火控系統原理實驗教學與科研相結合的探索與實踐

　　摘 要： 本文針對目前火控系統原理課程實驗教學與科研脫節的現狀，充分利用火力控制原理與系統實驗室教學資源，提供科研課題和實驗數據，開展設計性實驗教學，探索與實踐實驗教學與科研相結合的教學模式，對火控系統原理實驗教學提供了一種新的教學方法。
　　關鍵詞： 火控系統原理 實驗教學 科研方法 教學模式
　　
　　1.引言
　　隨著電子技術、信息技術的飛速發展，涌現了大量的新知識、新技術和新思維。隨著這些新知識、新技術的廣泛應用，各院校對教學特別是實驗教學的投入不斷加大，使得儀器設備不斷升級，教學模式與教學方法不斷更新。在此情況下，為培養出更多的高層次創新型人才，設計性實驗在各院校中普遍得到了重視。
　　設計性實驗是一種介于基本教學實驗和實際科學實驗之間的、較高層次的、類科研的實驗訓練。它要求學生在教師的指導下自己獨立選題，針對某一給定的實驗題目或實驗要求，查閱有關資料，提出實驗原理，然后根據科學設計的原則選擇最優實驗方案，確定測量條件，制定實驗方法和步驟，觀察和記錄實驗現象和數據，研究實驗過程中發現的種種問題，并著重對實驗結果進行分析和研究，直至完成實驗。在目前實驗教學中，設計性實驗已成為調動學生學習主動性、培養學生創新意識和綜合能力的有效教學方法。而科研工作更要體現新知識、新技術的應用。因此，在高等教育中，要培養出實用型、創新型的綜合性人才，將實驗教學與科研結合起來不失為一個好的教學模式。
　　火控系統原理實驗是學生在火控系統原理課程學習過程中，完成火控系統基本原理演示、驗證、仿真等方面的實驗，是培養學員理論聯系實際的嚴謹學風和工程實踐能力的一個重要環節。通過實驗，應學會基本實驗知識、基本實驗方法、基本實驗技能；了解工程中常見的火控系統原理實驗設計項目；掌握火控系統原理實驗的設計思路和一般過程；具有獨立運用所學知識分析、解決工程實際問題的綜合能力。
　　火控系統原理實驗基于火力控制原理與系統實驗室中的火控原理各實驗模塊，根據實驗目的，鼓勵和引導學員自行設計、獨立搭建系統，進行仿真分析，使學員初步具備解決工程實際問題的能力。
　　2.火控系統原理實驗教學中存在的問題
　　“加強基礎、增強知識、培養能力、提高素質”的人才培養模式已得到公認，人們逐漸認識到實驗教學不但要學生驗證掌握已有的理論知識，而且要培養學生開拓創新的科研能力。但在實際教學過程中，我們發現實驗教學中仍存在以下問題。
　　（1）內容安排不合理，教學方法單一化。
　　實驗教學內容及安排上存在理論驗證性。因受理論教學內容和學時的限制，一方面實驗內容安排缺乏全局性，各實驗之間彼此孤立，連貫性不強，綜合性、設計性實驗較少。另一方面，理論為先導，指導實驗，實驗內容通常安排在理論講述之后，驗證理論成為實驗教學的目的。
　　（2）評價體系封閉，考評機制不健全。
　　教學和考核是一個互動的過程，考核評價對教學的影響不容忽視。在傳統實驗教學中多數實驗課沒有考核環節，學生一般只要做完平時的實驗項目，交了實驗報告就算通過，這種沒有任何硬性要求的考查必然導致學生不重視實驗；實驗考試形式單一，教師常常只以學生的實驗報告作為學生實驗成績的依據。
　　（3）實驗教學與科研脫節。
　　傳統的實驗教學只是為了完成實驗教學任務，沒有將實驗教學與科研有機地結合起來。目前開設了設計性實驗教學，對培養學生創新能力、提高綜合素質起到了一定作用。但學生真正意義上的科研創新活動也只是以開展第二課堂的形式進行，并且是穿插到個別科研活動中，參加的學生數量受到極大限制，造成了實驗教學與科研脫節的現象。
　　（4）教學實驗設備不能充分利用。
　　實驗教學主要以火力控制原理與系統實驗室為依托，實驗課程的設置多，所需實驗設備又不可缺乏，完成一項實驗就需要建立整套的實驗設備供教學使用，這些設備也只在實驗教學時才得以使用，有的甚至在整個教學過程中僅能使用幾次。而每臺實驗設備有其固有的正常使用壽命，這勢必出現實驗設備利用率太低，造成很多貴重儀器設備不能充分發揮效能的浪費。
　　（5）教學實驗原始數據流失嚴重。
　　學生實驗一般安排較為集中，完成實驗教學后往往就結束教學任務，而學生實驗所得的實驗數據只體現在學生實驗報告中，沒有真正利用其有效的科研價值，造成了很大的實驗數據資源浪費。
　　3.火控系統原理實驗教學與科研結合的開展
　　（1）設計實施與教學實驗相關聯的科研項目。
　　為緊密結合實驗教學，充分利用實驗設備，培養學生創新能力，我們根據火控系統原理實驗課程標準，選擇適合開展的項目進行反復研討論證，然后進行教學設計。實驗實施前，學生查閱相關文獻，獲取最新進展，熟悉實驗操作及注意事項，并在教師指導下展開討論分析。針對學生多、課次少這一實際情況，將實驗進一步細化，以便于獲取充足、完整的實驗數據。
　　（2）設計實驗考核標準，獲取科學實驗數據。
　　為充分調動學生的積極主動性，獲取科學的實驗數據，同時達到督促學生的目的，我們還擬定了實驗考核標準：設計性實驗考核分為四個部分。
　　設計性實驗質量：根據設計性實驗方案是否具有科學性、創新性、可靠性和可行性、全面性、規范性、實用性的要求，綜合評定后給分；
