科研与专业课教学融合的实践与思考

裴峻峰

(常州大学 机械工程学院，江苏 常州213016)

当今时代，现代科学技术突飞猛进，如何在有限的专业课课堂教学时间中让学生学到本课程方向最新最前沿的知识，如何引领和指导学生学会用科学知识分析解决本专业领域工程实际问题，是提高专业课教学质量的一个重要课题，也是每一个从事专业课教学工作的教师值得研究和思考的问题［1－2］。

最近，结合专业论证工作，我们将本专业(过程装备与控制工程)培养方案发给很多高校和大型石化企业专家征求意见，他们针对培养方案提出了许多真知灼见，如:

第一，希望课程设置合理，真正做到理论课与实践、基础与专业、必修与选修相协调。

第二，在工程教育培养方面，应注重培养学生的动手能力的培养。具有较好的看图、制图能力，建议学校制作装备或设备方面的三维动画教材，能比较直观地进行教育。注重设备防腐和工艺防腐、材料的选材和用材、旋转机械状态监测和诊断技术、设备失效分析和故障模式等知识的学习。增加设备管理能力的培养，包括设备管理政策法规的宣讲。信息化提升产业化，增加信息处理能力的培养，培养学生从大量数据中发现问题的能力。

第三，国家对节能减排、绿色环保、循环经济的要求越来越突出和重视，提出建设美丽中国，碧水蓝天行动计划，从事石油化工等领域的工作将面临前所未有的社会、经济、政治、法律的责任以及环境、媒体、公众的压力，石化生产装置必须合法合规建设、生产、运行。为此，一是要对过程装备从设计、制造、安装、操作、运行、维护、检修直至报废等全过程实现设备全寿命周期管理，提高设备可靠度，减少故障率，确保装置安全平稳运行;二是要不断寻找替代能源，目前，页岩气、煤化工、生物化工技术发展较快，应多加以关注。

第四，应对毕业环节的实习提出明确要求。毕业环节实习前，授课已完成，学生面临择业、走向社会的新挑战，如何让学生利用好毕业环节实习机会，加强与社会、企业(公司)人员沟通，具有较好的沟通、协调、融入、发展能力，让学生转变角色，掌握服务社会、立志成才、推销自我、展示自我的技巧方法，练就胆识魄力。

这些意见和建议提出了理论与实际相结合、重视学生工程实际能力培养、学校要了解国家和行业的要求，学校教学应适应和满足社会发展需求等问题。而要做到这些，专业课教师在从事教学工作的同时，必须积极开展科学研究工作，不断提高自身学术水平，增强与社会及现代科技的接触和联系，真正为培养人才、促进科技发展、服务社会作出贡献。

专业课教师主要从事的是专业课的教学工作，其中教学方法是非常值得研究的。教学方法的内涵有广义与狭义之分。广义的教学方法是指为达到教学目的和完成教学任务所采用的途径和方法的总称，其中也包括教材编写方式、教学组织形式等。狭义的教学方法则是指在教学活动中，教师如何对学生施加影响、怎样把科学知识传授给学生并培养学生能力、发展智力，形成一定道德品质和素养的具体的手段［3］。这也是本文重点探讨的内容即狭义的教学方法。著名教育家杜威曾说过:最好的教学，就是牢牢记住学校教材和实际经验二者相互联系的必要性，使学生养成一种态度，习惯于寻找这两方面的接触点和相互联系。专业课教学中，将科研工作的成果反哺到教学工作中去，就能有效地提高教学质量，丰富教学内容。教师不仅要按照教学大纲要求讲授相关知识内容，更要培养学生独立思考、吸收知识和自学创新的能力，即授之以渔。要做到这些，也需要专业课老师在从事教学工作的同时，通过积极开展本专业的科研工作，深入了解和熟悉本专业领域的最新进展。将在科研工作中与专业课程相关的研究方向、研究内容、解决的问题和解决的方法、取得的经验和成果经过总结凝炼，有机地与教学内容加以结合，在课程进程中，为学生提供活生生的实例，这对丰富教学内容，扩大学生视野，激发学习兴趣，培养分析和解决实际问题的能力都具有积极意义［4］。

如何在教学工作中有效地联系科研工作?如何启发激励学生的潜能，调动他们的学习积极性，取得良好的教学效果，在教学内容、教学方法和举措方面都有不少值得探讨的东西。笔者认为，对教师来说，应该做到:第一，做有心人，熟悉教学内容，关注和跟踪学科最新科技进展;第二，积极参加科研工作，善于总结提炼，与教学内容有机融合;第三，善于启发引导，深入浅出，举一反三;第四，充分利用各种教学工具，进行形象教学，提高教学效果;第五，在教学过程中，把启发激励学生的潜能和培养学生成才作为教学工作的出发点。

