“导学—反馈—提升”闭环教学模式在研究生课堂教学中的应用

2020-08-13刘蕾徐继宁胡敦利张晓平

教育教学论坛 2020年29期

刘蕾徐继宁胡敦利张晓平

[摘要] 研究生课堂教学是开展科学研究的前期教育，也是传递并激活学生创新思维的一种方式。按照科学研究贯穿课程学习的原则，立足于“控制科学与工程”学科，以理论类课程为改革对象，以学生为中心，以培养学生科研能力为依归，课堂教学以拓宽学生知识面、加强其基础理论和适应能力的培养为目标，形成“导学—反馈—提升”闭环教学模式，探索研究开放的教学理念、科学的教学方法、先进的教学手段、前沿的教学内容培养创新型人才。

[关键词] 研究生;课堂教学;科研能力;闭环教学模式

[基金项目] 北方工业大学教育教学改革项目（108051360019XN141/026）资助

[作者简介] 刘蕾（1984—），女，河北人，博士，北方工业大学电气与控制工程学院副教授，主要从事奇异系统鲁棒控制、故障诊断与容错控制研究;徐继宁（1970—），女，陕西人，博士，北方工业大学电气与控制工程学院副教授，主要从事自动控制、智能系统检测与分析研究;胡敦利（1967—），女，山西人，硕士，北方工业大学电气与控制工程学院副教授，主要从事自动控制系统、现场总线技术研究;张晓平（1991—），女，山西人，博士，北方工业大学电气与控制工程学院讲师，主要从事自动控制、机器人、智能系统研究。

[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）29-0258-04 [收稿日期] 2019-10-10

一、引言

目前我国的硕士研究生培养一般分为两个阶段，即理论学习阶段和学位论文研究阶段。课题的研究阶段目的和任务比较明确，而理论学习阶段在研究生培养过程中的作用似乎并不明确，课堂的主要教学形式仍然以灌输式为主，这种模式的培养下，研究生普遍存在自主学习能力不强，学习动力不足，知识结构不明确，发现问题解决问题能力不足，直接导致的后果就是研究创新能力较低，科研进展缓慢等问题。针对这种状况，很多教育专家和教师都致力于改善这种状况，面向科研能力提升方面对研究生教学进行改革，取得了一些成效。以下就本项目相关内容作简要回顾。

高校研究生创新能力培养是培养创新型人才和持续科研创新的现实需要，更是国家社会经济发展的必然要求，教师在研究生创新与协作意识培养中起主导作用[1]。课堂教学是研究生阶段开展科研活动的第一步，构建高效的研究生教育课程体系是提升研究生科研能力的重要平台，王鹏等（2018）介绍了普通高校的研究生教育课程体系现状并剖析了存在的问题，提出了改革研究生教育课程体系的思路与措施，坚持因人而异的办学方向，革新教学模式，提升课堂教学质量。[2]郑军，等（2019）提出了基于“CIPP”模式的研究生拔尖创新人才培养策略研究，分别选取政府政策、教育资金、基础设施、人才投入、产学研协同、教学协同、創新氛围、科研成果八个指标对研究生创新能力评价体系进行评估，为提升研究生创新能力以及培养拔尖创新人才提供可行建议。[3]宋妍（2018），谢丽萍（2018），范海延等（2019），苟小其等（2018）分别对研究生教育理念、培养目标与模式进行了深入研究，强调了课堂教学在培养研究生科研能力方面的重要作用。[4-7]

那么如何将科研能力的培养贯穿研究生课堂呢？李舜铭等（2019）、朱顺钗等（2018）以启发学生创新为核心，以研究生的启发教育为切入点，深入讨论了启发性教育在研究生教育中的优势，以及启发教育在我国研究生创新能力培养中的优势，证明了启发教育对研究生创新能力的提升有重要影响。[8，9]研究生的创新思维能力培养是一个循序渐进的过程，需要在平时的教学过程中不断渗透、潜移默化[ 10 ]。在信息丰富时代，我国研究生课程要树立“互联网+课程”深度融合的理念，研究生课程需要新的设计思路：课程目标凸显创新能力，课程设置强调意义建构，课程实施关注学习情境，打造泛在学习资源共享平台、建立多路径师生学习共同体以及推行MOOC课程的认可机制[ 11 ]。“翻转课堂”[ 12-14 ]通过调整学习环境来适应更多的主动学习活动，翻转课堂的“课前学习—课中探索—课后反馈”的教学过程，实现了学生在主动完成知识建构的同时，有效培养了学生自主学习能力、探究能力和问题解决能力，对学生创新能力的培养也有潜在的优势。学习循环圈[ 15 ]、网络分析法[ 16 ]、案例教学法[ 17 ]从课程任务分配、研习探究、公开交流和反思提高等环节细划了教师和学生的分工、组织形式和实施策略，该模式有利于研究生的合作学习、解决问题及创新思维的培养。课堂教学不仅是学生获得知识和技能的阵地，更是学生自主学习能力和思维模式培养的重要平台[ 18 ]，上述教学模式都是基于“教学—反馈”，重在“反馈”的形式来组织教学，构建研究生课堂教学共同体[ 19 ]，从而实现以学生为中心，提高自主学习、提升科研能力。魏子秋（2018），罗骏等（2018），李艳茹等（2019），陈阁军（2018）及杨旻玥等（2018）分别以具体课程为例介绍了如何在研究生课堂中贯穿科研能力培养的举措，从研究生的培养目标出发，以学位课教学为切入点，在教学内容、教学模式及教学考核等环节进行了一系列的改革。[ 20-24 ]

