基于研究生創(chuàng)新思維方式培養(yǎng)的機(jī)械電子學(xué)課堂教學(xué)探索

劉春波 田勇

[摘 要]課題組以研究生學(xué)位課程機(jī)械電子學(xué)為對象，對課程內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進(jìn)行改革，目的是通過課程的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方式。課題組建立了以案例為基礎(chǔ)的課程內(nèi)容體系，通過案例的講解及優(yōu)化過程強(qiáng)化學(xué)生知識應(yīng)用的意識與能力，為創(chuàng)新思維的培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課題組按照科林·羅斯與馬爾科姆·尼科爾所提出的加速學(xué)習(xí)法設(shè)計(jì)教學(xué)過程，引入“教育性”課程評價(jià)思想，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行有價(jià)值的創(chuàng)新。

[關(guān)鍵詞]研究生;機(jī)械電子學(xué);創(chuàng)新思維;教學(xué)方法;評價(jià)體系

[中圖分類號] G643 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）12-0171-03

科研創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是碩士研究生教育的重要內(nèi)容?？萍嫉陌l(fā)展離不開創(chuàng)新，縱觀世界的發(fā)展史，人類的一切科技成果都是創(chuàng)新思維的結(jié)晶，大到一個(gè)國家、民族，小到團(tuán)體個(gè)人，不創(chuàng)新就沒成就。習(xí)近平總書記關(guān)于創(chuàng)新思維的重要論述成為新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想的重要組成部分[1]。美國教育家泰勒（C.W.Taylor）曾經(jīng)說過：創(chuàng)新活動(dòng)不僅是對科學(xué)進(jìn)步，而且對國家乃至全世界都有重要影響[2]。碩士研究生是國家科研創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)力量，培養(yǎng)碩士研究生的創(chuàng)新性思維是研究生教學(xué)的重要目標(biāo)[3]。

近些年來，隨著本科工程專業(yè)認(rèn)證的推進(jìn)，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力、培養(yǎng)合格的工程師成為工科院校發(fā)展的重要目標(biāo)。緊接其后的研究生教育也必須做出改進(jìn)，才能順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求。課堂教學(xué)是研究生教育的基礎(chǔ)，在本科教育的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維是研究生教育的重要目標(biāo)，因此，改革研究生的課堂教學(xué)勢在必行。

創(chuàng)新的定義是個(gè)體根據(jù)一定目的，運(yùn)用一切已有資源，生產(chǎn)出新穎、有價(jià)值的成果的行為。這里面有兩個(gè)重要的關(guān)鍵詞，一個(gè)是新穎，另一個(gè)是有價(jià)值。工科碩士研究生畢業(yè)后一部分會(huì)選擇繼續(xù)攻讀博士學(xué)位，大部分學(xué)生會(huì)成為機(jī)械領(lǐng)域的工程師，無論是哪一種選擇，創(chuàng)新思維對于他們來說都至關(guān)重要：攻讀博士需要?jiǎng)?chuàng)新思維幫助他們創(chuàng)造新理論，或者發(fā)明新方法等;而成為工程師后，創(chuàng)新思維可以幫助他們設(shè)計(jì)開發(fā)有價(jià)值的新產(chǎn)品。創(chuàng)新思維的培養(yǎng)要從多個(gè)方面入手，是一個(gè)長期的過程，本文以碩士研究生學(xué)位課機(jī)械電子學(xué)為例闡述對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

一、教學(xué)內(nèi)容及方法改革

傳統(tǒng)的機(jī)械電子學(xué)課程主要講述的內(nèi)容分成機(jī)械工程、控制系統(tǒng)、電子技術(shù)、電工技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等部分。其中有一部分課程學(xué)生在本科期間已經(jīng)學(xué)過，因此，碩士研究生這門課的任務(wù)基本上是復(fù)習(xí)舊知識，學(xué)習(xí)添加部分的新知識，共32學(xué)時(shí)。由于學(xué)時(shí)較少，需要復(fù)習(xí)的內(nèi)容較多，新內(nèi)容的講解非常少，效果也不理想，更談不上對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)了。

（一）課程內(nèi)容優(yōu)化

經(jīng)過多年嘗試，我們建立了以案例為基礎(chǔ)的課程內(nèi)容體系。具體內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排如表1所示。

本課程的特點(diǎn)是涉及內(nèi)容較廣，幾乎涉及機(jī)械領(lǐng)域所有基礎(chǔ)課程，因此所設(shè)計(jì)的考核方案為：在傳統(tǒng)機(jī)器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一部未來的機(jī)器，包括機(jī)械、電器、控制等部分，說明每一部分所用到的本科知識，添加自己的合理想象，課上安排展示，可以分組也可以單獨(dú)完成?？己私Y(jié)果計(jì)入期末成績，占比30%。

