研究生教育工程类课程“四维立体化”课堂教学模式探析

刘 义 ，刘继为，周爱兆

(1.江苏科技大学 土木工程与建筑学院，江苏 镇江 212003；2.河北环境工程学院 人文社科系，河北 秦皇岛 066004)

一、引言

研究生教育直接关系高层次创新人才培养。优化研究生人才培养模式，提升研究生教育教学质量，关系到国家提出的教育强国的重大发展战略，是中国迈向人才强国的重要内容。目前，学界对研究生教育问题的研究，主要包括域外经验引介和中国情境思考两个维度。域外经验引介方面，覃丽君等[1]分析了美国普渡大学工程教育学博士生的跨学科培养模式，该模式以工程教育学为学科基础，遵循工程学与教育学跨学科交叉与融合的逻辑，其实质是技术与人文这两种价值取向的交融。王红雨等[2]对加州理工学院机械工程学科的“五位一体”课程生态布局和明确学科目标、多元课程内容、保障学术自由的衍生逻辑进行详细阐述。刘进等[3]分析了麻省理工学院最新的NEET改革的内容，认为其以项目为中心、以串编课程为主要方式的新的课程组织模式值得国内参考。中国情境思考方面，黄明福等[4]提出新工科背景下可探索本硕博一体化贯通式培养模式。石碧等[5]提出“轻化工程”专业应基于传统和新兴生物质产业的共性科学和工程技术知识，构建厚基础宽口径的生物质科学与工程专业。李君等[6]通过对国内35所高校人才培养分析，挖掘了人工智能领域研究生培养存在的人才培养思路目标、学科建设交叉融合、课程教学方式方法等方面的问题，并从转变人工智能人才培养理念、加强人工智能学科建设、深化人工智能教学改革、优化人工智能教育生态等方面提出了优化建议。冯亚青、陈谦、余同普等[7-9]等学者则分别对天津化学化工协同创新中心、南京大学现代应用与工程学院、国防科技大学等院所的新工科教育改革经验做了阐释。上述研究拓宽了该领域的研究视阈，为本研究提供了有益参考。但既有研究的视角较多以高校为主体，探讨其在研究生教育改革工作中的作用或行为选择，一定程度上忽略了学生在人才培养过程中的主体地位。实际上，明确研究生的主体性，探索通过教育教学改革有效提高研究生课堂自主学习兴趣，培养研究生独立探索能力，挖掘研究生科研创新潜力，是培养创新性人才必须深入思考的问题。基于此研究理路，本研究围绕研究生培养兴趣、创新与独立探索三个基本理念，构建研究生工程类课程“四维立体化”课堂教学模式，以期通过教师与学生的协同互动，探寻研究生课堂教学的新思路、新途径和新模式，为高校研究生教育教学质量的提高提供有益借鉴与参考。

二、出发点：以点为始，找出问题

目前，我国研究生教育仍未脱离传统的“课堂讲授+课下练习”的教学方式，此类教学模式只强调“教”与“学”两个维度的培养过程，使得研究生课堂教学机械化、呆板化，忽略了创新意识及自我探索的科研意识的培养。此外，在实际教学过程中，由于研究生区别于本科生的特有的科研工作者储备人才身份，使有的学生对课堂学习兴趣索然，部分学生只是为了完成学校所规定的学分考核而不得不学，这也与部分高校重科研轻教学，教学方法和手段循规蹈矩、因循守旧，难以激发学生学习积极性有莫大关系。

