科研项目成果向课程教学转化的实践

科研项目成果向课程教学转化的实践［摘要］在“液压与气压传动”课程教学中引入科研项目案例，使科研成果向教学一线移植和转化，有利于培养学生的科学精神、创新意识和解决复杂问题的能力以课题组科研项目“危险弹药处理机器人”中的液压系统设计成果向课程中“液压系统分析与设计”部分的教学内容转化实践为例，遵循“目标引领、内容契合、过程细化、思政育人、效果评价、持续改进“六步骤，探索易推广、可复现的转化模式，利用科研成果助力“两性一度”金课建设，提升课堂教学质量，以适应新时代国家发展对新型工程技术人才的要求［关键词］科教转化；液压系统；混合式教学；金课［基金项目］2021年度河北省高等教育教学改革研究与实践项目“新工科背景下车辆工程专业通专融合课程及教材体系建设”2021GJJG031［中图分类号］G

642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324202513-0157-04［收稿日期］2024-05-092022年5月召开的第三届世界高等教育大会，提出“培养探究式、批判性思维和创造力”等塑造高等教育未来的六项原则，与当前中国高等教育突出强调的“创新是改革发展的根本动力”高度契合［1］科研项目包括源于纵向和横向的理论研究或应用研究的项目，具备创新性、综合性和复杂性属性，相较于课程教学常用的案例和工程问题等内容，更具有挑战性将符合课程目标要求的科研项目成果移植并转化为课程的教学内容，为学生提供系统综合的训练，可有效促进知识的获得、应用和创新，培养与提高工程实践能力并养成与提升综合素质［2］这不仅优化更新了教学内容，同时融入了教师在科研攻关过程中提出的科学问题、在分析和解决科学问题中获得的经验方法和教训启示，自然会增加课程教学的高阶性、创新性和挑战度［3-4］通过对科研成果向教学一线转化移植的理论和实践的研究与探索，结合课题组在液压系统设计方面的科研成果，遵循“目标引领、内容契合、过程细化、思政育人、效果评价、持续改进”六步骤的转化模式

[5],实施了科研项目成果“危险弹药处理机器人工作装置的液压系统设计”向“液压与气压传动”课程教学内容“液压系统分析与设计”的转化

一、科研项目的确定原则科研项目选择恰当与否，直接决定科教转化的效果确定科研项目，一般遵循以下原则（-）契合课程目标，创新教学内容专业需要及时更新课程内容，以使学生了解学科发展的新成果在保障课程教学系统、完整、可行的前提下，将符合课程目标要求，体现专业性、挑战性的科研项目，作为知识传授、能力培养和素质提升的课程育人载体，确保必备的教学软硬件条件，编制可实施的教学方案和授课计划科研成果有助于深化创新教学内容，推动教学质量更上层次

（二）展现学科前沿，注重学科交叉涉及学科前沿和多学科交叉的科研项目，能够锻炼学生跨学科的思维方式，促进形成发散、逆向和批判性的创新思维，促进学生综合运用多学科的知识、理论和方法，提高学生的创新能力

（三）立足行业发展，突出专业特点科研项目的成果服务于国家战略，满足产业的发展需求，使学生了解学科专业的本质内涵、重要价值和发展前景，提高学生的专业认同感，引发学习兴趣，激励学生投入专业发展的动力，明确坚定个人的职业方向选择

（四）源于工程实践，提炼科学规律科研项目一般是多种复杂工程问题的集合体，具有显著的应用性和实践性特点学生通过模仿真实情境复现科研项目的过程，以解决实际问题为导向，践行“做中学”的理念，探索问题本质，提炼科学规律，既锻炼了工程能力又升华了科学思维

（五）开放问题结果，持续创新挑战开放性的科研项目，其解决问题的途径、方法与技术并不唯一教学中通过教师的科研成果启发学生积极思考，激励学生突破思维定式和经验，鼓励学生从新的思路、视角或途径创造性地解决问题

