基于研究生科研能力培養的“現代設計方法”課程教學改革

摘 要 “現代設計方法”課程是一門內容體系龐大、理論與實踐相結合、多學科交叉的綜合性課程，旨在培養研究生的科研思維、探索精神、創新意識和實踐能力。為了提高教學質量，文章提出針對教學中存在的問題，整合教學內容；依托學習通線上教學平臺實施項目式教學、案例式教學、翻轉課堂等多元教學活動，借助學術講座的形式保障前瞻性教學；采用全過程綜合考核體系評價研究生的綜合科研能力。實踐顯示，“課堂+線上+微項目+講座”的改革取得了較好的成效，有效提升了研究生的綜合科研能力。

關鍵詞 現代設計方法；科研能力；微項目；教學改革

中圖分類號：G424"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A""""" DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.32.032

Teaching Reform of Modern Design Methods Course Based on the Cultivation

of Graduate Students' Scientific Research Abilities

GUO Lihua， Jiang Quansheng， YANG Jianfeng

（School of Mechanical Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou， Jiangsu 215101）

Abstract \"Modern Design Methods\" is a comprehensive course with huge content system， combining theory and practice， and crossing many disciplines， aiming to cultivate graduate students' research thinking， exploratory spirit， innovation awareness， and practical abilities. In order to improve the quality of teaching and address issues in the teaching processes， the course integrates teaching contents， utilizes online learning platforms to implement project-based learning， case-based teaching， and flipped classroom， and ensures forward-looking teaching through academic lectures. A comprehensive assessment system is used to evaluate the overall research abilities of graduate students. Practice has shown that the teaching reform of \"classroom + online + micro-projects + lectures\" has achieved good results， effectively enhancing the comprehensive research abilities of graduate students.

Keywords modern design methods; research abilities; micro-projects; teaching reform

“現代設計方法”課程是機械專業研究生的一門學位課，其主要任務是通過介紹創新設計、有限元分析、優化設計、可靠性設計等幾種常用現代設計理論與方法，達到拓寬學生視野，增強學生創新意識的目的。本門課程 的特點是綜合性強、內容多學科交叉、理論與實踐相結合，是應用廣泛的一門新興學科。然而傳統的“現代設計方法”課程教學往往局限在理論知識的傳授，難以達到培養研究生科研能力的目標。如何改變教學方法和提升教學質量已成為本課程教學改革亟待解決的問題。

1" “現代設計方法”教學中存在的問題

1.1" 教學模式陳舊，被動式學習與科研能力培養背道而馳

研究生階段通常需要獨立完成一篇具有創新性的科研著作，學生的科研能力是保證其完成學業的最重要的能力之一。而在大學學習中，教師習慣于灌輸式教育，學生習慣于被動式學習，課堂上缺少教學互動，缺少對已有知識的批判和質疑。這種教學模式不利于學生創新能力的培養。

1.2" 課程內容前沿性不足，難以兼顧系統性和專業性

隨著人工智能、大數據、云計算、工業互聯網等新技術的發展，制造業發生了翻天覆地的變化，對機械類研究生的培養提出了更高的要求。傳統教學模式培養出的學生對新技術的認知偏差大，加上課程教學過程中，前沿性知識理論不足，能滿足新工科需要的前沿知識結構不充分，造成前沿理論與生產實踐脫節現象依然嚴重。當前，傳統研究生培養的標準已達不到機械行業對高端人才的要求，這一體系面臨著嚴峻的挑戰，主要表現為知識更新滯后于產業發展、理論與實踐脫節，以及畢業生能力與市場需求之間存在明顯不匹配等困境。

現代設計方法不僅是機械設計領域研究的重要方法，在自動控制、視覺識別、圖像識別、機器人等領域也是重要的方法論。然而傳統的現代設計方法多集中在機械結構的設計，教學內容專業性不強，不能適應各種研究方向，缺乏針對性和創新性。例如，自動控制研究方向的學生更關注控制參數的優化設計，圖像識別方向的學生更關注圖像識別方法和識別準確度優化。因所關注的研究領域不同，這些專業的學生對機械結構優化的內容缺乏學習動力。此外，如果教學內容過于強調專業性也會使得教學章節之間缺乏聯系，不利于不同項目組間的交流學習與提升。

1.3" 評價體系不夠全面，難以評價學生的綜合能力

研究生教育有別于本科教育，是一種專業教育，強調專業知識的深度，要求學生在某一專業上進行深入鉆研，其更加注重學生創新能力的培養。目前，“現代設計方法”課程的考核方式仍以理論考試為主。這種考核方式無法真實反映研究生對所學知識的深入理解程度及其解決實際工程問題的實踐能力和創新思維，也不能提升研究生的科研素養和科研能力，迫切需要探索更為全面、科學的評價體系。

