改革實驗教學方式培養控制類專業學生創新能力

林海波　楊利達　高奇峰

摘要：本文論述了傳統實驗教學方式和改革實驗教學方式，特別對改革實驗教學方式的基礎實驗教學方式，綜合性、設計性實驗教學方式，創新性實驗教學方法進行的闡述，并且比較了傳統實驗教學方式和改革實驗教學方式優缺點，說明改革實驗教學方式培養控制類專業學生創新能力的重要性。

關鍵詞：實驗教學；創新能力

一、引言

當今時代，科技進步日新月異，國際競爭變得日趨激烈。而各國之間的競爭，是民族創新能力的競爭。我國作為發展中國家，要想在激烈的國際競爭中占據有利位置，就必須走科教興國的道路。高等教育是培養人才的搖籃，是經濟發展的強大后盾，中華民族能否在二十一世紀取得更大的發展，關鍵在于我國的高等學校能否培育和造就出適應時代發展的大批創新人才。因此，高等學校必須加快教學改革，大力開展創新教育，著重培養大學生的創新性思維和創新能力，將教學目標由培養“知識型”人才轉向培養“創新型”人才。

長期以來，控制類專業各教研室制定專業教學計劃、教學大綱，習慣于把專業實驗課附屬于專業課，少量安排若干學時的教學實驗，實驗大多是觀摩性、驗證性實驗。基本上是學生按照實驗指導書規定的幾個實驗項目，學會一些操作，而無創新能力的訓練。

二、傳統實驗教學方式

傳統的實驗教學常常是老師仔細講解實驗目的、內容、步驟，甚至將結論預先告訴學生，學生只需“照貓畫虎”進行實驗即可。這樣雖然能夠提高學生操作的熟練程度，卻不能培養和鍛煉學生的創新能力。因此，我們改革了實驗教學方法，激發學生的實驗興趣、培養學生思維能力。

例如：比較典型計算機控制技術實驗壓力、流量、溫度和水位單回路控制，學生根據老師提供的實驗指導書預習，完成實驗目的、內容、步驟并寫在實驗報告上，實驗課上老師仔細講解壓力、流量、溫度和水位單回路控制實驗中P、I、D參數整定，學生根據老師講解按部就班完成實驗，記錄相關參數，總結結果并寫在實驗報告上。在實驗教學方式上存在問題，學生非常被動的按部就班完成實驗，無法培養學生的創新能力。

另一個案例低壓電器控制實驗電機正反轉控制，老師提供實驗指導書包含電氣原理圖和接線圖，學生利用成套實驗設備，輕松完成實驗。這種實驗教學方式培養不了學生的創新能力。

三、改革實驗教學方式培養創新能力

為了培養創新能力改革實驗教學方式，將實驗教學方式分為：基礎實驗教學，綜合性、設計性實驗教學，創新性實驗教學。對于學生打好基礎是根本，提升綜合性、設計性能力是保障，最后培養創新能力。

1、基礎實驗教學方式

基礎實驗主要培養學生的基本操作技能，教師以講座形式向學生講授實驗基本理論和基本知識、實驗技術原理、數據處理方法、科學研究方法、文獻查閱、科學論文和技術報告的撰寫方法等；學生須預習實驗講義的內容，然后每個學生在實驗室獨立完成實際操作訓練和數據測量，課后再撰寫實驗報告。對于基礎實驗教學，在方式上進行了改革，主要是將學生被動學習變主動學習，老師給出相關知識點，并講解實驗基本理論和基本知識、實驗技術原理、數據處理方法、科學研究方法、文獻查閱、科學論文和技術報告的撰寫方法，學生自己寫出實驗目的、內容、步驟，并且完成實驗內容。

