摘要：随着科技的飞速发展，高等教育面临着培养具有创新精神和实践能力人才的新挑战。科研融入式研究性教学作为一种创新教育模式，旨在将科研活动有机融入教学过程，促进学生从被动接受知识向主动探索知识转变。基于此，以车辆地面力学及仿生行走课程为例，探讨科研融入式研究性教学模式的构建与实施策略，分析其对提升学生科研素养、创新能力及专业知识的综合运用能力的影响。
关键词：科研融入式教学,研究性教学,车辆地面力学
车辆地面力学及仿生行走是机械工程、车辆工程及生物力学等多学科交叉的前沿课程，涉及复杂多变的地面环境对车辆行驶性能的影响及生物行走机制的仿生应用。传统的教学模式往往以教材为中心，侧重于基础理论的讲授，如车辆动力学、土壤力学原理、生物力学基础等。该模式虽然为学生构建了坚实的理论基础，但在激发学生的创新思维、培养学生解决实际问题的能力方面存在不足[1]。学生可能难以将所学知识灵活应用于复杂多变的现实问题中，更难以独立开展科研活动。因此，探索科研融入式研究性教学模式，对于培养适应未来科技发展需求的高素质人才具有重要意义。
一、科研融入式研究性教学模式概述
科研融入式研究性教学是指在教学过程中，教师将科研项目、科研成果或科研方法融入课程设计，引导学生参与科研活动，通过探究性学习方式，深化学生对专业知识的理解，培养其科研兴趣、创新思维和解决问题的能力[2]。基于建构主义学习理论、探究式学习理论和问题导向学习理论，该教学模式强调让学生在真实或模拟的科研环境中，通过主动探索、合作学习和反思总结，构建自己的知识体系。该模式的特点包括以问题为导向、实践性强、师生交互性强、评价体系多元化等。
二、科研融入式研究性教学模式在车辆地面力学及仿生行走课程中的实践
（一）课程内容重构
在车辆地面力学及仿生行走课程中实施科研融入式研究性教学模式，课程内容的重构是核心环节之一。通过精心设计四个模块——基础理论、案例分析、科研实践与项目创新，可为学生提供一个从理论到实践、从学习到创新的全新学习体验。
第一，基础理论模块。教师系统介绍车辆地面力学的基本原理，包括土壤力学、轮胎与地面相互作用、车辆动态稳定性等；同时，引入仿生学基础，介绍生物行走机制的生物学原理和力学特性。通过理论讲授、公式推导、图表展示等多种方式，帮助学生建立坚实的理论基础，为其后续学习打下牢固的基础[3]。教学方法采用讲授与讨论相结合的方式，鼓励学生提问与讨论，加深对理论知识的理解；利用多媒体教学资源，如动画、视频等，直观展示复杂概念和过程，便于学生理解。
第二，案例分析模块。选取与课程内容紧密相关的实际科研项目或工业应用案例，如越野车在复杂地形的行驶性能优化、仿生机器人行走机制的研发等。案例应具有代表性、前沿性和启发性，能够激发学生兴趣并引发深入思考。教师引导学生分析案例背景、提出问题、给出解决方案、验证实验结果和结论等，并通过小组讨论、角色扮演等方式，让学生模拟科研人员的工作过程，培养其问题解决能力和团队协作能力。
第三，科研实践模块。组织学生参与科研实验，如土壤力学性能测试、轮胎磨损试验、仿生行走机构原型设计等；引导学生进行数据分析，包括实验数据的收集、处理、分析以及实验结果的解读等；为学生提供充足的实验时间和资源，鼓励学生自主探索和发现，并邀请具有丰富科研经验的教师或研究人员担任导师，为学生提供个性化指导和支持。
第四，项目创新模块。教师和学生共同讨论选题的可行性、创新性及实际应用价值。鼓励学生基于所学知识，结合个人兴趣和研究方向，自主提出科研项目选题。学生组建科研团队，进行项目策划、方案设计、实验实施、数据分析和论文撰写等工作。教师定期组织项目进展汇报会，分享研究成果和经验教训，接受师生反馈和建议。项目完成后，教师组织成果展示会或论文答辩会，让学生向全校师生展示研究成果和创新点。采用多元化评价体系，对项目的创新性、实用性，学生的团队协作能力和学术水平等方面进行评价[4]。
