科教融合下的研究生课程教学改革实践——以“数字支持设计理论及应用”课程为例

李 成

（中国矿业大学 建筑与设计学院，江苏 徐州 221116）

引言

研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务经济社会发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用。科教融合是当今世界一流大学的核心办学理念，也是我国深化研究生培养模式改革，提高人才培养质量的必然选择［1］。科教融合模式下的教学活动强调将教学与科研紧密结合在一起，把科研平台转化为教学设施，促进科研成果向教学资源转化，从而从根本上解决传统教学无法满足时代发展对人才质量需求的问题，提升研究生创新能力、实践能力以及发现问题、解决问题能力［2］。

近年来，随着大数据、人工智能、云计算、孪生城市、虚拟仿真等新一代信息技术高速发展，城乡规划范式正在经历着快速的转型，规划设计师需要通过海量数据获取和高精度的模拟分析来开展规划编制工作，这不仅对规划设计师的素质提出了更高的要求，同时也促进传统的城乡规划学研究生培养模式与时俱进而提出改革实践。基于科教融合理念，培养城乡规划学研究生的新型数字驱动规划思维，是城乡规划学适应新时代信息技术发展和规划转型，培养规划领域创新型人才的必然选择。同时，科教融合理念对城乡规划学专业相关课程的教学模式提出了新的要求［3］。

中国矿业大学面向城乡规划学研究生开设的“数字支持设计理论及应用”课程是研究生培养过程中的专业核心课程，该课程旨在通过讲授数字支持设计理论、分析实践案例、组织实验等方式，使学生了解数字支持技术的理论框架和前沿研究方向，掌握数据驱动下的空间规划的方法，提高学生使用现代数字化技术手段分析和解决规划问题的能力。该课程对培养城乡规划学研究生的实践能力，培养数字思维，形成职业技术支撑具有重要意义。以科教融合理念为指引，分析课程教学现状以及存在的不足，结合目前数字规划领域发展现状重新定义该课程的教学改革目标，并提出该课程的教学改革实践探索。

一、教学现状及存在的问题分析

（一）教学内容设置与规划实践脱节

“数字支持设计理论及应用”课程教学目标不仅要使学生能够理解掌握数字规划设计的基本概念和原理，还要培养学生实际动手去收集、处理、管理和分析真实的城市空间数据，以及运用数字规划的手段与技术去进行城乡规划的能力。例如，需要让学生掌握如何利用空间数据开展国土空间规划中的“双评价”，基于手机大数据分析的公共服务设施空间布局以及基于三维数据的城市空间建模等。但目前课程教学主要以理论知识为讲授的重点，将理论与实践内容分开教学，致使学生对数字规划相关内容只是感性认知，并未上升至理性层面。在教学内容安排上，涉及数字规划领域的前沿技术与科学研究缺乏，教学内容的设置与信息化时代规划领域的发展相脱节。在数字规划科研过程中会存在时空数据获取困难，数据格式的不统一，时空模拟精度低等各种问题，但是教学内容的设置使学生接触实际问题的机会较少，对所学各种技术手段的应用能力欠缺。

（二）教学模式传统单一

随着人工智能、大数据等技术在规划领域的推广应用，促使课程内容不断翻新，知识点的数量与难度加大，且需要学生的创新思维与协作能力。但课程的授课课时没有随之增加。课程扩容与课时不变在一定程度上增加了课堂教学的难度。传统的研究生教学过程所采用“满堂灌”方式虽然能够在有限时间内将大量知识点传授给学生，但是，这种教学模式过多强调知识传授，学生也习惯于被动接受知识灌输，从而导致对学生在数字规划设计方向的科研素养培育较为欠缺［4］。

（三）考核方式与创新能力培养不匹配

“数字支持设计理论及应用”的传统考核方式以总结性的期末笔试为主，兼顾平时的课堂表现和作业。学生往往是为了应付考试，对知识点进行突击学习，无法深入理解数字技术在规划领域发挥的作用。考核的内容也基本上来自书本，没有从真实的科研项目提取素材。例如，基于可达性分析的城市公共服务设施优化布局的知识点考核中，往往只关注可达性计算模型，以及数据处理步骤，而忽视了对知识点综合应用能力的考查。真实的科研项目则涉及道路数据的获取、路网的构建、可达性计算、多方案比对等全流程。这些在传统的考核方式中很难涉及到，因此难以对学生的创新能力和运用知识解决问题的综合能力进行准确的评价。