課內(nèi)的32學(xué)時(shí)分成三大部分，包括工程案例講解、案例優(yōu)化討論與微機(jī)械電子系統(tǒng)（Micro Electric and Mechanical System， 簡稱MEMS）拓展。案例講解部分共設(shè)計(jì)4個(gè)一體化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)案例，每個(gè)設(shè)計(jì)案例講解4學(xué)時(shí)。每個(gè)案例側(cè)重機(jī)械電子學(xué)系統(tǒng)的某一部分，分別為機(jī)械設(shè)計(jì)制造、控制系統(tǒng)、工程材料與信號檢測與處理。每講解完兩個(gè)案例進(jìn)行一次4個(gè)學(xué)時(shí)的課堂討論，討論課的內(nèi)容主要是針對已經(jīng)講解過的案例進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。最后的8個(gè)學(xué)時(shí)用于知識拓展，即講解目前機(jī)械電子學(xué)領(lǐng)域的科研熱點(diǎn)微機(jī)械電子系統(tǒng)（MEMS），緊跟科技創(chuàng)新前沿，開闊學(xué)生眼界。

（二）教學(xué)方式改革

芭芭拉·沃爾伍德認(rèn)為所有教師都要面臨兩個(gè)共同任務(wù)：讓學(xué)生掌握課程內(nèi)容和學(xué)會(huì)應(yīng)用這些內(nèi)容[4]?？偟膩碚f，掌握課程內(nèi)容是應(yīng)用的基礎(chǔ)，而應(yīng)用是檢驗(yàn)所掌握內(nèi)容是否有價(jià)值的手段，創(chuàng)新則是在前兩項(xiàng)基礎(chǔ)上的升華，教師只有在傳授前兩項(xiàng)內(nèi)容過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，才有可能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使其完成從無到有的創(chuàng)新升華。

1.基礎(chǔ)知識部分放在課外

一直以來教師都在試圖完成第一個(gè)任務(wù)（傳授內(nèi)容）上花費(fèi)了大量的時(shí)間，因此留給第二個(gè)任務(wù)的時(shí)間是非常有限的。本課程僅有32學(xué)時(shí)，而機(jī)械電子學(xué)又是一門兼容并包的綜合性課程，面面俱到地講解的授課模式是非常不適合的，經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)效果也非常差?？紤]到本課程的一部分內(nèi)容學(xué)生在本科時(shí)已經(jīng)有所接觸，例如與機(jī)械相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等，與控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)的控制工程基礎(chǔ)、機(jī)械工程測試等，與機(jī)械材料相關(guān)的機(jī)械工程材料、材料成型基礎(chǔ)等以及基礎(chǔ)的電工電子技術(shù)等。因此，完全可以把復(fù)習(xí)這部分內(nèi)容轉(zhuǎn)移到課外。同時(shí)，可將原理性較弱、應(yīng)用性較強(qiáng)的信號采集與處理、單片機(jī)技術(shù)等內(nèi)容嵌入工程案例分析部分講解，將應(yīng)用與應(yīng)用性知識有機(jī)結(jié)合，可以讓學(xué)生增強(qiáng)知識應(yīng)用的記憶。由于學(xué)生在本科階段已經(jīng)具備了自學(xué)這些應(yīng)用性較強(qiáng)課程的能力，教師所需要的就是列出部分相關(guān)參考資料，學(xué)生完全能夠在課下通過自主學(xué)習(xí)或同學(xué)之間討論的方式來解決。

2.工程案例講解部分

當(dāng)學(xué)生帶著復(fù)習(xí)、自習(xí)過的基礎(chǔ)知識進(jìn)入課堂，教師可以在簡單總結(jié)的基礎(chǔ)上直接進(jìn)入第二個(gè)任務(wù)階段，即通過工程案例講解基礎(chǔ)知識的應(yīng)用。課堂采用小組形式進(jìn)行教學(xué)，通過小組成員之間的討論可以彌補(bǔ)課下學(xué)習(xí)程度的差異，不同學(xué)生對不同部分內(nèi)容的掌握程度可以通過討論來平衡，取長補(bǔ)短。每個(gè)工程案例安排4個(gè)學(xué)時(shí)，其中前2個(gè)學(xué)時(shí)對案例中用到的基礎(chǔ)知識進(jìn)行總結(jié)，后2個(gè)學(xué)時(shí)則注重將總結(jié)過的知識綜合應(yīng)用于搭建案例工程。這個(gè)過程可以讓學(xué)生了解所學(xué)基礎(chǔ)知識的工程應(yīng)用價(jià)值，也就是前述創(chuàng)新的第一個(gè)價(jià)值要素。這是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的必經(jīng)過程，當(dāng)然這個(gè)過程需要學(xué)生與教師配合，其效果也取決于這種配合的程度。其中，學(xué)生要做的是課下進(jìn)行充分的復(fù)習(xí)及自學(xué)，學(xué)習(xí)效果可以通過作業(yè)的形式展現(xiàn)并計(jì)入最終成績。教師的任務(wù)則是通過尋找合適的工程案例全面展示基礎(chǔ)知識的工程價(jià)值。

