結構強度方向課程學習與創新能力培養探索

吳錦武 丁相玉 毛崎波·

摘要：課程教學方式的改革是人才培養環節的關鍵一環。以航空結構強度方向研究生為例，為了更好地激發研究生創新能力，對研究生專業課程的教學內容、教學方法以及教學手段進行了創新，探索了一套比較成熟并具有特色的研究生分類教學與分類培養模式，即構建了專業課程教學、創新能力培養與碩士學位論文三者緊密結合的研究生人才培養模式。

關鍵詞：研究生教育;人才培養;教學改革;創新能力

中圖分類號：G643? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0216-03

研究生教育作為高等教育中高層次人才培養階段，是國家拔尖創新人才的孵化基地[1]。研究生專業課程在研究生培養中處于重要地位，直接影響著研究生專業基礎的寬度和創新能力的發揮，也決定著研究生培養規格和培養目標的實現程度。這其中，研究生專業課程的授課方式、授課內容等都將影響研究生創新能力[2]。現階段，我國研究生存在一些問題，如研究生課程大多是延續本科生時期的以教師課堂講授為主的注入式教學，缺乏啟發式教學。其次，在課堂上，國外研究生課堂老師答疑、學生提問時間明顯多于國內研究生課堂[3]。另外，我校航空主專業研究生招生規模日益擴大，但航空主專業本科生考入我院研究生人數并不多，跨專業調劑較多，雖然跨學科的碩士研究生具有多學科的背景優勢，但是與非跨學科的學生相比，他們在知識結構、思維方式等方面都存在著不同，對所學的知識也比較陌生，這些因素對跨學科背景學生的學習狀況有著較大的影響[4]。為了更好地激發研究生創新能力，本文主要結合我校航空結構強度學科方向研究生招生現狀，就研究生專業課程學習、學位論文以及創新能力培養三方面進行了探討，分析三者有機統一的模式，為高校研究生人才培養模式提供借鑒。

一、針對研究生專業課程學習，成立結構強度方向專業課程群

航空發動機結構強度類課程，如《機械振動》《航空發動機強度與振動》《振動與噪聲控制技術》《航空聲學》等都屬于航空宇航推進理論與工程學科研究生的核心課程[5]。航空發動機強度類課程以下具有共同點：學生需要有較強的數學和力學基礎;教師需要有工程實際課程或項目作為支撐，兩者緊密配合才能更好地講授相關課程。

而隨著我國研究生招生規模日益擴大，我校航空結構強度類相關研究方向的研究生也日益增多，但鑒于考入我校航空專業的研究生大多數為跨專業調劑生，航空基礎較為薄弱，在這種情況下，為了使研究生有效地學習航空發動機結構強度類課程，同時使其盡快進入其學位論文環節，提高其創新能力，我院組織航空發動機強度方向教師成立了航空發動機強度方向研究生課題組，同時設立了相關課程，如《動力機械測試技術》《航空聲學》《機械振動》《振動噪聲控制技術》《航空發動機結構強度》等研究生專業課程。并在此基礎上充分發揮學校優勢展開教學，一是利用相關導師的研究優勢，為研究生專業課程提供研究素材;二是利用相關導師的研究試驗平臺，為研究生專業課程授課提供綜合性試驗條件;三是利用相關導師外語優勢，開展雙語或全外文教學，提高研究生外文水平和國際視野。

二、因材施教，實現結構強度方向研究生分層次教學模式

研究生入學基礎有差異，學習能力也有所不同，個體差異是客觀存在的。我院根據“航空基礎強，數學力學基礎較好，本科與研究生專業相同或相似”的研究生、與“跨專業調劑幅度較大，力學數學基礎較薄弱”的研究生等不同教學對象來確定教學內容的深淺難易程度，因材施教。為此，我們按模塊化結構組織教學內容，把相互滲透的教學內容組成系列相關的知識模塊，將系統綜合、整體優化，把原屬于整體的課程結構與教學內容以具體功能和應用為目標，按模塊單元形式表現出來，讓每一模塊成為一定教學系統的機構體系，并起到相對獨立的作用。每一個模塊又按因材施教的原則劃分為基礎模塊和擴展模塊。基礎模塊內容以“必需、夠用”為原則，面向全體研究生。擴展模塊內容主要針對“航空基礎強，數學力學基礎較好，本科與研究生專業相同或相似”或者有意向進一步攻讀博士研究生學位的學生，同時對其畢業論文提前選題，在明確畢業論文選題的情況下，對課程的綜合性試驗（或者大作業）內容等方面深度設計有所不同，目的是加強創新能力訓練。

