研究生實驗能力培養研究

羅錦+崔少輝+孟晨

[摘 要]研究生教育不僅要求學生在本門學科內掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識，而且要求具備從事科學研究和教學工作或獨立承擔專門技術工作的能力和創新能力。筆者立足于研究生創新實踐能力培養的要求，結合測控電路與裝置課程教學改革，對實驗課程教學模式進行探討。筆者提出以下措施：構建模塊化、遞階式的課程教學體系，引入虛擬實驗、匯報交流等環節；開發虛擬仿真試驗平臺，完善實驗室環境；構建科學的實驗教學評價體系。實踐證明，上述措施能有效激發研究生的學習興趣，提高其創新實踐能力。

[關鍵詞]實驗教學；創新能力；實踐能力；研究生教育

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0168-02

研究生教育屬于國民教育序列中的高等教育，對國家創新人才培養以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學生在本門學科內掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識，而且要求具備從事科學研究和教學工作或獨立承擔專門技術工作的能力和創新能力。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培養學生的科研能力、工程實踐能力以及創新能力。為更好地實現培養目標，提高培養質量，當前國內外很多工科類大專院校在研究生階段的課程系統中開設有實驗課程。大量的事實證明，研究生實驗能力的高低，決定其科技創新水平的高低。而創新是研究生培養質量的標志和靈魂，離開了創新，就談不上高質量高素質的研究生教育。

一、優化教學內容

“測控電路與裝置”是我院儀器科學與技術學科研究生選修課，主要介紹測控系統常用硬件電路與裝置的原理及實現技術，其完整的教學體系包括信號運算與處理電路、信號轉換與模擬電路、信號激勵與檢測電路、測控系統設計以及新型集成電路的應用等，內容涵蓋了基本的原理電路和大規模集成芯片的應用。

為了培養研究生的實驗能力，我們摒棄了傳統的以教員講授為主、學生被動接受知識為輔的教學模式，對教學內容進行優化，體現由“學科系統式”向“應用系統式”的轉變、由“微觀局布式”向“宏觀整體式”的轉變、由“面面俱到式”向“精選式”的轉變，將教學內容用若干個基礎驗證實驗、綜合設計實驗和創新型實驗貫穿起來。我們利用基礎驗證實驗培養學生掌握堅實的基礎知識，培養和激發學生創新意識，利用綜合設計實驗培養學生的知識綜合應用能力，利用創新型實驗培養學生的創新和解決實際問題的能力。

實驗內容的劃分可用圖1表示。基礎驗證實驗包括：運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整等；綜合設計實驗包括：基本信號處理電路設計與調整、函數發生器電路設計與調整、直流穩壓電路的設計與調整、濾波電路的設計與調整等；創新性實驗包括：信號產生電路設計與應用、數據采集電路設計與應用、線性系統性能分析、CPLD和FPGA芯片的應用等實驗。實際教學過程中，這些實驗的具體內容、要求，以及使用的器件或芯片等會根據研究生的知識掌握程度和技術的發展進行更新或調整，并鼓勵研究生自主設計，自己動手，自由探索，開設創新性實驗。

二、創新教學實施方法

教學過程由基礎講授、實驗、撰寫報告、匯報交流或檢查評估等環節組成。教員在基礎內容講授的基礎上，布置實驗內容、要求及注意事項。研究生根據實驗內容和要求進行仿真實驗或實際實驗，仿真實驗利用Multisim軟件在計算機上進行，實際實驗內容利用具體的元器件和電路實驗。實驗由研究生一人一組進行，實驗完成后要寫出實驗報告并制作PPT課件，在課堂進行交流。對于綜合性和創新性實驗，還要由教員和全體學員共同評估項目的完成情況，作為課程考核平時成績的評定依據。2015年研究生“測控電路與裝置”課程教學實施計劃，我們安排了運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整3個基礎驗證性實驗，綜合實驗安排了RC有源濾波器設計與調整、信號處理電路調試與仿真，最后以信號產生電路的設計、仿真與調試為創新性實驗，鼓勵研究生自主設計與創新。

