在专业课程中以“创新”为导向的研究性教学研究与实践

李静 陈延伟 焦阳

[摘 要]本科教学中实施研究性教学，是提升教学质量、培养拔尖创新人才的一项重要的教学改革措施。结合“计算机辅助设计与制造”课程，以创新教育激发学生创新意识，培养创新人才，提升学生就业率为目标，针对“教学内容、教学方法、教学案例、实践教学、课外研究、考试考核”等六方面，进行研究性教学模式研究与实践，形成代表性和规范性的研究性教学实例。

[关键词]研究性教学 案例教学 创新能力 科研

[中图分类号] G420[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）07-0111-03

研究性教学是教师在教学过程中通过活跃的思维、平等的教学气氛、自由的交流情景，以培养学生的研究意识、研究能力和创新能力为目标，引导学生进行研究性学习的教学。[1]研究性教学有着思想渊源和长期的发展历程。如孔子的启发式教学 “不愤不启，不悱不发”和代表着研究性教学思想萌芽的苏格拉底的“产婆术”，这些古今中外的很多教育家和教育理论流派都阐述过类似于研究性学习的教育方式和学习方式。[2]

一、研究性教学方案设计

以“计算机辅助设计与制造”这门主干课程为教学实践载体，分析现有课程结构设置，深入探究、总结研究性教学规律和教学模式，提出实施研究性教学应具备的基本要素，针对“教学内容、教学方法、教学案例、实践教学、课外研究、考试考核”等六方面，形成研究性教学实例，并具有一定的代表性和规范性，可为其他课程提供借鉴。一方面，通过研究性教学实例的示范，引导教师突破传统教学习惯，使课程教学水平达到精品课要求;另一方面，为其他学科课程教学改革提供有价值的借鉴，带动学科主干课程教学改革。

（一）凝练教学内容

“计算机辅助设计与制造”是专业必修课，2012年被评为吉林省精品课程。这门课程包括原理与应用两个方面的教学内容。在培养学生的知识综合运用能力、计算机软件应用及开发能力、现代设计能力、创新设计能力等方面发挥着重要作用。其中原理部分包括：基本图形生成及图形变换、数据处理及数据库技术、三维几何造型、交互处理技术等;应用部分包括两个主要内容：上述原理技术的应用、二 / 三维软件的应用。按照课程教学要求，按知识模块凝练内容，从利于加深学生对教学内容的理解，激发学生钻研精神和创新精神入手，注重挖掘学术深度，完成整体方案设计。与传统教学内容相比，从注重学生的现代设计能力、创新能力和实践动手能力培养出发，完成了新教学大纲及教学计划的制订，使理论学时和实践学时的分配更合理。

（二）转变教学观念，提高教师素质

传统的教学方式是“以教师为中心”，在教学过程中，由教师向学生传授知识，教师处于主导和中心地位，学生以接受知识为主，教师更多注重知识的传授、灌输，忽视学生学习方法的掌握和能力的培养。教师应转变这种教学观念，坚持学生是主体，教师是主导[3]，以学生为中心，确定教学目标、设计教学过程，激发学生主动、有效、多样地学习。在教学过程中应考虑学生在接受知识过程中的差异性、特殊性，充分了解学生情绪的波动与情感的变化，凭借自身渊博的知识和独特的教学风格，用优美的语言吸引和感染学生，让学生从被动变主动，激发学生内在的学习动力，提高学习的积极性。

鼓励教师在组织教学活动的同时，积极参与科研活动，一方面，可以让教师了解本学科的科学研究前沿，及时将获得的新知识补充到教学内容中去，提高教学质量，培养学生思维方法，使教师成为教学能手;另一方面，通过纵向、横向科研课题的研究实践，可以提高教师的学术研究水平，培养善于研究问题和解决问题的能力，使教师成为科研尖兵。

二、组合不同教学方法和手段，提高教学质量

研究性教学的基本教学法有案例教学法、发现教学法、程序教学法、基于问题的学习等。这四种方法会因专业、课程、学生年级及教师的个性品质不同而有不同的选择，不能生搬硬套。课程组从不同专业的课程教学目标、教学内容、不同年级学生水平出发，经过选择与组合，形成具有本课程特色的教学方法结构。

