自動化專業實驗教學改革的探索與實踐

摘要：創新人才培養是高等學校教育教學改革的重要目標之一。本文立足自動化專業實驗教學實際情況，總結不利于創新人才培養的因素，提出改革思路。通過增設創新性實驗、鼓勵團隊合作、改變授課方式、細化考核內容等舉措，切實培養學生的創新精神與實踐能力。

關鍵詞：創新人才；實驗教學；教學改革；自動化專業

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）43-0038-02

近年來，關于創新人才培養的問題引起了教育界乃至整個社會的高度關注。創新人才的培養是一項系統工程，探索和實踐拔尖人才培養模式，是我國高等教育面臨的艱巨而又不可回避的重要任務。實驗教學作為本科教學的關鍵組成部分，在培養創新人才的過程中，起到舉足輕重的作用。東北大學自動化專業創建于1952年，是國內最早成立該專業的高校之一。經過幾代人的不懈努力，東北大學自動化專業在全國一直處于領先地位，為國家培養了大批自動化專業優秀人才。利用該專業現有優勢地位，使自動化專業實驗教學滿足新形勢下的社會需求，實現培養學生創新思維與能力的目的，與工業界緊密結合，與世界接軌，成為現如今實驗教學面臨的最主要問題之一[1]。

一、自動化專業實驗教學存在的問題

總結以往自動化專業實驗課教學經驗，不利于培養學生創新能力的因素主要在于以下幾個方面。

1.實驗內容單一，驗證性實驗項目比重較大，缺乏創新性實驗項目。學生實驗課的大部分任務主要是在幾近完整的實驗系統中，根據具體實驗項目的要求給定調節參數、運行系統、調整參數，最終達到控制要求，如筆者承擔的“計算機控制系統”實驗課，在“基于PID溫度控制實驗”中，學生要完成的任務就是根據經驗法調節P、I、D三項參數，達到穩定的控制效果，但對于整個溫度控制系統的硬、軟件組成，各個元器件的工作原理認識不夠全面、深刻。由于實驗課注重追求實驗結果的精準性，學生做實驗的精力主要用在了試參數、等結果、改參數、再等結果的過程上。實驗結果能夠讓學生理解并驗證所學控制理論的實際應用，深刻理解自動化控制的概念。但由于缺少綜合性、設計性的實驗項目，學生缺少了設計控制方案、熟練使用實驗設備、編寫并運行調試系統的工程設計訓練。選擇從事專業技術工作的畢業生在就業初期，盡管擁有豐富的專業理論知識，但很難快速融入工程設計工作[2-4]，與學習期間缺乏這方面鍛煉有非常大的關系。

2.實驗空間緊張、實驗設備有限，缺少適合學生團隊合作的內容。我校自動化專業學生人數較多，近幾年每一屆自動化本科生均有九個班級。而實驗室空間不夠寬裕，使實驗設備數量受到了很大的限制。部分實驗需要兩名學生一組，相互交流和相互協調才能完成[5]。但是實驗課程在內容安排上，忽視了這一實際問題，基礎理論類、驗證類的居多，適合團隊合作類的內容比較欠缺。這一問題經常會導致每組學生中一名同學表現非常好，而另外一名同學“搭順風車”，看著同組搭檔做完實驗，復制實驗結論應付了事。

3.學生對于“填鴨式”的教學方式不感興趣，實驗教學效果差強人意。目前實驗課的授課方式比較傳統、死板：上課開始時，實驗教師向學生介紹實驗儀器使用方法、實驗內容、實驗要求等內容，隨后學生按照指導書上給出的步驟完成實驗內容，最后由實驗教師檢查實驗結果，課后學生完成實驗報告并上交老師批復。這種方式容易讓學生感覺到“填鴨式”的壓力，難以發揮其創新、實踐的潛能，學生動手操作的熱情被教條式的上課形式打消。

4.實驗成績評定標準不完備，不利于調動學生學習的積極性。在以往的實驗教學環節中，實驗成績通常由出勤率、課堂表現和實驗報告三部分按照一定的百分比構成。由于學生人數多、集中上課，課堂表現成績的給定很大程度上依賴于學生完成任務的先后順序，這種形式實際上并不能完全真實地反應學生實際操作能力與創新意識。而實驗報告方面，實驗目的、實驗原理、實驗操作一般都能在指導書上抄錄，實驗結果與思考題也往往與理論知識點結合，分析總結性的內容相對較少，這樣也不利于學生對實驗的理解。有的學生仔細、愛鉆研反而在成績上吃虧，對動手做實驗逐漸失去了積極性。

二、教學模式的改革思路

實驗教學要達到培養學生創新能力的目的，必須克服以上問題。從問題出發，不斷總結，逐步改善，最終形成適于創新人才培養的實驗教學模式。

1.拓展內容，訓練逆向思維。在保留原有驗證性實驗內容的基礎上，增加鍛煉學生逆向發散思維的內容。在學生的實驗設備或實驗程序中適當地設置小障礙，如在“計算機控制系統”實驗課中，將組態程序中的算法命令語句寫錯，讓學生自行查找相關資料，完成程序后，方能進行實驗調試。學生在實驗過程中發現不同的非正常現象，為了能夠完成實驗任務、得出實驗結果，必須先將故障排除。只有對整個系統的硬、軟件設計與操作都熟練掌握，才能準確地找到問題所在并改正。對于事先并不能預料到自己會碰到的問題，學生必須通過現象找原因，查詢相關原理知識，逐步排查，將故障消除。這一過程可以看成是實際工程設計中經常遇到的調試、維修過程模擬，訓練學生從順向思維向逆向思維轉變，獲得一種不可或缺的工程實踐能力。

