“導學—反饋—提升”閉環教學模式在研究生課堂教學中的應用

劉蕾 徐繼寧 胡敦利 張曉平

[摘 要] 研究生課堂教學是開展科學研究的前期教育，也是傳遞并激活學生創新思維的一種方式。按照科學研究貫穿課程學習的原則，立足于“控制科學與工程”學科，以理論類課程為改革對象，以學生為中心，以培養學生科研能力為依歸，課堂教學以拓寬學生知識面、加強其基礎理論和適應能力的培養為目標，形成“導學—反饋—提升”閉環教學模式，探索研究開放的教學理念、科學的教學方法、先進的教學手段、前沿的教學內容培養創新型人才。

[關鍵詞] 研究生;課堂教學;科研能力;閉環教學模式

[基金項目] 北方工業大學教育教學改革項目（108051360019XN141/026）資助

[作者簡介] 劉 蕾（1984—），女，河北人，博士，北方工業大學電氣與控制工程學院副教授，主要從事奇異系統魯棒控制、故障診斷與容錯控制研究;徐繼寧（1970—），女，陜西人，博士，北方工業大學電氣與控制工程學院副教授，主要從事自動控制、智能系統檢測與分析研究;胡敦利（1967—），女，山西人，碩士，北方工業大學電氣與控制工程學院副教授，主要從事自動控制系統、現場總線技術研究;張曉平（1991—），女，山西人，博士，北方工業大學電氣與控制工程學院講師，主要從事自動控制、機器人、智能系統研究。

[中圖分類號] G643 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0258-04 ? ?[收稿日期] 2019-10-10

一、引言

目前我國的碩士研究生培養一般分為兩個階段，即理論學習階段和學位論文研究階段。課題的研究階段目的和任務比較明確，而理論學習階段在研究生培養過程中的作用似乎并不明確，課堂的主要教學形式仍然以灌輸式為主，這種模式的培養下，研究生普遍存在自主學習能力不強，學習動力不足，知識結構不明確，發現問題解決問題能力不足，直接導致的后果就是研究創新能力較低，科研進展緩慢等問題。針對這種狀況，很多教育專家和教師都致力于改善這種狀況，面向科研能力提升方面對研究生教學進行改革，取得了一些成效。以下就本項目相關內容作簡要回顧。

高校研究生創新能力培養是培養創新型人才和持續科研創新的現實需要，更是國家社會經濟發展的必然要求，教師在研究生創新與協作意識培養中起主導作用[1]。課堂教學是研究生階段開展科研活動的第一步，構建高效的研究生教育課程體系是提升研究生科研能力的重要平臺，王鵬等（2018）介紹了普通高校的研究生教育課程體系現狀并剖析了存在的問題，提出了改革研究生教育課程體系的思路與措施，堅持因人而異的辦學方向，革新教學模式，提升課堂教學質量。[2]鄭軍，等（2019）提出了基于“CIPP”模式的研究生拔尖創新人才培養策略研究，分別選取政府政策、教育資金、基礎設施、人才投入、產學研協同、教學協同、創新氛圍、科研成果八個指標對研究生創新能力評價體系進行評估，為提升研究生創新能力以及培養拔尖創新人才提供可行建議。[3]宋妍（2018），謝麗萍（2018），范海延等（2019），茍小其等（2018）分別對研究生教育理念、培養目標與模式進行了深入研究，強調了課堂教學在培養研究生科研能力方面的重要作用。[4-7]

