工科研究生專業課教學改革的探索與實踐

李廣強

(大連海事大學船舶電氣工程學院 遼寧大連 116026)

當前，我國經濟社會的繁榮進步，對高層次合格人才的需求量日益提升，也促進了研究生教育水平的不斷發展與提高。2020 年7 月，習近平總書記對研究生教育工作做出重要指示，強調要瞄準科技前沿和關鍵領域，完善人才培養體系，加快培養國家急需的高層次人才，為堅持和發展中國特色社會主義、實現中華民族偉大復興的中國夢做出貢獻[1-2]。研究生教育擔負著高層次創新、創造型人才培養的重要目標，如何培養、造就與我國經濟社會發展需求相適應的大批高質量人才，已成為研究生教育領域面臨的重大而緊迫的任務[3]。

自20世紀末以來，我國研究生教育規模實現了跨越式增長，目前在校研究生數量已位于世界前列。但與此同時，研究生培養質量與國家對高水平人才需求之間的矛盾也日益凸顯。在我國社會主義進入新時代和世界科技發展日新月異的背景下，對研究生培養質量也提出了比以往更高和更全面的要求。研究生教育重在創新思維和創造性研究能力的培養，貫穿于課程學習、科研實踐和學位論文工作等各方面，系統而嚴謹。而課程學習是整個培養系統的基石。在此要求和背景下，探索適合我國高層次專門人才培養需求，有助于保障和提高研究生專業課教學質量的方法措施，具有一定的現實意義和實用價值。

1 研究生專業課教學現存的若干問題

當前，社會和科技的快速發展，對研究生教育提出了巨大的挑戰。就課程教學而言，結合作者的教學實踐，總結出存在以下一些典型的問題。

1.1 在學時數減少情況下保證教學質量的問題

對于工科研究生教學而言，隨著大數據、人工智能等新學科的迅猛發展，與相關的傳統工科領域相結合并對其加以改造，在培養方案內體現為具有新技術和新方法的課程日益涌現，致使專業課向著更加多樣化、少學時的方向發展。比如:大連海事大學控制科學與工程學科，對碩士研究生先后增加了“嵌入式系統”“機器學習”“多機器人協調控制”等專業課，相應地，每學分由18 學時減為16 學時。但課程大綱中對學生的總體要求并未降低，甚至隨著科技的發展還有所提升，這也意味著相關課程的學習難度增加了。因此，學時數減少和保證教學質量之間存在著矛盾。

1.2 課堂教學中教師和學生角色轉變的問題

研究生經過4 年的本科教育，已經掌握了本學科最基本的思想、理論和方法，不再是一無所知的“門外漢”。但目前我國高校仍然存在著不少傳統的“填鴨式”研究生教學方法。雖然其課堂效率較高，但是容易養成學生“等著喂”的“懶漢”思想，這對于研究生創新和創造性思維，自主性學習和實踐能力的培養極為不利。所以，教師要嚴格區分本科和研究生課堂，在研究生教學中，教師和學生都應注意角色的轉變，教師更要勇于教學創新，學習掌握新理念，淡化課堂中教師的主導，提升學生的地位，使兩者之間逐漸演變成對等主體的互助性“學友”，真正把學生請進課堂，提高學生學習的積極性和主動性。

1.3 課堂理論教學與科研實踐相結合的問題

工程學科的普遍特點是理論性強，且具有鮮明的工程背景和較高的實用價值。對于很多工科專業課來說，課程理論和工程實踐應當是密不可分的。然而當前研究生教學中，普遍存在著兩者割裂的現象，即注重課堂理論教學，而忽視相關知識的實踐應用。所謂的“理論聯系實際”，多是僅僅增加幾個驗證性的實驗。這樣的教學不便于學生全面系統地理解和掌握課程理論知識，更不便于研究生創新性科研實踐能力的培養。因此如何結合課程實際，將書面知識與科研實踐相結合，是關乎為我國培養創新和實踐能力強，具有競爭力的高素質復合型人才的關鍵問題。

1.4 成績評定不科學和教學質控體系的構建問題

當前對研究生專業課成績的評定，往往主觀性和隨意性成分較多，諸如僅僅是提交課程結業論文，或是期末一張試卷，平時成績更是只有課程作業甚至是課堂出勤?？茖W、客觀、綜合地給定成績，可激發研究生主動投身全方位教學實踐的積極性。另外，當前教育界已普遍重視課程教學質量閉環控制體系的建設[4]，但其中關鍵的反饋機制如何構建，能夠更加有效和具有可操作性，是值得進一步探索的問題。

