教學科研并重 激發學生創新意識

李 靜，王占禮，陳延偉，焦 陽

（1.長春工業大學，吉林 長春 130012；2.空軍航空大學 飛行基礎訓練基地，吉林 長春 130022）

教學科研并重 激發學生創新意識

李 靜1，王占禮1，陳延偉1，焦 陽2

（1.長春工業大學，吉林 長春 130012；2.空軍航空大學 飛行基礎訓練基地，吉林 長春 130022）

教學是提升科研能力的孵化器，科研是提高教學質量的推進器，二者有機結合是提高教學質量和教師科研水平的有效途徑。本文結合《計算機輔助設計與制造》課程，以創新教育，激發學生創新意識，培養創新人才，提升學生就業率為目標，進行理論教學為主，實踐教學為輔，科研教學并重的課程改革研究與實踐，提高學生的創新能力、實踐動手能力。

教學；科研；創新意識；創新能力

自洪堡將科學研究引進高等學校以來，科研與教學已成為高等學校的兩大基本職能。以教學為中心，不斷提高教學質量是高校教學工作的永恒主題。高等學校教學與科研是相互依賴、相互促進、不可分離的一體。教學是提升科研能力的孵化器，而科研是提高教學質量的推進器。高校教師既要從事教學，又要進行科研，以科研促進教學，并且將二者有機結合，才能提高教學質量和科研水平。本文以《計算機輔助設計與制造》課程為研究載體，著重從理論教學、實踐教學和教師素質三方面，針對教學內容、教學方法、教學手段、考核方法、教師素質等進行改革與研究，改變以往教學重理論、輕實踐；重知識傳授、輕能力培養的狀況，重在激發學生自主學習興趣，培養創新能力，并在機電學院2007級和2008級機械工程及自動化和機械電子工程專業學生中進行了實踐，效果較好。

一、理論教學改革

1.調整教學內容。《計算機輔助設計與制造》是機械工程及自動化專業的專業必修課，省級優秀課（2009評）。在教學中發揮著培養學生邏輯思維能力、計算機應用能力、軟件開發能力、綜合運用相關學科知識進行現代設計及創新設計能力的重要作用。早在2002年課程組即開始對該課程進行廣泛的社會調研，在總結長期教學經驗，了解社會需求的基礎上，課程組對理論課和實踐課教學進行了調整，以培養基礎寬、素質高、適應性強、具有創新能力的人才為目標，制定了新教學大綱及教學計劃，合理地分配了理論學時和實踐學時。通過傳統教學內容相比較，新的教學內容更注重培養學生以下三個方面能力。①現代設計能力的培養。在《計算機輔助設計與制造》教學中，以系統性、先進性、實用性、通用性為原則，以講述計算機輔助設計（CAD）技術的關鍵理論與方法為重點，在保留傳統基本理論的前提下，課程組及時更新知識，確保將CAD的前沿技術與最新研究成果引入課堂教學。例如在講授“幾何造型技術”時，除了教授原有的線框模型、表面模型、實體模型外，還引入了當前流行的參數化造型、特征造型技術，并結合三維軟件（CATIA、UG等），以工程實際案例為主，具體講述它們在實際設計中的應用，鍛煉學生的實踐能力；對于“工程數據處理”，結合“齒輪減速器計算機輔助設計”實例，將設計任務及設計中涉及的數表和線圖，布置給學生，由學生分組自行設計、學生互評、教師點評、總結，通過具體的案例式教學法，激發學生自主學習的興趣。對于應用軟件二次開發，我們結合開發“電動工具CAD/CAM系統的開發與研制”項目過程，講述開發軟件的原理、步驟、方法等，讓學生了解更多的課本外知識，激發學生的創新意識。在軟件應用教學中，教師克服了以往在講授上只停留在具體命令的使用，即命令的操作步驟上，而無暇顧及命令的內涵和外延，學生只能簡單地模仿和死記硬背，獨立操作軟件的能力不強的弊端，對授課內容進行調整，有針對性地、由淺入深地將科研成果引入教學。例如，講授“CATIA三維零件設計”時，我們除了保留課本上的典型例子外，再結合教育廳項目“數控加工過程擬實技術”中數控機床幾何模型的建立過程，將建模過程中遇到的問題、解決的方法、建模的技巧補充進去，使學生更早地接觸實際，了解更多的課本外知識；還可將學生的畢業論文與教師的科研結合起來，使教師對學生論文能有的放矢地進行指導，通過實實在在的項目、研究內容、研究方法加深對課本理論概念的理解及實際應用。②創新能力的培養。課程組依據“科研促教學、教學帶科研”的教學改革方案，鼓勵教師聯系教學實際搞科研，把科研與教學有機地結合起來，把科研成果帶入課堂，把最新的知識和信息傳遞給學生，提高課堂教學質量，培養學生創新意識。例如，我們結合吉林省科技廳項目“汽車離合器蓋總成檢測試驗臺研究開發”中機械系統設計部分提出要求：a.所設計的檢測平臺要能夠模擬多種離合器蓋總成實際工況；b.使汽車離合器蓋總成在檢測平臺上定位準確、裝卸方便、工作可靠；c.能在一定范圍內滿足不同規格工件的測量。要求學生根據要求采取獨立設計或分組合作的方式，大膽提出設計方案，進行初步設計，再由教師點評。③實踐動手能力的培養。教師可在教學活動中觀察學生、了解學生，盡可能地掌握每個學生的學習能力、特點，從每屆學生中選育部分接受能力、動手能力強的學生參與教師的科研項目，承擔一部分力所能及的科研課題，使學生對課堂所學知識有更多實踐機會，兩年來僅機械工程及自動化專業就有16人參與教師的科研。課程組與一些企業及科研院所（如長春中聯汽車檢測設備有限公司、五五所等）均保持良好的合作關系，定期組織學生參觀或以專家講座的形式，使學生領略最新的設計思想、方法及手段，在拓寬學生的專業視野的同時為后續的理論教學和畢業設計環節積累素材和經驗。

