工科专业硕博贯通教学模式探索

建设教育强国是一项极其复杂的系统工程。2024年9月，习近平总书记在全国教育大会上强调，“建成教育强国是近代以来中华民族梦寐以求的美好愿望，是实现以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业的先导任务、坚实基础、战略支撑，必须朝着既定目标扎实迈进”“我们要建成的教育强国，是中国特色社会主义教育强国，应当具有强大的思政引领力、人才竞争力、科技支撑力、民生保障力、社会协同力、国际影响力”[1]。面对习近平总书记的殷切期望及谆谆教诲，作为当代高校教师，我们有责任、有义务，以建设教育强国为己任，努力适应新形势，以实现中华民族伟大复兴。在全球科技竞争日趋激烈的时代背景下，超常规培养关键领域拔尖创新人才已成为实现科技自立自强的重要支撑。值得注意的是，当前拔尖创新人才培养仍存在培养周期长、培养模式不匹配、课程教学内容不衔接不完善等问题。因此，硕博贯通式培养作为一种统筹优质教育资源的方式，对其进一步深化改革可以达到加快拔尖创新人才培养速度、提升人才自主培养质量的目的。力学作为南京航空航天大学的特色专业，正以其自身优势不断向国家输送各类工科人才，但如何紧跟时代发展，高效且优质地培养科技人员是一个值得关注的问题。诸如“非线性动力学”等各类研究生专业核心课程的开设，既丰富了学生的知识体系，更将成为他们日后改变未来世界的有力工具。虽然该课程长期以来是以硕博贯通模式开展的，但一成不变的教学方式显然已不再适合当前的教育理念及认知。一、硕博贯通课程的教学意义硕博贯通课程在很大程度上统筹了有限的优质教育资源，促进了高校研究生管理系统的良性运行，避免了教师重复授课，有利于学生的健康成长和长期发展，实现校园和谐。此外，能够确保研究生将宝贵的时间投入学习与科研中，即在大幅提高课堂效率的同时，可以使低年级研究生尽快掌握必要的科研工具，尽早进入科研角色，为快速开展后期的学术工作奠定基础。值得注意的是，在开设相关硕博贯通课程时，教师须传授研究生基础知识，为他们搭建知识体系，而如何将高深的专业知识传递给基础框架尚不完善的硕博连读/直博研究生，对教师的授课技能是一项不小的考验，这个过程也是对教师自身素质的一次提升。二、工科研究生课程现状随着国家科技高速发展，对高层次尖端人才的需求日益增长，硕博贯通培养作为一种合理、高效的教育模式，经过多年摸索，正日趋成熟。广大教育工作者亦投入了大量精力，如骆轶姝等[2]针对硕博贯通培养研究生具有连续性强、周期长等特点，对长学制硕博贯通研究生培养模式进行了改革，旨在通过对课程体系优化、教学内容创新、选拔方式改进等方式，切实提高工科研究生的培养质量与培养效率。针对交叉型工科专业建设的要求，林健[3重视高校学科特色、坚持学生自身发展，提出了一套开放式专业课程体系，实现了一种硕一博课程合理衔接与师生相互选认的新型培养模式。从培养创新型、专业型、复合型的顶尖人才出发，袁怡洁等4从课程设置、课程管理及课程考核等三方面详细探讨了硕博课程贯通的具体实施办法。期望在保证研究生不同阶段课程体系完整性的同时，进一步加强课程的连续性，提供给学生良好的学习资源，为培养高端人才打下基础。本着统筹教育资源、加快培养创新人才、提高研究生培养质量的原则，姬红兵等5针对硕博贯通培养中的人才培养模式、课程教学体系及导师指导形式等进行了研究和思考，提出了人学选拔和动态调整相结合的研究生选拔机制。基于机械专业的特色与学科特点，同时以项目需求为牵引，李玉贵等[6提出了机械专业知识、能力和素质相结合的本一硕一博贯通培育新模式。他们重塑此专业知识框架与研究方向，实现了多学科知识融合，呈现了特点突出的机械专业本一硕一博贯通教学体系。此外，在研究生教学模式改革方面的探索也取得了颇多成果。譬如，王琨等[7]强调须设法增强当代研究生的自主学习意识与主动性，切实开展教学改革，把理论与实践教学、信息获取等进行紧密结合，实现突破创新。在使研究生扎实掌握基本知识、全面知识体系的同时，结合实际需求，做好科研工作。刘林等8建议以学习促进科研，激励学生通过书本所学知识开展科学研究，以提高研究生的自主学习技能及学习兴趣，让他们拥有提出问题、解决问题的能力。王鑫等[9以研究生核心课程“线性系统理论”为例，在授课过程中，将人工智能方法巧妙地以课程思政的方式引入教学中，将教学实践中的一些经典实例与数值模拟结果进行有机结合，力求使工科研究生在学会应用控制理论与人工智能方法的同时，增强他们的内在创新意识与处理实际问题的能力。