工科研究生专业课教学改革的探索与实践

李广强

(大连海事大学船舶电气工程学院 辽宁大连 116026)

当前，我国经济社会的繁荣进步，对高层次合格人才的需求量日益提升，也促进了研究生教育水平的不断发展与提高。2020 年7 月，习近平总书记对研究生教育工作做出重要指示，强调要瞄准科技前沿和关键领域，完善人才培养体系，加快培养国家急需的高层次人才，为坚持和发展中国特色社会主义、实现中华民族伟大复兴的中国梦做出贡献[1-2]。研究生教育担负着高层次创新、创造型人才培养的重要目标，如何培养、造就与我国经济社会发展需求相适应的大批高质量人才，已成为研究生教育领域面临的重大而紧迫的任务[3]。

自20世纪末以来，我国研究生教育规模实现了跨越式增长，目前在校研究生数量已位于世界前列。但与此同时，研究生培养质量与国家对高水平人才需求之间的矛盾也日益凸显。在我国社会主义进入新时代和世界科技发展日新月异的背景下，对研究生培养质量也提出了比以往更高和更全面的要求。研究生教育重在创新思维和创造性研究能力的培养，贯穿于课程学习、科研实践和学位论文工作等各方面，系统而严谨。而课程学习是整个培养系统的基石。在此要求和背景下，探索适合我国高层次专门人才培养需求，有助于保障和提高研究生专业课教学质量的方法措施，具有一定的现实意义和实用价值。

1 研究生专业课教学现存的若干问题

当前，社会和科技的快速发展，对研究生教育提出了巨大的挑战。就课程教学而言，结合作者的教学实践，总结出存在以下一些典型的问题。

1.1 在学时数减少情况下保证教学质量的问题

对于工科研究生教学而言，随着大数据、人工智能等新学科的迅猛发展，与相关的传统工科领域相结合并对其加以改造，在培养方案内体现为具有新技术和新方法的课程日益涌现，致使专业课向着更加多样化、少学时的方向发展。比如:大连海事大学控制科学与工程学科，对硕士研究生先后增加了“嵌入式系统”“机器学习”“多机器人协调控制”等专业课，相应地，每学分由18 学时减为16 学时。但课程大纲中对学生的总体要求并未降低，甚至随着科技的发展还有所提升，这也意味着相关课程的学习难度增加了。因此，学时数减少和保证教学质量之间存在着矛盾。

1.2 课堂教学中教师和学生角色转变的问题

研究生经过4 年的本科教育，已经掌握了本学科最基本的思想、理论和方法，不再是一无所知的“门外汉”。但目前我国高校仍然存在着不少传统的“填鸭式”研究生教学方法。虽然其课堂效率较高，但是容易养成学生“等着喂”的“懒汉”思想，这对于研究生创新和创造性思维，自主性学习和实践能力的培养极为不利。所以，教师要严格区分本科和研究生课堂，在研究生教学中，教师和学生都应注意角色的转变，教师更要勇于教学创新，学习掌握新理念，淡化课堂中教师的主导，提升学生的地位，使两者之间逐渐演变成对等主体的互助性“学友”，真正把学生请进课堂，提高学生学习的积极性和主动性。

1.3 课堂理论教学与科研实践相结合的问题

工程学科的普遍特点是理论性强，且具有鲜明的工程背景和较高的实用价值。对于很多工科专业课来说，课程理论和工程实践应当是密不可分的。然而当前研究生教学中，普遍存在着两者割裂的现象，即注重课堂理论教学，而忽视相关知识的实践应用。所谓的“理论联系实际”，多是仅仅增加几个验证性的实验。这样的教学不便于学生全面系统地理解和掌握课程理论知识，更不便于研究生创新性科研实践能力的培养。因此如何结合课程实际，将书面知识与科研实践相结合，是关乎为我国培养创新和实践能力强，具有竞争力的高素质复合型人才的关键问题。

1.4 成绩评定不科学和教学质控体系的构建问题

当前对研究生专业课成绩的评定，往往主观性和随意性成分较多，诸如仅仅是提交课程结业论文，或是期末一张试卷，平时成绩更是只有课程作业甚至是课堂出勤。科学、客观、综合地给定成绩，可激发研究生主动投身全方位教学实践的积极性。另外，当前教育界已普遍重视课程教学质量闭环控制体系的建设[4]，但其中关键的反馈机制如何构建，能够更加有效和具有可操作性，是值得进一步探索的问题。