　　設計性實驗答辯：由答辯專家和指導教師對答辯小組進行考核。學生、老師均可針對設計提出問題，提問內容主要包括擬定實驗的知識背景、設計思路、技術方法與預期結果討論等，根據學生的報告和答辯情況進行評分；
　　答辯表現：根據開題報告者的開題報告、開題過程、語言表達、幻燈片等方面綜合評定；
　　實驗論文：由指導教師，根據論文質量評定，包括文章的層次、實驗結果的表達，以及討論的邏輯分析等。
　　（3）數據提取、處理。
　　為避免實驗數據收集混亂，我們對實驗項目進行標記編號，分別匯總，收集實驗數據后，再返回給學生進行相關統計分析，以鍛煉學生對實驗數據統計分析的能力，從而得出科學的實驗結論。最后要求學生寫出科研論文形式的實驗報告，并由教師進行匯總，最終形成科研論文進行發表。
　　4.實施開放式教學，構建實驗教學新模式
　　開放式實驗教學是提高學生綜合素質及創新能力的一種新型實驗教學模式。經過初步嘗試，逐步掌握了一些規律，應從以下幾方面出發。
　　（1）轉變教學觀念調整教學內容。
　　改革開放，觀念先行。開放式實驗教學要在轉變“實驗即驗證”的傳統觀念，深刻理解其開放的內涵意義的基礎上，理順理論與實驗教學的關系，在綜合考慮火控系統原理實驗知識技能的完整系統性，以及火控系統原理知識重難點、教學時數、教學條件和設備及與其他學科交叉重疊等情況下，以“減少驗證性內容，增加綜合性、創新性、設計性、應用性內容”為基本思路，保留經典實驗的合理內核，刪減重復、陳舊的實驗，壓縮驗證性實驗的課時比例，針對不同的學生調整開設基礎型必修實驗項目、提高型選修實驗項目和研究型自選實驗項目等多層次的開放實驗內容，努力構建一個基礎實、知識新、起點高、多層次的教學內容體系。
　　（2）開放教學時間改革教學方法。
　　開放實驗教學時間，首先，教學時數開放：每次實驗在時間長短上沒有限制，即學生在完成一些基礎性的必修實驗內容和綜合性選修實驗內容時，可根據自己對實驗基本技能和基本操作的情況在實驗室進行預習、復習和實驗技能訓練，不受固定的實驗學時限制。其次，學生進入實驗室的時間開放：經允許和登記學生可以在任意時間進入實驗室，運用已掌握的基本知識和基本技能，獨立自主地對自己感興趣的研究型自選實驗課題進行研究，平等地與教師分析探討實驗中出現的問題，修改實驗方案，還可以積極參與教師的科研課題研究。
　　
　　運用現代化多媒體教學手段和方法如實物投影、多媒體教學課件、影像、網絡等輔助教學，讓學生全方位、立體化、多渠道地感受知識信息，更形象、生動、直觀地了解和掌握實驗流程和技術，既活躍了學習氣氛，增加了課堂的生動性，增強了火控系統原理實驗教學的示范性，又滿足了學生多元化的求知欲望，使實驗效率和教學質量得到明顯提高。
　　（3）嚴格教學管理開放教學評價。
　　完善的實驗室管理制度和嚴格的學生實驗考核制度是保證開放式實驗教學順利進行的必要條件。我們結合火控系統原理實驗課自身的特點，制定了各項實驗室管理制度，加強對學生的規范化實驗室管理教育，實施儀器設備管理和措施落實到人，將學生在實驗過程中的執行情況記入平時成績。
　　為保證開放工作健康運行，就必須建立開放式實驗教學評價制度。建立和實施以基本操作技能與創新設計能力并重的全程實驗教學考核體系，以全面真實地檢查學生的實驗水平和教師的實驗教學質量。
　　5.結語
　　（1）教學資源得以充分利用。
　　利用學生設計性實驗，通過實驗教學與科研工作結合的教學模式，進一步有效利用了高端儀器設備資源，避免了儀器的閑置，減少了設備由于重復建設而造成的浪費。由于學生分組多，可以獲得大量原始資料數據，節省了人力和時間，避免了單獨開展該項科研實驗的重復。
　　（2）培養了學生實踐和創新的科研能力。
　　在探索過程中，我們發現學生學習積極性明顯提高。在實驗過程中，學生能創新地發現問題，主動尋找解決問題的辦法，提出自己的觀點，能對實驗獲取的科研數據綜合利用，發現并整理出實驗成果。因此，將現有科研課題中部分相對簡單的研究工作或研究指標納入學生實驗中，使實驗教學與科研工作結合起來，不但為學生提供了科研訓練機會，了解科研領域，接觸學科前沿，了解學科發展動態，增強創新意識，而且培養了學生實踐和創新的科研能力，有利于提高學生的綜合素質，培養其合作交流能力和團隊協作精神。
　　總之，實驗教學與科研結合的教學模式，是對傳統的實驗教學思想、教學體系、教學內容、教學方法的大膽探索和實踐，這種實驗教學拓展了教學空間，使課內實驗與課外實驗相結合，教學與科研相結合，使教學資源和科研資源有效的疊加起來，實現了教學和科研的融合、滲透，形成以教學帶動科研，以科研促進教學的實驗教學新模式。有效地激發了學生對火控系統原理實驗的興趣，充分發揮了學生的主觀能動性，提高了學生的基本實驗操作技能，提升了學生的科研素質，促進了學生的動手能力、創新能力、獨立思考和分析問題、解決問題能力的培養和提高，更提高了實驗教學的實際效率和教學質量。
　　
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