一、科研实践——源头活水求新求实

面对日新月异的科技进展，对于工程类课程，固守一部教材，完全按照教材的内容给学生讲解，显然免不了信息陈旧和内容枯燥，要让本专业的最新进展和成果如同汨汨清泉流进课堂，让既新又实又生动活泼的知识洋溢在课堂，激起学生求知的欲望和兴趣，就必须将最新的科技进展和科研成果引进专业课的教学中。那么?如何做到这一点呢?在科研工作中，通过文献查阅、理论研究、科学试验、工程项目，可以及时了解所研究的专业领域的最新进展和动态，可以对研究课题的问题的提出、问题的解决思路、技术路线、解决方法、以及存在的问题等有清晰的了解，在解决课题中的创新思路和方法有清晰的感受，如果能把这些有机地结合到相关的教学内容中去，则教授的内容会与实际非常吻合和生动，解决问题的过程和尚未解决的课题会激起学生进行了解和探究的浓厚兴趣。

(一)让前沿进展激发学习兴趣

首先教师必须熟悉教学内容，在此基础上，做有心人，通过专业文献研读、科研实践，积极关注和跟踪本学科领域的最新进展，对此进行收集和提炼总结，有机地穿插在教学内容中介绍给学生，使学生在课堂上能了解到专业的最新动态。

在石油工程专业的专业基础课《石油钻采机械概论》的教学中，笔者紧紧跟踪近年来国内外非常规油气资源(页岩气、煤层气、天然气水合物等)的开发现状和石油钻机的最新发展动态，如近年来出现的交流变频电驱动钻机、自动化钻机以及煤层气穿针打水平井中使用的EMWD技术等，并联系自己参加的钻机鉴定及在企业看到的新型电驱动钻机的情况介绍给学生，使他们对非常规油气资源和新型钻机和设备产生了浓厚的兴趣。

在讲到“海洋石油钻采设备”一章时，笔者介绍了当年带领学生在上海海洋石油地质局实习，目睹我国科研人员研发勘探三号半潜式钻井平台的情况，同时还介绍了学生非常关心的我国自行研制开发的并在南海钻井的海洋981平台的结构及工作情况。在介绍其中“海洋钻机升沉补偿装置”时，在介绍其工作原理的同时，讲述了参加升沉补偿装置研究的体会及感悟。同时还展示了前几届毕业生在平台工作生活的场景和他们的感想，使学生加深了对海洋平台的认识。为了讲清庞大的步行式海洋平台如何在海滩或浅水行走的原理，一方面介绍了这种平台的工作环境和特点，介绍了中国工程院顾心怿院士当年艰苦的研发攻关历程，并用火柴盒的开合形象地描述了步行式海洋平台的行走原理，使同学们不仅了解了这种平台的工作原理，而且体会了我国老一代科技工作者不怕困难，刻苦攻关的精神。

在课堂教学中，结合教学内容，适时介绍一些新的科研成果，可有效地开拓学生的视野，激发了他们的求知欲。

在这门课程中，结合教学相关内容，还先后介绍了顾心怿院士发明的蓄能型修井机及齿圈式修井机的原理，兰石厂工人发明的水刹车自动水位调节装置，兰石所唐上智教授发明的液气大钳，以及在近期页岩气井和煤层气井开发中采用的的最新钻井技术，这些内容都是教材上所没有呈现的新知识，从而调动了学生对所学课程的浓厚兴趣，不仅学到了相关知识，而且激发了他们的创新热情。课后，学生们还进行了科技探索，如有些学生也申报了研发水刹车自动水位调节装置和海洋平台模型的创新项目，并获得了省大学生创新基金的立项支持。

(二)用科研实例充实教学内容

通过开展科学研究工作，不仅可以开拓学术视野，而且可以提高自己的学术水平、科研能力和工程能力，取得科技成果。如能将科研工作实践中得到的新知识、新发现、新成果经过总结提炼，充实进教学内容，并充实和补充进教材，可以使课堂内容更加紧贴实际、鲜活生动、具有深度［5］。

《机械故障诊断》是过程装备与控制工程专业的一门专业选修课，在这门课程中，笔者结合多年从事的往复泵故障诊断的科研工作，以此作为一个机械故障诊断的科研案例，介绍了项目背景、目的意义、技术方案、技术路线、诊断方法。从诊断对象往复泵结构开始分析，讲述诊断目的、诊断要求、测试方案、测点布置及理由、软硬件选择依据、数据采集与信号处理，诊断过程、结论及依据、诊断中碰到的难题的解决方法等，通过这个案例使学生对实际机器的故障分析诊断过程有了清晰、全面的了解。在该课程中讲到“油样分析”一节中的铁谱与光谱技术时，结合了在江苏油田往复泵故障诊断过程中的典型油样分析实例，进行油样采集、跟踪、铁谱和光谱分析得到的照片及由此得出的诊断结果在课堂上给学生进行分析讲解。这种与教学内容紧密结合的科研案例，比干巴巴的照本宣科地介绍测试系统与诊断方法要生动和深入得多，教学效果也要好得多。

