創新設計與實踐課程研究性教學改革設計與實踐

摘" 要：研究性教學是一種以培養學生研究意識、研究能力和創新能力為目標的教學模式。根據研究性教學的內涵，針對創新設計與實踐課程特征，通過項目驅動、跨學科合作、實驗與模擬教學等策略實施研究性教學。實踐結果表明，該教學模式顯著提高學生的知識應用能力和創新能力，為應用型高校培養高素質創新人才提供有效路徑。

關鍵詞：研究性教學;創新設計;應用能力;實踐教學;跨學科合作

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：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

隨著網絡技術和資源的普及，傳統的知識傳授方式面臨挑戰。學生通過互聯網可以獲得大量信息，傳統課堂教學效果不佳。為應對這一現象，許多高校開展了研究性教學改革，旨在通過研究性學習提高學生的創新能力和實踐能力。本文探討了創新設計與實踐課程的研究性教學改革，展示了具體的實施策略和實踐效果。

知識是一個動態發展的過程，但目前的知識傳授大多是以靜態預成的方式進行，忽視了知識的形成規律，強制性地灌輸給學生，導致教學效果不佳。為了提升學習效果，教育部出臺了《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》，明確提出“積極推動研究性教學，提高大學生的創新能力”。針對地方應用型高校來說，培養大學生的應用能力是應有之義，在此基礎上培養學生的應用創新能力和實踐創新能力是錦上添花。采用研究性教學方式，開發出知識遞進、能力進階、關聯內化和遷移應用的漸進提升的教學內容，設計出“頭腦風暴”“仿真設計”“實戰演練”的教學層次，提高學生的課堂參與度、提升學生的學習效果和學習能力，從以教師為中心的傳授知識教學轉型為以學生為中心的習得知識的研究性教學。

一" 創新設計與實踐課程實施研究性教學的必要性

以教師為中心，以傳授學科知識為主的傳統教學模式，在工業化開始時期短時間內實現了知識的大規模傳播，快速有力地提高了人口素質，推動了生產力提升和社會發展。隨著大規模生成式人工智能（AIGC）如ChatGPT、Sora等的出現，設計和制造技術的發展速度加快，導致以學科為主的傳統設計方法跟不上設計技術的發展甚至落后于社會應用，以至于培養出來的人才不能滿足社會發展對人才的需要。

第一，傳統以學科體系為主的知識傳授注重知識體系的完整性，以知識的系統性、完整性和多寡來衡量教育或者學習的成效。人工智能（AI）時代，目前ChatGPT能夠與用戶進行自然語言交互，而且掌握了大量的專業知識，其記憶能力和計算能力遠遠超過人類。可以想象，未來AI大模型經過專門領域的訓練之后，知識的廣度和深度會超過該領域的專業人士[1]。因此，以掌握知識的多寡來衡量學習者的學習效果已經沒有說服力了。因為AI時代，知識的獲取變得更容易了。

第二，學習者的學習方式多元化，教師的中心地位不保。傳統的授課方式以教師為中心，以教材為主要內容，教師講什么學習者學什么，針對所有學習者，教師依照統一標準講授同一內容，學習者沒有自主權，不能選擇。這樣的教學模式一是忽視了學習者的個體差異，不能因材施教，不考慮具體個體興趣、水平和學習能力;二是AI時代課程內容的產生和供給方式發生了深刻的改變，大規模在線開放課程（MOOC）、國家智慧教育平臺的出現使教學內容從供給端轉向了需求端，學習者可以根據自己的需求和興趣選擇學習內容和方式。

第三，“數字教師”“虛擬教師”能夠提供豐富的教學資源、沉浸式的教學場景、個性化的交互方式，這些都大大降低了傳統教師知識傳授的工作量，而且能夠引起學生的興趣。如Sora可以直接將文字、圖像、已有視頻轉化成全新的視頻內容，并可視化呈現復雜、抽象的知識概念，從而提高學生的理解能力，并豐富教學內容;可以幫助教師實現教學資源的有效整合，匯總不同學科的知識創建綜合性的教學視頻，在豐富教學內容的同時拓寬學生的學習視野，使其形成完整的知識體系。

研究性教學是以研究的方式從事教學工作，區別于灌輸式教學[2]，是在“研究中從事教與學的活動”[3-4]，研究性教學雖然同時具備“研究”和“教學”，但“研究”是形式，“教學”是目的[5]，通過研究的形式實現教學的目的。因此，研究性教學在教學理念上“以學生為中心”，以提升學生的能力尤其是研究能力和創新能力為目標，學生主導，教師引導，培養具有創新能力和創造精神的人才。