3.案例優(yōu)化再設(shè)計(jì)部分

本部分的教學(xué)采用以問題為基礎(chǔ)的模式，以工程案例講解部分的內(nèi)容為基礎(chǔ)，學(xué)生以小組為單位總結(jié)各個(gè)案例的優(yōu)缺點(diǎn)，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并以PPT的形式向全班展示。從主動(dòng)學(xué)習(xí)的整體觀來看，學(xué)生在這種以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式下更容易發(fā)揮學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題開始，進(jìn)行了實(shí)質(zhì)上的“做”的過程。最后通過PPT展示可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)過程及成果的反思。這個(gè)過程對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是至關(guān)重要的，只有以實(shí)際工程為基礎(chǔ)的創(chuàng)新才是有價(jià)值的。

4.教學(xué)方式與加速學(xué)習(xí)法的對應(yīng)關(guān)系

科林·羅斯與馬爾科姆·尼科爾借鑒對大腦多元智能的研究成果，創(chuàng)造了加速學(xué)習(xí)法，包括圖2所示的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，呈現(xiàn)信息與觀點(diǎn)和反思三大過程。本文針對機(jī)械電子學(xué)所設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容與方法可以準(zhǔn)確對應(yīng)加速學(xué)習(xí)的三個(gè)過程，具體對照內(nèi)容如圖1所示，課外基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)階段（包括本科階段學(xué)習(xí)）屬于經(jīng)歷部分，這一階段學(xué)生可以在教師的幫助下獲得必要的信息，探索信息的意義并運(yùn)用不同的記憶策略進(jìn)行聯(lián)系、分類;工程案例講解部分與信息和觀點(diǎn)相對應(yīng)，這里提供了詳細(xì)陳述的機(jī)會(huì)，可以將經(jīng)歷階段所獲得的信息用于案例的設(shè)計(jì)與講解，并與組內(nèi)人員進(jìn)行溝通交流、分享，完成知識應(yīng)用及社會(huì)化的過程;最后案例優(yōu)化部分與反思相對應(yīng)，完成如何做才能變得更好這一步驟。加速學(xué)習(xí)法可以加速學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)，間接地奠定了創(chuàng)新思維培養(yǎng)的基礎(chǔ)。

二、考核方式改革

著名教育家Walvoord 與Anderson 在他們的著作《有效評分》中提出了“認(rèn)證性”評估和“教育性”評估的概念。典型的“認(rèn)證性”評估包括一次期中考試與一次期末考試，最終按一定比例合成最終成績。用考試作為最終成績認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)，只能檢驗(yàn)出學(xué)生對前一個(gè)學(xué)期所學(xué)內(nèi)容的掌握情況。而“教育性”評估的主要目的是幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，包括前瞻性、自我評估、目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)及反饋。前瞻性評估由教師操作，自我評估由學(xué)生自己完成，評估的目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)制訂由學(xué)生與教師共同參與完成，最后一步是反饋。

本課程取消普遍實(shí)施的卷考成績加平時(shí)成績的評定方式，采用更加科學(xué)的“教育性”評價(jià)體系。

最終成績由以下三部分構(gòu)成：

1.前瞻性評估指的是通過特定問題評價(jià)學(xué)生在掌握特定知識基礎(chǔ)上的應(yīng)用情況。本課程中為檢驗(yàn)學(xué)生課外自學(xué)成果而布置的大作業(yè)，即自己設(shè)計(jì)理想中的機(jī)器，目的就是通過機(jī)器的設(shè)計(jì)將自學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，屬于前瞻性評估部分，占期末成績的30%。