2.教學方法。運用啟發式、研究式、討論式等多種教學方法，勤于與學生溝通，注意傾聽學生的思想，了解學生的情緒與情感的變化，采取有針對性的教學方式，激發學生內在的學習動力。①小班授課與因勢利導，《計算機輔助設計與制造》是全院的必修課，少則7個班，多則11個班，課程組每學期至少保證5名教師同時上課，每名教師不超過2個班。應用軟件教學部分更是因其內容的特殊性，全部課程均安排在機房，單班上課，不但可以保證教學質量，還可以做到及時答疑解惑，而且通過小班授課、變功能型教學為目的型教學、共性與個性并重，調動學生自主學習的積極性，活躍課堂氣氛，開拓視野，更好地解決“教”和“學”這兩個主要問題。②理論教學與工程實際設計相結合，時刻將理論內容與工程實際緊密結合，不斷對學生進行創新意識和工程理念

的培養，將實際產品設計案例恰當地引入課堂，配合理論教學，既豐富了課程內容，又加深了學生對設計理論和設計方法的理解，同時也激發了學生學習本課程的興趣。具體做法為：優選機械設計中典型零件作為軟件學習的基礎，如軸、軸承、螺栓、齒輪等標準件設計等一系列在課程設計、畢業設計實訓中可以用到的零件，講解模型創建方法，在專業課程設計和畢業設計中選取典型機床（如車床、銑床和鉆床等），以在機械制造裝備設計中的機床設計為主線，設計機床轉速圖，進行機床的主軸箱三維實體造型設計。意在使學生熟練掌握CAD/CAM軟件的同時，通過這門課程教學內容的巧妙設置，將理論課教學和畢業設計實踐教學環節有機結合起來，提高學生的軟件應用技能，為就業打下良好的基礎。③教師講授與學生自學相結合，基本概念和基本理論主要通過教師課堂授課進行，如“圖形變換原理”、“常規三視圖生成方法”、“工程手冊的數據處理等”；對部分易于自學的內容安排學生自學結合課堂討論的方式進行，如“數據庫應用”；涉及學科前沿的、可擴展的知識，學生通過查閱資料，開展師生之間、學生之間互動討論，既可激發學生探究理論的興趣，又增強其參與意識。