2 研究生专业课教学改革途径及实现

针对上述给出的几点问题，基于作者在笔者学校控制学科为硕士研究生讲授《现代优化技术及应用》的教学实践，给出如下具体的教学改革途径与对策。

2.1 基于混合式教学的师生“平等主体”课堂

随着信息和互联网技术的飞速发展，线上、线下混合的教学模式已日益普及[5]。特别是近几年全球疫情的蔓延，客观上也促进了该教学模式的推广和提高。

当前，课程学时减少与保证教学质量之间的矛盾日益明显。为缓解此问题，贴近年青一代从小在网络上查询和学习的行为习惯，该校在网络教学上已投入的Blackboard 系统等平台，辅以校图书馆的多种数据库资源，对所授研究生课程采取了混合式“平等主体”的教学模式，鼓励学生充分利用网络的资源和便利，使线上学习讨论与线下课堂教学各尽所长，优势互补，在课程全周期淡化传统的教师“主角”地位，打造师生“平等主体”的新型关系，让师生成为探索和学习知识的“学友”，以调动学生的积极性和协作性，共同促进课程教学质量的整体提高。

课程开始前可在Blackboard 系统创建其教学平台，并将教学大纲、教学日历等上传到该平台。在每一章开始前也可将该章的教案和课件、需要课前学习的资料及内容链接、难点解析和指导文件，乃至相关知识点的教学视频等分类上传，方便学生预习和自学。课堂教学过程中，基于研究生的知识基础和培养目标，采用“平等双主体”的思想组织教学活动，教师负责课程“引进门”，重点在于通过绪论和理论基础等章节，把该课程的基本思想和基础算法讲清楚，然后建立学习小组，每组分配不同优化算法以及算法的工程应用等学习任务，要求学生课下利用线上平台的资料自学及小组间互学，将学习任务涉及的相关知识理解和掌握，然后制作PPT在课堂上汇报与讨论。讨论与提问在学生之间，及师生之间广泛进行，真正地做到师生“地位平等”“共同学习与提高”，同时进行各小组汇报质量的评议与打分，作为课程最终成绩评定的一部分，以调动学生的学习兴趣和积极性，培养其自主学习和团队协作学习的能力。课后可在网络群随时进行答疑，而复杂或带有共性的问题亦可组织集体的基于网络平台的答疑与讨论。方便师生间的沟通，提供便捷的讨论和解决问题的通道。由此，在课前、课中和课后各环节，充分将信息和网络技术引入，线上和线下混合，师生“平等主体”地参与教学活动的全过程，弥补学时数减小的影响，以全面地提升课程教学水平。

2.2 面向科研实践导向的教学

研究生是科研活动中思维最为活跃的力量。工科研究生专业课程将书面理论与科研实践相结合，可使学生在更深层次、更高视野，理解和掌握相关知识，亦便于学以致用。兼顾该校控制学科的“港口船舶及海洋工程”科研实践特色，把专业课理论融入科研项目的探索和研究之中。用基于项目的科研实践激发学生的研究兴趣和创造精神，理论联系实践，开展面向科研实践导向的教学方法。

具体而言，结合笔者多年来主持和承担的各种科研项目，给出了工程优化设计问题的实例库，其中含有跟踪最新科技发展的主题库，如自动化集装箱码头联合调度优化，以及瞄准相关科技前沿的主题库，如智能水下机器人的最优控制与路径规划等。自动化码头[6]自20 世纪90 年代从荷兰鹿特丹港发端，至近10 年来厦门远海、上海洋山港四期和青岛港全自动化码头的陆续建成和投入使用，使我国在研发和应用该技术方面已居于世界前列。“自动化码头”主题库中含有基于作业面运输任务的AUV 路径规划，堆场自动龙门吊ARMG优化调度等若干实际问题。这些设计问题的参数和数据均来自当前运行的自动化码头，紧跟这些最新的科技应用，开阔了学生的视野，也强化了其深入科研，为国服务的使命担当。而随着各国对于海洋资源开发和利用的不断深入，水下机器人技术[7]已成为当前智能机器人相关领域的研究热点和学术前沿之一。“智能水下机器人”主题库中含有定深和下潜航行、定常和时变海流场，及多种海图海况等若干实际问题。瞄准这些科技前沿问题，鼓励学生探索和研究，有利于培养学生的科研实践能力和创造精神。

在课程教学后期，学生已掌握了最优化的基本理论和算法。让研究生从实例库中选择自己感兴趣的实际问题，进行文献检索和资料整理，采用库中所给的工程数据，建立数学模型，运用课堂学习的优化算法，编写实现程序并运行求解，然后对结果进行分析和整理，最后以此撰写课程设计报告，作为期末学生成绩评定的一部分。同时鼓励学生将报告中的相关研究成果充实完善后，发表论文或申请专利。

