多層次全方位實驗教學(xué)探索與實踐

鄭建穎，黃偉國，朱忠奎，汪一鳴

多層次全方位實驗教學(xué)探索與實踐

鄭建穎，黃偉國，朱忠奎，汪一鳴

（蘇州大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院，江蘇 蘇州 215131）

本科教育是高等教育的重要組成部分，實驗教學(xué)是本科教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，探索有效的實驗教學(xué)方法，提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力，具有重要的理論和實踐意義。文中從個性化教學(xué)模式角度出發(fā)，系統(tǒng)地闡述了多層次全方位實驗教學(xué)的內(nèi)涵和外延，以《自動控制原理》課程為例，表述了如何進(jìn)行和實現(xiàn)多層次全方位實驗教學(xué)活動?？蔀橄嚓P(guān)或相似課程的實驗教學(xué)改革提供直接參考和借鑒，也為新形勢下實驗教學(xué)改革提供新思路、新方法和新途徑。

高等教育；本科教育；實驗教學(xué)；個性化教學(xué)模式

中國高等教育經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)取得顯著成績，但仍然存在許多問題和挑戰(zhàn)［1－2］。2010年，紐約時報對中國大學(xué)生水平和能力進(jìn)行評價時表示：中國的教育體系不理想，培養(yǎng)的人不擅長發(fā)現(xiàn)新的事物，不習(xí)慣發(fā)明新的做事方式，不善于提出新的解決方案，只會在現(xiàn)有的解決方案中摸索。換句話說，中國大學(xué)生缺乏創(chuàng)新思維、缺少創(chuàng)新能力，尤其缺乏原始創(chuàng)新能力［3］。無論從外部來看，還是從內(nèi)部來看，當(dāng)代大學(xué)教育存在需要解決的諸多問題，找到切實可行的解決辦法，是教育工作者義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

高水平高質(zhì)量的授課決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果，它是大學(xué)教學(xué)的靈魂和關(guān)鍵［4－6］。實驗教學(xué)又在其中具有舉足輕重的作用，它是理論教學(xué)的延伸與拓展，可以檢驗理論教學(xué)的效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和揭示規(guī)律的有效方式。探索切實有效的實驗教學(xué)方法，是當(dāng)前實驗教學(xué)迫切需要解決的問題［4］。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀

學(xué)生在事先設(shè)定好的模式下驗證某理論知識點，是當(dāng)前實驗教學(xué)的基本模式，這種實驗教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)代大學(xué)生的需求，尤其是無法適應(yīng)學(xué)生個性化教學(xué)需求，探索和發(fā)現(xiàn)新形勢下切實有效的實驗教學(xué)方法勢在必行［7－8］?？紤]學(xué)生在實驗教學(xué)過程中的個性化教學(xué)需求，提出多層次全方位實驗教學(xué)方法，不僅可以提高學(xué)生操作技能，而且可以鍛煉和提升學(xué)生的創(chuàng)新思維。下面詳細(xì)闡述多層次全方位實驗教學(xué)模式內(nèi)涵和外延。

2 多層次全方位實驗教學(xué)內(nèi)涵和外延

所謂多層次全方位實驗教學(xué)，是指在實驗教學(xué)過程中，需要滿足不同層次、不同要求的學(xué)生需求，使其通過實驗教學(xué)過程，實現(xiàn)和達(dá)到與其能力和興趣愛好相匹配的學(xué)習(xí)目的［9］。實行個性化教學(xué)模式，不僅需要花費大量的人力和物力，如果缺乏有效的手段，可能無法獲得滿意的教學(xué)效果。本文提出的多層次全方位實驗教學(xué)方法，把實驗教學(xué)分成多個層次，每個層次滿足不同要求的學(xué)生需求，不同層次之間彼此存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)。較低層次實驗教學(xué)，鍛煉和提高學(xué)生實驗操作技能，加強學(xué)生對該層次理論知識的理解，為更高層次的實驗教學(xué)選拔人才。由于人類的自我認(rèn)知是一個過程，較低層次實驗教學(xué)為學(xué)生的自我需求認(rèn)知提供了平臺和機會，可以更好地指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)。多層次的實驗教學(xué)，可以在有限資源條件下充分實現(xiàn)個性化教學(xué)，滿足不同層次、不同要求的學(xué)生需求。與此同時，可以在實驗教學(xué)過程中鍛煉學(xué)生的心智，提高學(xué)生的自我認(rèn)知，從而達(dá)到全方位學(xué)習(xí)的目的。

