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结构强度方向课程学习与创新能力培养探索
2020-08-31

吴锦武,丁相玉,毛崎波

南昌航空大学飞行器工程学院,江西,南昌,330063

摘要:课程教学方式的改革是人才培养环节的关键一环。以航空结构强度方向研究生为例,为了更好激发研究生创新能力,对研究生专业课程的进行了教学内容、教学方法的更新和教学手段的创新,探索了一套比较成熟并具有特色的研究生分类教学与分类培养模式,即构建了专业课程教学,创新能力培养与硕士学位论文三者紧密结合研究生人才培养模式。

关键词:研究生教育;人才培养;教学改革;创新能力;教育教学论坛

 

研究生教育作为高等教育中高层次人才培养阶段,是国家拔尖创新人才的孵化基地[1]研究生专业课程在研究生培养中处于重要地位,直接影响着研究生专业基础的宽广度和创新能力的发挥,决定着研究生培养规格和培养目标的实现程度。这其中研究生专业课程的授课方式、授课内容等都将影响研究生创新能力[2]现阶段我国研究生存在一些问题,如研究生课程大多是延续本科生时期的以教师课堂讲授为主的注入式教学,缺乏启发式教学。其次,在课堂上,国外研究生课堂老师答疑、学生提问时间明显多于国内研究生课堂[3]另外随着我航空专业研究生招生规模日益扩大,航空主专业本科生考入我院研究生人数并不多,跨专业调剂较多,虽然跨学科的硕士研究生具有多学科的背景优势,但是与非跨学科的学生相比,他们在知识结构、思维方式等方面都存在着不同,对所学的知识也比较陌生,这些因素对跨学科背景学生的学习状况有着较大的影响[4]。为了更好激发研究生创新能力,本文主要结合我校航空结构强度方向研究生招生现状,就研究生专业课程学习、学位论文以及创新能力培养三者相结合进行了探讨,为高校研究生人才培养模式提供借鉴。

一、针对研究生专业课程学习,成立结构强度方向专业课程群

航空发动机结构强度类课程,如《机械振动》、《航空发动机强度与振动》、《振动与噪声控制技术》、《航空声学》等都属于航空宇航推进理论与工程学科研究生的核心课程[5]。航空发动机强度类课程具有共同点:学生需要有较强的数学和力学基础;教师需有工程实际课程或项目作为支撑,两者紧密配合才能更好的讲授相关课程。

而随着我国研究生招生规模日益扩大,我校航空结构强度类相关研究方向的研究生也日益增多,但鉴于考入我校航空专业研究生大多数为跨专业调剂生,航空基础较为薄弱,为了使得研究生有效地学习航空发动机结构强度类课程,同时使其尽快进入其学位论文环节,提高其创新能力,我院组织航空发动机强度方向教师成立了航空发动机强度方向研究生课题组,同时成立了相关课程,如《动力机械测试技术》、《航空声学》,《机械振动》、《振动噪声控制技术》、《航空发动机结构强度》等的研究生专业课程群。一是利用相关导师的研究优势,为研究生专业课程提供研究素材,二是利用相关导师的研究试验平台,为研究生专业课程授课提供综合性试验条件,三是利用相关导师外语优势,开展双语或全外文教学,提高研究生外文水平和国际视野。

二、因材施教,实现结构强度方向研究生分层次教学模式

研究生入学基础有差异,学习能力也有所不同,研究生之间的个体差异是客观存在的。我院据“航空基础强,数学力学基础较好,本科与研究生专业相同或相似”研究生、与“跨专业调剂幅度较大,力学数学基础较薄弱的研究生”研究生等不同的教学对象来确定教学内容的深浅难易程度,因材施教。为此,我们按模块化结构组织教学内容,把相互渗透的教学内容组成系列相关的知识模块,将系统综合、整体优化,把原属整体的课程结构与教学内容以具体功能和应用为目标按模块单元形式表现出来,让每一模块成为一定教学系统的有机构成并起相对独立的作用,而每一模块又按因材施教的原则划分为基础模块和扩展模块。基础模块内容以“必需、够用”为原则,面向全体研究生,扩展模块内容主要针对“航空基础强,数学力学基础较好,本科与研究生专业相同或相似”或者有志进一步攻读博士研究生的学生。同时对其毕业论文提前选题,在明确毕业论文选题的情况下,对课程的综合性试验(或者大作业)内容等方面深度有所不同,目的是加强创新能力训练

在课程的综合性试验(或者大作业)时,也注意分层次教学模式的需求,每次作业都有必做题和选做题。必做题量难度适中,所有学生必须自己完成;选做题有一定难度,完全由学生自己决定取舍。对于专业基础相对较弱的研究生,在研究生第二学期的专业课程学习过程中,根据其对专业知识的掌握程度,确定毕业论文选题。