創新過程可能發生在設計過程，也可能發生在仿真和調試過程中。例如，在DDS仿真電路中，U1似乎是多余的，因為它沒有任何連接，而且從原理上講DDS電路也是不需要MCU的，那么U1在電路中的作用是什么呢？在進行DDS仿真實驗時，我們發現MultiSim不支持ROM的設置，即利用MultiSim無法直接設置正弦數據存儲器的值，但是研究發現，在進行MCU仿真時，MultiSim允許將程序編譯下載到MCU的外部程序存儲器，于是我們可以將整個DDS電路看作MCU的外圍電路，并利用MCU的程序編譯過程實現對U2的加載，進而實現DDS電路的仿真。

三、完善實驗環境

培養研究生的實驗能力對教員的素質和教學的實驗條件提出了更高的要求。教員不僅要熟練掌握教學內容，還要具有豐富的相關學科知識，能正確解答研究生在實驗過程中提出的問題。同時，實驗條件也應滿足教學要求，包括虛擬仿真實驗所需的計算機和電路仿真軟件，以及實際實驗中用到的實驗平臺、儀器儀表、元件器件等。

虛擬仿真實驗利用計算機和電路仿真軟件MultiSim進行。針對實際電路實驗，我們建立了相應的實驗平臺。該實驗平臺除了可完成熱電偶、光敏電阻、霍爾器件等基本元器件測試以及基本的模擬、數字電路實驗外，還可對實驗內容三個層次完成運算放大器特性與參數調整、差動放大器性能分析、波形轉換電路實驗、信號產生電路實驗、濾波電路實驗、數據采集系統設計與分析、線性系統的頻域響應分析、典型環節時域響應分析、電工電子創新設計、機電一體化綜合創新設計以及智能飛行器創新系統設計等實驗項目。

四、構建綜合考核評價體系

實驗教學考核評價體系的構建應該將鼓勵創新放在首位。“測控電路與裝置”課程考核成績主要由實驗設計與操作的成績、平時成績、創新設計成績三部分構成。其中，實驗設計與操作成績包括實驗方案設計報告、實驗操作情況、實驗報告等三部分成績，主要考核研究生的工程實踐能力、團隊協作能力和創新能力；平時成績主要包括課堂專題討論情況、答疑討論情況、定期匯報報告情況等幾部分，主要考核學員的理論知識綜合應用能力和總結表達能力；設立創新設計成績，支持和鼓勵有創新意識的研究生積極進行創新實驗活動。通過這種綜合性的考核方法能夠盡可能地考核學員的各種能力，督促研究生學員有意識地加強創新實踐能力的鍛煉。

五、教學效果分析

采用實驗教學為“測控電路與裝置”課程教學帶來了生機和活力，提高了課程的教學效果和研究生的實驗能力。主要體現在：

1.實驗教學實現了以研究生為主體的良好教學環境，使研究生在主動完成實驗內容的過程中積極探索，主體意識明顯增強，學習積極性大大提高；

2.轉變了研究生的學習觀念，激發了研究生的學習主動性，提高了動手實踐能力、協調能力及解決問題和應變的能力，自我探究能力也在不斷提高；

3.在完成實驗的過程中，有很多問題需要討論和相互協作，研究生之間、教員與研究生之間溝通加強，增強了團隊的合作意識；

4.通過實驗結果的總結和討論，提高了研究生的語言和文字表達能力，最大限度地開發了研究生的獨立思考能力，提升了研究生對于科研創新的信心。

從幾年的教學效果和研究生的反饋信息來看，研究生樂意接受這種以實驗能力培養為主的教學形式，課程取得了很好的實效，同時，也為理工科課程的研究生創新實踐能力培養提供了一些有益的借鑒經驗：

首先，要加強課程體系建設，從課程體系上深化研究生實驗能力的培養。

其次，在基礎實驗的框架下，針對不同專業背景或不同知識掌握程度的研究生，制訂深度不同、程度合理的實驗內容，因材施教，讓能者在專業上得到長足發展。

另外，隨著高校實驗教學改革的深入開展，創新和改革實驗教學方式和考試方式更有待深入細致的探索和實踐，尤其需要采用多元化方式激勵研究生投入更多的創新思維到實驗設計中去，并且不斷在實踐教學中檢驗和發展改革效果與運行機制。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李露，謝鳳英，林強.關于在實驗課程中培養研究生創新實踐能力的探索[J].實驗技術與管理，2010（11）：235-237.

[2] 吳祖芳，張艷麗，翁佩芒.工科研究生創新能力培養現狀與對策[J].寧波大學學報（教學科學版），2009（3）：81-85.

[責任編輯：鐘 嵐]