研究生作为我国高层次的科研创新群体，其培养方式更应注重对其科研创新意识的激发和自我独立探索能力的培养。研究生创新意识的现实性转化即可以在专业领域内提炼出具有典型性、代表性的科学问题，自我独立探索意识的现实性转化即可以对其所提出的科学问题运用科学的方法进行分析和研究，进而将问题解决。因此，研究生教学应以能让学生快速精准地抓住隐藏在复杂工程中的关键科学问题为出发点，将这些关键的重点、难点问题进行深入的剖析与研究，并以点带面，以面入体，在解决问题的过程中，不断地进行横向的比较与纵深的探索，从而在比较和探索当中激发自身的创新潜能。因此，找出问题并生起疑情是研究生产生学习兴趣、激发自身创新潜能的源动力，通过对具有典型代表性问题的凝练与查找，能够“对学生的思想取向、行为趋向及内在需求做出客观判断，挖掘学生与教学内容的契合点，必将助力于课堂教学内容的合理设计，从而有效避免教学肤浅化、空洞化、疏离化等问题，增强课堂教学的针对性和时效性，提升学生的获得感”[10]。

引导学生精准地找到具有典型代表性的真问题，必须“在坚持问题提炼的广度、深度、梯度和灵活度的基础上突出学生的问题意识”[11]。找寻问题的本质在于增强思维的锐度，拓展思维的广度，突破固有的思维，在工程表面的狭缝中找到突破点，进而发现问题的本质，找出真正的问题。培养学生在全面透彻了解工程性质的基础上，抓大放小，抓住主要矛盾，不要纠缠于繁芜复杂的小问题中而一叶障目，放掉了真正要紧的大问题。此外，要以培养研究生创新意识、独立探索意识为根本前提，紧扣研究生教学培养目标，深化教学内容改革，在以问题为核心的“四维立体化”教学模式中，层层推进，最终达到培养人才的目的。因此，在具体教学当中，要主动解除学生思想上的束缚，引导学生敢于摒弃固定的思维模式和既定方法，鼓励学生发表不同见解并允许其出错，要积极发挥学生的主观能动性，大胆提出自己的想法和建议，主动用心发现问题[12]。

在具体授课过程中，教师要首先建立自己相关课程的问题库，问题库中所存储的问题来自于自身多年授课过程中对往届学生学习中所遇到的普遍重难点问题的总结，并将这些重难点问题按问题的重要系数进行分类，重要系数最高为弄懂弄通一个问题则整个授课环节便迎刃而解的问题。在授课之初，教师应将重要系数最大的问题预先告诉学生，并以学生的角度分析此问题提出的原因及其在讲授内容中所处位置，并让学生围绕这一类问题进行课程预习，在预习过程中要求学生围绕此问题进行相关文献检索，并将文献中对此问题的解释做笔记，在解释中鼓励学生发现并提出新的问题，不断地加强加深学生对于此问题的理解。最后，要求让学生将对问题的理解做成PPT并在后续课堂学习中进行现场展示。这种教学方式一方面可以在反复地提出问题和解决问题当中加深学生的问题意识，另一方面，又可以培养学生查找阅读文献的能力，使学生从本科阶段被动的“以学为主”逐步进入研究生阶段主动的“以研为主”，从被动地接受问题逐步过渡到主动地寻找问题。

三、导引线：以线为引，串联问题

传统的研究生教学多为“以本为本”，即以课本为基本教学素材，教师围绕教材对相关知识进行讲解，这在本科教育阶段是完全可行的，但研究生作为科研创新群体，其研究内容是普遍性和专业性的结合，即基础知识的普遍性和科研专题的专业性相结合，且如前所述，为了培养研究生的科研创新意识，研究生教学应以问题为导向，但目前高校所选用的教材大多难以满足这方面的要求，因此，对于研究生的教学方式应突破教材的桎梏，在相关科研领域内合理设置专题进行教学内容的讲授。

专题授课的教学方式可兼顾教授知识和引导创新两方面的要求，在教授知识方面，可将教师问题库中的问题隐入教学内容中进行串联式讲解，并以问题为导引，将讲授内容进行合理规划，由浅入深，由易到难，达到授业解惑的目的。而在引导创新方面，可首先将预先布置给学生的问题进行讲解，并详细分析问题提出的原因、角度、方法及目的。在学生PPT展示当中，引导学生对其所展示的内容进行互动和讨论，并有针对性地对学生所展示的内容进行探讨和点评，探讨过程中同时引导学生对其问题的理解角度和理解过程进行深度的挖掘和剖析，即对于这个问题为什么会这样理解、在解决此问题经历了哪些过程、在解决过程中又遇到了哪些新的问题、这些新的问题又是怎么解决的。在重述发现问题-解决问题的过程中，不但使得学生对于问题的理解更加深入和透彻，也使得学生对于解决问题的分析思路从不断的探索阶段逐步进入到规律总结阶段，从而探索出一条适合自己的解决问题的思维方式，为后期的科研创新打下基础。