3.教學手段。課程組一直在探索新的教學手段的應用。伴隨我校教學條件的改善，我們從最原始的一本書、一支粉筆、一塊黑板和一本教案的傳統教學手段，發展到今天廣泛應用多媒體、網絡化教學資源。①多媒體課件開發，根據《計算機輔助設計技術與制造》課程教學內容與計算機的相關性，在教學中，采用了多媒體教學、計算機輔助教學等多種教學手段，將理論教學、程序設計、軟件演示與操作融為一體。例如在圖形變換、三維幾何造型等章節，課程組基于相關輔助軟件，開發了《計算機輔助設計與制造》教學課件，除實現相關文字、圖形、圖像、動畫等內容的展示外，還實現了與外部科研成果“數控加工仿真軟件系統”的動態鏈接。②有效利用網絡教學資源，隨著互聯網的廣泛使用，互聯網已成為教學的好幫手。為此，課程組建立了課程網站。除此之外，大量的CAD/CAM網站也提供了海量的CAD/CAM資源，在CAD/CAM教學中要充分利用這一資源科學指導學生下載網絡資料，練習網上習題，交流CAD/CAM作品，交換創作經驗，引導學生利用網上文章和資料學習CAD/CAM，養成自學和獨力解決問題的習慣。③錄制教學視頻文件，針對軟件教學“課上學得快，課后忘得快”的問題，將教學中的重點、難點，如“標準件的參數化設計”、“標準件庫的建立”等內容制成教學視頻文件，便于學生加深理解、課后復習。④以多樣化的考試方式作為督促手段，對于《計算機輔助設計技術基礎》理論考試可采取“筆試+口試+實驗+平時”的方式；對于《機械CAD/CAM》應用軟件教學可采取“上機+口試+平時”的方式，重點考核學生解決問題的方法和思路是否靈活和有創新，目的是反映學生的真實水平。

二、實踐教學改革

相對于理論教學，實踐性教學是培養學生動手能力的一種重要方式。實踐教學在學生創造性發展中的重要支撐和基礎作用是毋庸置疑的[1，2]，實踐教學包括實驗、實習、課程設計、畢業設計等環節，相對于課堂教學更具有直觀性、綜合性、創新性的特點，有理論教學不可替代的作用。

1.調整實踐教學內容。調整實踐教學內容，增加綜合性、設計性實習/實驗題目；通過綜合性、設計性實驗教學設計，開展基于問題和基本科研技能訓練的研究性教學，將科研的基本方法、技能和思維方法融入實驗內容和教學，增加了綜合性和設計性實驗的探索性和研究性，促進了學生知識、科研技能的內化，提高了學生自主學習、自主創新能力。如：在《計算機輔助設計與制造》的應用軟件教學中，為學生設計了“齒輪減速器的參數化設計及仿真”等綜合性、設計性實驗。除教學計劃規定的內容外，根據需要，課程組增設一些與課程內容有關的實驗選修課，為學生提供了一個開放的自主學習平臺，允許學生自選項目，教師給予指導，以學生為中心，因材施教，因內容施教，充分激發學生的實踐創新積極性，不僅提升了學生的實踐能力，而且提高了教學效率和教學質量，提高學生的基本科研技能和創新能力。

2.加強實踐教學基地建設。充分利用校內外的教育資源，拓展校內外各類實驗、實訓、實習基地的建設；加強校企合作、產學結合。除我校工程訓練中心（國家級實驗教學示范中心建設單位）、機械工程實驗教學中心（省級實驗教學示范中心）和大學生創新基地外，中國第一汽車集團公司、一汽轎車股份有限公司、一汽解放汽車有限公司卡車廠、長春數控機床有限公司等都是與我們有較好合作關系的校外實習/實訓基地。

3.鼓勵學生參與課內外實踐活動。將校內外創新項目、設計大賽等的優秀作品，及時傳遞給學生，為學生參與和自主開展課題研究創造條件。通過鼓勵和支持學生參與教師科研課題、各類競賽、各種形式的創新、創業活動、課外科技活動及社會實踐活動，提高學生的工程創新和實踐能力。

三、教師自身素質和能力的提高

百年大計，教育為本；教育大計，教師為本[3]。教師是教育事業的第一資源，教學活動直接發生在師生之間，課改的大潮已經把老師推到了時代的浪尖上，要使高校課程教學改革取得長效，教師必須理解課程教學改革的原因，以及自身在此次改革中的作用并不斷自我提高[4]。