二" 研究性教學內涵特征

（一）" 教學目的

教學目的是培養學生知識的應用能力，應用所掌握的知識去解決生產生活中的具體問題，并能夠探索未來。“教育的真實目的是改變學生的行為，使他們能夠完成那些在教育之前不能完成的事情”[6]，研究性教學的目的是培養學生的研究意識、探索精神、發現和解決問題的能力。

（二）" 教學內容

研究性教學的內容是確定的[7-9]，這是由教師的本質決定的，因此，教學內容上與學科或者課程相關的內容中選擇研究主題，可以選擇本學科或課程，也可以選擇跨學科或課程，工程學科一般是選擇綜合性的工程應用問題（具有開放性并與時俱進;可以有教師提出，也可以在教師的指導下學生提出;問題是確定的，解決問題的方案是不確定的），以培養解決問題的實踐能力。

（三）" 教學模式

教學模式上以解決問題為中心組織學生，在教師的啟發引導下學生自主發現分析和解決問題，“探究性是研究性教學的重要特征”，因此，梅滋說：“大學不僅傳授知識，而且還教授研究”，探究具有自主性，強調過程的主動性，但探究過程中存在不確定因素，教師引導學生發揮自主性和主動性，發現問題、分析問題和解決問題，強調的是感受體驗過程、思考感悟結果、激發探究動力。

（四）" 教學方法

在教學方法上靈活多樣，對話、交流、體驗、參與、引導和啟發等，氛圍上動態、開放、多元和生動。教師變教練，學生變運動員，教師引導啟發，學生自主參與，以實現知識的掌握、知識的遷移和知識的應用，產生研究意識、形成研究習慣、掌握研究方法和提升研究能力。在教學基本形式上類似于科學研究發現知識的過程，可以從已有的經驗中提出要探索問題、分析實驗驗證、找到解決問題的方法和路徑，也可以是對學科或課程相關的生產生活實踐中的問題以方案設計、仿真模擬、實際操作等形式進行解決，從過程上不要求相同的科研嚴謹性和規范性，從結果上也不期待研究的重要成果或者重大發現，只要經過比較與分析、判斷與推理、歸納與演繹等思維過程，并能形成自己的知識結構就是達到研究性教學的目的。從師生關系上，研究性教學由學生主導、教師引導，“教師從獨奏到伴奏、學生從聆聽到參與”[10-12]。學習的過程學生積極主動地獲取知識、應用知識解決問題，是主動的求知過程，教師引導學生實現積極主動的求知過程，創設有利于學生實現積極主動求知過程的環境，保證學生積極主動求知過程的實現。教學時空不再局限于固定的上課時間和地點，時間上“隨時隨地”，空間上“線上線下”，線下可以擴展到圖書館、實驗室、生產車間等。

（五）" 教學評價

研究性教學的教學評價，既評價教師，也評價學生。對教師的評價注重課內課外，既包含知識的傳授，也包含能力的培養。對學生的評價不僅僅是知識的掌握，更重要的是思維的形成、意識的培養、習慣的養成和能力的提升。

三" 基于能力的研究性課程教學實踐

根據研究性教學的內涵特征，根據創新設計與實踐課程特征，從教學目標、教學內容、教學模式、教學方法和教學評價上全面采用研究性教學模式。

（一）" 課程目標

創新設計與實踐課程是面向機械工程相關專業開設的一門實踐課程。結合專業培養目標和研究性教學特點，基于OBE教學理念，以立德樹人為根本任務，旨在培養具有機械制造裝備行業創新實踐能力的應用型人才。

知識目標：熟悉創新來源，能從案例中提煉創意;掌握創新思維技法，了解創新思維的特點以及創新思維技術的基本要求;熟悉創新思維形成過程，并能將批判性思維與TRIZ創新設計等理論進行應用。

能力目標：通過文獻檢索以及相關調研，熟悉設計思維的激發途徑，能夠將現有方案進行對比，具備跟蹤行業前沿技術的自主學習能力;結合相關創新理論，對相關方案進行有效整合及優化設計，通過計算機仿真軟件進行有效評估，并將優化方案實際制作成形，培養具有辨析及融合的綜合創新實踐能力;經過項目研究及實踐，實現對項目目標的合理分解及實踐過程的有效分工，并通過與團隊不同專業背景學生的跨界、跨專業溝通，培養兼具人文及專業修養的溝通交流能力。

素質目標：融入“中國制造”系列故事，激發行業興趣，樹立家國情懷，滲透工匠精神，培養創新能力。

（二）" 課程內容

為了達成課程目標，課程內容遵循反映學科前沿、滲透研究性教學的教育思想，構建了知識遞進、能力進階、關聯內化和遷移應用的遞進式研討內容體系。開發了“啟發-興趣-參與-主導-實戰”創新性項目式訓練模塊，注重學生創新意識培養，實現學生創新能力綜合提升。