2.綜合設計，培養團隊意識。為了彌補實驗室硬件資源的不足，增加綜合設計內容，以附加題的形式讓學生利用課余時間完成。學生在完成計劃內容的基礎上，可以與其他同學組成團隊，自愿選擇題目，從方案設計到具體實現，均由該團隊獨立完成[6]。要求題目不偏離所屬課程的核心內容、充分利用實驗設備、能夠幫助學生消化并靈活運用理論知識。由于完整的項目設計工作量相對較大，對學生的團隊合作意識有較高的要求，隊員必須明確分工、各負其責，才有可能完成任務，并得到附加分。附加題的模式能夠對“搭順風車”的同學起到一定的激勵作用，較大程度地彌補實驗教學在這一方面的缺憾。

3.角色交換，激勵主動學習。在授課方式上，轉變老師的角色，使其由主導地位向輔助指導方向轉變，讓學生成為課堂上名副其實的主角。實驗前教師為學生提供實驗指導書、課件等參考資料，簡要介紹當次實驗的主要內容，學生充分利用資源進行“備課”，準備結束后，鼓勵學生自愿或互相推薦，選一名或幾名學生承擔“教師”的角色，為大家講解實驗原理、實驗步驟等。實驗教師對學生的“講課”內容進行補充或總結，介紹實驗設備的使用方法。通過這種角色轉變的授課方式，學生從被動聽課變成主動學習，吸收知識的效果能夠顯著地提升。通過實踐證明，學生主動搜集、整理資料，組織并講述過的內容，能夠給學生本人留下更深刻的印象。

4.細化考核，優化教學效果。完善實驗成績評定體系。將以往的出勤率、課堂表現、實驗報告歸為平時成績項（如是否能順利排故并完成實驗、實驗結論是否合理），增加實驗操作考核和筆試兩項內容。平時成績占實驗總成績的60%，實驗操作成績和筆試成績各占實驗總成績的20%。平時成績根據不同課程的內容而定，各次實驗的成績累加后作為最終的平時成績；如有完成附加題的，可以獲得加分。側重于考查學生的學習態度、課堂紀律和基礎知識。實驗操作和筆試在完成全部實驗課程后進行。教師在考試之前分別準備若干份題目，如實驗操作考試可以考查某一實驗的線路連接、設備操作等內容，筆試可以準備實驗內容聯系基本原理的問答題、操作規范、實驗總結體會等題目，考試時由學生抽簽，完成抽到的題目。實驗操作考核能夠考查學生的實踐操作水平與動手能力，筆試則能夠督促學生將課堂所學的理論知識與實驗內容消化吸收。更全面細化的考核方式，讓學生能夠充分發揮自己的特長，有利于助長學生的學習積極性，同時也能幫助學生在課程結束后對全部實驗環節進行歸納總結，形成更系統的專業知識體系認識，進而達到更好的實驗教學效果[7]。

自動化專業具有多年的教學改革與實踐基礎，先后被評為國家級人才培養模式創新實驗區、國家級高等學校特色專業建設點，并通過了全國工程專業認證。實驗教學在多年經驗積累的前提下，優化教學環境，更新教學理念，完善教學體系，是促進專業水平發展提高、順應社會拔尖人才需求的必然舉措。隨著近年來自動化專業實驗教學隊伍中高水平畢業生的不斷加入，整體實驗教學能力有了顯著提高，教學模式的改革也加快了步伐。自動化專業實驗教學從具體的不利因素入手，有針對性地進行改革探索，以學生為中心，以調動學生自身的學習主動性、積極性為手段，以提高學生的學習興趣、實踐能力、創新意識為宗旨，堅持不懈地推進實驗教學改革，必將為實現創新人才培養的目標提供更完備的保障，做出更多的貢獻。

參考文獻：

[1]張羽，等.自動化專業“立體化”卓越人才培養的探索與實踐[J].教育教學論壇，2012，（44）：194-196.

[2]王剛.工科教育模式的改革和實踐[J].高等工程教育研究，2011，（1）：28-31.

[3]潘艷平，包秋燕，江吉彬.基于卓越工程師培養的本科實踐教學體系改革[J].實驗室科學，2012，15（2）：213-220.

[4]王志芳，周錦燕.創新型實驗教學體系的實踐[J].實驗技術與管理，2010，（3）：206-208.

[5]張憲堂，王來.大學土木工程實驗室開放管理對本科教學的促進作用分析[J].實驗室科學，2012，15（5）：137-139.

[6]朱昌平，等.卓越計劃之課后輔導“三環”實施方案[J].實驗室研究與探索，2012，31（6）：129-132.

[7]韓克鎮，等.卓越工程師培養目標下的液壓傳動實驗教學改革探討[J].實驗室科學，2013，16（1）：86-88.

基金項目：遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目（2012年）

作者簡介：鮑艷（1986-），女，內蒙古赤峰人，碩士，助理工程師，東北大學國家級電子實驗教學中心自動化技術實驗室主任，長期從事自動化相關專業的實驗教學和研究工作。