创新设计与实践课程研究性教学改革设计与实践

摘" 要：研究性教学是一种以培养学生研究意识、研究能力和创新能力为目标的教学模式。根据研究性教学的内涵，针对创新设计与实践课程特征，通过项目驱动、跨学科合作、实验与模拟教学等策略实施研究性教学。实践结果表明，该教学模式显著提高学生的知识应用能力和创新能力，为应用型高校培养高素质创新人才提供有效路径。

关键词：研究性教学;创新设计;应用能力;实践教学;跨学科合作

中图分类号：G642" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2096-000X（2025）05-0132-05

Abstract： Research based teaching is a teaching model aimed at cultivating students' research awareness， research ability， and innovation ability. Based on the connotation of research-based teaching and the characteristics of the course Innovative Design and Practice， research-based teaching is implemented through strategies such as project driven， interdisciplinary cooperation， and experimental and simulated teaching. The practical results show that this teaching mode significantly improves students' knowledge application ability and innovation ability. The study provides an effective path for application-oriented universities to cultivate high-quality innovative talents.

Keywords： research-based teaching; innovative design; application ability; practical teaching; interdisciplinary collaboration

随着网络技术和资源的普及，传统的知识传授方式面临挑战。学生通过互联网可以获得大量信息，传统课堂教学效果不佳。为应对这一现象，许多高校开展了研究性教学改革，旨在通过研究性学习提高学生的创新能力和实践能力。本文探讨了创新设计与实践课程的研究性教学改革，展示了具体的实施策略和实践效果。

知识是一个动态发展的过程，但目前的知识传授大多是以静态预成的方式进行，忽视了知识的形成规律，强制性地灌输给学生，导致教学效果不佳。为了提升学习效果，教育部出台了《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》，明确提出“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”。针对地方应用型高校来说，培养大学生的应用能力是应有之义，在此基础上培养学生的应用创新能力和实践创新能力是锦上添花。采用研究性教学方式，开发出知识递进、能力进阶、关联内化和迁移应用的渐进提升的教学内容，设计出“头脑风暴”“仿真设计”“实战演练”的教学层次，提高学生的课堂参与度、提升学生的学习效果和学习能力，从以教师为中心的传授知识教学转型为以学生为中心的习得知识的研究性教学。

一" 创新设计与实践课程实施研究性教学的必要性

以教师为中心，以传授学科知识为主的传统教学模式，在工业化开始时期短时间内实现了知识的大规模传播，快速有力地提高了人口素质，推动了生产力提升和社会发展。随着大规模生成式人工智能（AIGC）如ChatGPT、Sora等的出现，设计和制造技术的发展速度加快，导致以学科为主的传统设计方法跟不上设计技术的发展甚至落后于社会应用，以至于培养出来的人才不能满足社会发展对人才的需要。

第一，传统以学科体系为主的知识传授注重知识体系的完整性，以知识的系统性、完整性和多寡来衡量教育或者学习的成效。人工智能（AI）时代，目前ChatGPT能够与用户进行自然语言交互，而且掌握了大量的专业知识，其记忆能力和计算能力远远超过人类。可以想象，未来AI大模型经过专门领域的训练之后，知识的广度和深度会超过该领域的专业人士[1]。因此，以掌握知识的多寡来衡量学习者的学习效果已经没有说服力了。因为AI时代，知识的获取变得更容易了。

第二，学习者的学习方式多元化，教师的中心地位不保。传统的授课方式以教师为中心，以教材为主要内容，教师讲什么学习者学什么，针对所有学习者，教师依照统一标准讲授同一内容，学习者没有自主权，不能选择。这样的教学模式一是忽视了学习者的个体差异，不能因材施教，不考虑具体个体兴趣、水平和学习能力;二是AI时代课程内容的产生和供给方式发生了深刻的改变，大规模在线开放课程（MOOC）、国家智慧教育平台的出现使教学内容从供给端转向了需求端，学习者可以根据自己的需求和兴趣选择学习内容和方式。

第三，“数字教师”“虚拟教师”能够提供丰富的教学资源、沉浸式的教学场景、个性化的交互方式，这些都大大降低了传统教师知识传授的工作量，而且能够引起学生的兴趣。如Sora可以直接将文字、图像、已有视频转化成全新的视频内容，并可视化呈现复杂、抽象的知识概念，从而提高学生的理解能力，并丰富教学内容;可以帮助教师实现教学资源的有效整合，汇总不同学科的知识创建综合性的教学视频，在丰富教学内容的同时拓宽学生的学习视野，使其形成完整的知识体系。

