摘 要 “現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程是一門(mén)內(nèi)容體系龐大、理論與實(shí)踐相結(jié)合、多學(xué)科交叉的綜合性課程，旨在培養(yǎng)研究生的科研思維、探索精神、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。為了提高教學(xué)質(zhì)量，文章提出針對(duì)教學(xué)中存在的問(wèn)題，整合教學(xué)內(nèi)容；依托學(xué)習(xí)通線(xiàn)上教學(xué)平臺(tái)實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)、案例式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等多元教學(xué)活動(dòng)，借助學(xué)術(shù)講座的形式保障前瞻性教學(xué)；采用全過(guò)程綜合考核體系評(píng)價(jià)研究生的綜合科研能力。實(shí)踐顯示，“課堂+線(xiàn)上+微項(xiàng)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(guān)鍵詞 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；科研能力；微項(xiàng)目；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G424"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程是機(jī)械專(zhuān)業(yè)研究生的一門(mén)學(xué)位課，其主要任務(wù)是通過(guò)介紹創(chuàng)新設(shè)計(jì)、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等幾種常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，達(dá)到拓寬學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的目的。本門(mén)課程 的特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)、內(nèi)容多學(xué)科交叉、理論與實(shí)踐相結(jié)合，是應(yīng)用廣泛的一門(mén)新興學(xué)科。然而傳統(tǒng)的“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程教學(xué)往往局限在理論知識(shí)的傳授，難以達(dá)到培養(yǎng)研究生科研能力的目標(biāo)。如何改變教學(xué)方法和提升教學(xué)質(zhì)量已成為本課程教學(xué)改革亟待解決的問(wèn)題。

1" “現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1" 教學(xué)模式陳舊，被動(dòng)式學(xué)習(xí)與科研能力培養(yǎng)背道而馳

研究生階段通常需要獨(dú)立完成一篇具有創(chuàng)新性的科研著作，學(xué)生的科研能力是保證其完成學(xué)業(yè)的最重要的能力之一。而在大學(xué)學(xué)習(xí)中，教師習(xí)慣于灌輸式教育，學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)式學(xué)習(xí)，課堂上缺少教學(xué)互動(dòng)，缺少對(duì)已有知識(shí)的批判和質(zhì)疑。這種教學(xué)模式不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2" 課程內(nèi)容前沿性不足，難以兼顧系統(tǒng)性和專(zhuān)業(yè)性

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，對(duì)機(jī)械類(lèi)研究生的培養(yǎng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)教學(xué)模式培養(yǎng)出的學(xué)生對(duì)新技術(shù)的認(rèn)知偏差大，加上課程教學(xué)過(guò)程中，前沿性知識(shí)理論不足，能滿(mǎn)足新工科需要的前沿知識(shí)結(jié)構(gòu)不充分，造成前沿理論與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象依然嚴(yán)重。當(dāng)前，傳統(tǒng)研究生培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)不到機(jī)械行業(yè)對(duì)高端人才的要求，這一體系面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為知識(shí)更新滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、理論與實(shí)踐脫節(jié)，以及畢業(yè)生能力與市場(chǎng)需求之間存在明顯不匹配等困境。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法不僅是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的重要方法，在自動(dòng)控制、視覺(jué)識(shí)別、圖像識(shí)別、機(jī)器人等領(lǐng)域也是重要的方法論。然而傳統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法多集中在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，教學(xué)內(nèi)容專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)，不能適應(yīng)各種研究方向，缺乏針對(duì)性和創(chuàng)新性。例如，自動(dòng)控制研究方向的學(xué)生更關(guān)注控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，圖像識(shí)別方向的學(xué)生更關(guān)注圖像識(shí)別方法和識(shí)別準(zhǔn)確度優(yōu)化。因所關(guān)注的研究領(lǐng)域不同，這些專(zhuān)業(yè)的學(xué)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的內(nèi)容缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。此外，如果教學(xué)內(nèi)容過(guò)于強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)性也會(huì)使得教學(xué)章節(jié)之間缺乏聯(lián)系，不利于不同項(xiàng)目組間的交流學(xué)習(xí)與提升。

1.3" 評(píng)價(jià)體系不夠全面，難以評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力

研究生教育有別于本科教育，是一種專(zhuān)業(yè)教育，強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的深度，要求學(xué)生在某一專(zhuān)業(yè)上進(jìn)行深入鉆研，其更加注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前，“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程的考核方式仍以理論考試為主。這種考核方式無(wú)法真實(shí)反映研究生對(duì)所學(xué)知識(shí)的深入理解程度及其解決實(shí)際工程問(wèn)題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，也不能提升研究生的科研素養(yǎng)和科研能力，迫切需要探索更為全面、科學(xué)的評(píng)價(jià)體系。

2" “現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程教學(xué)改革實(shí)踐

“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程圍繞“重視基礎(chǔ)，強(qiáng)化實(shí)踐，融入前沿，提高創(chuàng)新”的指導(dǎo)思想構(gòu)建，堅(jiān)持“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的科研思維、探索精神和創(chuàng)新能力為核心”的育人理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核、教學(xué)組織等四個(gè)方面開(kāi)展面向研究生科研能力提升的課程教學(xué)改革，針對(duì)每堂課的組織形式依據(jù)教學(xué)流程、教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)構(gòu)建研究生課程教學(xué)體系，如圖1所示。

2.1" 以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，整合和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