在专题内容设计当中，还应注意以下两个问题。首先，专题内容应以教学大纲为依据，并做到三个结合，即深浅结合、新旧结合、独立与统一结合。深浅结合即讲授内容应由浅入深，环环相扣，层层递进，在讲授基础理论知识的同时，深入挖掘专题内容内涵，尤其对于具有工科背景的研究生教学，应将专业理论与工程实际相结合，夯实学生的专业理论基础；新旧结合即在讲授传统的专业理论知识的同时，应将行业最前沿的理论及技术展示给学生，并采用互动交流的教学方式组织学生对其进行交流与探讨，一方面可提振学生的学习兴趣，另一方面可将概念性的创新理念转化为实际的创新工程理论及技术，可使学生进一步理解创新的方式及途径；独立与统一相结合即每一个专题在内容上既是相互独立的，在整体上又以教学大纲为基础，其教学的专业性与技术性又是相统一的，专题讲授要打破传统教材的束缚，内容上不需要面面俱到，其讲授的基础知识只服务于本次专题内容，拣其主要，弃其次要，将更多的教授时间留给专业理论与创新意识的培养上。除此之外，笔者认为，研究生教学应讲究课上课下相结合的教授方式，即课上教师介绍基础理论与前沿知识，课下学生主动对这些知识进行消化吸收，并将相关专业知识与自己所研究课题进行深度融合，并与导师或授课教师进行交流探讨，充分发挥自身的主观能动性，进而培养自己深度思考的能力。其次，在每个专题结束后，设置专题兴趣研究小组，小组成员可根据所学习的专题内容进行发散式思考，提出相应的研究性小课题，对小课题的研究意义、目的、内容和方法进行概括性论述，最后以作业的形式提交，小课题内容以创新性为主要原则，对内容的严谨性和准确性可适当放松要求，目的主要在于让学生逐渐由被动的输入性学习向主动的输出性创新过渡。

四、扩展面：以面而张，扩展问题

工程类研究生教学应为将学生培养成为研究型和应用型的复合型高端人才奠定基础[12]。专题教学是在课堂上对于专业知识的深入挖掘，并在预留问题串联讲授的基础上培养构建研究生的创新思维体系，增强研究生思维的锐度。但研究生作为科研创新群体，只有思维的锐度是不够的，还应拓宽思维的广度，其主要途径为实践性教学环节和教师教学案例库的建立。

工程类学科是以数学、物理等基础学科为基本原理，结合生产实践积累下来的工程经验所发展起来的学科，因此，脱离了实践的工程类学科专业只能是纸上谈兵，实践性教学环节可以让学生理论联系实际，培养学生专业素质，提高学生的工程意识、创新意识和独立探索意识，对学生综合能力的培养至关重要[13]。

在实际教学过程中，教师应主动引导学生带着问题走出课堂，在工程实践中探索新知，将课堂上专题串联讲授的问题拓展开来，从实际的工程技术经验中验证问题提出及解决方法的合理性，将包裹在工程外面的层层表象揭开，使问题的本质暴露出来，达到彻底理解工程专业问题的目的。

除此之外，在工程类研究生课程的教学过程中，教师应有意地将案例教学法引入实际教学过程当中。案例教学法是以研究实际问题为中心，有助于引导学生针对特定问题情境，综合运用所学的多学科知识去分析和解决问题，对于培养工科人才的实践性和综合性很有帮助[14]。因此，教师应针对自身的专业特点，综合采用视频演示、实物介绍、BIM及数值模拟等多种教学手段，打造自己的教学案例库，在案例教学中，教师应对案例中具有代表性的典型性问题进行深入讲解，对问题的起始发现、凝练过程、解决方法及手段进行详细的介绍和解释。通过专题授课对案例的综合分析，可强化研究生发现问题、凝练问题的创新思维意识，提升研究生分析问题、解决问题的独立探索新知能力。

