基于“两性一度”的研究性教学模式改革与实践

摘 要：为促进创新型人才培养，针对机械设计课程教学过程中存在的教学内容固化、教学模式单一等问题，进行了基于“两性一度”（高阶性、创新性和挑战度）的研究性教学改革探索与实践。以立德树人为宗旨，构建研究性教学体系，建设教学资源库，开发研究性实验装置，改革评价机制。通过开展教学与科研深度融合的项目化教学和基于问题导向的启发性教学，丰富了教学内容和教学形式，促进了学生科研创新能力和实践能力的提升。

关键词：“两性一度”；机械设计；研究性教学；教学改革

教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中提出“积极推动研究性教学”，鼓励开展研究性教学改革。研究性教学模式是一种以学生为主体的教学方式，它将教学与科研深度融合，采用探究式的教学方法来实现教学目标。该模式通过研究性的知识教学和研究能力的培养，调动学生的学习主动性和科研积极性。机械设计课程作为机械工程学科的专业基础课，主要讲授机械零件的设计原理与方法，旨在使学生具备设计机械零件及机械装置的能力。近年，随着现代科技的迅速发展，机械设计课程的研究对象和教学内容也随之发生了变化。将机械设计的新理论、新方法与课程教学相结合，使课程内容具有高阶性、创新性和挑战度（简称“两性一度”）显得尤为重要。因此，开展以创新型人才培养为目标，培养学生的科研创新能力和实践能力的研究性教学改革显得十分必要。

一、机械设计课程教学存在的问题

首先，教学内容主要依赖于传统的机械设计理论知识，与现代机械先进技术的结合不够紧密，缺乏高阶性，不利于创新型人才的培养。其次，教学模式僵化，普遍采用灌输式教学方法，缺乏创新性，不利于培养学生的批判性思维和创造性思维。最后，实验项目较少，且多为验证性实验，缺少研究性实验项目。学生常常按照固定的“套路”进行实验，缺乏挑战度，不利于培养学生解决复杂问题的综合能力。

针对教学存在的问题，教学团队从课程目标、教学内容和教学形式等方面进行研究性教学改革与实践。授课专业“机械设计制造及其自动化”是国家一流专业建设点，具备良好的专业建设条件。此外，项目依托国家智能起重装备工业设计中心、机械工业建材粉碎装备节能技术重点实验室等科研平台，拥有优越的科研条件。

二、机械设计课程研究性教学改革路径探索

（一）构建研究性教学体系

结合洛阳理工学院建材机械特色，聚焦专业人才培养目标，以立德树人为宗旨，以创新型人才培养为核心，将课程思政与知识传授、能力培养有机融合，确保毕业要求的达成支撑培养目标的达成。将研究性教学要求融入课程目标、课程资源、评价机制中，并基于“知识掌握、能力提升和创新培养”这一从低阶到高阶的递进式教学理念，将课程目标设置如下：

1.知识目标。使学生了解机械设计的发展前沿，掌握通用零件的结构特征、设计原理及设计方法等基础知识，能够针对机械工程实际问题进行分析，并初步提出解决方案。

2.能力目标。培养学生综合运用所学知识分析机械设计方案、改进或开发机械装置的能力，以及解决机械工程领域复杂技术问题的能力和创新实践能力。

3.素质目标。引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，培养良好的职业道德和创新意识，成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

为实现上述目标，采用以探索为中心的教学模式，开展教学与科研深度融合的项目化教学。同时，注重课程思政对专业课程的引领作用，挖掘专业课程中蕴含的思政价值和精神内涵，建设机械设计课程思政素材库，确保机械设计课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。

（二）建设教学资源库

教师根据“两性一度”的标准，将学科前沿知识、机械设计的新理念与新技术融入机械设计教学中，重构课程内容，提升课程高阶性。教学资源包括教学视频、电子教案、知识图谱、课件、试题库、考研资料、科技文献、论文写作指导、创新作品展示以及优秀课程设计图例等，更是覆盖了理论课、实验课、课程设计等多个教学环节，注重培养学生的创新能力。

（三）开发研究性实验装置

利用机器视觉、数字孪生等先进技术，构建了一个融合研究性实验和验证性实验的综合实验体系，增加课程挑战度。基于机器视觉技术开发了涵盖螺栓连接、键连接、带传动、链传动和齿轮传动等五个模块的实验装置。这些实验装置与理论教学内容相结合，用于支持学生开展研究性实验、验证性实验和综合性实验（见表1），从而提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

（四）改革评价机制

结合专业工程认证工作要求，以提升学生创新能力为目标，建立了一个全过程评价机制。这一机制将过程性评价和终结性评价相结合，其中过程性评价占比40%（包括课程表现10%、实验及创新活动10%、过程测试20%），终结性评价占比60%（期末考试）。过程性评价依托学习通线上教学平台的大数据信息，关注学生的学习参与度和目标达成度。如学生参与研讨、问卷调查、科技创新活动等，其成果如论文、专利、竞赛获奖情况等，将作为过程性评价的重要依据。最终，教师综合评价结果，撰写课程质量分析报告，计算课程目标（包括创新能力）的达成度，进而对整体和个体的达成情况进行评价、分析，并提出持续改进的方案。

三、机械设计课程研究性教学改革实践效果

以齿轮传动教学为例，介绍研究性教学实践过程。齿轮传动是一种常见的机械传动形式，也是机械设计课程的核心内容。齿轮传动教学涵盖了齿轮传动的特点、设计准则、强度计算等内容。教学环节则包括理论教学和实验教学两大部分。

（一）理论教学

基于学习通平台和智慧教室开展线上线下混合式教学。课前，教师在学习通平台上发布学习指南，引导学生进行线上自学。学习通平台上不仅提供了有关齿轮设计的教学视频、课件、动画、电子教案、习题、试卷及拓展性资源，还包括教师发表的齿轮研究论文、发明等科研成果，以及学生参与的齿轮重合度实验项目和论文成果等。课中，教师依托智慧教室开展启发式和案例式教学，利用学习通平台上的讨论、通知、测试、讨论答疑等功能，促进生生互动、师生互动。课后，教师引导学生在学习通平台上完成拓展学习、提交作业和进行答疑等活动。

（二）实验教学

在实验教学过程中，注重教、学、研相结合，使学生掌握齿轮传动的基本理论和设计方法。教师鼓励学生结合教学内容，开展齿轮传动研究，引导学生采用实验的方法研究齿轮啮合特点，分析齿轮强度。同时发表论文《基于机器视觉的齿轮重合度实验台设计》，并积极参加创新大赛，如参加第十七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛并荣获三等奖等。

教学实践证明，基于“两性一度”的机械设计研究性教学改革，不仅实现了知识传授和价值引领的有机统一，还通过建设丰富的线上教学资源，开展线上线下混合式教学，开发研究性实验项目以及引入创新大赛等方式，显著提升了课程的高阶性、创新性和挑战度。这种教学模式有助于培养学生的科研能力和创新能力，为他们未来从事科学研究工作和解决复杂的实际工程技术问题奠定了良好的基础。

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责编：勉 耘