2 研究生專業課教學改革途徑及實現

針對上述給出的幾點問題，基于作者在筆者學?？刂茖W科為碩士研究生講授《現代優化技術及應用》的教學實踐，給出如下具體的教學改革途徑與對策。

2.1 基于混合式教學的師生“平等主體”課堂

隨著信息和互聯網技術的飛速發展，線上、線下混合的教學模式已日益普及[5]。特別是近幾年全球疫情的蔓延，客觀上也促進了該教學模式的推廣和提高。

當前，課程學時減少與保證教學質量之間的矛盾日益明顯。為緩解此問題，貼近年青一代從小在網絡上查詢和學習的行為習慣，該校在網絡教學上已投入的Blackboard 系統等平臺，輔以校圖書館的多種數據庫資源，對所授研究生課程采取了混合式“平等主體”的教學模式，鼓勵學生充分利用網絡的資源和便利，使線上學習討論與線下課堂教學各盡所長，優勢互補，在課程全周期淡化傳統的教師“主角”地位，打造師生“平等主體”的新型關系，讓師生成為探索和學習知識的“學友”，以調動學生的積極性和協作性，共同促進課程教學質量的整體提高。

課程開始前可在Blackboard 系統創建其教學平臺，并將教學大綱、教學日歷等上傳到該平臺。在每一章開始前也可將該章的教案和課件、需要課前學習的資料及內容鏈接、難點解析和指導文件，乃至相關知識點的教學視頻等分類上傳，方便學生預習和自學。課堂教學過程中，基于研究生的知識基礎和培養目標，采用“平等雙主體”的思想組織教學活動，教師負責課程“引進門”，重點在于通過緒論和理論基礎等章節，把該課程的基本思想和基礎算法講清楚，然后建立學習小組，每組分配不同優化算法以及算法的工程應用等學習任務，要求學生課下利用線上平臺的資料自學及小組間互學，將學習任務涉及的相關知識理解和掌握，然后制作PPT在課堂上匯報與討論。討論與提問在學生之間，及師生之間廣泛進行，真正地做到師生“地位平等”“共同學習與提高”，同時進行各小組匯報質量的評議與打分，作為課程最終成績評定的一部分，以調動學生的學習興趣和積極性，培養其自主學習和團隊協作學習的能力。課后可在網絡群隨時進行答疑，而復雜或帶有共性的問題亦可組織集體的基于網絡平臺的答疑與討論。方便師生間的溝通，提供便捷的討論和解決問題的通道。由此，在課前、課中和課后各環節，充分將信息和網絡技術引入，線上和線下混合，師生“平等主體”地參與教學活動的全過程，彌補學時數減小的影響，以全面地提升課程教學水平。

2.2 面向科研實踐導向的教學

研究生是科研活動中思維最為活躍的力量。工科研究生專業課程將書面理論與科研實踐相結合，可使學生在更深層次、更高視野，理解和掌握相關知識，亦便于學以致用。兼顧該?？刂茖W科的“港口船舶及海洋工程”科研實踐特色，把專業課理論融入科研項目的探索和研究之中。用基于項目的科研實踐激發學生的研究興趣和創造精神，理論聯系實踐，開展面向科研實踐導向的教學方法。

具體而言，結合筆者多年來主持和承擔的各種科研項目，給出了工程優化設計問題的實例庫，其中含有跟蹤最新科技發展的主題庫，如自動化集裝箱碼頭聯合調度優化，以及瞄準相關科技前沿的主題庫，如智能水下機器人的最優控制與路徑規劃等。自動化碼頭[6]自20 世紀90 年代從荷蘭鹿特丹港發端，至近10 年來廈門遠海、上海洋山港四期和青島港全自動化碼頭的陸續建成和投入使用，使我國在研發和應用該技術方面已居于世界前列。“自動化碼頭”主題庫中含有基于作業面運輸任務的AUV 路徑規劃，堆場自動龍門吊ARMG優化調度等若干實際問題。這些設計問題的參數和數據均來自當前運行的自動化碼頭，緊跟這些最新的科技應用，開闊了學生的視野，也強化了其深入科研，為國服務的使命擔當。而隨著各國對于海洋資源開發和利用的不斷深入，水下機器人技術[7]已成為當前智能機器人相關領域的研究熱點和學術前沿之一。“智能水下機器人”主題庫中含有定深和下潛航行、定常和時變海流場，及多種海圖海況等若干實際問題。瞄準這些科技前沿問題，鼓勵學生探索和研究，有利于培養學生的科研實踐能力和創造精神。

在課程教學后期，學生已掌握了最優化的基本理論和算法。讓研究生從實例庫中選擇自己感興趣的實際問題，進行文獻檢索和資料整理，采用庫中所給的工程數據，建立數學模型，運用課堂學習的優化算法，編寫實現程序并運行求解，然后對結果進行分析和整理，最后以此撰寫課程設計報告，作為期末學生成績評定的一部分。同時鼓勵學生將報告中的相關研究成果充實完善后，發表論文或申請專利。