（一）适应授课内容，调整授课班型

“计算机辅助设计与制造”是全院的必修课，同时开课班级多，为保证教学质量，采用小班制授课，尤其是应用软件教学部分，因其与计算机紧密相关，全部课程均单班在机房授课，边讲授边实践，不但可及时答疑解惑，调动学生自主学习的积极性，而且教学目的明确、兼顾共性与个性，更好地解决“教”和“学”这两个主要问题。

（二）根据授课内容选择授课方式

依据授课内容特点将其分为基本概念和基本理论、实践性较强、涉及学科前沿和可扩展的知识，分别采用不同的授课方式。如“二、三维图形基本变换原理”、“工程图生成方法”、“数据处理”等，主要以教师课堂授课为主;“数据库应用”安排学生自学与师生之间、生生之间互相讨论相结合的方式进行;“CAD / CAM的发展趋势”为增强学生的参与意识，激发学生探究理论的兴趣，可采用学生查阅资料与课堂讨论相结合的方式进行。

（三）探索新的教学手段

采用理论教学、程序设计、演示与操作一体化的教学手段，即多媒体教学课件、教学视频、课程网站等教学手段的融合。例如在讲述“二、三维图形基本变换”、“几何建模技术”等内容时，根据其内容与计算机相关的特点，课程组基于相关辅助软件，制作图形、图像和动画等开发了辅助教学课件，展示图形的生成方法、图形的变换原理、零件图和装配图的建模方法等，还实现了与科研成果“虚拟数控车削软件系统”等的动态链接;在课程网站上，网络资源是开放的，学生申请账户后，可自由下载、查找习题、上传作业 / 作品、交流创作经验，养成独立思考、自主学习和自主管理的习惯;在软件教学中，将重点、难点内容制成教学视频文件，便于学生课后复习、加深理解，避免学生“课上学得快，课后忘得快”，如“参数化零件设计”、“产品的装配及运动仿真”等内容，可制作成视频文件供学生课下学习。

三、设计教学案例，增强师生互动

案例教学法是研究性教学法的基本方法之一，始创于哈佛学院，其关键是课堂典型案例设计，即所选案例必须典型，条件设计必须合理，反面案例必须恰当。这就要求我们要以具有导向性、开放性和可操作性，且最好贴近实践的真实问题为基础，从激发学生探究新知识、开创新方法的角度出发，设计典型案例，通过师生互动和双向交流的形式，促进学生自主思考能力的发展。

“计算机辅助设计与制造”主要讲述计算机辅助设计（CAD）技术的关键理论与方法，教学中为确保将CAD的前沿技术与最新研究成果引入课堂教学，课程组在保留传统基本理论的前提下，以系统性、先进性、实用性、通用性为原则，及时进行知识更新，设计工程实际案例，讲述在实际设计中的应用，锻炼学生的实践能力，典型教学案例如表1所示。

四、教学、科研结合，理论、实践结合

（一）科研成果引入教学

课程组鼓励教师联系教学实际搞科研，依据“教学带科研、科研促教学”的教改思路，从培养学生创新意识入手，把科研成果带入课堂，把最新的知识和信息传递给学生。

一方面，教师通过教学活动观察学生，根据每个学生的特点和学习能力，选育部分接受能力强的学生，针对科研项目内容布置学习任务，拓展课堂所学知识;吸收部分动手能力强的学生承担力所能及的科研项目，获得更多实践机会，两年已有16人参与教师的科研中。另一方面，结合课程内容、学生的兴趣及实际水平，布置课外研究课题，或提供一定的范围，由学生自主选题，自由组成课题组，在课外进行调查与研究，撰写报告和论文。学生通过研究可以初步掌握收集、整理和利用资料的方法，掌握科学研究的基本方法和程序，综合运用学科知识、各项操作技能，直接参与和亲身体验研究工作的全过程及其各环节，同时，学生的开拓和创新精神也会得到提高。

