研究生教育工程類課程“四維立體化”課堂教學模式探析

劉 義 ，劉繼為，周愛兆

(1.江蘇科技大學 土木工程與建筑學院，江蘇 鎮江 212003；2.河北環境工程學院 人文社科系，河北 秦皇島 066004)

一、引言

研究生教育直接關系高層次創新人才培養。優化研究生人才培養模式，提升研究生教育教學質量，關系到國家提出的教育強國的重大發展戰略，是中國邁向人才強國的重要內容。目前，學界對研究生教育問題的研究，主要包括域外經驗引介和中國情境思考兩個維度。域外經驗引介方面，覃麗君等[1]分析了美國普渡大學工程教育學博士生的跨學科培養模式，該模式以工程教育學為學科基礎，遵循工程學與教育學跨學科交叉與融合的邏輯，其實質是技術與人文這兩種價值取向的交融。王紅雨等[2]對加州理工學院機械工程學科的“五位一體”課程生態布局和明確學科目標、多元課程內容、保障學術自由的衍生邏輯進行詳細闡述。劉進等[3]分析了麻省理工學院最新的NEET改革的內容，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模式。石碧等[5]提出“輕化工程”專業應基于傳統和新興生物質產業的共性科學和工程技術知識，構建厚基礎寬口徑的生物質科學與工程專業。李君等[6]通過對國內35所高校人才培養分析，挖掘了人工智能領域研究生培養存在的人才培養思路目標、學科建設交叉融合、課程教學方式方法等方面的問題，并從轉變人工智能人才培養理念、加強人工智能學科建設、深化人工智能教學改革、優化人工智能教育生態等方面提出了優化建議。馮亞青、陳謙、余同普等[7-9]等學者則分別對天津化學化工協同創新中心、南京大學現代應用與工程學院、國防科技大學等院所的新工科教育改革經驗做了闡釋。上述研究拓寬了該領域的研究視閾，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生在人才培養過程中的主體地位。實際上，明確研究生的主體性，探索通過教育教學改革有效提高研究生課堂自主學習興趣，培養研究生獨立探索能力，挖掘研究生科研創新潛力，是培養創新性人才必須深入思考的問題。基于此研究理路，本研究圍繞研究生培養興趣、創新與獨立探索三個基本理念，構建研究生工程類課程“四維立體化”課堂教學模式，以期通過教師與學生的協同互動，探尋研究生課堂教學的新思路、新途徑和新模式，為高校研究生教育教學質量的提高提供有益借鑒與參考。

二、出發點：以點為始，找出問題

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

研究生作為我國高層次的科研創新群體，其培養方式更應注重對其科研創新意識的激發和自我獨立探索能力的培養。研究生創新意識的現實性轉化即可以在專業領域內提煉出具有典型性、代表性的科學問題，自我獨立探索意識的現實性轉化即可以對其所提出的科學問題運用科學的方法進行分析和研究，進而將問題解決。因此，研究生教學應以能讓學生快速精準地抓住隱藏在復雜工程中的關鍵科學問題為出發點，將這些關鍵的重點、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中激發自身的創新潛能。因此，找出問題并生起疑情是研究生產生學習興趣、激發自身創新潛能的源動力，通過對具有典型代表性問題的凝練與查找，能夠“對學生的思想取向、行為趨向及內在需求做出客觀判斷，挖掘學生與教學內容的契合點，必將助力于課堂教學內容的合理設計，從而有效避免教學膚淺化、空洞化、疏離化等問題，增強課堂教學的針對性和時效性，提升學生的獲得感”[10]。

引導學生精準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上突出學生的問題意識”[11]。找尋問題的本質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，進而發現問題的本質，找出真正的問題。培養學生在全面透徹了解工程性質的基礎上，抓大放小，抓住主要矛盾，不要糾纏于繁蕪復雜的小問題中而一葉障目，放掉了真正要緊的大問題。此外，要以培養研究生創新意識、獨立探索意識為根本前提，緊扣研究生教學培養目標，深化教學內容改革，在以問題為核心的“四維立體化”教學模式中，層層推進，最終達到培養人才的目的。因此，在具體教學當中，要主動解除學生思想上的束縛，引導學生敢于摒棄固定的思維模式和既定方法，鼓勵學生發表不同見解并允許其出錯，要積極發揮學生的主觀能動性，大膽提出自己的想法和建議，主動用心發現問題[12]。