五、激发体：以体而入，激发潜能

“四维立体化”教学模式的真正落脚点应转“被动”为“主动”，让专业知识“被动的输入性学习”转化升级为“主动的输出性创新”。激发体即激发研究生的科研创新思维体系，并以扎实的专业知识为依据，以问题为切入口，激发研究生的求知欲及创新意识，真正地达到思维创新的教学目的。

教学过程中，激发研究生科研创新的教学途径主要有以下两个方面。一是专题讲授结束后的小组研究性小课题，二是课程结束后的综合性研究课题。首先，由教师根据专题讲授、实践认知或案例解析来指定课题研究范围。其次，由学生现场陈述研究概况，教师应对学生的研究内容、方法等进行综合评判，根据学生自身情况对课题的大小难易进行点评。再次，学生根据选题情况对课题进行深入研究分析，并以标准期刊模式撰写研究论文或报告。最后，教师对学生课题完成情况制定综合的评价标准，如对小课题概括性论述质量、研究论文(报告)的创新情况以及课堂、实习中的交流效果等进行比例权重分配。通过评价，指导学生认识到自身的差距和不足，进一步引导学生建立健全其创新思维体系。

综上，由于研究生教育应更注重其创新意识及自我探索的科研意识的培养，因此，在研究生课程教学的“四维立体化”课堂教学模式中，兴趣、创新、独立探索三个基本理念将始终贯穿于每一个教学环节中。其中，又以兴趣为根本，教师在各个教学环节的编排中，都要以学生的兴趣需求为基本出发点。具体教学过程中，以兴趣为引，通过研究生的独立思索，发现并提出复杂工程中隐藏的关键性科学问题，是为科研创新培养的“出发点”，将所提出的各个问题隐入教学内容中进行专题串联式讲解，培养学生独立探索出适合自己的解决问题的思维方式，增强其思维的锐度，是为科研创新培养的“导引线”。将课堂上专题串联讲授的问题通过工程实践及教学案例库横向拓展开来，拓宽研究生思维的广度，培养研究生在工程实践中通过独立探索找出问题的本质，强化研究生发现问题、凝练问题的创新思维意识，是为科研创新培养的“扩展面”。最后，通过研究生对小组研究性小课题、课后综合性大课题的独立完成，激发学生由“被动的输入性学习”转化升级为“主动的输出性创新”，强化研究生创新性思维的深度，是为科研创新培养的“激发体”。通过以上四个环节的培养，使学生由兴趣出发，从独立的发现问题开始，最终达到主动的输出性创新的课程教学目的，使研究生教学不再局限于传统的“教”与“学”两个维度的培养模式，而在此基础上增添主动创新性输出的新维度，并综合贯穿于各个教学环节的“兴趣”维度，使研究生教学呈现出教、学、主动创新性输出以及兴趣的“四维立体化”教学效果，从而有效提高研究生教育教学质量，达到培养高层次创新人才的教学目的。

六、结语

研究生作为我国的高层次科研创新群体，其培养方式应注重对其科研创新意识的激发及自我独立探索能力的提高。以“出发点”“导引线”“扩展面”“激发体”为体系的工程类研究生课堂教学方式，围绕兴趣、创新与独立探索三个基本教学理念，而形成了教、学、主动创新性输出、兴趣的“四维立体化”课堂教学模式，教师通过建立问题库、设置课堂专题、加强实践、建立案例库并精心设置研究课题、建立综合评价标准等途径，引导学生建立创新思维体系并在发现问题、分析问题和解决问题中不断提高自身独立探索的科研创新能力，最终达到培养高层次创新人才的教学目的。