研討內容來源：研討課題的選擇注重知識的遞進，通過對項目課題中創新點提煉、批判以及優化過程，形成研討內容的設計主線;通過解析簡單創意、復雜工程問題以及實際產品的創新點，形成研討內容的設計輔線，啟發學生的思維，提高學生的學習興趣，激發學生的主動參與意識，最終達成課程的知識目標。

遞進式研討內容：研討內容的設計注重能力的進階。通過關鍵詞進行文獻檢索、搜集各類解決方案、提煉方案優缺點、形成新方案并查新后進行專利申報，實現自主學習內容的設計;進行方案優化及方案查新后，對設計功能進行仿真測試、零部件制作及裝配、調試運行及改進，解決教師橫縱向課題中的部分問題，同時以此申報各類創新研究及實踐項目（如大學生創新創業訓練計劃項目等），實現創新實踐內容的設計;授課初期使學生加入各類創新實踐學生社團（如未來工程師協會、ME創客空間社團等），跨專業以及知識背景組建學生團隊，并通過任務分解、團隊協作以及答辯匯報將創意進行優化，參加各類創新類學科競賽（如“互聯網+”、挑戰杯、機械創新設計大賽和電子設計大賽等），從而實現溝通交流內容的設計。通過對學生創新基礎能力培養和創新視野擴充，推動學生科研素養養成，使學生在研究性研討中逐步占據主導地位，最終達成能力目標。

在內容組成上，對于學生能力的培養還延伸到課下與第二課堂，拓展學生的綜合能力，通過實戰，達到“關聯內化、遷移應用”的目標，包括項目前期調研、技術評估、規劃、實施方案、經濟性評價及風險預測等。具體體現在學生社團運行方面，吸納其他專業（商學院、法學院、信息工程學院等）的學生，充分發揮各專業優勢，打造創業團隊，利用學校創業中心孵化平臺、創業導師和學業導師等的社會資源，商業化運作各類項目，快速推廣各類創新成果，形成從市場營銷、研發到市場推廣的良性循環，團隊建設以老帶新，實現提升學生創業、就業能力的多元目標。

挖掘思政元素：通過大國工匠、大國重器以及社會熱點現象等事跡挖掘我國制造業的瓶頸技術問題，潛移默化培養學生的工匠精神，并通過對各類解決瓶頸技術問題的思辨性、研究性探討，使創新能力與學科育人同向同行、有機統一，最終達成素質目標。

（三）" 教學方法與策略

基于課程教學目標，教學方法將從研究性創新思維方式和工程實踐方面著手進行設計。

1" 總體教學方法設計思路與策略

采用線上線下混合的教學方式，針對不同年級和專業的學生因材施教，重點以項目為本，采用以賽代考以及協同創新等方式培養學生能力，具體如圖1所示。

線上教學。利用網絡教學平臺（超星、MOOC等）網上信息資源，為學生提供各類視頻教程資料（包含專業知識點講解視頻、典型項目案例視頻、實訓實驗操作流程視頻、思考思維與分析方法視頻）、各類工具軟件資源及使用視頻。

線下教學。在創新思維方法教學中融入更深層次的邏輯關系和哲學原理方面的講解;授課教師根據學生專業培養目標、未來就業崗位、國家政策導向與行業需求情況，并結合自身科研經歷與學生實際接受能力，編制教學內容與項目案例;授課教師團隊成員定期開展專題講座，分享個人科研經驗，引發學生興趣;引入學科競賽作為實踐教學項目內容，組成學生小組完成項目，采用以賽代考方式進行考核，既可作為各類學科競賽的選拔賽，又可以有效評價課程學習效果。

第二課堂與校企合作項目方面的拓展教學。借助課程組教師團隊所在院系的項目資源，將課程教學延伸至課外，通過組織學生參加國家、省級各類學科競賽，提高實踐能力，同時引入合作企業的技術開發項目作為課外實踐項目讓學生參與，能夠驗證所學內容，強化學生的創新設計與研發能力，使課程的教學內容做到“有‘機’可談”，既強化了課程的學習成果，又能夠幫助學生和企業建立良好的合作關系，為促進學生未來高質量就業創造條件。