在課程綜合性試驗（或者大作業）時，也注意分層次教學模式的需求，每次作業都有必做題和選做題。必做題量難度適中，所有學生必須自己完成，選做題有一定難度，完全由學生自己決定取舍。對于專業基礎相對較弱的研究生，在研究生第二學期的專業課程學習過程中，根據其對專業知識的掌握程度，確定其畢業論文選題。

三、進行課程內容體系的優化與更新

課程群老師不定期更新專業課程教學內容，開設交叉學科知識內容，增設研究生自主開設綜合性實驗內容。針對《動力機械測試技術》《航空聲學》《振動噪聲控制技術》等課程，在教學內容上增加課題組已有科研成果以及國內外研究現狀，目的是使課程理論內容盡可能聯系實際，使學生從比較枯燥的理論內容過渡到實際工程應用，從而提高學習的積極性并拓展專業知識面，為創新能力培養奠定基礎。授課團隊要求：科研成果的研究性教學內容占總教學內容的40%以上。例如在《動力測試技術課程》中，添加有關飛行器結構，如飛機座艙結構，航空復合材料結構等振動與噪聲測試等綜合性實踐內容。另外增設了研討題目，如“針對飛機結構或發動機結構中高速旋轉部件如何測量振動特性”，飛行器設計方向的研究生針對飛機結構部件來答題，而發動機相關方向的研究生就發動機部件進行答題分析。飛機結構與發動機高速旋轉結構（如葉片）面臨環節不一致，飛機零部件主要面臨低溫環境，而發動機零部件主要面臨高溫環境。所處的環境不同，采取的測試設備和系統也必然不一樣。可以說，交叉學科知識有利于研究生創新能力的培養，也有利于激發研究生的創新思維。目前，增設內容主要體現在教學大綱和教學課件方面。

以綜合創新實驗課程把專業課程與研究生學位論文緊密聯系在一起。本課題組所在研究生在完成畢業論文過程中，多數需要進行相關試驗內容。而我學院大多數研究生專業基礎掌握并不相同，為此本項目提出在“動力機械測試技術”和“振動噪聲測試技術”兩門專業課程中著重添加綜合性實驗內容。研究生針對一個或多個實驗內容，各自制定實驗大綱，完成實驗教學方案大綱，并且在課堂上就實驗性內容進行講授和討論。另外布置不同類型作業，特別是綜合創新實驗來提高學生團隊協作能力。在作業布置方面：以大作業形式為主，學生組成一個小團隊，共同解決一個實際問題。團隊利用討論、交流、分工合作等形式，有利于對團隊協作能力和創新思維的培養，從而培養學生學習的主動性和創新能力。以學生自主學習為核心，使學生能充分利用網絡、課堂教學的各種教學資源，采用多種學習途徑和學習手段進行學習，提高學習質量和效率，培養學習能力。

四、圍繞創新型人才培養目標改進研究生專業課程教學方式和方法

首先采用問題式教學、強化案例教學并注重工程背景的教學方法。課堂教師提出的問題大多經過精心設計，力求做到來源于實踐。問題的設置不僅要讓大多數學生通過積極思考能夠被啟發，而且也能讓高水平的學生有發揮空間的問題。

同時，讓研究生參與制定授課內容以及完善習題庫。針對與課程相關的國內外研究現狀，根據研究生各自畢業論文選題范圍，相關研究現狀由研究生自行完成。國內外研究現狀是研究生畢業論文首先需要完成的內容，也是研究生創新能力培養的基礎。要求碩士研究生在各自開題前，收集課題相關案例，從而組成相關課程的習題庫。此舉即可為《振動基礎》等課程提供豐富的習題庫和例題庫，又可鍛煉碩士研究生學習歸納、總結能力，同時也可為碩士研究生中期開題做好準備。

作業布置形式多樣化和差異化。針對不同基礎的研究生，布置不同類型和不同程度的作業，同時要求課后答疑和互動的時間有所不同。在課程布置任務時，分類進行布置。其次，盡量在課程開始或中期就確定研究生畢業論文方向和內容框架，以便加強對研究生專業課程教學和學習的針對性。同時利用碩士研究生即將或正在從事有關實際課題知識，建立課程內容的網上習題庫和試題庫。

專業課程結束階段，就課程重點內容，增設了研究生討論環節。開設討論課程，研究生根據課程議題查閱大量的文獻資料，彌補了專業基礎的不足。

把答疑變成研討式答疑。輔導、答疑是研究生課程教學過程中不可缺少的環節，我們的輔導、答疑都采用研討的形式，教師與學生之間不是一問一答的相對關系，而是你來我往的切磋，用討論代替回答，用引導代替說教，并給學生充分的思考空間，讓學生自己多思考，使學生的思維得到有效訓練并體驗到主動思考的快樂。