通过以上四个模块的重构和实施，科研融入式研究性教学模式在车辆地面力学及仿生行走课程中得以有效落地。这种教学模式不仅提升了学生的专业素养和科研能力，还激发了他们的创新精神和探索未知的热情。
（二）教学方法创新
第一，翻转课堂：深化自主学习，强化课堂互动。在课前自学阶段，教师应精心制作或挑选与车辆地面力学基础（如土壤力学、轮胎与地面相互作用）、仿生行走原理（如动物步态分析、仿生机构设计）等相关的短视频，每段视频聚焦一个核心概念或知识点，确保内容精练且易于理解。同时，为学生提供详细的阅读材料，包括教材章节、学术论文摘要、技术报告等，以补充视频内容。最后，设计清晰的自学任务单，列出每节视频或阅读材料对应的学习目标、关键知识点、思考问题及练习题，鼓励学生记录自学过程中的疑问和难点，为课堂讨论做准备。
第二，项目式学习：以项目为载体，促进深度学习。首先，项目选题与策划。教师结合课程内容和科研热点，提供一系列项目选题建议，鼓励学生结合个人兴趣进行选择。同时，鼓励学生提出自己的创意项目，并经教师审核后确定。学生也可根据项目需求自由组队，或由教师根据学生特长和兴趣进行调配。每个团队需制订详细的项目计划，包括研究目标、任务分配、时间进度等。其次，项目实施与监督。学生团队需进行广泛的文献调研和资料收集，了解项目背景、技术现状和发展趋势。在导师的指导下，学生自主设计实验方案，搭建实验平台，进行数据采集和分析。对于涉及仿真或建模的项目，学生需掌握相关软件工具，进行模型构建和仿真测试。在项目中期组织检查会议，各团队汇报项目进展，接受教师和其他团队的反馈。教师根据汇报情况提供改进建议，确保项目按计划进行。最后，项目展示与评估。项目结束后，教师组织成果展示会。各团队通过报告、论文、实物模型、演示视频等形式展示项目成果，并接受师生提问和点评。教师根据项目计划书、实验数据、成果展示等综合评估项目质量[5]。同时，组织学生进行项目总结反思，提炼经验教训，为后续学习和科研提供参考。
第三，科研导师制：个性化指导，加速科研成长。首先，导师匹配与指导计划。建立校内外科研导师资源库，包括教授、行业专家、企业研发人员等，根据学生的研究方向和兴趣点进行导师匹配。每位导师需与学生共同制订个性化指导计划，明确指导目标、内容、方式和时间节点。导师需定期与学生会面，了解研究进展，提供科研方法和论文写作等方面的指导。其次，科研实践与参与。鼓励学生参与导师的科研项目或与企业合作的研发项目，让学生亲身体验科研过程，提升科研能力。导师应组织学生参加学术会议、研讨会等交流活动，拓宽学术视野，建立学术体系。同时，鼓励学生与国内外同行开展合作研究，共同解决科学难题。最后，评价与激励。教师应根据学生的科研成果（如论文发表、专利申请、获奖情况等）进行综合评价。获得优秀科研成果者可获得学校或导师的奖励和表彰。导师也应关注学生的个性化发展需求，为其提供职业规划、深造建议等方面的指导，助力学生实现个人发展目标。
（三）评价体系改革
第一，评价维度多元化。通过闭卷考试、开卷考试或在线测试等形式，检验学生对车辆地面力学基本原理、仿生行走机制等核心知识点的理解程度；评估学生在科研项目中的实际参与情况，包括参与次数、贡献度、主动提问与解答问题等情况；考查学生在项目团队中的协作能力、沟通技巧、责任担当及团队贡献；通过团队内部互评、项目展示时的观察记录及导师反馈，综合评估学生的团队协作能力；鼓励学生提出新颖的研究思路、解决方案或设计思路；从项目创新点的数量、质量及实际应用价值等方面，评价学生的创新能力。同时，教师也应关注学生在科研过程中的独立思考和批判性思维能力。
第二，鼓励学生自我评价和同伴评价。教师应引导学生定期对自己的学习进展、科研表现及团队合作等方面进行反思和总结；通过撰写学习日志、自我评估报告等形式，培养学生的自我认知能力和自我提升意识；在项目团队内部或班级范围内开展同伴评价活动；鼓励学生相互评价对方在科研项目中的表现，包括工作态度、合作精神、创新能力等方面。通过同伴评价，学生可以更全面地了解自己的优势和不足，同时学会欣赏他人的优点，提出建设性的建议。