研究性教学是以研究的方式从事教学工作，区别于灌输式教学[2]，是在“研究中从事教与学的活动”[3-4]，研究性教学虽然同时具备“研究”和“教学”，但“研究”是形式，“教学”是目的[5]，通过研究的形式实现教学的目的。因此，研究性教学在教学理念上“以学生为中心”，以提升学生的能力尤其是研究能力和创新能力为目标，学生主导，教师引导，培养具有创新能力和创造精神的人才。

二" 研究性教学内涵特征

（一）" 教学目的

教学目的是培养学生知识的应用能力，应用所掌握的知识去解决生产生活中的具体问题，并能够探索未来。“教育的真实目的是改变学生的行为，使他们能够完成那些在教育之前不能完成的事情”[6]，研究性教学的目的是培养学生的研究意识、探索精神、发现和解决问题的能力。

（二）" 教学内容

研究性教学的内容是确定的[7-9]，这是由教师的本质决定的，因此，教学内容上与学科或者课程相关的内容中选择研究主题，可以选择本学科或课程，也可以选择跨学科或课程，工程学科一般是选择综合性的工程应用问题（具有开放性并与时俱进;可以有教师提出，也可以在教师的指导下学生提出;问题是确定的，解决问题的方案是不确定的），以培养解决问题的实践能力。

（三）" 教学模式

教学模式上以解决问题为中心组织学生，在教师的启发引导下学生自主发现分析和解决问题，“探究性是研究性教学的重要特征”，因此，梅滋说：“大学不仅传授知识，而且还教授研究”，探究具有自主性，强调过程的主动性，但探究过程中存在不确定因素，教师引导学生发挥自主性和主动性，发现问题、分析问题和解决问题，强调的是感受体验过程、思考感悟结果、激发探究动力。

（四）" 教学方法

在教学方法上灵活多样，对话、交流、体验、参与、引导和启发等，氛围上动态、开放、多元和生动。教师变教练，学生变运动员，教师引导启发，学生自主参与，以实现知识的掌握、知识的迁移和知识的应用，产生研究意识、形成研究习惯、掌握研究方法和提升研究能力。在教学基本形式上类似于科学研究发现知识的过程，可以从已有的经验中提出要探索问题、分析实验验证、找到解决问题的方法和路径，也可以是对学科或课程相关的生产生活实践中的问题以方案设计、仿真模拟、实际操作等形式进行解决，从过程上不要求相同的科研严谨性和规范性，从结果上也不期待研究的重要成果或者重大发现，只要经过比较与分析、判断与推理、归纳与演绎等思维过程，并能形成自己的知识结构就是达到研究性教学的目的。从师生关系上，研究性教学由学生主导、教师引导，“教师从独奏到伴奏、学生从聆听到参与”[10-12]。学习的过程学生积极主动地获取知识、应用知识解决问题，是主动的求知过程，教师引导学生实现积极主动的求知过程，创设有利于学生实现积极主动求知过程的环境，保证学生积极主动求知过程的实现。教学时空不再局限于固定的上课时间和地点，时间上“随时随地”，空间上“线上线下”，线下可以扩展到图书馆、实验室、生产车间等。

（五）" 教学评价

研究性教学的教学评价，既评价教师，也评价学生。对教师的评价注重课内课外，既包含知识的传授，也包含能力的培养。对学生的评价不仅仅是知识的掌握，更重要的是思维的形成、意识的培养、习惯的养成和能力的提升。

三" 基于能力的研究性课程教学实践

根据研究性教学的内涵特征，根据创新设计与实践课程特征，从教学目标、教学内容、教学模式、教学方法和教学评价上全面采用研究性教学模式。

（一）" 课程目标

创新设计与实践课程是面向机械工程相关专业开设的一门实践课程。结合专业培养目标和研究性教学特点，基于OBE教学理念，以立德树人为根本任务，旨在培养具有机械制造装备行业创新实践能力的应用型人才。

知识目标：熟悉创新来源，能从案例中提炼创意;掌握创新思维技法，了解创新思维的特点以及创新思维技术的基本要求;熟悉创新思维形成过程，并能将批判性思维与TRIZ创新设计等理论进行应用。

能力目标：通过文献检索以及相关调研，熟悉设计思维的激发途径，能够将现有方案进行对比，具备跟踪行业前沿技术的自主学习能力;结合相关创新理论，对相关方案进行有效整合及优化设计，通过计算机仿真软件进行有效评估，并将优化方案实际制作成形，培养具有辨析及融合的综合创新实践能力;经过项目研究及实践，实现对项目目标的合理分解及实践过程的有效分工，并通过与团队不同专业背景学生的跨界、跨专业沟通，培养兼具人文及专业修养的沟通交流能力。