那么如何將科研能力的培養貫穿研究生課堂呢？李舜銘等（2019）、朱順釵等（2018）以啟發學生創新為核心，以研究生的啟發教育為切入點，深入討論了啟發性教育在研究生教育中的優勢，以及啟發教育在我國研究生創新能力培養中的優勢，證明了啟發教育對研究生創新能力的提升有重要影響。[8，9]研究生的創新思維能力培養是一個循序漸進的過程，需要在平時的教學過程中不斷滲透、潛移默化[ 10 ]。在信息豐富時代，我國研究生課程要樹立“互聯網+課程”深度融合的理念，研究生課程需要新的設計思路：課程目標凸顯創新能力，課程設置強調意義建構，課程實施關注學習情境，打造泛在學習資源共享平臺、建立多路徑師生學習共同體以及推行MOOC課程的認可機制[ 11 ]。“翻轉課堂”[ 12-14 ]通過調整學習環境來適應更多的主動學習活動，翻轉課堂的“課前學習—課中探索—課后反饋”的教學過程，實現了學生在主動完成知識建構的同時，有效培養了學生自主學習能力、探究能力和問題解決能力，對學生創新能力的培養也有潛在的優勢。學習循環圈[ 15 ]、網絡分析法[ 16 ]、案例教學法[ 17 ]從課程任務分配、研習探究、公開交流和反思提高等環節細劃了教師和學生的分工、組織形式和實施策略，該模式有利于研究生的合作學習、解決問題及創新思維的培養。課堂教學不僅是學生獲得知識和技能的陣地，更是學生自主學習能力和思維模式培養的重要平臺[ 18 ]，上述教學模式都是基于“教學—反饋”，重在“反饋”的形式來組織教學，構建研究生課堂教學共同體[ 19 ]，從而實現以學生為中心，提高自主學習、提升科研能力。魏子秋（2018），羅駿等（2018），李艷茹等（2019），陳閣軍（2018）及楊旻玥等（2018）分別以具體課程為例介紹了如何在研究生課堂中貫穿科研能力培養的舉措，從研究生的培養目標出發，以學位課教學為切入點，在教學內容、教學模式及教學考核等環節進行了一系列的改革。[ 20-24 ]

本項目所針對的是控制科學與工程專業的研究生，近年來，國內外的控制教育，從形式到內容都發生了可喜的變化[ 25 ]，控制學科（或自動化學科）是一門多學科交叉的新興技術學科，涉及的領域和基礎廣、需要學習的內容多，控制科學教育在培養工程技術人才方面發揮了重要作用，也為培養科技人才做出了突出貢獻，在21世紀，控制科學本身和教育事業面臨新的機遇和挑戰，需要教師們努力探索新的教學模式以適應新的環境。

二、研究生課堂狀況分析

研究生課堂教學是開展科學研究的前期教育，也是傳遞并激活學生創新思維的一種方式。將研究生科研能力培養融入課堂教學是高等學校研究生教學質量與教學改革工程建設的重要內容之一，也是現代高等教育理論體系和課程結構強調的重點之一，無論是在鞏固理論教學成果，還是在培養學生的創新能力和開拓精神方面都具有不可替代的重要作用。

本人所在的學科為“控制科學與工程”，控制科學也稱為自動化科學，是以控制論為理論基礎，并與系統論、信息論密切相關的一門技術科學，屬于應用基礎科學的范疇。控制科學具有廣泛的對象、嚴密的理論、可行的方法和普適的特性，為控制工程和應用、自動化技術以及各類自動化系統的分析設計提供了理論基礎。控制科學與教育學交叉的理論與技術研究成果日新月異，控制科學思想為“因材施教”教學方式提出了新的分析方法，是值得探索的理論與應用課題。在技術層面上，自主式學習、交互式學習與社區式學習模型與分析方法是值得關注的研究內容。控制論的精髓在社會、在文化，整個教學任務相當于一項控制任務，可尋求一種針對系統原有結構進行反饋，使得整個閉環系統更加有效。

在2018—2019年，通過問卷調查和學生座談會采集學生對課堂教學從內容到形式的需求及建議，初步了解學生對課堂教學的哪些方面有著迫切需求，參與調查問卷的學生為“計算機控制系統”課程的選課學生，參與座談會的學生為2017級控制科學與工程專業學生，其中包括學術碩士生和專業碩士生，調查統計按照“閉環控制系統”結構，被控對象為學生，如表1所示。

通過調研發現，多數研究生認為研究生階段的主要任務是深入研究自己的課題，而課堂學習起輔助作用，可以提高自己的理論水平、開拓視野。事實上，按照研究生培養方案，掌握本學科堅實的基礎理論和系統的專門知識是前提條件，具有獨立從事科學研究或擔負專門技術工作的能力是最終的目標，同時還要比較熟練地閱讀本專業的外文資料等。要想達到上述目標，僅僅依靠導師布置一個課題去完成是不夠的，而且強調的都是“本專業”，而不是“本課題”。所以修讀一些本專業的課程是非常必要的，而在課堂教學中融入一些能力提升方法也是非常重要的。

因此，本項目立足于“控制科學與工程”學科，研究“導學—反饋—提升”閉環教學模式在研究生課堂教學中的應用，即如何在課堂教學中提升研究生科研能力，具有一定的理論意義和應用價值。