二、科教转化的模式与步骤科教转化可遵循“目标引领、内容契合、过程细化、思政育人、效果评价、持续改进六步骤的模式来实施

（一）目标引领课程目标是为保障专业培养目标和毕业要求的达成而制定的，向教学转化的科研项目既要与授课内容相适应，体现课程的知识点，还要与学生的知识、能力、素质等多维度的课程目标相匹配这是将科研成果融入教学、充实和创新教学内容的前提和基础

（二）内容契合教学内容是开展教学活动并达成教学乃至教育目标的基础将科研项目转化为教学内容，及时更新、弥补滞后的教材内容，体现前沿性和系统性；解决了教学案例与工程实践的脱节问题，反映应用性和实践性通过对授课时长、呈现方式、内容衔接等教学设计的精心安排，秉承OBE工程教育理念，以学生为中心、注重产出导向实施课堂教学，将科研成果蕴含的知识技能、方法和价值观等转化为可行的教学内容，才有可能达到丰富知识、发展能力、提升素质的教育目标

（三）过程细化细化课堂教学的实施过程，选择适合的教学方式和方法有利于教学内容的组织和学生的学习科研项目自带高阶性、创新性属性，应用于教学中可提升课程内容的挑战度，激发学生的学习兴趣和动力，使学生获得探索、应用和创新的高阶学习体验，达到“金课”建设的“两性一度”标准将科研项目合理转化包装成具备一定趣味性的课程任务，激发学生挑战的愿望；设计以“学生为中心”的教学组织形式，采用线上线下混合式教学方式，提升学生的参与度；制定科学的评价标准，促进学生的重视程度，获得学习效果的提高鉴于科教转化内容的难度和复杂性，师生都将投入更多课外时间和更大努力才能实现预期目标

（四）思政育人课程思政是一种与时俱进的教育理念，是教育者实现知识传授、价值塑造和能力培养“三位一体”的育人模式，也是为实现中华民族伟大复兴中国梦培养人才的教育途径科研项目转化的课程内容，不仅要求学生综合利用理论知识来解决实际工程问题，同时还要考虑社会、健康、安全及环境等多方面因素，潜移默化地将社会责任意识和职业道德融入其中教学的过程也是复现科研项目的攻关过程，有助于塑造学生科技强国的使命感

（五）效果评价教学效果是判定科教转化成功与否的关键围绕科教转化内容设计的合作式、研讨式和参与式的教学方式，以问题为导向，可充分发挥学生的主动性综合考虑学生在学习全周期中的表现，如资料收集、文献研究、知识学习、问题分析、方案讨论，成果答辩等全过程分别给予评价（过程性评价）同时，评价的主体不应仅局限于教师，学生的自评和互评也要兼顾

（六）持续改进科教转化的教学过程，需要及时对教学内容、授课方案、组织形式、效果评价标准及方式等各个环节中出现的问题进行分析和总结，并思考同行教师和学生的反馈意见和建议，动态地进行调整、改进和转化，产生累加效应，以促进学生知识、能力、素质的稳定提升探索实施科教转化从无到有，从有到优，从优到精，持续不断地完善提升

