馮茜

(華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

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綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)在控制類課程中的實(shí)踐與探討

馮茜

(華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué)；人才培養(yǎng)；設(shè)計(jì)性；綜合性；非指導(dǎo)性

摘要:實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為工科院校人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其好壞直接影響著為社會輸送工程技術(shù)人才的質(zhì)量。在過程裝備與控制工程專業(yè)的控制類課程中開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，既有利于學(xué)生將多門專業(yè)課程進(jìn)行有機(jī)整合，又可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力。同時(shí)，在授課過程中采用非指導(dǎo)性教學(xué)模式，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合素質(zhì)，收到良好的教學(xué)效果。

一、背景

近二十年來，國際高教界普遍重視實(shí)踐教學(xué)、強(qiáng)化應(yīng)用型人才培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的實(shí)踐部分，在學(xué)生能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提高方面有獨(dú)特的作用。根據(jù)教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教育工作的若干意見》(教高[20]05]01號)和《關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》(教高[20]07]01號)的文件要求，對提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了積極的探索并予以實(shí)施。目前，國內(nèi)外很多高校都根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，相繼實(shí)施并推廣綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，收到了良好的效果。

綜合性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在掌握一定的基礎(chǔ)理論知識和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用某一課程或多門課程知識，對實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。所謂設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是指學(xué)生根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅\(yùn)用有關(guān)知識和技能，對實(shí)驗(yàn)的儀器用具、方法、步驟在頭腦中進(jìn)行構(gòu)思并付諸實(shí)施的實(shí)驗(yàn)。二者結(jié)合，既有利于學(xué)生將多門專業(yè)課程進(jìn)行有機(jī)整合，又可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，課堂教學(xué)中采用非指導(dǎo)性教學(xué)模式進(jìn)行授課，有利于學(xué)生在知識基礎(chǔ)牢固的基礎(chǔ)上，積極主動地參與到實(shí)驗(yàn)中。非指導(dǎo)性教學(xué)由美國心理學(xué)家卡爾·蘭塞姆·羅杰斯提出，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，以自我實(shí)現(xiàn)為指導(dǎo)思想，要求教師通過與學(xué)生之間的非指導(dǎo)性談話，營造和睦的心里氣氛，創(chuàng)設(shè)適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而使學(xué)生積極主動地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

作為高等綜合院校，目標(biāo)是培養(yǎng)出高素質(zhì)的專業(yè)人才，既有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，又有過硬的實(shí)踐技能，前者可以由課堂理論教學(xué)來解決，而后者必須依靠實(shí)驗(yàn)教學(xué)，特別是開設(shè)一些給學(xué)生較高自由度的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，不僅可以克服傳統(tǒng)教學(xué)的局限與不足，還可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性。

過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程在整個過程裝備與控制工程專業(yè)的控制類專業(yè)課程體系中起著“橋梁紐帶”作用，既有理論又有實(shí)踐，該課程包括理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、上機(jī)教學(xué)三個部分，由一名教師獨(dú)立承擔(dān)，這樣非常有利于教師將理論部分和實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行充分結(jié)合，形成有機(jī)的整體，避免了以往產(chǎn)生的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)的弊端。以過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程為平臺探索綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)結(jié)合本專業(yè)控制方向?qū)I(yè)課程，如：過程裝備自動控制原理，微機(jī)原理及應(yīng)用，PLC原理及應(yīng)用等課程，既提高了學(xué)生對已有理論知識的綜合和應(yīng)用能力，又適當(dāng)加入一些新的相關(guān)知識，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力；同時(shí)還需要為學(xué)生留出一定的發(fā)揮和創(chuàng)新空間。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)非常符合以理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性的教學(xué)宗旨，有利于優(yōu)質(zhì)高效的完成教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)高素質(zhì)綜合應(yīng)用型人才。

三、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方案

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，以過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程為平臺，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主線，將加強(qiáng)“實(shí)踐能力訓(xùn)練”作為教學(xué)改革建設(shè)的中心目標(biāo)，開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；在理論教學(xué)方面，在過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程課堂教學(xué)中采用非指導(dǎo)性教學(xué)模式，為開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的知識基礎(chǔ)；優(yōu)化專業(yè)課程體系及課程內(nèi)容，加強(qiáng)課程間的聯(lián)結(jié)，提高學(xué)生對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力。

(一)結(jié)合專業(yè)課程特點(diǎn)，開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

過程裝備與控制工程專業(yè)的專業(yè)課程大體分為過程設(shè)備設(shè)計(jì)方向和控制方向。過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程在控制方向?qū)I(yè)課程中起著承上啟下的作用，該課程包括理論、實(shí)驗(yàn)、上機(jī)三部分，既有理論又結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，過于強(qiáng)調(diào)自身的整體性，缺乏學(xué)科交叉，因此，以過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程作為該專業(yè)控制類方向?qū)I(yè)課程平臺，進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常適合。在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，打造綜合應(yīng)用型人才方面具有重要的作用。