在具體授課過程中，教師要首先建立自己相關課程的問題庫，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生學習中所遇到的普遍重難點問題的總結，并將這些重難點問題按問題的重要系數進行分類，重要系數最高為弄懂弄通一個問題則整個授課環節便迎刃而解的問題。在授課之初，教師應將重要系數最大的問題預先告訴學生，并以學生的角度分析此問題提出的原因及其在講授內容中所處位置，并讓學生圍繞這一類問題進行課程預習，在預習過程中要求學生圍繞此問題進行相關文獻檢索，并將文獻中對此問題的解釋做筆記，在解釋中鼓勵學生發現并提出新的問題，不斷地加強加深學生對于此問題的理解。最后，要求讓學生將對問題的理解做成PPT并在后續課堂學習中進行現場展示。這種教學方式一方面可以在反復地提出問題和解決問題當中加深學生的問題意識，另一方面，又可以培養學生查找閱讀文獻的能力，使學生從本科階段被動的“以學為主”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、導引線：以線為引，串聯問題

傳統的研究生教學多為“以本為本”，即以課本為基本教學素材，教師圍繞教材對相關知識進行講解，這在本科教育階段是完全可行的，但研究生作為科研創新群體，其研究內容是普遍性和專業性的結合，即基礎知識的普遍性和科研專題的專業性相結合，且如前所述，為了培養研究生的科研創新意識，研究生教學應以問題為導向，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，對于研究生的教學方式應突破教材的桎梏，在相關科研領域內合理設置專題進行教學內容的講授。

專題授課的教學方式可兼顧教授知識和引導創新兩方面的要求，在教授知識方面，可將教師問題庫中的問題隱入教學內容中進行串聯式講解，并以問題為導引，將講授內容進行合理規劃，由淺入深，由易到難，達到授業解惑的目的。而在引導創新方面，可首先將預先布置給學生的問題進行講解，并詳細分析問題提出的原因、角度、方法及目的。在學生PPT展示當中，引導學生對其所展示的內容進行互動和討論，并有針對性地對學生所展示的內容進行探討和點評，探討過程中同時引導學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。在重述發現問題-解決問題的過程中，不但使得學生對于問題的理解更加深入和透徹，也使得學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律總結階段，從而探索出一條適合自己的解決問題的思維方式，為后期的科研創新打下基礎。

在專題內容設計當中，還應注意以下兩個問題。首先，專題內容應以教學大綱為依據，并做到三個結合，即深淺結合、新舊結合、獨立與統一結合。深淺結合即講授內容應由淺入深，環環相扣，層層遞進，在講授基礎理論知識的同時，深入挖掘專題內容內涵，尤其對于具有工科背景的研究生教學，應將專業理論與工程實際相結合，夯實學生的專業理論基礎；新舊結合即在講授傳統的專業理論知識的同時，應將行業最前沿的理論及技術展示給學生，并采用互動交流的教學方式組織學生對其進行交流與探討，一方面可提振學生的學習興趣，另一方面可將概念性的創新理念轉化為實際的創新工程理論及技術，可使學生進一步理解創新的方式及途徑；獨立與統一相結合即每一個專題在內容上既是相互獨立的，在整體上又以教學大綱為基礎，其教學的專業性與技術性又是相統一的，專題講授要打破傳統教材的束縛，內容上不需要面面俱到，其講授的基礎知識只服務于本次專題內容，揀其主要，棄其次要，將更多的教授時間留給專業理論與創新意識的培養上。除此之外，筆者認為，研究生教學應講究課上課下相結合的教授方式，即課上教師介紹基礎理論與前沿知識，課下學生主動對這些知識進行消化吸收，并將相關專業知識與自己所研究課題進行深度融合，并與導師或授課教師進行交流探討，充分發揮自身的主觀能動性，進而培養自己深度思考的能力。其次，在每個專題結束后，設置專題興趣研究小組，小組成員可根據所學習的專題內容進行發散式思考，提出相應的研究性小課題，對小課題的研究意義、目的、內容和方法進行概括性論述，最后以作業的形式提交，小課題內容以創新性為主要原則，對內容的嚴謹性和準確性可適當放松要求，目的主要在于讓學生逐漸由被動的輸入性學習向主動的輸出性創新過渡。