1.轉變教學觀念。教師要改變以往“以教師為中心”、“以教材為中心”、“以課堂為中心”的教學方式，堅持“以學生為中心”的教育理念[5]。教師要逐步適應師生角色的轉換，堅持學生是主體，教師是主導，在教學中關心學生、熱愛學生，利用自身淵博的知識、優美的語言、獨特的教學風格，吸引和感染學生，與學生建立和諧融洽的師生關系，做學生的良師益友。充分了解學生的情緒與情感的變化，對不同年級、不同層次的學生，采用適當的方式激發他們學習的積極性，采取有針對性的教學方式，激發其內在的學習動力。

2.提高教師素質和能力。教師需要由經驗型向科研型，甚至向專家學者型轉變。一味地依照教材照本宣科，學生也會厭煩。要給學生一杯水，我們老師胸中就不僅是一桶水的問題，而應是一條活潑清澈流淌的小溪，才能給課堂注入源頭活水。從知識的產生角度講，科研是“源”，教學是“流”，科研理應成為教學的一部分，并且應當走在教學的前頭。課程組的具體做法是：鼓勵教師申報各級各類科研課題，通過科學研究，教師能夠更深刻地了解社會對培養人才的要求，了解社會人才市場對人才培養創業能力的要求，才能全面把握本學科的國內外學術動態，準確地認識自己所授課程在整個學科中的地位和課程內部的邏輯聯系；通過科學研究，了解本學科的科學研究前沿，把科研中獲得的新知識及科技新成就及時反映到教學中，提高教學質量；通過科學研究，培養教師善于研究問題和解決問題的能力，以提高學術研究水平，使廣大教師既是教學的能手，又是科研的尖兵。通過研究實踐，培養造就一支具有整體研究能力和高水平的師資隊伍。課程組于2009年被評為“吉林省優秀教學團

隊”，其中1名教師獲“吉林省中青年骨干教師”稱號，1名教師獲“長春工業大學優秀主講教師”稱號。課程組成員在近三年內新申報及結題國家及省市級科研項目就達到了8項，其中1項獲得了省科技進步二等獎，發表論文20余篇。

將科研引入教學，教學科研并重，激勵學生創新意識的教學改革在我校機電學院機械工程及自動化和機械電子工程專業經過三年的實踐，已取得一定的效果。近3年，兩個專業學生在“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽活動中，榮獲國家級三等獎1項，省級二等獎1項。慧魚組機械創新大賽獲國家級一等獎2項、二等獎3項、三等獎1項；機械創新設計大賽榮獲國家級二等獎2項，省級一等獎4項、二等獎5項、三等獎2項；全國三維數字化創新大賽國家級特等獎1項。機械工程及自動化專業的畢業生近三年的就業率分別為97.5%、97.8%、98%，一度出現供不應求的現象。根據用人單位的反饋信息，認為本專業的畢業生基礎理論扎實，技術應用能力強，創新意識強，適應性好，具有較強的團隊精神，其較高的實踐動手能力和個人綜合素質，肯于在基層工作的奮斗精神受到企業的高度評價。他們當中的一部分已成為企業的領導和技術負責人或骨干。

[1]周燕，高印寒，金魏，等.產學研結合培養學生創新能力的途徑探索[J].實驗室研究與探索，2009，28（5）：5-7.

[2]陸源，厲旭云，葉治國，等.基礎性和綜合性實驗的研究性教學設計與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30（6）：275-277.

[3]胡錦濤.在慶祝清華大學建校一百周年大會上的講話[R].

[4]傅榮.教師在高校課程教改中如何自我提高 [J].科技信息，2009，（6）：391.

[5]任東方.論教育中的“三重”目標及三種境界[J].黃河科技大學學報，2010，12（6）：102-104.

G420

A

1674-9324（2014）13-0054-03

2012年吉林省高等教育教學研究課題“機械工程及自動化專業培養創新人才的研究與實踐”。

李靜（1972-），女，長春工業大學機電工程學院副教授，主要研究方向為高等教育教學研究。