(二)建立多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想注重“驗(yàn)證、鞏固和加深理論教學(xué)的內(nèi)容”，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為演示性和驗(yàn)證性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中會詳細(xì)列出實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容、方法和步驟，實(shí)驗(yàn)儀器基本不需要安裝調(diào)整，學(xué)生可以輕易的完成實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)代教育要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)綜合素質(zhì)為核心，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神為主線。為此，設(shè)計(jì)了三種模式的實(shí)驗(yàn)：基本型、綜合型和設(shè)計(jì)型。基本型實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能得到基本技能訓(xùn)練，而綜合性實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力及工程實(shí)踐動手能力，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造力，為其營造一個創(chuàng)新設(shè)計(jì)空間。

以過程裝備與控制工程專業(yè)課程中的過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程為平臺，結(jié)合該專業(yè)課程中控制類課程過程裝備自動控制原理，PLC原理及應(yīng)用，微機(jī)原理及應(yīng)用等課程進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究。過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程包括課堂教學(xué)、上機(jī)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)三個部分內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生可以根據(jù)興趣自由結(jié)組，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以自行擬定，也可以由指導(dǎo)教師指定，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取應(yīng)該盡量結(jié)合其他控制方向?qū)I(yè)課程，這樣更有利于多門專業(yè)課程內(nèi)容的綜合掌握。各組學(xué)生通過查閱資料，結(jié)合理論知識，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在課堂教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)多進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路分析和應(yīng)用方法技巧講解，少進(jìn)行枯燥的理論堆砌。這樣，加深理解的同時(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以拓寬知識面，為開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。在上機(jī)教學(xué)過程中，在學(xué)生掌握軟件基本操作的基礎(chǔ)上，可以對自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，并驗(yàn)證可行性，既領(lǐng)悟了仿真軟件的強(qiáng)大功能，又可以對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修正。同時(shí)，可以借助從北京化工大學(xué)引進(jìn)的過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)臺和基本實(shí)驗(yàn)臺以及其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)際操作。

(三)采用信息化、網(wǎng)絡(luò)化等現(xiàn)代教學(xué)方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

將計(jì)算機(jī)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使模擬實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)、異地實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)技術(shù)快速發(fā)展，取得常規(guī)實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。如用Flash，PowerPoint軟件編制實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加生動直觀，讓學(xué)生能夠感官上認(rèn)識實(shí)驗(yàn)過程。利用Matlab可以進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和控制過程仿真，而Labview工程測試軟件的應(yīng)用可以提高實(shí)驗(yàn)的直觀性和真實(shí)性，同時(shí)有利于擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容。

另外，制作優(yōu)秀示范范例，學(xué)生的設(shè)計(jì)目標(biāo)的確立很多時(shí)候源于榜樣，通過優(yōu)秀范例可以為學(xué)生指明方向，會起到點(diǎn)化的作用。

(四)采用“非指導(dǎo)性”教學(xué)模式開展教學(xué)

理工科的教學(xué)包括課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個環(huán)節(jié)，既有理論學(xué)習(xí)又有實(shí)踐過程，一般專業(yè)課程的教學(xué)占60%以上，專業(yè)課程教師的人數(shù)也較多，但大部分專業(yè)課程教師不能叫出班級內(nèi)學(xué)生的名字，更深的交流更是無從談起，該狀況的弊病在于學(xué)生不會獲得從老師那里來的認(rèn)同感，學(xué)習(xí)積極性不高，曠課率、作弊率等居高不下。乍看上去該問題的癥結(jié)在于學(xué)生數(shù)量的增加以及學(xué)生質(zhì)量的參差不齊，但是細(xì)究起來該問題的關(guān)鍵問題是目前我們的教學(xué)模式注重單方面的灌輸，師生之間缺乏教學(xué)情感培養(yǎng)的基本意識。

“非指導(dǎo)性”教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)把情感態(tài)度的培養(yǎng)滲透到日常的教學(xué)中，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容采用多種教學(xué)形式，提高學(xué)生的參與意識、合作意識，使師生能在教學(xué)活動中達(dá)到情感共鳴，當(dāng)師生之間建立了良好的情感關(guān)系后，便可以真正做到“以學(xué)論教”、“為學(xué)而教”、“以教促學(xué)”，并可以真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)課堂的創(chuàng)建，優(yōu)質(zhì)高效的完成教學(xué)任務(wù)，提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。目前，國內(nèi)高校對“非指導(dǎo)性”教學(xué)理論的應(yīng)用近幾年來比較廣泛，在實(shí)踐中取得了顯著的教學(xué)成果。

在創(chuàng)新性應(yīng)用型人才的培養(yǎng)中，“非指導(dǎo)性”教學(xué)模式可以克服傳統(tǒng)教學(xué)的局限與不足，更可以為學(xué)生創(chuàng)建和諧民主的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供寬松的易于思維擴(kuò)展的學(xué)習(xí)空間，營造探究和研討的學(xué)習(xí)氛圍，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和創(chuàng)新能力，可以促進(jìn)學(xué)生綜合運(yùn)用各門課程的知識。在該模式下，教師與學(xué)生會主動尋找各種促進(jìn)學(xué)習(xí)的資源與手段，對于理工科綜合應(yīng)用人才培養(yǎng)是一種非常值得嘗試的教學(xué)模式。