以上叙述内容，可帮助学生把抽象的理论及算法，落实在科研实践之中，将研究生吸引到科学研究的最前沿，调动其研究兴趣和创造性，为培养祖国需要的创新、学习和实践能力强的高层次人才奠定坚实的基础。同时也在潜移默化之中，逐步培养了学生深入实践、独立研究与严谨探索的科学精神。

2.3 全过程综合成绩评定和闭环教学质控系统

为面向教学全过程，充分激发学生学习和研究的积极性和创造性，需要给出科学而客观的综合课程成绩评价体系，尽可能让学生将时间和精力均匀分布于整个教学过程，而不是期末“临时抱佛脚”。提出通过文献综述、课堂汇报和讨论，以及基于实例库问题编程求解的课程设计报告这3 个方面内容，给予学生最终成绩的综合评定。三者在最终总成绩的权重，可根据实际教学情况设定，笔者多用30%、30%、40%。此综合评定方式，有利于强化学生独立学习和在团队中协作学习的平衡，锻炼其检索文献和撰写科技文档的能力，倡导运用课堂所学理论知识，求解复杂实际工程问题，也有助于培养研究生严谨规范，注重实践的工匠精神。

近年来，各类课程教学质量控制系统的建立已受到教育界人士的普遍重视。闭环教学质控系统具有更高的控制精度，因而被广为应用。在闭环系统中，反馈通路的建设非常关键。当下常用的做法是在课程教学结束后，通过整理学生成绩，撰写“成绩分析和总结表”，有些辅以“网上评教”之类的方式形成信息反馈。但没有从课程教学的最大“资源”，即学生中面对面地直接获得反馈信息，因而使闭环质控系统的偏差改进能力也有所降低。考虑到研究生专业课选修人数通常不是太多，尝试利用当面访谈和问卷调查的方式，构建闭环系统的反馈机制，力求改善上述缺点，以提高闭环教学质控系统的性能。每堂课结束后，根据学习内容拟定调查问卷，直接在教学网络群或Blackboard 系统推送调查问卷，邀请学生对此次课堂的教学目标掌握情况进行评价，分为“完全满意”“满意”“基本满意”“不满意”“完全不满意”等选项，并有“改进需求”等选填区。而在课程教学完成一个阶段，特别是整体结束后，邀请全体学生（人数多时也可邀请部分有代表性的学生）进行面对面访谈。在疫情等条件所限时，亦可在网络会议平台上进行访谈。访谈主要围绕：学习课程前有什么基础，对优化有何认识；课程中遇到了什么困难，如何解决的；课程结束后有何收获，及对以后的课程教学有何建议等内容进行。在访谈结束后形成访谈纪要，并和上述问卷调查结果，连同期末成绩一起形成反馈信息，构建整个闭环教学质量控制系统，可多年纵向对比，促进课程整体教学质量的不断改善和提高，具体如图1所示。

图1 具有调查和访谈反馈的闭环教学质量控制系统

3 结语

在我国经济社会高速发展，对研究生培养质量提出了更高、更全面要求的背景下，基于作者的教学实践，针对当下工科研究生专业课教学中存在的几个问题，对应地提出了相关教学改革途径与对策，主要有：将线上、线下混合式教学方式引入，推进发展师生“平等主体”的课堂；开展面向科研实践导向的教学；进行全过程综合成绩评定和闭环教学质控系统的建设。在近3 年的教学实践中，共有27 位硕士生选修了讲授的优化课程，考核结果为成绩优秀者9人，占33.3%，良好13 人，占48.2%，中等5 人，占18.5%，没有及格及以下的学生。学生对课程“非常满意”和“满意”的比例分别为81.8%、88.9%、89.1%，有稳定且逐年提升的趋势。指导的一位研究生基于实例库中的设计问题，以机器人路径规划为工程背景完成了学位论文，且在读期间改进和充实其课程设计报告，发表学术论文3篇（均被EI数据库收录），并获得了硕士研究生国家奖学金。此外，该课程还获得了该校研究生优质教学奖。

上述数据和获奖，表明所提教学改革措施在实践中取得了一定的成效，可激励学生科学研究和学习创新的兴趣，强化书面知识与科研实践相结合，更有利于全面型高层次人才的培养。所提途径和方法亦可推广应用于其他相关课程的教学之中，具有一定的探索和实践意义。