在《石油钻采机械概论》课程中有“石油井架的设计方法”一节，由于教材篇幅有限，只是介绍一般的原理方法，没有应用实例。这时，笔者以一个毕业生的毕业设计为例，将一台K型石油井架的设计计算过程，将如何进行有限元分析(承载分析及如何加载，如何建模划分单元和节点，如何计算，分析结果等)，进行强度分析和稳定性分析的方法及过程深入浅出地给学生进行讲解分析，使学生接触到了实际的井架受力分析和设计计算方法。

在讲述“石油钻机辅助刹车”中的水刹车的重要性时，联系自己在兰石厂参加钻机载荷谱研究时，在钻台上，由于天冷，司钻未挂水刹车，结果主刹车刹不住，造成溜钻，差点酿成大祸的情况，使学生对钻机工作必须挂辅助刹车留下了深刻印象。

将相关科研成果、体会加以总结，弥补教材内容陈旧或完全借鉴他人实例之不足。如《机械故障诊断技术》教材的修订中，结合笔者10多年来在机械故障诊断科研工作中的成果和收获，加以总结提炼，增加了信号分析中的一些新的典型方法技术，如共振解调技术、各种幅值谱的应用、小波分析及小波包、故障诊断中的模糊神经网络诊断、油样铁谱及光谱分析实例等，为教材增添了新的内容。

在课堂上穿插进与教学内容相关的科研实例，提高了学生的学习兴趣，让他们看到书本知识的实际应用及工程背景，为提高培养分析、解决工程实际问题的能力起到了积极作用。同时，来自科研实践的案例生动鲜活，使得枯燥的机器结构与原理讲解变得生动有趣，与生产实际密切相连，学生听得津津有味，印象深刻，学得进、记得住［6］。

结合科研的教学应追求新深实，做到选材新颖、进入学科前沿，内容深入和联系实际，因此教师要积极投入科研工作，由此取得深刻的体会，并认真总结提炼，将科研实践的内容上升到理论，案例选择与教学内容有机结合，各种实例了了于胸，在讲授时做到信手拈来，得心应手。

二、身临其境——形象教学联系实际

结合科研实例的教学方法，是将来源与科研实际的前沿进展、工程项目、研究方法、技术路线和工程实例，通过直观生动的、形象的、化复杂为简明的易于理解和接受的教学方法传授于学生，使学生达到身临其境的效果。这与苏联著名教学家凯洛夫的提出的直观性原则，理论与实际相结合原则，教学的通俗性和可接受性原则是一致的。机械类课程，机器结构复杂，由于课堂条件所限，学生不能身临其境看到实物，即使看到实物，也看不到内部结构;即使看到内部结构，如果不加以详细介绍也难以理解其工作原理。此时，可以通过调动网络资源、多媒体手段、实验室参观或现场讲解，利用实物、模型、图片、动画，再加上教师的深入理解和形象生动的讲解，可以取得良好的效果［7－8］。

(一)多媒体手段

充分利用计算机科学的成果，在教学中增加实例动画或视频，使学生直观清晰地观察和了解机器结构或工作原理。在讲解自动化钻机的工作原理时，我收集了多部新型自动化钻机的多媒体动画，让学生清楚地看到自动化钻机钻杆上钻台、机械手接单根、二层台机械手的工作场景，解决了过去无法表达的困难和教师讲得满头大汗、学生听得云里雾里的状况。为了配合《石油钻采机械》课程实习，我们曾与电教科合作，根据教学要求，在油田现场拍摄了两个月的时间，制成了专题电教片，在学生实习前放映，效果很好，一些细节、学生注意不到的地方、或者难以理解的地方，清清楚楚地拍摄出来并予以展现。这个片子学生看了十几年都还记得。在教学中，展示的一些相关的视频资料，都为学生的学习理解提供了很好的帮助。

(二)网络资源和图片实物

当今的网络资源非常丰富，搜索引擎能快捷地提供丰富的教学资源，充分利用这些工具，结合教师的专业知识，有的放矢进行筛选，将与教学内容结合的质量好的图片做成PPT，也可大大丰富教学内容。一些机器的结构组成，书上印得模糊不清晰，效果不好。而网络资源中却能找到质量很好的机器的彩色结构图、剖面图、工作原理图和实物照片;有的讲授内容教材上没有图片，此时也可在网络资源上找到并用来直观清晰地展示，以帮助学生理解。