第三，实施策略与保障措施。在课程大纲或教学计划中明确各项评价维度的具体标准和操作流程，确保评价过程的透明度和一致性。教师应及时向学生提供评价反馈，指出其优点和不足，并提供具体的改进建议。同时，为学生提供必要的评价指导和培训，帮助他们更好地理解和适应新的评价体系。根据评价结果，设立奖学金、优秀项目奖、科研之星等奖励机制，激励学生积极参与科研活动并努力提升自己的综合素质。最后，将评价结果作为学生评优、保研、就业推荐等的重要依据之一。
通过实施以上措施，可以构建一个全面、客观、公正的多元化评价体系，为科研融入式研究性教学模式在车辆地面力学及仿生行走课程中的有效实践提供有力保障。
三、实施效果与未来展望
（一）实施效果
第一，学生科研素养得到提升。学生对科研活动的兴趣显著增强，不再局限于课堂知识的学习，而是更加主动地探索未知领域，寻求解决问题的新方法。通过参与科研项目，学生亲身体验了科研的乐趣和挑战，激发了深入研究的热情。学生掌握了科研实验的基本技能和流程，能够独立完成实验设计、实验操作、数据采集等环节。在数据分析方面，学生学会了运用统计学、数据处理软件等工具对实验数据进行整理、分析和解读，提高了数据处理的准确性和效率。同时，学生还学会了如何撰写科研报告、论文等学术成果，提高了学术表达能力和写作水平。
第二，学生创新能力得到增强。学生在面对复杂问题时，不再局限于传统的思维模式，而是运用跨学科的知识和方法进行创新性思考。通过参与科研项目，学生学会了从多个角度审视问题，并提出新颖的解决方案和思路。学生在解决实际问题的过程中，能够灵活运用所学知识，结合实验数据和理论分析，提出切实可行的解决方案。在项目实施过程中，学生虽然会遇到挑战和困难，但通过团队合作和导师指导，能够攻克难关，顺利完成项目任务。
第三，教师教学质量得到提高。科研融入式研究性教学模式打破了传统课堂的沉闷氛围，使得课堂氛围更加活跃和开放。学生积极参与课堂讨论和实验活动，与教师和同学进行深入的交流和互动。教师不再是单纯的知识传授者，而是学生学习的引导者和合作者。教师通过科研项目和课堂讨论等方式与学生建立更紧密的联系，了解学生的学习需求和困惑，为其提供个性化的指导和帮助。科研融入式研究性教学模式使得学生对课程内容的理解和掌握更加深入和全面。
（二）未来展望
尽管科研融入式研究性教学模式取得了初步成效，但仍需进一步优化。未来应加强对科研资源的整合与共享，完善科研导师制度，提升教师的科研指导能力。同时，教师应探索更加灵活多样的教学方法，以适应不同学生的学习需求。
科研融入式研究性教学模式在车辆地面力学及仿生行走课程中的实践，有效促进了学生科研素养、创新能力和专业知识的综合运用能力的提升。这一模式不仅符合高等教育改革的方向，也为培养具有创新精神和实践能力的高素质人才提供了有益的探索。未来，应继续深化这一模式的研究与实践，推动高等教育质量的全面提升。
参考文献：
[1]张海峰,程彩萍,王彬.科研融入本科教学的研究:以计算机在化学中的应用课程为例[J].高教学刊,2023(26):94-97.
[2]田有,李洪丽.基于科研融入实践教学的学生创新能力培养[J].实验室研究与探索,2023(3):177-180,294.
[3]董显娟,徐勇,李宁,等.科研融入教学在材料成型工艺基础课程改革中的探索与实践[J].中国多媒体与网络教学学报(上旬刊),2020(12):89-91.
[4]刘先珊,许明.研究生“岩石动力学”课程课题融入式教学思考[J].科教导刊(中旬刊),2020(20):133-135.
[5]于雅莉,张国胜.科研融入教学对高等工程教育课程的促进作用[J].黑龙江科学,2020(13):96-97.
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