2" “現代設計方法”課程教學改革實踐

“現代設計方法”課程圍繞“重視基礎，強化實踐，融入前沿，提高創新”的指導思想構建，堅持“以學生為主體，以教師為主導，以培養學生的科研思維、探索精神和創新能力為核心”的育人理念，從教學內容、教學方法、課程考核、教學組織等四個方面開展面向研究生科研能力提升的課程教學改革，針對每堂課的組織形式依據教學流程、教學內容和培養目標構建研究生課程教學體系，如圖1所示。

2.1" 以能力培養為目標，整合和優化教學內容

本門課程內容體系龐大，理論上多學科交叉，與多門課程聯系緊密。比如有限元分析的基礎理論部分與彈塑性力學的部分內容重合，優化算法中用到的數學基礎與數值分析的部分內容重復。對于這些重復的內容，在搞清楚理論知識出處的前提下，可適當刪減。另外，選修本門課程的研究生屬于不同專業不同方向，以后應用的側重點也不同，在充分熟知自己研究方向的前提下，可有側重地去學習和實踐。整合優化后的教學內容如表1所示。

表1 教學內容的整合優化

2.2" 教學方法改革與優化

調查發現，灌輸式的授課方法常常使學生處于被動接受的狀態，減弱了學生對知識的批判與探索精神，導致學生缺乏創新意識和科研能力。為了改變這一現狀，教師可通過線上線下相結合的方式開展教學，線下課堂注重理論的講解，線上注重知識的拓展和應用。利用學習通平臺開設“現代設計方法”線上課程，線上資源包括教學大綱、課件、教案、針對知識點的短視頻、隨堂授課視頻、工程案例資料、練習庫、知識點討論庫、課程思政元素庫等。線下課堂采用以問題為導向的啟發式教學，并結合工程案例、微項目和專題講座等多元教學方式。

為了提高研究生的科研素養，盡快進入科研狀態，課程組提出微項目教學法。在導師指導下，學生獨立負責項目，從信息收集到實施評價全程自主開展，在實踐中掌握各環節的要領。項目完成后，學生還要圍繞微項目及問題進行匯報，要求詳細講解自己所采用的算法、實現的過程和遇到的問題，并以研究報告的形式提交成果。該方法最顯著的特點是“以項目為主線、課程內容為方法、教師為引導、學生為主體”，注重理論與實踐相結合，能夠有效地促進學生的主動學習、合作學習和深度學習，培養學生的批判性思維、創新能力和解決問題的能力。通過微項目（表2），學生在文獻檢索與查閱、方案的對比和確定，以及學術論文的寫作能力和學術表達能力上都有顯著的提升。

表2 案例和微項目

通過學術講座提升研究生的科研素養也是一個重要且有效的途徑。學術講座通常聚焦前沿問題，研究生可以通過講座了解學術界的最新動態，把握研究熱點和方向。根據現代設計方法課程的內容，結合本院研究生導師的研究方向，2023秋季學期共組織了4次學術講座（表3）。

表3 2023秋季學期開展的學術講座

2.3" 課程考核機制的建立與實施

合理的考核方案能夠為研究生科研能力的培養提供可持續性。考核方案總體上要加強對創新能力、科學素養的考核力度，關注學生對基礎理論要點的掌握情況，還要體現學生科研能力的強弱。我們采用了綜合考核的方法，引進微項目和上機實踐兩個環節，考核研究生的創新能力、文獻檢索、閱讀能力以及寫作能力，從而促進研究生學術水平的提高。

“現代設計方法”課程的總評成績由過程性考核成績和期末考試成績構成，具體比例為：翻轉課堂討論占10%、上機實踐占10%、微項目占20%，期末閉卷考試成績占60%。

3" 結語

本文以“現代設計方法”課程教學改革為例，分析并總結了“現代設計方法”教學改革面臨的突出問題，并以培養研究生科研素養為出發點，對課程教學內容進行了重構，對教學方法和評價系統進行了改革，并取得了一定的成效。同時，將“課堂+線上+微項目+講座”融為一體，引導研究生自主探索和學習，參與課堂討論，表述自己的觀點，以提高學術素養。然而，課程教學改革和教學體系建設是一項長期的系統工程，目前的“現代設計方法”課程教學模式仍不完善，需要在探索中不斷總結反饋。

基金項目：蘇州科技大學2022年研究生優質課程建設項目“現代設計方法”（22ZXKC-09）；蘇州科技大學2023年本科品牌課程建設項目“機械精度與檢測”（PX-12231550）；蘇州科技大學2024年本科品牌課程建設項目“機械設計”（PX-12241667）；蘇州科技大學2024年本科品牌課程建設項目“機械設計基礎”（PX-12241674）。

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