二、科教融合下教学新机遇与教学改革目标

以“数字支持设计理论及应用”课程教学为例，在科教融合理念下，以培养学生数字驱动思维为目标，结合目前课程教学过程中存在的不足之处，将科教融合与学生发展为中心的人才培养理念贯穿于教学过程中，提出科研赋能教学的新机遇与改革目标。

（一）提升教学与科研关联度

将科研与教学深度融合，教学中采用不同的科研应用场景，借助数字规划技术从不同实践需求入手解决实际存在的科学问题，在不突破课程教学大纲的前提下，将最新的研究成果引入课程教学中，使学生充分了解学科发展动态，规划领域的前沿科技［5］。同时将教学的重点从教材拓展至科研项目中，将目前主要的科研问题抛给学生，让学生思考并进行解答，鼓励学生应用课堂所学理论知识解决科研问题。形成科研与教学有效融合、相互支撑的局面，为培养创新型规划人才提供强有力的支撑。

（二）形成多元化教学模式

传统的教学模式以教师讲授为主，只能为学生提供“记忆”和“模仿”这种单一的认知经历［6］，而忽视了学生的认知主体作用，不利于培养创新能力。科教融合理念主张教学模式要具有多样性和灵活性。通过将科研引入教学，在教学过程中形成“科研情景呈现—科研问题提出—思维发展训练—小组协作学习—学习效果评价”的多样化教学环节。在各个环节中，需要采取涵盖教师讲授、翻转课堂、分组研讨、自我总结等多元化的教学模式，从而搭建了面向不同教学环节的“多元化”教学方法，效果良好。

（三）激发学生学习兴趣

通过科研赋能，将数字规划领域中的新知识、新技术、新思想引入到传统课堂教学中，并针对例如规划大数据挖掘、人工智能规划、数字孪生城市等某些前沿技术与理念展开深入交流讨论与思想碰撞，从而能够激发学生学习兴趣。此外，在科教融合理念下，教学可采用“问题导向、项目牵引”的方式，学生能够将所学理论知识运用到实践中，并且可能在实践中遇到新的问题，进而激发学生的学习兴趣和学习动力，培养自主思考与学习的能力。

三、科教融合下课程建设的探索

（一）教学内容

在教学内容的遴选上，应明确不同知识点在课程体系中的位置、作用与相互作用关系，从而为学生由浅入深的学习提供良好的实施体系架构。将“数字支持设计理论及应用”课程学习中的数字城市重要概念、空间数据分析基本原理、城乡规划空间分析方法、大数据规划应用和智慧规划实现手段、应用案例等设计成关联紧密的专题模块，从而为“讲授—实践—研讨—探究”为教学链条提供的课程内容体系。科研与教学在内容上相互渗透，将教师高质量的科研成果与经验转化为教学内容，运用于课堂教学中。将数字规划领域科研成果中的新技术、新观点、新思想通过教学传递给学生，对一些较为陈旧的内容进行更新。

“数字支持设计理论及应用”强调理论与实践并重，因此，在科教融合理念下，将真实科研项目引入教学内容中，并结合相关理论知识点，进行深入解读，让学生进行实践操作，从而加深对知识点的理解。同时，针对实践操作中存在的问题和难点，由教师组织学生进行研讨与深入探究。例如，在开展城乡规划空间分析方法教学过程中，引入教师承担的某地区国土空间生态修复规划项目，将生态敏感性分析的子任务交给学生，由学生提供数据列表，收集相关数据，进行生态敏感性指标体系构建、指标计算、加权叠加等分析，从而让学生充分认知和理解空间分析方法的基本概念、原理和实践应用。