三、科教转化的具体案例“液压与气压传动”课程中“液压系统的分析与设计”章节的教学目标是掌握液压传动系统的设计流程、内容及要求；运用液压传动的工作原理，选用液压基本回路组合，实现机械设备的工作要求，并完成液压系统设计科研项目“危险弹药处理机器人”（见图1）,是对未正常爆破的危险弹药实施抓取、转移等处置动作其中抓取、承载及转移的功能是由机器人工作装置的液压系统控制实现的将液压系统的设计作为教学内容进行过程细化，确定授课时长为2次课（4学时），应用混合式教学方法，设置学生分组，规划课前、课中和课后的教学活动等具体安排第一次课前，通过雨课堂发布科研项目的背景资料，布置查询相关文献的课前作业，帮助学生了解液压技术在机器人中的应用和发展现状，从而激发学生的好奇心和求知欲，认识液压技术的重要性、实践性，提高对课程的重视程度；指导学生分组协作对文献进行归纳整理、分析鉴别、叙述评价；学生小组制作展示课件，在课堂上为师生讲解这一过程有效训练了学生的团队意识、表达能力和科研素养第一次课首先由学生分小组汇报课前学习成果，回答教师和其他学生问题，大家对有争议的部分进行讨论；随后，由教师进行总结分析，并详细介绍液压系统设计的具体步骤，引导学生从设计功能和要求入手，掌握工况分析、液压系统原理图拟定、液压元件计算和选择、液压系统性能验算的流程；最后，布置第二次课需要完成的设计任务分析工作装置各臂架的运动方式，确定运动行程、速度及负载的变化范围，满足运动的平稳性和精度、工作循环、锁止及可靠性要求同时，要求课后各小组通过自主学习和团队合作，按设计流程初步完成项目设计这种课中研讨式教学方式帮助学生丰富了知识、活跃了思维、促进了思考、锻炼了解决实际问题的能力在师生、生生互动中，学生深入了解了机器人工作装置的结构组成、实现功能;明确了液压系统设计的动作和性能要求在第二次课堂教学中，首先由各小组阐述设计成果，包括液压系统原理图、液压元件的计算和选择过程，并从理论上证明各自设计方案的可行性；继而由教师组织学生讨论各组设计的优缺点，从提升系统效率、节能环保、减振降噪、避免泄漏以及保持运输稳定性等多方面进行讨论，促使学生深入思考，进一步理解、掌握液压基本回路实现的功能、具备的特点、适用的场合等课程内容其次，由教师结合设计中存在的问题进行总结分析，并介绍科研过程中机器人工作装置装机试验中出现的两个问题及解决方法问题一是承载下降时运动不稳定；问题二是臂架发生自动滑落这些状况严重影响了平稳性和安全性，必须找出原因和解决办法经过认真研究，发现问题一是因液控单向阀的通径选择不当导致与回路流量不匹配，出现带载下降时阀口一直处于启闭的过渡状态，外在表现就是不稳定的间歇下降并伴随噪声，更换合适通径的控制阀后问题得以解决问题二是由连接臂架液压缸的换向阀阀内泄漏导致的，通过加装电动限位阀而予以克服最终，结合该工作装置应用于远程控制的场合，在实际设计中采用了易于实现电控的各种电比例阀，获得了较好的稳定性、方便性和可操控性见图2将科研项目成果向本科教学一线进行转化，是国内外高校教育教学改革的重要研究课题本文在文献研究和教学实践的基础上，总结了适合转化为教学内容的科研项目的选择原则，并通过科研项目“危险弹药处理机器人工作装置液压系统设计”向课堂教学内容“液压系统分析与设计”转化案例的实施步骤和具体转化过程，详细介绍了易于推广、可复制操作的转化模式希望对同行教师在利用科研成果助力“两性一度”金课建设、提升课堂教学质量方面提供些许参考，以适应新时代国家发展对工程技术人才更高质量的需求

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163.Practice forthe Transformationof ScientificResearch ResultstoCurriculum TeachingTaking Hydraulicand PneumaticTransmission Courseas anExampleLIUQianl,2,LIU Hail,2,JING Guo-xil,

21.School ofMechanical Engineering,Hebei UniversityofTechnology,Tianjin300401,China;

2.New EnergyAutomotive ResearchCenter,Hebei UniversityofTechnology,Tianjin300132,ChinaAbstractThe introductionof scientificresearch casesin theteachingof uHydraulicand Pneumatictransmission makesthe resultstransplanted andtransformedto theteaching content,which isconducive tothe cultivationofstudents scientificspirit,innovation consciousnessand abilityto solvecomplexproblems.This papertakes thepractice oftransforming thehydraulicsystem designresults ofthe researchproject dangerousammunition HandlingRobot”into theteaching contentof HydraulicSystem Analysisand Designvinthe courseas anexample.Following sixsteps of“goal guidance,content fit,process refinement,ideological education,effect evaluationand continuousimprovementv，a transformationmode thatis easyto bepopularized andreproducablehas beenestablished.Scientific researchresults areused topromotethe Two-characteristic andOne-degree constructionof gold course andimprovethe qualityof classroomteaching,so asto meetthe nationaldevelopmentrequirements fornew engineeringand technicaltalents inthe newera.Key wordstransformation ofscience andeducation;hydraulic system;blended teaching;goldcourse。