現(xiàn)出教、學(xué)、主動創(chuàng)新性輸出以及興趣的“四維立體化”教學(xué)效果，從而有效提高研究生教育教學(xué)質(zhì)量，達到培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才的教學(xué)目的。

六、結(jié)語

研究生作為我國的高層次科研創(chuàng)新群體，其培養(yǎng)方式應(yīng)注重對其科研創(chuàng)新意識的激發(fā)及自我獨立探索能力的提高。以“出發(fā)點”“導(dǎo)引線”“擴展面”“激發(fā)體”為體系的工程類研究生課堂教學(xué)方式，圍繞興趣、創(chuàng)新與獨立探索三個基本教學(xué)理念，而形成了教、學(xué)、主動創(chuàng)新性輸出、興趣的“四維立體化”課堂教學(xué)模式，教師通過建立問題庫、設(shè)置課堂專題、加強實踐、建立案例庫并精心設(shè)置研究課題、建立綜合評價標(biāo)準(zhǔn)等途徑，引導(dǎo)學(xué)生建立創(chuàng)新思維體系并在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題中不斷提高自身獨立探索的科研創(chuàng)新能力，最終達到培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才的教學(xué)目的。