2、綜合性、設計性實驗教學方式

綜合性、設計性實驗是培養學生運用理論知識解決實際問題的主要途徑。教學時教師主要起“指導、引導、解惑”的作用。“指導”就是向學生講解實驗的進行方式、學生需要的理論知識；“引導”就是在學生查閱文獻、設計實驗方案、調試儀器、測量數據、數據分析、結果討論等過程中，教師與學生共同分析各方案的利弊，向正確的方向指引，但不包辦或指定學生實驗方案；“解惑”就是當學生在自主實驗時遇到疑問或實驗失敗總結教訓時，教師對學生有疑問的地方或未注意到的地方進行解答。

在實驗內容的設立上本著“以學生為主體，教師指導”的原則，學生帶著任務目標去學習掌握與實驗項目相關的控制專業理論和實驗技能，使學生既充分體驗到獲得實驗結果的成就感，又激發其自主學習、自主實踐的興趣，有利于培養其獨立學習、獨立探究的能力。

通過“指導、引導、解惑”的教學方法，使學生不僅熟練掌握實驗技能和實驗技術，而且學會提出問題、分析問題和解決問題的科學方法，開拓思路，熟悉和體驗研究過程，使學生形成科學思維，培養科學精神，提高其綜合素質。

以51單片機溫度多路檢測系統設計與制作為例，教師只提出基本要求：

為了實現對環境中多點的溫度進行檢測，提出了一種基于AT89C51單片機并采用數字化單總線技術的多路溫度采集系統方案。

這是一個綜合性、設計性實驗，涉及相關課程有：信號與系統、數字電路、模擬電路、微機機原理及應用、51單片機原理及應用、C語言和匯編語言程序設計等，通過“指導、引導、解惑”的教學方式，學生的綜合性、設計性能力得到很大提高，為創新能力的培養打下了良好的基礎

3、創新性實驗教學方法

創新性實驗是學生與教師共同進行的實驗，每個創新性實驗一般由2-3名學生進行，需有一個以上指導教師，實驗中心再配備一名實驗技術人員，學生設計實驗方案，教師進行審查把關，實驗技術人員負責儀器使用及實驗室安全等。

開展創新性實驗主要依托科研項目進行，將最新科研成果轉化為實驗項目，并不斷更新實驗內容，實現基礎與前沿、經典與現代的有機結合。包括本科生研究培養計劃、國家大學生創新創業計劃、本科生導師制及校企（或科研院所）合作制等。

中心積極推動學生通過項目參與到教師承擔的各類課題研究中，進一步強化學生從事控制類專業調查和研究的實際工作能力。另外，學院實行本科生導師制，鼓勵有科研興趣的學生進入科研實驗室，協助老師進行科研課題研究，取得了很好的成效。

在大學生創新性實驗計劃項目《基于西門子PLC的中藥萃取控制系統設計和仿真》中，學生創新能力得到了很大提高。

通過創新性研究項目的實踐鍛煉，學生能夠把握科技前沿、社會需求，建立先進的科學思想，探索、思考新的科學問題，同時其研究成果也為科研發展或者社會科技服務做出了貢獻。

四、結束語

綜上所述，通過改革實驗教學方式和傳統的實驗教學方式的比較，改革實驗教學方式，能夠培養創新能力。

參考文獻：

[1]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].電子工業出版社，2009.

[2]周學軍.基于AT89C2051的數字溫度計設計[J].現代電子技術，2010，17：164-165.

[3]易麗華，黃俊.基于AT89C51單片機與DS18B20的溫度測量系統[J].電子與封裝，2009，9（5）：39-43.

[4]李強，田國棟.基于DS18B20d的室內智能溫度控制系統設計[J].電子設計工程，2012，20（3）：34-36.

[5]《過程控制系統》，編（譯）著：黃德先、王京春、金以慧。，出版社：清華大學出版社。

[6]自動控制原理，作者：吳麒，出版社：清華大學出版社。

[7]計算機控制技術——高等學校教材，作者：姜學軍，出版社：清華大學出版社。

[8]深入淺出《西門子S7-300PLC》 西門子（中國）有限公司

[9]《中藥萃取控制系統設計和仿真》講義 重慶郵電大學出版