（二）教学模式

对研究生的培养，从传统课堂教学所关注的知识与领会层面的浅层学习阶段，拓展到运用、分析、综合与评价的深层学习阶段，从而产生批判思维和创新能力的高阶思维。课程知识点的讲授紧密围绕现实的热点问题，例如在讲授“空间分析”部分内容时，紧扣当前我国的国土空间规划体系建设以及国土空间规划中的双评价，结合国家自然资源部发布的《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（试行）》相关文件，将“发现问题—分析问题—解决问题”的思考过程融入到知识点的讲解过程中，引导学生针对如何将空间分析功能应用到双评价这个现实问题进行深入思考。

采用“基于问题和项目组织学习”的教学模式，以科研项目代替部分课堂教学，以真实的科研项目为重要的教学素材，通过小组团队合作去解决实际遇到的问题。首先让学生自选研究课题，制订具体研究计划。在教学中充分发挥学生的主体性，激发学生的创造力。每个小组选取一个在能力上和时间上可行的研究课题，并围绕该课题在课后制订较为详细的研究计划，并在课堂和线上平台与教师和同学们讨论，培养学生的批判性分析能力。

以信息技术为课程教学的主要支撑。通过搭建线上的微信公众号和论坛，将课堂教学过程中涉及的学习资料、项目资料、任务书以及相关数据提交网络空间，增加材料的可获取性。同时，定期推送关于规划大数据、机器学习辅助规划等方面的应用案例，让学生能够在传统线下课堂之外接受知识的传授，利用碎片时间获取知识。学生可借助网络平台与授课教师进行互动，反馈在学习过程中遇到的难点与问题，使教师及时了解学生的学习效果。在课堂上，教师利用有限时间开展引导性的知识讲授，组织师生互动、学生之间的讨论，引导学生进行问题的分析和探讨，营造一个有序、宽松、自主思考的课堂氛围。线上线下相结合，扩展了课堂的时空，搭建了一个自主学习的“社区”，从而有效提高了教学效率，解决了当今社会知识点爆炸式增长与有限教学课时的矛盾。

（三）综合性考核体系建设

课程考核能够较为准确地体现教学效果，可以反映出学生对知识点的认识与理解情况。在科教融合理念下，教学的目标不是让学生重复和接受已有的知识和技能，而是以问题为导向，结合实际科研项目，养成学生高度自主学习、思考的行为。因此，课程考核不仅要关注期末的总结性评价，更要以培养学生问题意识与自主创新能力为考核的主要目标。在教学改革过程中，打破以总结性评价为主要方式的考核，构建了一套过程性考核为主、总结性考核为辅的考核方式。以学生为中心，从课程的参与度、知识点的认知、创新能力、团队协作四个维度进行评价，进而促进学生综合科研素养的提升。

科教融合下，“数字支持设计理论及应用”考核方式主要强调以下四个方面：（1）日常考勤，包括传统课堂教学与课下教学平台，该考核评价贯穿于教学全过程；（2）对各个主要知识点的认知与掌握情况，该方面的考核评价位于教学过程的前期；（3）针对各种真实科研项目中所存在的问题以及自选研究课题的讨论情况，学生思考问题、解决问题的能力，该部分的考核评价位于教学过程的中后期；（4）在整个学习过程中与同学之间、教师之间的交流协作情况，该部分的考核评价贯穿于教学全过程。在每个阶段的考核评价后，教师根据学生的考核结果给予及时的反馈，让学生能够了解在课程学习过程中的不足之处与所取得的进步。给予考核评价结果，教师也会及时调整完善教学内容、教学模式与教学方法，从而培养研究生主动思考、深入探索的科研精神。

结语

数字规划新技术、新理念、新思想的飞速发展，为城乡规划学研究生培养带来了新的挑战。同时，国家创新驱动发展战略的提出对高校的人才培养提出了更高的要求。针对“数字支持设计理论及应用”的课程内容和特点，将科教融合理念充分融入教学中。围绕创新型人才培养目标，通过科研赋能教学，以科研问题为导向，提出以“讲授—实践—研讨—探究”为主线多层次教学策略，运用多元化教学模式，构建包含课程的参与度、知识点的认知、创新能力、团队协作四个维度的课程考核体系。以科教融合为基本方法的教学改革，能够整合教学和科研活动，有效利用现有的教学资源和科研成果，提高学生的实践能力和创新能力。