在過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程課堂教學(xué)中嘗試采用非指導(dǎo)性教學(xué)模式進(jìn)行授課，為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展打下良好的知識基礎(chǔ)。

(五)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開展方式

以過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程為紅線的專業(yè)課程體系及課程內(nèi)容的研究，要采用“非指導(dǎo)性”教學(xué)模式需要充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，學(xué)生積極性的發(fā)揮在于學(xué)生本身有比較明確的專業(yè)目標(biāo)，因此，需要探索將該課程作為貫穿專業(yè)課程的紅線的具體實(shí)施辦法。目前2014級專業(yè)培養(yǎng)方案中，將該課程放在了第6學(xué)期，該學(xué)期學(xué)生也開始學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程，通過各專業(yè)課程之間的聯(lián)系與搭接，給學(xué)生提供了更廣泛的項(xiàng)目選擇基礎(chǔ)。此外，課程體系的建立可以促使學(xué)生在大三、大四兩年的學(xué)習(xí)過程中將該課程的認(rèn)識不斷加深，不斷強(qiáng)化。

教師應(yīng)注意多收集優(yōu)秀示范范例，好的范例有利于學(xué)生的設(shè)計(jì)目標(biāo)的確立，在增強(qiáng)學(xué)生自信心的同時(shí)還會擴(kuò)寬思路，會起到非常重要的作用。

專業(yè)課程教師內(nèi)在資源和外在資源建設(shè)，要使學(xué)生對專業(yè)產(chǎn)生興趣，專業(yè)課教師的專業(yè)技術(shù)、科研水平、講臺形象、授課藝術(shù)、人格魅力等方面都會對學(xué)生產(chǎn)生大的影響，此外教學(xué)環(huán)境、設(shè)備等也會起到關(guān)鍵的作用，如何對目前我校已經(jīng)具備的硬件及軟件條件進(jìn)行資源的優(yōu)化配置及合理運(yùn)用，是本課題激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的重要研究內(nèi)容。

課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，要將學(xué)生作為教學(xué)的主體，在教學(xué)過程中應(yīng)該真正做到“授人以漁”就必須優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，轉(zhuǎn)變亦步亦趨式的教學(xué)，多開發(fā)探究式的教學(xué)項(xiàng)目，在課上多進(jìn)行設(shè)計(jì)思路分析，少進(jìn)行基本操作訓(xùn)練，充分利用課堂授課學(xué)時(shí)向?qū)W生傳授應(yīng)用思路、方法及技巧。多結(jié)合實(shí)際生活中耳熟能詳?shù)膶?shí)例，由此激發(fā)學(xué)生在課堂上進(jìn)行思考的積極性，要做到這一點(diǎn)必須使得學(xué)生對課程有非常大的興趣，要使學(xué)生產(chǎn)生興趣，必須開發(fā)優(yōu)異的教學(xué)內(nèi)容及案例。同時(shí)，為了促進(jìn)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，開發(fā)的案例應(yīng)該盡量跟本學(xué)期其他專業(yè)課程相關(guān)，這樣就要求多門課程教師之間加強(qiáng)交流。

過程裝備與控制工程專業(yè)課程授課時(shí)以學(xué)生為主體，學(xué)生確定設(shè)計(jì)項(xiàng)目、學(xué)生確定設(shè)計(jì)手段、學(xué)生自由組合項(xiàng)目小組、學(xué)生聯(lián)系相關(guān)資源等，要做好這些需要為學(xué)生鋪墊好一定的實(shí)施基礎(chǔ)，而教師起到整體把握和指導(dǎo)作用。

六、總結(jié)

以過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用課程為平臺，對12級學(xué)生開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既使學(xué)生加深了專業(yè)課程知識的了解和應(yīng)用，又增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和主動思考問題、解決問題的能力，收到了良好的教學(xué)效果。同時(shí)，在對12級學(xué)生授課時(shí)，針對部分教學(xué)內(nèi)容采用非指導(dǎo)性教學(xué)模式，在完成原有教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，根據(jù)學(xué)生的興趣和要求，增加了部分內(nèi)容，擴(kuò)展了學(xué)生的思路，增進(jìn)了師生間的感情。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋效先，王偉平，王曉燕，等.開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力.中國成人教育，2005(7):80-81.

Abstract:Experimental teaching is the key link in the training of Engineering College, which has a direct impact on the quality of the talents in the society. In the control of process equipment and control engineering courses offer a comprehensive and designed experiment, synthetic experiment and designing experiment will be combined, is not only conducive to the students professional courses from the organic integration, and can cultivate the students' hands-on ability, analyze ability and solve problems independently ability. At the same time, in the teaching process of the use of non directive teaching mode, thereby improving the students' learning interest and comprehensive quality, received a good effect.

Practice and Exploration of Comprehensive and Designing

Experimental Teaching in Control Courses

FENG Qian

(College of Mechanicae Engineering,North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

Key words:experimental teaching; personnel training; designability; comprehensiveness; non-instructiveness

中圖分類號：G642.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-2708(2016)01-0092-04