學生創業團隊與創業孵化。通過本課程的實施，發掘基礎知識扎實，能力強、感興趣、有潛力的學生組建團隊，并與校內就業指導中心的創業導師聯合對學生開展創業指導與孵化。

2" 教學實施路徑

針對處于不同年級的學生，分別從“頭腦風暴”“仿真設計”“實戰演練”三個層次進行實施。

第一個層次：以創新思維方法的培養為目標，面向大一學生，針對學生專業基礎薄弱，專業知識不足的情況，課程側重點放在思維模式與創新思維方面的理論講授上，重點圍繞“第一性原理”，通過當前在社會關系、科學技術、經濟方面涌現出來的熱點問題和人物，采用“頭腦風暴”方式，揭示其內在邏輯關系，讓學生產生學習興趣，初步了解創新思維方法。此部分內容教學方法主要采用線下講授為主、線上視頻為輔，小組討論和軟件模擬的方式進行。

第二層次：以工程實踐能力的培養為目標，面向大二學生，要求學生正在學習或者完成了本專業的部分專業課的內容，儲備了一定的專業知識，此部分內容主要采用以項目式案例教學，項目來源于學科競賽題目和教師科研項目（以技術應用類項目為主）的部分環節，并進行了簡化，要求學生獨立完成設計內容，在完成項目的過程中，學生能夠了解基礎課、正在學習的和將要學習的專業課與具體技術問題之間的內在關系，初步掌握如何利用專業知識與軟件工具開發并分析簡單的產品，掌握設計與研發的基本流程，進行相關“仿真設計”，獲得工程經驗。

第三個層次：面向大三學生，學生已經完成了大部分專業課的學習，對于本專業有了足夠的認知，此部分教學方法主要是“實戰演練”為主，以具體的學科競賽的比賽項目為題目（各類機器人大賽、電子設計大賽、挑戰杯和工程訓練綜合能力競賽等），學生組成多個小組，完成競賽作品，并進行比賽，以賽代考，勝出隊伍作為當年校外學科競賽的預備隊;同時，還引入教師校企合作項目，作為選做項目，對于部分感興趣的學生開發，拔高其水平，還借此與科技型企業合作，引入企業高水平研發人員為學生開展講座與技術交流，強化校企合作，為學生創業和高水平就業創造條件。

（四）" 考核方式

為了科學地評估學生的學習效果，實施多維多元過程性考核和定性定量終結性考核，具體如圖2所示。

多維多元過程性考核：通過開展創新點研討會的方式，對創意來源、創新技法及創新過程等課程知識目標進行考核;通過文獻綜述、方案對比小作業以及團隊答辯活動對能力目標進行考核;通過開展學科熱點研討會的方式，對各類學科熱點中體現出的工匠精神及創新技術發展趨勢進行評價，進而考核素質目標。

定性定量終結性考核：通過創意大作業對研討課題來源主線內容進行定量考核，通過方案設計大作業對研討課題來源輔線內容進行定量考核，進而對知識目標進行綜合性定量考核;通過專利申報書對遞進式研討內容中自主學習部分進行定性考核，通過實踐作品以及項目立項等級的評價對創新實踐部分分別進行定性和定量考核，通過競賽成果評價對溝通交流部分進行定量考核，最終實現對能力目標的定性定量綜合性考核。

四" 實踐效果

通過課程教學實施，學生的創新實踐能力明顯提高（參與教師縱橫向項目的人數逐年提升），縮短了理論和實踐之間的距離，提高了綜合素質，學習積極性大為提高（以許昌學院舉辦機器人大賽為例，參加競賽人數、獲獎率逐年提升，2020年參賽人數264人，獲獎率35%;2021年參賽人數455人，獲獎率48%;2022年參賽人數783人，獲獎率60%），學生對課程比較滿意（學生對課程組教師的評教成績逐漸提升，而且都是95分以上）。

五" 結束語

通過對創新設計與實踐課程實施研究性教學改革后的效果進行詳細數據分析，可以看出，研究性教學顯著提高了學生的知識應用能力和創新能力。學生在學科競賽、論文發表、專利申請、高質量就業和創業等方面表現優異，教學評價和學生反饋也顯示出很高的滿意度。這些數據表明，研究性教學改革不僅提升了學生的學術水平和實踐能力，還為地方應用型高校培養高素質的創新型人才提供了有力支持。

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基金項目：河南省本科高校研究性教學示范課項目“創新設計實踐”（教高〔2023〕388號）;2024年度河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下新能源汽車電機工程實踐創新平臺搭建與工程技術人才培養實踐”（2024SJGLX0450）;河南省教育科學規劃2024年度一般課題“應用型高校課程的數字化轉型探索與實踐”（2024YB0237）

第一作者簡介：李瑞華（1978-），男，漢族，河南許昌人，工學博士，教授，碩士研究生導師。研究方向為機器人關節電機、高等教育數字化轉型。*通信作者：葛新鋒（1978-），男，漢族，河南許昌人，工學碩士，教授，碩士研究生導師。研究方向為機器人集成應用、課程數字化轉型。