本项目所针对的是控制科学与工程专业的研究生，近年来，国内外的控制教育，从形式到内容都发生了可喜的变化[ 25 ]，控制学科（或自动化学科）是一门多学科交叉的新兴技术学科，涉及的领域和基础广、需要学习的内容多，控制科学教育在培养工程技术人才方面发挥了重要作用，也为培养科技人才做出了突出贡献，在21世纪，控制科学本身和教育事业面临新的机遇和挑战，需要教师们努力探索新的教学模式以适应新的环境。

二、研究生课堂状况分析

研究生课堂教学是开展科学研究的前期教育，也是传递并激活学生创新思维的一种方式。将研究生科研能力培养融入课堂教学是高等学校研究生教学质量与教学改革工程建设的重要内容之一，也是现代高等教育理论体系和课程结构强调的重点之一，无论是在巩固理论教学成果，还是在培养学生的创新能力和开拓精神方面都具有不可替代的重要作用。

本人所在的学科为“控制科学与工程”，控制科学也称为自动化科学，是以控制论为理论基础，并与系统论、信息论密切相关的一门技术科学，属于应用基础科学的范畴。控制科学具有广泛的对象、严密的理论、可行的方法和普适的特性，为控制工程和应用、自动化技术以及各类自动化系统的分析设计提供了理论基础。控制科学与教育学交叉的理论与技术研究成果日新月异，控制科学思想为“因材施教”教学方式提出了新的分析方法，是值得探索的理论与应用课题。在技术层面上，自主式学习、交互式学习与社区式学习模型与分析方法是值得关注的研究内容。控制论的精髓在社会、在文化，整个教学任务相当于一项控制任务，可寻求一种针对系统原有结构进行反馈，使得整个闭环系统更加有效。

在2018—2019年，通过问卷调查和学生座谈会采集学生对课堂教学从内容到形式的需求及建议，初步了解学生对课堂教学的哪些方面有着迫切需求，参与调查问卷的学生为“计算机控制系统”课程的选课学生，参与座谈会的学生为2017级控制科学与工程专业学生，其中包括学术硕士生和专业硕士生，调查统计按照“闭环控制系统”结构，被控对象为学生，如表1所示。

通过调研发现，多数研究生认为研究生阶段的主要任务是深入研究自己的课题，而课堂学习起辅助作用，可以提高自己的理论水平、开拓视野。事实上，按照研究生培养方案，掌握本学科坚实的基础理论和系统的专门知识是前提条件，具有独立从事科学研究或担负专门技术工作的能力是最终的目标，同时还要比较熟练地阅读本专业的外文资料等。要想达到上述目标，仅仅依靠导师布置一个课题去完成是不够的，而且强调的都是“本专业”，而不是“本课题”。所以修读一些本专业的课程是非常必要的，而在课堂教学中融入一些能力提升方法也是非常重要的。

因此，本项目立足于“控制科学与工程”学科，研究“导学—反馈—提升”闭环教学模式在研究生课堂教学中的应用，即如何在課堂教学中提升研究生科研能力，具有一定的理论意义和应用价值。

三、闭环教学模式

“导学—反馈—提升”闭环教学模式总体框如图1所示。

教学方法包括四个方面：（1）针对理论分析，要注重思维方式的培养，教师首先演示如何分析问题的思路，再针对具体理论问题让学生自己解决，教师评价。（2）可通过实验教学，仿真，组队共同解决实际问题来提高理论联系实际的能力，可以多增加实验和实习环节。（3）做专题报告，在备课时多融入前沿技术和最新技术，采取互动交流、自主学习。（4）针对课堂教学中的某个技术或控制方法，让学生自行检索文献（或由教师指定）并阅读总结。学术报告主要包括：文献综述报告、课题研究报告。

四、“计算机控制系统”课程实践

下面以“计算机控制系统”课程为例，介绍闭环教学模式的应用。由于理论知识的教学是当前各类学校最为重视和最为繁重的教学内容，也是保证教学质量，进行创新教育的基础，因此本课程的难点在于以下几点。