以航空报国、培养具有创新意识的飞行器设计人才为背景，在研究生课程思政教学中，尹乔之等\"°提出“理论、实践、工程、综合”并举的研究生培养模式，从课程思政建设总体设计等四个方面讨论了当前工科研究生课程思政教学的开展方式。基于问卷调查，彭洪阁等\"指出目前的研究生教育方式已不再适应他们的需求，具体如授课形式单一、缺乏科研实践等，同时，从教育管理、师资综合素质等角度给出建议，以期提高研究生教学质量和水平。三、教学模式改革举措针对当前工科研究生课程发展现状及学生科研要求，结合笔者所属高校常年开设的硕博贯通课程“非线性动力学”的教学经验，提出以下三条改革措施，具体如图1所示。1.开发出一套非线性动力学演示系统，提高课堂效率。在学习理论性高、逻辑性强、环环相扣的研究生力学专业课程时，对于低年级硕博连读/直博的研究生，任何一个先前环节的缺失，都会导致其对下一阶段课程理解困难。所开发的演示系统可以直观地帮助研究生快速认知大量抽象的物理概念，形成一套理论与实物相结合的立体课堂教学模式。具体的实践过程包括：遴选重点和难点，体系化物理认知。考虑到硕士研究生会提前攻读博士课程，根据多年力学专业课课堂授课经验，对教学大纲中的知识点进行认真梳理，对相关概念开展讨论，对重点和难点加以分析。对关注的知识点进行统筹考虑，成体系地将所有重点和难点“组装”于一套自行开发的非线性动力学演示系统中。采用3D打印等现代技术手段，将演示系统的成品在课堂展示给研究生，在提高教学质量的同时，激发了研究生对课程的学习兴趣。2.开展软件二次开发及相应实验，提升解决问题能力。基于既有的一套“刚-柔耦合在轨绳系航天器动响应及控制仿真软件”，可以在课堂上根据研究生的要求或喜好对软件进行二次开发，远程操控地面实验系统，展示各种有趣的非线性现象，在增加课堂趣味性的同时，可以提升低年级研究生对知识应用的主动性。可总结为，远程操控实验台，可视化概念认识。在实验室对用于直观感知的实验件进行改造加工，特别是之前提出讨论的重点难点概念，找到“观察”物理概念的观测量，便于研究生探查。建立二次开发软件与力学实验系统间的联系，实现课堂软件界面对远程实验平台的操控，通过实时反馈的视频信息，使研究生能在第一时间观测到所研究物理量的特性。图1教学改革具体举措3.引入航空航天工程实例，本源揭示物理概念。力学教材存在一个普遍问题，即例题与实际工程，特别是航空航天应用的结合不够紧密，这在很大程度上造成研究生对知识点理解不够深刻，对硕博贯通课程教学则更为不利。结合高校特色（如航空航天领域动力学研究的成果），深挖授课过程中抽象知识点与工程实例的内在联系，从本源对物理概念进行深刻揭示，实现加深知识点理解与巩固的自的。实践过程可概括为：凝练工程化实例，探知物理量本源。基于知识点对实例进行深挖，分析实例的背景与意义，同时讨论物理概念的内涵并设法推广之，使研究生能够触类旁通。上升到科学问题的角度，从数学或问题来源的高度，对知识点进行深人探究。上述提出的关于硕博贯通课程改革的举措具有一定的创新性与实用性，完全可以考虑将它们推广到相关的工科研究生课程教学中。这里不妨将其进一步凝练并归纳为如下内容。概念“触摸化”。传统的硕博贯通力学专业课更专注于基本理论的灌输及经典公式的推导，鲜有教师会考查研究生是否真正理解掌握物理概念的实际意义。笔者以硕博贯通力学专业课为基础，自主研制出一套动力学演示系统，让研究生走上讲台，实现对重要物理概念的亲手“触摸”，在加深研究生对概念理解的同时，激发研究生的学习兴趣。此类演示系统完全能够推广到其他力学课程的教学活动中。概念“可视化”。在力学专业研究生教学过程中，教师往往通过研究生课后的习题反馈来把握研究生对基本概念的掌握程度，但对于研究生对各物理概念的真实掌握情况，如物理量在动力学方程中扮演的角色、起到的作用并没有直观感受。而通过一个软件二次开发界面，远程操控实验室的力学实验系统，对物理参数不断调试，研究生可以直观地看到所改变的物理参数对系统动力学的影响。概念“溯源化”。过往的硕博贯通力学专业研究生教学中，教师多是机械地讲授重要物理概念的意义，但这些概念在现实工程或数学上的本源属性很少提及，导致研究生的工程背景缺失。计划充实以航空航天为背景的工程实例，从根源上使研究生知晓各物