本門(mén)課程內(nèi)容體系龐大，理論上多學(xué)科交叉，與多門(mén)課程聯(lián)系緊密。比如有限元分析的基礎(chǔ)理論部分與彈塑性力學(xué)的部分內(nèi)容重合，優(yōu)化算法中用到的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)值分析的部分內(nèi)容重復(fù)。對(duì)于這些重復(fù)的內(nèi)容，在搞清楚理論知識(shí)出處的前提下，可適當(dāng)刪減。另外，選修本門(mén)課程的研究生屬于不同專(zhuān)業(yè)不同方向，以后應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)也不同，在充分熟知自己研究方向的前提下，可有側(cè)重地去學(xué)習(xí)和實(shí)踐。整合優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

表1 教學(xué)內(nèi)容的整合優(yōu)化

2.2" 教學(xué)方法改革與優(yōu)化

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，灌輸式的授課方法常常使學(xué)生處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，減弱了學(xué)生對(duì)知識(shí)的批判與探索精神，導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)新意識(shí)和科研能力。為了改變這一現(xiàn)狀，教師可通過(guò)線(xiàn)上線(xiàn)下相結(jié)合的方式開(kāi)展教學(xué)，線(xiàn)下課堂注重理論的講解，線(xiàn)上注重知識(shí)的拓展和應(yīng)用。利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)開(kāi)設(shè)“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”線(xiàn)上課程，線(xiàn)上資源包括教學(xué)大綱、課件、教案、針對(duì)知識(shí)點(diǎn)的短視頻、隨堂授課視頻、工程案例資料、練習(xí)庫(kù)、知識(shí)點(diǎn)討論庫(kù)、課程思政元素庫(kù)等。線(xiàn)下課堂采用以問(wèn)題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)，并結(jié)合工程案例、微項(xiàng)目和專(zhuān)題講座等多元教學(xué)方式。

為了提高研究生的科研素養(yǎng)，盡快進(jìn)入科研狀態(tài)，課程組提出微項(xiàng)目教學(xué)法。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，學(xué)生獨(dú)立負(fù)責(zé)項(xiàng)目，從信息收集到實(shí)施評(píng)價(jià)全程自主開(kāi)展，在實(shí)踐中掌握各環(huán)節(jié)的要領(lǐng)。項(xiàng)目完成后，學(xué)生還要圍繞微項(xiàng)目及問(wèn)題進(jìn)行匯報(bào)，要求詳細(xì)講解自己所采用的算法、實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和遇到的問(wèn)題，并以研究報(bào)告的形式提交成果。該方法最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線(xiàn)、課程內(nèi)容為方法、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，能夠有效地促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)微項(xiàng)目（表2），學(xué)生在文獻(xiàn)檢索與查閱、方案的對(duì)比和確定，以及學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作能力和學(xué)術(shù)表達(dá)能力上都有顯著的提升。

表2 案例和微項(xiàng)目

通過(guò)學(xué)術(shù)講座提升研究生的科研素養(yǎng)也是一個(gè)重要且有效的途徑。學(xué)術(shù)講座通常聚焦前沿問(wèn)題，研究生可以通過(guò)講座了解學(xué)術(shù)界的最新動(dòng)態(tài)，把握研究熱點(diǎn)和方向。根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程的內(nèi)容，結(jié)合本院研究生導(dǎo)師的研究方向，2023秋季學(xué)期共組織了4次學(xué)術(shù)講座（表3）。

表3 2023秋季學(xué)期開(kāi)展的學(xué)術(shù)講座

2.3" 課程考核機(jī)制的建立與實(shí)施

合理的考核方案能夠?yàn)檠芯可蒲心芰Φ呐囵B(yǎng)提供可持續(xù)性。考核方案總體上要加強(qiáng)對(duì)創(chuàng)新能力、科學(xué)素養(yǎng)的考核力度，關(guān)注學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論要點(diǎn)的掌握情況，還要體現(xiàn)學(xué)生科研能力的強(qiáng)弱。我們采用了綜合考核的方法，引進(jìn)微項(xiàng)目和上機(jī)實(shí)踐兩個(gè)環(huán)節(jié)，考核研究生的創(chuàng)新能力、文獻(xiàn)檢索、閱讀能力以及寫(xiě)作能力，從而促進(jìn)研究生學(xué)術(shù)水平的提高。

“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程的總評(píng)成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考試成績(jī)構(gòu)成，具體比例為：翻轉(zhuǎn)課堂討論占10%、上機(jī)實(shí)踐占10%、微項(xiàng)目占20%，期末閉卷考試成績(jī)占60%。

3" 結(jié)語(yǔ)

本文以“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程教學(xué)改革為例，分析并總結(jié)了“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”教學(xué)改革面臨的突出問(wèn)題，并以培養(yǎng)研究生科研素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，對(duì)教學(xué)方法和評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行了改革，并取得了一定的成效。同時(shí)，將“課堂+線(xiàn)上+微項(xiàng)目+講座”融為一體，引導(dǎo)研究生自主探索和學(xué)習(xí)，參與課堂討論，表述自己的觀點(diǎn)，以提高學(xué)術(shù)素養(yǎng)。然而，課程教學(xué)改革和教學(xué)體系建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，目前的“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”課程教學(xué)模式仍不完善，需要在探索中不斷總結(jié)反饋。

基金項(xiàng)目：蘇州科技大學(xué)2022年研究生優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”（22ZXKC-09）；蘇州科技大學(xué)2023年本科品牌課程建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)械精度與檢測(cè)”（PX-12231550）；蘇州科技大學(xué)2024年本科品牌課程建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)械設(shè)計(jì)”（PX-12241667）；蘇州科技大學(xué)2024年本科品牌課程建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”（PX-12241674）。

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