2.自我評價(jià)部分包括用標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)和用標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)自己的學(xué)習(xí)，本課程中重點(diǎn)運(yùn)用自我評價(jià)的后半部分。進(jìn)行課內(nèi)設(shè)計(jì)案例講解時(shí)，需要學(xué)生與教師積極互動(dòng)，運(yùn)用課下所復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)知識對課堂講解的案例進(jìn)行評價(jià)，因此，學(xué)生的課堂表現(xiàn)直接反映了課下復(fù)習(xí)的程度，也直接決定了課上的學(xué)習(xí)效果。自我評價(jià)自己的課堂表現(xiàn)可以讓學(xué)生真實(shí)感受到自己的優(yōu)點(diǎn)及不足，確定自己努力的方向，為創(chuàng)新思維的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)。自我評價(jià)成績占期末成績的30%。

3.課內(nèi)案例優(yōu)化及拓展部分是創(chuàng)新型思維培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在前兩項(xiàng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，運(yùn)用一切可用資源，對已講設(shè)計(jì)案例進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)。本部分分組進(jìn)行，組內(nèi)學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)分工，最終運(yùn)用PPT形式進(jìn)行制作與展示，組間進(jìn)行評比與反饋，最終由小組互評與教師評價(jià)相結(jié)合得到總成績，占期末成績的40%。這一評價(jià)環(huán)節(jié)包含自我評價(jià)的前半部分，即評價(jià)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)和反饋兩部分，標(biāo)準(zhǔn)由學(xué)生與教師共同確定。

通過課程考核方式改革，任課教師與學(xué)生之間不再是簡單的講與被動(dòng)的聽的關(guān)系，而是以學(xué)生為主、教師為輔的關(guān)系，逐步培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識，這是創(chuàng)新思維培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。主動(dòng)學(xué)習(xí)被簡明定義為：任何可以吸引學(xué)生到學(xué)習(xí)實(shí)踐中的活動(dòng)，及促進(jìn)他們思考的活動(dòng)[5]。學(xué)生只有先學(xué)會(huì)思考，才有可能進(jìn)行創(chuàng)新。

主動(dòng)學(xué)習(xí)包括三個(gè)元素（如圖2所示）：實(shí)踐觀察經(jīng)歷、自己主動(dòng)獲取的信息與觀點(diǎn)、反思。本課程的改革從課程內(nèi)容、教學(xué)方法到考核方式都體現(xiàn)了這三個(gè)要素，其具體關(guān)系為：

1.課下自學(xué)部分對應(yīng)經(jīng)歷與信息，可以通過實(shí)踐、模擬等多種方式對已學(xué)知識進(jìn)行復(fù)習(xí)和擴(kuò)展;最終考核方式是設(shè)計(jì)自己的機(jī)器，這部分對應(yīng)觀點(diǎn)，需要在已有知識的基礎(chǔ)上闡述自己的觀點(diǎn)并將其體現(xiàn)在實(shí)際設(shè)計(jì)的機(jī)器中。

2.課上講解部分主要對應(yīng)觀點(diǎn)和反思，通過經(jīng)典案例分析及優(yōu)化過程講解可以學(xué)習(xí)前人的觀點(diǎn)、傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，然后與自己的觀點(diǎn)進(jìn)行對比和反思，促進(jìn)以后的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，完成創(chuàng)新的初級階段，水到渠成地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新。

3.通過考核方式的改革，引入“教育性”評價(jià)的思想，鼓勵(lì)學(xué)生重視創(chuàng)新并進(jìn)行有價(jià)值的創(chuàng)新。

三、結(jié)論

本文對研究生機(jī)械電子學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進(jìn)行改革，目的是通過課程培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。課題組通過課外基礎(chǔ)知識自學(xué)，課內(nèi)案例講解及優(yōu)化與MEMS;教學(xué)過程中重視對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)及應(yīng)用;引入“教育性”評價(jià)思想，合理設(shè)計(jì)考核環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過程性評價(jià)等一系列措施，完成了課程改革，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維及能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 莊明華.從改革研究生課堂教學(xué)方式談對研究生科研思維的培養(yǎng)[J].汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（4）：302-304.

[2] 周新貴.利用課堂教學(xué)培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新思維的幾點(diǎn)體會(huì)[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2003（4）：69-70.

[3] 何群，嚴(yán)建業(yè)，夏新華，等，關(guān)于培養(yǎng)藥劑學(xué)研究生科研創(chuàng)新思維能力的探討[J].西北醫(yī)學(xué)教育， 2015（4）：604-607.

[4] Barr R B， Tagg J，F(xiàn)rom Teaching to Learning：A New Paradigm for Under - Graduate Education[J]. Change， 1995（6）：13-25.

[5] L·迪·芬克.創(chuàng)造有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2001.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]

[收稿時(shí)間]2020-06-30

[基金項(xiàng)目]河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（hnyjs2018kc13）。

[作者簡介]劉春波（1978-），女，黑龍江綏化人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：流體傳動(dòng)與控制、非牛頓流體等。