五、專業課程學習與實驗教學改革充分融合，把創新能力培養融入實驗課程和實驗項目

研究生創新能力與實踐動手的培養與實驗試驗等內容緊密聯系。例如在《動力機械測試技術》課程中的“傳感器技術”章節，根據研究生分類情況，就把研究生分成若干組，在實驗室針對不同傳感器，如加速度傳感器，應力應變傳感器，溫度傳感器等進行不同試驗測試，形成試驗大作業，分析不同傳感器測量原理與測試技術。一來鍛煉學生動手能力，二是加強了課程的學習，真正把理論化成實踐。例如在《航空聲學》中真正結構的吸聲與隔聲內容，我們同樣把學生分組，針對航空復合材料，蜂窩材料，普通鋁合金材料等進行分類試驗教學，實驗選題多樣性，實行全開放的形式，即由學生自由組合，自行決定實驗時間，形成試驗報告。通過上述一些措施的實行，既照顧到了基礎實驗必須保證的現實，又盡可能地給學生以充分的自由，進行必要的開拓訓練，對創新人才培養的力學課程教學起到了支撐的作用。

加強科技創新競賽與專業課程學習能力的相結合。針對專業課程試驗環節突出學生（含本科生），積極組織團隊和學生積極參加各類科技創新比賽。

六、考試考核重在刺激思維鼓勵創新

專業課程考核形式多樣化，從考核形式和模式上進行創新和嘗試。考核的目的主要是促使研究生主動去學習，去思考。考核形式和內容進行多樣化。

專業課程成績最終分為平時成績、綜合創新實驗成績、期末成績（研究報告）三部分，三者比重各占20%、40%、40%。

平時成績主要從作業完成的情況來考核。平時有些學生作業完成情況不太理想，沒有達到對所學內容復習的目的，也無法判斷和掌握每個學生對知識的理解程度。為了更好地從作業完成情況上掌握學生對所學知識的理解程度，需要從考核方法和評估標準上進行創新。本課程針對已學的每堂課程內容，首先要求學生自行查找與所學內容一致的作業題目并加以完成，目的是測試學生對所學內容的掌握程度，并鍛煉學生查找資料的能力，提高學生學習主動性。其次，在網上教學環節中，每個學生網上作業也不一致。作業的不同，特別是網上習題庫的作業來源于實際工程應用，有效杜絕了學生相互抄襲作業的現象，這樣一來，給定的學生平時成績就比較合理。

綜合創新實驗采用分組形式完成，主要就專業課程所學知識在實驗室完成相關試驗內容進行研究。綜合創新實驗以課堂內容為基礎，結合航空實際結構，利用計算機、試驗設備等手段進行分析，目的是提高學生實踐動手能力和創新能力。

在課程結束階段，除了以上考核內容外，每位研究生還需要結合自身即將開展的畢業論文選題內容，撰寫一份與所學課程相關的研究報告，同時完成一項綜合性實驗內容，并進行ppt匯報，與課師生一起討論相關內容，從而提升學生學習的主動性和創新的積極性。

七、建設一流航空結構強度類課程群，培養一支優秀的強度類課程教師隊伍

創新型人才培養對教師提出了更高的要求。教師既要對學科的知識有很好的掌握，更要有自己的科研成果作為教學的支撐，這樣講授才有效果和針對性。而在教學實踐中，最能激發學生創新激情的一個方式是教師能以自身的創新意識、創新思維以及創新能力去感染和帶動學生。所以實施創新教育也給培養創新型師資隊伍提供了壓力、動力和環境。課題組每名成員基本都有多項主持的國家級科研項目和多項省部級科研項目以及企業公關項目，所講授的相關課程，如《機械振動》受到學生的普遍歡迎，課程學生評教成績在學校名列前茅。

總之，經過近六年的教學實踐，對課程不斷進行了教學內容、教學方法的更新和創新。本文基本探索出了一套比較成熟并具有特色的研究生分類教學與分類培養模式，即構建了專業課程教學、創新能力培養與碩士學位論文三者緊密結合的研究生人才培養模式。

參考文獻：

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[2]李海生，范國睿.碩士研究生課程設置存在的問題及思考[J]，學位與研究生教育，2010，（07）：59-63.

[3]錢志鴻.基于綜合素質培養的研究生課程教學改革的思考[J]，教育教學論壇，2012，（528）：19-21.

[4]尹智敏.跨學科背景碩士研究生學習狀況調查及對策研究[D]，青島大學，2017.

[5]吳錦武，丁相玉.《機械振動》課程分類教學方式改革與探索[J]，教育教學論壇，2018，（28）：134-136.