三、閉環教學模式

“導學—反饋—提升”閉環教學模式總體框如圖1所示。

教學方法包括四個方面：（1）針對理論分析，要注重思維方式的培養，教師首先演示如何分析問題的思路，再針對具體理論問題讓學生自己解決，教師評價。（2）可通過實驗教學，仿真，組隊共同解決實際問題來提高理論聯系實際的能力，可以多增加實驗和實習環節。（3）做專題報告，在備課時多融入前沿技術和最新技術，采取互動交流、自主學習。（4）針對課堂教學中的某個技術或控制方法，讓學生自行檢索文獻（或由教師指定）并閱讀總結。學術報告主要包括：文獻綜述報告、課題研究報告。

四、“計算機控制系統”課程實踐

下面以“計算機控制系統”課程為例，介紹閉環教學模式的應用。由于理論知識的教學是當前各類學校最為重視和最為繁重的教學內容，也是保證教學質量，進行創新教育的基礎，因此本課程的難點在于以下幾點。

1.如何激發學習理論課程的學習興趣，以及用所學的理論知識和自己的研究課題相結合，撰寫高水平學術論文、完成精彩的學術報告等能力的培養。

2.研究生教育不僅要關注專業領域的發展動態，也要跟緊技術變革催生的新需求，教學理念要與教學內容同步更新，整個閉環教學模式是一個動態過程，需要不斷調整更新。

（1）導學（前瞻籌劃、理論學習、任務分配）：每次根據課程內容，安排15分鐘左右的小講座。例如在講信號轉換的理論知識時，安排了“從‘狗眼看人低的‘狗眼長在哪里說起——控制論與生活：生活中的通信原理”，通過一句俗語闡釋了“通信是決定控制策略成敗的瓶頸”重要概念，微妙與復雜的高級信息被恰當釋義、編碼、傳輸、解碼與理解的水平，決定了控制系統能夠企及的智能化水平;信息被接收端解釋的意義與信息發出端原始釋義的偏差決定了控制策略的成敗和效率。緊接著介紹計算機控制系統的信號變換，講述A/D和D/A轉換器的工作原理，讓學生有更直觀的認識。理論知識講授完成后，就是任務分配，根據不同的課程內容布置不同的任務，這堂理論課后的任務就是隨堂測驗，考試題與課程理論知識相關。如果是計算機控制系統的控制器設計，那么任務就是實驗。

（2）反饋（組織考核、公開交流、反思探討）：隨堂測驗是一種最為直接檢測學生學習狀況的方式，當然對于研究生而言，考試不再是主要手段，可通過學術報告、交流研討等，本課程的考核內容如下：

其中課堂表現為4次理論課程的隨堂測驗成績，3次實驗分別為：計算機控制系統的PID控制器設計、直接控制器設計以及達林算法的實踐;學術報告為檢索一篇與計算機控制系統相關的學術論文并進行講解，成績測評包括PPT、講述、提問三個方面。學術報告提綱為：

·引言（Introduction）部分提煉，發展史及代表文獻

·研究對象、研究目標

·用到的原理及相關定義

·主要結論，核心創新點

·仿真或實例驗證

·你從中學到了什么

學生普遍認為，這個環節收獲最大，不僅了解到最新的研究進展，而且對自己的科研能力培養也有幫助。

（3）提升（形成想法、研習探究、能力提高）：作為課堂教學中“教”的主體，教師需要在了解學生需求的基礎上設計優化教學內容、教學模式、考核方式等，不僅為學生高效率的學習服務，更重要的是為提升學生的自主學習能力和培養批判性思維方式服務。通過合理優化課堂教學內容，形成持續改進教學方法的機制。課程改革始終應朝著培養學生可持續學習能力的方向推進，以課程教育推動創新能力培養，更好地引導研究生具備適應社會發展，做到引導學生有效建立科學研究的高階思維方式。

五、結語

本文討論了“導學—反饋—提升”閉環教學模式，培養學生的發現問題、獨立思考、解決問題的能力，即利用自身知識儲備挖掘有用信息的內在聯系，找到解決問題的新思路。達成這一目標需要課堂教育和科研實踐的有機配合，是知識轉化為能力的動態過程。除此之外，完善學生的知識結構、培養其科研能力，在課堂教育環節對研究生課程的內容設置提出了更高的要求。

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