素质目标：融入“中国制造”系列故事，激发行业兴趣，树立家国情怀，渗透工匠精神，培养创新能力。

（二）" 课程内容

为了达成课程目标，课程内容遵循反映学科前沿、渗透研究性教学的教育思想，构建了知识递进、能力进阶、关联内化和迁移应用的递进式研讨内容体系。开发了“启发-兴趣-参与-主导-实战”创新性项目式训练模块，注重学生创新意识培养，实现学生创新能力综合提升。

研讨内容来源：研讨课题的选择注重知识的递进，通过对项目课题中创新点提炼、批判以及优化过程，形成研讨内容的设计主线;通过解析简单创意、复杂工程问题以及实际产品的创新点，形成研讨内容的设计辅线，启发学生的思维，提高学生的学习兴趣，激发学生的主动参与意识，最终达成课程的知识目标。

递进式研讨内容：研讨内容的设计注重能力的进阶。通过关键词进行文献检索、搜集各类解决方案、提炼方案优缺点、形成新方案并查新后进行专利申报，实现自主学习内容的设计;进行方案优化及方案查新后，对设计功能进行仿真测试、零部件制作及装配、调试运行及改进，解决教师横纵向课题中的部分问题，同时以此申报各类创新研究及实践项目（如大学生创新创业训练计划项目等），实现创新实践内容的设计;授课初期使学生加入各类创新实践学生社团（如未来工程师协会、ME创客空间社团等），跨专业以及知识背景组建学生团队，并通过任务分解、团队协作以及答辩汇报将创意进行优化，参加各类创新类学科竞赛（如“互联网+”、挑战杯、机械创新设计大赛和电子设计大赛等），从而实现沟通交流内容的设计。通过对学生创新基础能力培养和创新视野扩充，推动学生科研素养养成，使学生在研究性研讨中逐步占据主导地位，最终达成能力目标。

在内容组成上，对于学生能力的培养还延伸到课下与第二课堂，拓展学生的综合能力，通过实战，达到“关联内化、迁移应用”的目标，包括项目前期调研、技术评估、规划、实施方案、经济性评价及风险预测等。具体体现在学生社团运行方面，吸纳其他专业（商学院、法学院、信息工程学院等）的学生，充分发挥各专业优势，打造创业团队，利用学校创业中心孵化平台、创业导师和学业导师等的社会资源，商业化运作各类项目，快速推广各类创新成果，形成从市场营销、研发到市场推广的良性循环，团队建设以老带新，实现提升学生创业、就业能力的多元目标。

挖掘思政元素：通过大国工匠、大国重器以及社会热点现象等事迹挖掘我国制造业的瓶颈技术问题，潜移默化培养学生的工匠精神，并通过对各类解决瓶颈技术问题的思辨性、研究性探讨，使创新能力与学科育人同向同行、有机统一，最终达成素质目标。

（三）" 教学方法与策略

基于课程教学目标，教学方法将从研究性创新思维方式和工程实践方面着手进行设计。

1" 总体教学方法设计思路与策略

采用线上线下混合的教学方式，针对不同年级和专业的学生因材施教，重点以项目为本，采用以赛代考以及协同创新等方式培养学生能力，具体如图1所示。

线上教学。利用网络教学平台（超星、MOOC等）网上信息资源，为学生提供各类视频教程资料（包含专业知识点讲解视频、典型项目案例视频、实训实验操作流程视频、思考思维与分析方法视频）、各类工具软件资源及使用视频。

线下教学。在创新思维方法教学中融入更深层次的逻辑关系和哲学原理方面的讲解;授课教师根据学生专业培养目标、未来就业岗位、国家政策导向与行业需求情况，并结合自身科研经历与学生实际接受能力，编制教学内容与项目案例;授课教师团队成员定期开展专题讲座，分享个人科研经验，引发学生兴趣;引入学科竞赛作为实践教学项目内容，组成学生小组完成项目，采用以赛代考方式进行考核，既可作为各类学科竞赛的选拔赛，又可以有效评价课程学习效果。

第二课堂与校企合作项目方面的拓展教学。借助课程组教师团队所在院系的项目资源，将课程教学延伸至课外，通过组织学生参加国家、省级各类学科竞赛，提高实践能力，同时引入合作企业的技术开发项目作为课外实践项目让学生参与，能够验证所学内容，强化学生的创新设计与研发能力，使课程的教学内容做到“有‘机’可谈”，既强化了课程的学习成果，又能够帮助学生和企业建立良好的合作关系，为促进学生未来高质量就业创造条件。