以上敘述內容，可幫助學生把抽象的理論及算法，落實在科研實踐之中，將研究生吸引到科學研究的最前沿，調動其研究興趣和創造性，為培養祖國需要的創新、學習和實踐能力強的高層次人才奠定堅實的基礎。同時也在潛移默化之中，逐步培養了學生深入實踐、獨立研究與嚴謹探索的科學精神。

2.3 全過程綜合成績評定和閉環教學質控系統

為面向教學全過程，充分激發學生學習和研究的積極性和創造性，需要給出科學而客觀的綜合課程成績評價體系，盡可能讓學生將時間和精力均勻分布于整個教學過程，而不是期末“臨時抱佛腳”。提出通過文獻綜述、課堂匯報和討論，以及基于實例庫問題編程求解的課程設計報告這3 個方面內容，給予學生最終成績的綜合評定。三者在最終總成績的權重，可根據實際教學情況設定，筆者多用30%、30%、40%。此綜合評定方式，有利于強化學生獨立學習和在團隊中協作學習的平衡，鍛煉其檢索文獻和撰寫科技文檔的能力，倡導運用課堂所學理論知識，求解復雜實際工程問題，也有助于培養研究生嚴謹規范，注重實踐的工匠精神。

近年來，各類課程教學質量控制系統的建立已受到教育界人士的普遍重視。閉環教學質控系統具有更高的控制精度，因而被廣為應用。在閉環系統中，反饋通路的建設非常關鍵。當下常用的做法是在課程教學結束后，通過整理學生成績，撰寫“成績分析和總結表”，有些輔以“網上評教”之類的方式形成信息反饋。但沒有從課程教學的最大“資源”，即學生中面對面地直接獲得反饋信息，因而使閉環質控系統的偏差改進能力也有所降低?？紤]到研究生專業課選修人數通常不是太多，嘗試利用當面訪談和問卷調查的方式，構建閉環系統的反饋機制，力求改善上述缺點，以提高閉環教學質控系統的性能。每堂課結束后，根據學習內容擬定調查問卷，直接在教學網絡群或Blackboard 系統推送調查問卷，邀請學生對此次課堂的教學目標掌握情況進行評價，分為“完全滿意”“滿意”“基本滿意”“不滿意”“完全不滿意”等選項，并有“改進需求”等選填區。而在課程教學完成一個階段，特別是整體結束后，邀請全體學生（人數多時也可邀請部分有代表性的學生）進行面對面訪談。在疫情等條件所限時，亦可在網絡會議平臺上進行訪談。訪談主要圍繞：學習課程前有什么基礎，對優化有何認識；課程中遇到了什么困難，如何解決的；課程結束后有何收獲，及對以后的課程教學有何建議等內容進行。在訪談結束后形成訪談紀要，并和上述問卷調查結果，連同期末成績一起形成反饋信息，構建整個閉環教學質量控制系統，可多年縱向對比，促進課程整體教學質量的不斷改善和提高，具體如圖1所示。

圖1 具有調查和訪談反饋的閉環教學質量控制系統

3 結語

在我國經濟社會高速發展，對研究生培養質量提出了更高、更全面要求的背景下，基于作者的教學實踐，針對當下工科研究生專業課教學中存在的幾個問題，對應地提出了相關教學改革途徑與對策，主要有：將線上、線下混合式教學方式引入，推進發展師生“平等主體”的課堂；開展面向科研實踐導向的教學；進行全過程綜合成績評定和閉環教學質控系統的建設。在近3 年的教學實踐中，共有27 位碩士生選修了講授的優化課程，考核結果為成績優秀者9人，占33.3%，良好13 人，占48.2%，中等5 人，占18.5%，沒有及格及以下的學生。學生對課程“非常滿意”和“滿意”的比例分別為81.8%、88.9%、89.1%，有穩定且逐年提升的趨勢。指導的一位研究生基于實例庫中的設計問題，以機器人路徑規劃為工程背景完成了學位論文，且在讀期間改進和充實其課程設計報告，發表學術論文3篇（均被EI數據庫收錄），并獲得了碩士研究生國家獎學金。此外，該課程還獲得了該校研究生優質教學獎。

上述數據和獲獎，表明所提教學改革措施在實踐中取得了一定的成效，可激勵學生科學研究和學習創新的興趣，強化書面知識與科研實踐相結合，更有利于全面型高層次人才的培養。所提途徑和方法亦可推廣應用于其他相關課程的教學之中，具有一定的探索和實踐意義。