三、进行课程内容体系的优化与更新

课程群老师不时更新专业课程教学内容方面,开设交叉学科知识内容,增设研究生自主开设综合性实验内容。针对动力机械测试技术航空声学振动噪声控制技术等课程,在教学内容上增加课题组已有科研成果以及国内外研究现状。目的是使课程内容尽可能理论联系实际,使学生从比较枯燥的理论内容过渡到实际工程应用,从而提高学习的积极性以及拓展专业知识面,为创新能力培养奠定基础。授课团队要求:科研成果的研究性教学内容占总教学内容的40%以上。例如在动力测试技术课程中,添加有关飞行器结构,如飞机座舱结构,航空复合材料结构等振动与噪声测试等综合性实践内容。另外增设了研讨题目:如“针对飞机结构或发动机结构中高速旋转部件如何测量振动特性?”,飞行器设计方向的研究生就针对飞机结构部件来答题,而发动机相关方向的研究生就发动机部件进行答题分析。飞机结构与发动机高速旋转结构(如叶片)面临环节不一致,飞机零部件主要面临低温环境,而发动机零部件主要面临高温环境。所处的环境不同,采取的测试设备和系统也必然不一样。交叉学科知识有利于提升研究生创新能力培养,有利于激发研究生创新思维。增设内容主要体现在教学大纲和教学课件方面。

以综合创新实验课程把专业课程与研究生学位论文紧密联系在一起。本课题组所在研究生在完成毕业论文过程中,多数需要进行相关试验内容。而我学院大多数研究生专业基础掌握并不相同,为此本项目提出在动力机械测试技术振动噪声测试技术两门专业课程中着重添加综合性实验性内容。研究生针对一个或多个实验内容,研究生各自制定实验大纲,完成实验教学方案大纲,并且在课堂就实验性内容进行讲授和讨论。另外布置不同类型作业,特别是综合创新实验来提高学生团队协作能力。在作业布置方面:布置大作业形式,学生组成一个小团队,共同解决一个实际相关的问题。团队进行讨论、交流、分工合作等形式有利于团队协作能力和创新思维的培养,从而培养学生学习的主动性和创新能力。以学生自主学习为核心,使学生能充分利用网络、课堂教学的各种教学资源,采用多种学习途径和学习手段进行学习,提高学习质量和效率,培养学习能力

四、围绕创新型人才培养目标改进研究生专业课程教学方式和方法

首先采用问题式教学,强化案例教学并注重工程背景的教学方法。课堂教师提出的问题大多经过精心设计,力求做到来源于实践。问题的设置不仅要让大多数学生通过积极思维都能够被启发,而且也能让高水平的学生也有发挥空间的问题。

让研究生参与制定授课内容以及完善习题库。针对与课程相关的国内外研究现状,根据研究生各自毕业论文选题范围,相关研究现状由研究生自行完成。国内外研究现状是研究生毕业论文首先需要完成内容,也是研究生创新能力培养的基础。要求硕士研究生在各自开题前,收集课题相关案列,从而组成相关课程的习题库。此举即可为“振动基础”等课程提供丰富的习题库和例题库,又可锻炼硕士研究生学习归纳、总结能力,同时也可为硕士研究生中期开题做好准备。

作业布置形式多样化和差异化。针对不同基础的研究生,布置不同类型和不同程度的作业;同时要求课后答疑和互动的时间有所不同。在课程布置任务时,分类进行布置。其次,尽量在课程开始或中期就确定研究生毕业论文方向和内容框架。以便加强对研究生专业课程教学和学习的针对性。利用硕士研究生即将或正在从事有关实际课题知识,建立课程内容的网上习题库和试题库。

专业课程结束阶段,就课程重点内容,增设研究生讨论环节。开设讨论课程,研究生根据课程议题查阅大量的文献资料,弥补专业基础的不足。

把答疑变成研讨式答疑。 辅导、答疑是研究生课程教学过程中不可缺少的环节,我们的辅导、答疑都采用研讨的形式,教师与学生之间不是一问一答的相对,而是你来我往的切磋,用讨论代替回答,用引导代替说教,并给学生充分的思考空间,让学生自己多思考,使学生的思维得到有效的训练并体验到主动思考的快乐。