1.如何激发学习理论课程的学习兴趣，以及用所学的理论知识和自己的研究课题相结合，撰写高水平学术论文、完成精彩的学术报告等能力的培养。

2.研究生教育不仅要关注专业领域的发展动态，也要跟紧技术变革催生的新需求，教学理念要与教学内容同步更新，整个闭环教学模式是一个动态过程，需要不断调整更新。

（1）导学（前瞻筹划、理论学习、任务分配）：每次根据课程内容，安排15分钟左右的小讲座。例如在讲信号转换的理论知识时，安排了“从‘狗眼看人低的‘狗眼长在哪里说起——控制论与生活：生活中的通信原理”，通过一句俗语阐释了“通信是决定控制策略成败的瓶颈”重要概念，微妙与复杂的高级信息被恰当释义、编码、传输、解码与理解的水平，决定了控制系统能够企及的智能化水平;信息被接收端解释的意义与信息发出端原始释义的偏差决定了控制策略的成败和效率。紧接着介绍计算机控制系统的信号变换，讲述A/D和D/A转换器的工作原理，让学生有更直观的认识。理论知识讲授完成后，就是任务分配，根据不同的课程内容布置不同的任务，这堂理论课后的任务就是随堂测验，考试题与课程理论知识相关。如果是计算机控制系统的控制器设计，那么任务就是实验。

（2）反馈（组织考核、公开交流、反思探讨）：随堂测验是一种最为直接检测学生学习状况的方式，当然对于研究生而言，考试不再是主要手段，可通过学术报告、交流研讨等，本课程的考核内容如下：

其中课堂表现为4次理论课程的随堂测验成绩，3次实验分别为：计算机控制系统的PID控制器设计、直接控制器设计以及达林算法的实践;学术报告为检索一篇与计算机控制系统相关的学术论文并进行讲解，成绩测评包括PPT、讲述、提问三个方面。学术报告提纲为：

·引言（Introduction）部分提炼，发展史及代表文献

·研究对象、研究目标

·用到的原理及相关定义

·主要结论，核心创新点

·仿真或实例验证

·你从中学到了什么

学生普遍认为，这个环节收获最大，不仅了解到最新的研究进展，而且对自己的科研能力培养也有帮助。

（3）提升（形成想法、研习探究、能力提高）：作为课堂教学中“教”的主体，教师需要在了解学生需求的基础上设计优化教学内容、教学模式、考核方式等，不仅为学生高效率的学习服务，更重要的是为提升学生的自主学习能力和培养批判性思维方式服务。通过合理优化课堂教学内容，形成持续改进教学方法的机制。课程改革始终应朝着培养学生可持续学习能力的方向推进，以课程教育推动创新能力培养，更好地引导研究生具备适应社会发展，做到引导学生有效建立科学研究的高阶思维方式。

五、结语

本文讨论了“导学—反馈—提升”闭环教学模式，培养学生的发现问题、独立思考、解决问题的能力，即利用自身知识储备挖掘有用信息的内在联系，找到解决问题的新思路。达成这一目标需要课堂教育和科研实践的有机配合，是知识转化为能力的动态过程。除此之外，完善学生的知识结构、培养其科研能力，在课堂教育环节对研究生课程的内容设置提出了更高的要求。

参考文献

[1]常启兵，王霞.新工科背景下的研究生创新与协作意识教育[J].教育教学论坛，2019（31）：107-109.

[2]王鹏，张宝华.面向科研能力提升的研究生教育课程改革[J].中国现代教育装备，2018，299（19）：25-26，42.

[3]郑军，陈景婷.基于CIPP模式的研究生拔尖创新人才培养策略研究[J].扬州大学学报（高教研究版），2019，23（1）：91-97.

[4]宋妍.基于一流大学建设的拔尖研究生科研创新能力培养[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2018，1257（9）：68-69.

[5]谢丽萍.研究生科研能力培养过程中的量变与质变[J].教育现代化，2018，5（44）：1-2，5.

[6]范海延，崔娜，于洋，等.基于科研素质的研究生创新能力培养模式的探索与实践[J].课程教育研究，2019（6）：221.

[7]苟小芸，屈艺，母得志.浅谈医学学术型硕士研究生科研能力培养[J].教育教学论坛，2018，391（49）：54-56.

[8]李舜酩，辛玉.研究生科研创新能力的启发教育[J].创新与创业教育，2019，10（1）：124-127.

[9]朱顺钗.孔子“启发式教学”艺术在高校研究生课堂中的实践价值[J].科教文汇，2018，431（8）：27-28.

[10]王国建.在课堂教学中培养硕士研究生创新意识和能力的实践和探索[J].课程教育研究，2013（27）：37-38.

[11]汪雅霜，汪霞，付玉媛.“互联网+”时代研究生课程的发展趋势与改革策略[J].研究生教育研究，2018，46（4）：28-34.