通过科研实践，还可以在现场找来一些现场废弃的小型的旧机器零部件实物，在课堂上给学生展示，帮助学生产生正确的感性认识。

(三)现场及实验室

学校的实验室条件应该得到充分利用，有些课程可在实验室进行。如讲到机器的故障诊断系统时，我就带领学生到往复泵故障诊断实验室，直接观察和了解正在进行中的往复泵故障诊断科研工作，直接观察测试、分析仪器的布置连接方法、信号的采集分析处理方法及诊断结果是如何做出的，实验室一堂课就将课堂上讲述的许多内容全部串起来了，而且直观形象，联系实际。

到现场观看机器实物并请技术人员和工人来介绍机器结构原理，也是一种很好的形象教学方式。如学生对往复泵内部结构不清楚，特别是一些细节，如十字头、泵阀等，我在实习中就带他们到江苏中油天工机械公司专门修理往复泵的车间去看被解体的泵和相关零部件，现场讲解，使他们豁然开朗。在故障诊断毕业设计中，我带领学生到江苏油田钻井处油样监测站，请技术人员介绍油样监测的目的意义及重要性，及他们在柴油机、钻井泵监测中的实例应用。同时，参观了各种油样检测仪器设备，请技术人员开机演示红外光谱分析仪进行润滑油油样分析，使学生对润滑油在机器工作中的重要性，对油样分析的方法、仪器都有了较深的认识，为毕业设计打下了良好的实践基础。

(四)形象比喻——化抽象为具体

形象教学的另一种行之有效的方式是把复杂的结构原理用日常生活中常见的物品、知识或原理进行比喻，这会使学生产生联想以帮助理解。如介绍步行式海洋平台时，学生很难想象其行走原理，我就把上下船体的交替行进用火柴盒的一开一合来比喻，使学生印象很深，很容易就理解了其工作原理。在讲到涡流刹车的工作原理时，我先在黑板上画一立体简图，然后对着图，用电工学的左手定则、右手定则一步步进行演示，很快就把刹车力矩的产生原理表达清楚了，学生也掌握得比较好。

在专业课教学中，面对的学生往往是大学高年级的学生，他们即将奔赴社会，或就业、或考研、或留学。因此，在专业课的教学过程中，结合教师对于专业的了解进行专业教育，会有很强的说服力。如对石油工程专业，在《石油钻采机械概论》课程进程中，不断结合自己来自现场实践所得到的切身体会，介绍中国石油工业的发展史和艰苦历程，讲述这个专业对于国家能源建设的重要性，专业的性质、特点，以后将面临的艰辛与专业的前景等。使学生在学习专业知识的同时，了解自己的专业和未来的工作，进一步激发起了学习的兴趣。后来他们找工作时，也把我作为知心朋友，常常来找我商量及征求我的意见。

三、结语

高校专业课教师的科研和教学能力，教师良好的实践背景和个人综合素质，对于保证教学质量是非常重要的。专业课教师应该具有丰富的本专业的知识，应了解社会和企业对本专业培养人才的需求，具备应用专业理论解决复杂的工程实际问题的能力，并具备较强的创新和创造能力。当今时代科技进步日新月异，要适应这种变化，就必须积极参与科研实践，努力攻关和接触工程实际，增长解决和分析问题的能力。将科研工作中的鲜活的实例充实到教学内容中，把在与科研工作及企业合作过程中了解到的社会和对学生知识和素质的要求告诉学生，并进行案例教学和研究型教学的探讨［9－10］。应该学习和熟悉教育规律，采用有效的教学方法，将科研实例进行归纳、提炼并充实丰富教学内容，在教学中选择讲解的科研实例应具备新颖性、典型性、适用性和与教学内容良好的匹配性，要紧密结合教学内容，运用启发激励、形象教学、课堂讨论、多媒体、网络资源、实验、实训等各种教学手段调动学生注意力和学习积极性，用生动形象的语言来进行教学，有效地提高专业课教学质量，取得良好的教学效果。

［1］李运泽．大学工科专业课程教学研一体化教改思路的调研［J］．理工高教研究，2010(2):127－129．

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［4］朱颖心，石文星．对工科专业课程教学方法的思考［J］．高等建筑教育，2011(5):78－82．

［5］姜洪源，李明章，宋宝玉．在工科教育中注重科研对教学的促进作用［J］．黑龙江高教研究，2001(4):89－91．

［6］经柏龙．论案例教学在教师专业课程教学中的运用［J］．教育科学，2006(5):39－42．

［7］王鹏，商庆华．关于激发学生积极性与培养创新能力的研究与实践［J］．中国电力教育，2008(10):81－82．

［8］褚超美，陈家琪，张振东．工程类专业课教学改革探讨［J］．上海理工大学学:社会科学版，2004(2):41－43．

［9］赵洪．研究性教学与大学教学方法改革［J］．高等教育研究，2006(2):71－75．

［10］罗三桂．现代教学理念下的教学方法改革［J］．中国高等教育，2009(6):11－13．