五、专业课程学习与实验教学改革充分融合,把创新能力培养融入实验课程和实验项目

研究生创新能力与实践动手的培养与实验试验等内容紧密联系。例如在《动力机械测试技术》课程中的“传感器技术”章节,根据研究生分类情况,就把研究生分成若干组,在实验室针对不同传感器,如加速度传感器,应力应变传感器,温度传感器等进行不同试验测试,形成试验大作业,分析不同传感器测量原理与测试技术。一来锻炼学生动手能力,二是加强了课程的学习,真正把理论化成实践。例如在《航空声学》中真正结构的吸声与隔声内容,我们同样把学生分组,针对航空复合材料,蜂窝材料,普通铝合金材料等进行分类试验教学,实验选题多样性,实行全开放的形式,即由学生自由组合,自行决定实验时间,形成试验报告。通过上述一些措施的实行,既照顾到了基础实验必须保证的现实,又尽可能地给学生以充分的自由,进行必要的开拓训练,对创新人才培养的力学课程教学起到了支撑的作用。

加强科技创新竞赛与专业课程学习能力的相结合。针对专业课程试验环节突出学生(含本科生),积极组织团队和学生积极参加各类科技创新比赛。

六、考试考核重在刺激思维鼓励创新

专业课程考核形式多样化,从考核形式和模式上进行创新和尝试。考核的目的主要是促使研究生主动去学习,去思考。考核形式和内容进行多样化。

专业课程成绩最终分为平时成绩,综合创新实验成绩,期末成绩(研究报告)三部分,三者比重各占20%40%40%

平时成绩主要从作业完成的情况来考核。平时有些学生作业完成情况不太理想,没有达到对所学内容复习的目的,也无法判断和掌握每个学生对知识的理解程度。为了更好的从作业完成情况上掌握学生对所学知识的理解程度,需要从考核方法和评估标准上进行创新。本课程针对已学的每堂课程内容,首先要求学生自行查找与所学内容一致的作业题目并加以完成。目的测试学生对所学内容的掌握程度,其次锻炼学生查找资料的能力,提高学生学习主动性。其次,在网上教学环节中的每个学生网上作业也不一致。作业的不同,特别是网上习题库的作业来源于实际工程应用,有效地杜绝学习相互抄袭作业。以此给定学生的平时成绩就比较合理。

综合创新实验采用分组形式完成,主要是就专业课程所学知识在实验室完成相关试验内容。综合创新实验以课堂内容为基础,结合航空实际结构,利用计算机、试验设备等手段进行分析。目的是提高学生实践动手能力和创新能力。

在课程结束阶段,除了以上考核内容外,每位研究生还需要结合自身即将开展的毕业论文选题内容,撰写一份与所学课程相关的研究报告,同时完成一项综合性实验内容,并进行ppt汇报,与课师生一起讨论相关内容,从而提升学生学习的主动性和创新的积极性。

七、建设一流航空结构强度类课程群,培养一支优秀的强度类课程教师队伍

创新型人才培养对教师提出了更高的要求,教师既要对学科的知识有很好的掌握,更要要有自己的科研成果作为教学的支撑,这样讲授才有效果和针对性。而在教学实践中感受到最能激发学生创新激情的一个方式是教师能以自身的创新意识、创新思维以及创新能力去感染、带动学生。所以实施创新教育也给培养创新型师资队伍提供了压力、动力和环境,课题组每名成员基本都有多项主持的国家级科研项目,和多项省部级科研项目以及企业公关项目,所讲授的相关课程,如《机械振动》受到学生的普遍欢迎,课程学生评教成绩在学校名列前茅。

总之,经过近六年的教学实践中对课程不断进行教学内容、教学方法的更新和教学手段的创新,本文基本探索出了一套比较成熟并具有特色的研究生分类教学与分类培养模式,即构建了专业课程教学,创新能力培养与硕士学位论文三者紧密结合研究生人才培养模式。

 

参考文献

[1] 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

[2] 李海生,范国睿.硕士研究生课程设置存在的问题及思考[J], 学位与研究生教育,2010.07:59-63

[3] 钱志鸿.基于综合素质培养的研究生课程教学改革的思考[J],教育教学论坛,2012,528:19-21

[4] 尹智敏. 跨学科背景硕士研究生学习状况调查及对策研究[D],青岛大学,2017

[5] 吴锦武,丁相玉.《机械振动》课程分类教学方式改革与探索[J],教育教学论坛,201828:134-136

 

Study on courses and exploration on cultivation of innovation ability of graduate student in aviation

Wu Jinwu, Ding Xiangyu ,Mao Qibo

(School of Aircraft Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang, Jiangxi 330063, China)

AbstractThe reform of the course teaching method is a key part of the talent training process. Taking the postgraduate students in the direction of aviation structure as an example, in order to better stimulate the creative ability of graduate students, the teaching content, the updating of teaching methods and the innovation of teaching methods were carried out for postgraduate professional courses, and a set of relatively mature and characteristic postgraduate classification teaching was explored. With the classification training mode, the professional curriculum teaching, the innovation ability training and the master's thesis are closely combined with the graduate talent training mode.

Key words: postgraduate education; Talent training; Teaching reform; Innovation ability

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