（二）实践教学模式改革

相对于理论教学，实践教学具有直观性、综合性和创新性等特点，是理论课程教学的重要辅助环节，加强实验教学与课外实践环节是必不可少的。实践教学主要包括实验、课程设计、实习和毕业设计四个环节，教学改革的内容包括：调整实践教学内容，增加设计性、综合性实验;充分利用校内的教育资源，拓展校外各类实验、实训、实习基地的建设，加强校企合作、产学结合[4];丰富教学资源，通过各类大赛提高学生的工程创新和实践能力。

（1）增加设计性、综合性实验

在考虑学生的知识储备和实验条件的基础上，增设设计性、综合性实验，将科研的基本方法、技能和思维方法融入实验内容和教学中，对学生进行基本科研技能训练，激发学生的实践创新积极性，提高学生自主学习和创新能力，促进知识和科研技能的内化，提升实践能力。如：综合性实验 “二级斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计”，涉及优化设计、参数化设计、数据处理等多个知识的综合运用;设计性实验“汽车四缸发动机的运动仿真”涉及发动机的零件设计、装配设计及运动仿真等。

除此之外，课程组还增设了“箱体类零件的CAPP设计”等与课程内容有关的选修实验项目，为学生开放实验平台，由学生自拟实验题目，教师辅助指导，做到因材、因内容施教，提高学生的基本科研技能和创新能力。

（2）加强校内外实习 / 实践基地建设

我校有“大学生创新基地”、吉林省实验教学示范中心“机械工程实验教学中心”和国家级实验教学示范中心建设单位“工程训练中心”，应充分利用这些校内资源，为学生参加实践活动提供保障;积极拓展校外各类实验 / 实训 / 实习基地建设，如中国第一汽车集团公司、长春中联汽车检测设备有限公司、长春数控机床有限公司等都与我校有较好合作关系。

（3）通过各类大赛提高学生的工程创新和实践能力

鼓励、支持学生参与各级各类竞赛、课外科技及社会实践活动、创新和创业活动等，并将各类大赛的优秀作品和创新项目成果及时传递给学生，为学生参与教师科研和自主开展课题研究创造条件。

五、建立全程评价体制

为了反映学生的真实水平，建立以多样化的考核方式为督促手段的全程评价体制，即课内教学与课外自主学习相结合、教学目标管理和学习过程评价相结合。对于理论性内容，可采取“平时+实验+笔试”的方式，即平时成绩占总成绩的20%，由基本理论、课堂作业、课程论文及讨论组成;实验成绩占总成绩的20%，由预习、操作及报告三部分成绩组成;笔试分闭卷考试成绩和开卷考试成绩，占总成绩的60%。对于实际应用内容，采取“平时+口试+实践”的方式，即平时成绩占总成绩的20%，由综合能力、课程作业、课堂讨论组成;口试成绩占总成绩的20%，由实践操作中基础理论、操作技巧组成;实践操作成绩占总成绩的60%，按完成总体情况确定，考核学生解决实际问题的能力。

六、成效

研究性教学在我院机械工程专业经过两年的实践，成效显著。首先，理论教学效果明显改善，学生普遍认为课堂轻松活泼，学后思路清晰，理解较为深刻。学生学习的积极性、主动性提升明显，观察问题、分析问题、寻求解决问题方法的能力均得到提高。其次，实践教学成果丰厚，学生在“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、慧鱼组机械创新大赛、全国机械创新设计大赛、全国三维数字化创新大赛等各类大赛中均获可喜成绩。再次，学生就业率大幅提升，一度出现供不应求的现象。值得一提的是，教师的教学和科研水平也获得了较大提高。

[ 注 释 ]

[1] 姚利民，史曼莉.大学研究性教学的必要性与可行性[J].湖南师范大学教育科学学报，2008（6）：62-65.

[2] 严启英.关注高校研究性教学提高大学生的创新能力[J].高教论坛，2009（3）：73-77.

[3] 任东方.论教育中的“三重”目标及三种境界[J].黄河科技大学学报，2010（6）：102-104.

[4] 李静，王占礼，等.教学科研并重，激发学生创新意识[J].长春工业大学学报（高教研究版），2013（3）.

[责任编辑：覃侣冰]