学生创业团队与创业孵化。通过本课程的实施，发掘基础知识扎实，能力强、感兴趣、有潜力的学生组建团队，并与校内就业指导中心的创业导师联合对学生开展创业指导与孵化。

2" 教学实施路径

针对处于不同年级的学生，分别从“头脑风暴”“仿真设计”“实战演练”三个层次进行实施。

第一个层次：以创新思维方法的培养为目标，面向大一学生，针对学生专业基础薄弱，专业知识不足的情况，课程侧重点放在思维模式与创新思维方面的理论讲授上，重点围绕“第一性原理”，通过当前在社会关系、科学技术、经济方面涌现出来的热点问题和人物，采用“头脑风暴”方式，揭示其内在逻辑关系，让学生产生学习兴趣，初步了解创新思维方法。此部分内容教学方法主要采用线下讲授为主、线上视频为辅，小组讨论和软件模拟的方式进行。

第二层次：以工程实践能力的培养为目标，面向大二学生，要求学生正在学习或者完成了本专业的部分专业课的内容，储备了一定的专业知识，此部分内容主要采用以项目式案例教学，项目来源于学科竞赛题目和教师科研项目（以技术应用类项目为主）的部分环节，并进行了简化，要求学生独立完成设计内容，在完成项目的过程中，学生能够了解基础课、正在学习的和将要学习的专业课与具体技术问题之间的内在关系，初步掌握如何利用专业知识与软件工具开发并分析简单的产品，掌握设计与研发的基本流程，进行相关“仿真设计”，获得工程经验。

第三个层次：面向大三学生，学生已经完成了大部分专业课的学习，对于本专业有了足够的认知，此部分教学方法主要是“实战演练”为主，以具体的学科竞赛的比赛项目为题目（各类机器人大赛、电子设计大赛、挑战杯和工程训练综合能力竞赛等），学生组成多个小组，完成竞赛作品，并进行比赛，以赛代考，胜出队伍作为当年校外学科竞赛的预备队;同时，还引入教师校企合作项目，作为选做项目，对于部分感兴趣的学生开发，拔高其水平，还借此与科技型企业合作，引入企业高水平研发人员为学生开展讲座与技术交流，强化校企合作，为学生创业和高水平就业创造条件。

（四）" 考核方式

为了科学地评估学生的学习效果，实施多维多元过程性考核和定性定量终结性考核，具体如图2所示。

多维多元过程性考核：通过开展创新点研讨会的方式，对创意来源、创新技法及创新过程等课程知识目标进行考核;通过文献综述、方案对比小作业以及团队答辩活动对能力目标进行考核;通过开展学科热点研讨会的方式，对各类学科热点中体现出的工匠精神及创新技术发展趋势进行评价，进而考核素质目标。

定性定量终结性考核：通过创意大作业对研讨课题来源主线内容进行定量考核，通过方案设计大作业对研讨课题来源辅线内容进行定量考核，进而对知识目标进行综合性定量考核;通过专利申报书对递进式研讨内容中自主学习部分进行定性考核，通过实践作品以及项目立项等级的评价对创新实践部分分别进行定性和定量考核，通过竞赛成果评价对沟通交流部分进行定量考核，最终实现对能力目标的定性定量综合性考核。

四" 实践效果

通过课程教学实施，学生的创新实践能力明显提高（参与教师纵横向项目的人数逐年提升），缩短了理论和实践之间的距离，提高了综合素质，学习积极性大为提高（以许昌学院举办机器人大赛为例，参加竞赛人数、获奖率逐年提升，2020年参赛人数264人，获奖率35%;2021年参赛人数455人，获奖率48%;2022年参赛人数783人，获奖率60%），学生对课程比较满意（学生对课程组教师的评教成绩逐渐提升，而且都是95分以上）。

五" 结束语

通过对创新设计与实践课程实施研究性教学改革后的效果进行详细数据分析，可以看出，研究性教学显著提高了学生的知识应用能力和创新能力。学生在学科竞赛、论文发表、专利申请、高质量就业和创业等方面表现优异，教学评价和学生反馈也显示出很高的满意度。这些数据表明，研究性教学改革不仅提升了学生的学术水平和实践能力，还为地方应用型高校培养高素质的创新型人才提供了有力支持。

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基金项目：河南省本科高校研究性教学示范课项目“创新设计实践”（教高〔2023〕388号）;2024年度河南省高等教育教学改革研究与实践项目“新工科背景下新能源汽车电机工程实践创新平台搭建与工程技术人才培养实践”（2024SJGLX0450）;河南省教育科学规划2024年度一般课题“应用型高校课程的数字化转型探索与实践”（2024YB0237）

第一作者简介：李瑞华（1978-），男，汉族，河南许昌人，工学博士，教授，硕士研究生导师。研究方向为机器人关节电机、高等教育数字化转型。*通信作者：葛新锋（1978-），男，汉族，河南许昌人，工学硕士，教授，硕士研究生导师。研究方向为机器人集成应用、课程数字化转型。