四、擴展面：以面而張，擴展問題

工程類研究生教學應為將學生培養成為研究型和應用型的復合型高端人才奠定基礎[12]。專題教學是在課堂上對于專業知識的深入挖掘，并在預留問題串聯講授的基礎上培養構建研究生的創新思維體系，增強研究生思維的銳度。但研究生作為科研創新群體，只有思維的銳度是不夠的，還應拓寬思維的廣度，其主要途徑為實踐性教學環節和教師教學案例庫的建立。

工程類學科是以數學、物理等基礎學科為基本原理，結合生產實踐積累下來的工程經驗所發展起來的學科，因此，脫離了實踐的工程類學科專業只能是紙上談兵，實踐性教學環節可以讓學生理論聯系實際，培養學生專業素質，提高學生的工程意識、創新意識和獨立探索意識，對學生綜合能力的培養至關重要[13]。

在實際教學過程中，教師應主動引導學生帶著問題走出課堂，在工程實踐中探索新知，將課堂上專題串聯講授的問題拓展開來，從實際的工程技術經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，使問題的本質暴露出來，達到徹底理解工程專業問題的目的。

除此之外，在工程類研究生課程的教學過程中，教師應有意地將案例教學法引入實際教學過程當中。案例教學法是以研究實際問題為中心，有助于引導學生針對特定問題情境，綜合運用所學的多學科知識去分析和解決問題，對于培養工科人才的實踐性和綜合性很有幫助[14]。因此，教師應針對自身的專業特點，綜合采用視頻演示、實物介紹、BIM及數值模擬等多種教學手段，打造自己的教學案例庫，在案例教學中，教師應對案例中具有代表性的典型性問題進行深入講解，對問題的起始發現、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，可強化研究生發現問題、凝練問題的創新思維意識，提升研究生分析問題、解決問題的獨立探索新知能力。

五、激發體：以體而入，激發潛能

“四維立體化”教學模式的真正落腳點應轉“被動”為“主動”，讓專業知識“被動的輸入性學習”轉化升級為“主動的輸出性創新”。激發體即激發研究生的科研創新思維體系，并以扎實的專業知識為依據，以問題為切入口，激發研究生的求知欲及創新意識，真正地達到思維創新的教學目的。

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

綜上，由于研究生教育應更注重其創新意識及自我探索的科研意識的培養，因此，在研究生課程教學的“四維立體化”課堂教學模式中，興趣、創新、獨立探索三個基本理念將始終貫穿于每一個教學環節中。其中，又以興趣為根本，教師在各個教學環節的編排中，都要以學生的興趣需求為基本出發點。具體教學過程中，以興趣為引，通過研究生的獨立思索，發現并提出復雜工程中隱藏的關鍵性科學問題，是為科研創新培養的“出發點”，將所提出的各個問題隱入教學內容中進行專題串聯式講解，培養學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，是為科研創新培養的“導引線”。將課堂上專題串聯講授的問題通過工程實踐及教學案例庫橫向拓展開來，拓寬研究生思維的廣度，培養研究生在工程實踐中通過獨立探索找出問題的本質，強化研究生發現問題、凝練問題的創新思維意識，是為科研創新培養的“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，激發學生由“被動的輸入性學習”轉化升級為“主動的輸出性創新”，強化研究生創新性思維的深度，是為科研創新培養的“激發體”。通過以上四個環節的培養，使學生由興趣出發，從獨立的發現問題開始，最終達到主動的輸出性創新的課程教學目的，使研究生教學不再局限于傳統的“教”與“學”兩個維度的培養模式，而在此基礎上增添主動創新性輸出的新維度，并綜合貫穿于各個教學環節的“興趣”維度，使研究生教學呈現出教、學、主動創新性輸出以及興趣的“四維立體化”教學效果，從而有效提高研究生教育教學質量，達到培養高層次創新人才的教學目的。

六、結語

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