3 多層次全方位實驗教學(xué)實踐

以《自動控制原理》課程為例，系統(tǒng)地闡述如何進(jìn)行和實現(xiàn)多層次全方位實驗教學(xué)活動。實驗教學(xué)分成三個層次：基礎(chǔ)實驗、設(shè)計實驗和創(chuàng)新實驗。三個層次可以滿足不同層次的學(xué)生需求，符合個性化教學(xué)的目的，并且三個層次彼此之間存在內(nèi)在遞進(jìn)關(guān)聯(lián)。前者是基礎(chǔ)，后者是提高，前者可以為后者選拔出合適的有需求的學(xué)生。

3.1 基礎(chǔ)實驗

基礎(chǔ)實驗與傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式目的相同，鍛煉學(xué)生的實際操作技能，加深學(xué)生對理論知識的理解?！蹲詣涌刂圃怼氛n程中，為讓學(xué)生理解時域分析方法，設(shè)立的基礎(chǔ)實驗包含：（1）典型環(huán)節(jié)時域分析實驗；（2）典型環(huán)節(jié)穩(wěn)定性分析實驗；（3）系統(tǒng)校正實驗。典型環(huán)節(jié)時域分析實驗可以讓學(xué)生透徹理解控制系統(tǒng)的特點，以及典型環(huán)節(jié)中輸入、輸出和系統(tǒng)參變量之間的定量關(guān)系；典型環(huán)節(jié)穩(wěn)定性分析實驗可以讓學(xué)生理解穩(wěn)定性在控制系統(tǒng)分析中扮演的角色，及其對控制系統(tǒng)的重要性；系統(tǒng)校正實驗可以讓學(xué)生了解當(dāng)系統(tǒng)性能無法達(dá)到預(yù)先設(shè)定的性能指標(biāo)時，如何通過改變系統(tǒng)特性提高系統(tǒng)性能，以及不同的校正方法和控制系統(tǒng)性能之間的定性定量關(guān)系。

三方面的實驗設(shè)計，使學(xué)生對控制系統(tǒng)及其分析方法有更加直觀透徹的理解和掌握，是《自動控制原理》課程實驗教學(xué)的基本內(nèi)容，是自動化專業(yè)學(xué)生都需要掌握的。

3.2 設(shè)計實驗

基礎(chǔ)實驗主要目的是驗證理論教學(xué)知識點。設(shè)計實驗則不同，不僅要按部就班地進(jìn)行實驗驗證，還包括系統(tǒng)設(shè)計成分?！蹲詣涌刂圃怼氛n程教學(xué)中，經(jīng)常需要講到典型控制系統(tǒng)，其中包括抽水馬桶和溫度控制系統(tǒng)等。通過理論部分的學(xué)習(xí)，可以對控制系統(tǒng)的基本工作原理有清晰認(rèn)識，但控制效果如何，系統(tǒng)中各個組成部分的不同設(shè)計方法如何影響系統(tǒng)的性能，仍然需要實踐予以驗證。例如，對于溫度控制系統(tǒng)，存在開環(huán)和閉環(huán)控制方式，兩種控制方法也存在不同的實現(xiàn)方法和不同元器件的選擇。這些都將直接或者間接地影響系統(tǒng)的綜合性能，需要學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性。

3.3 創(chuàng)新實驗

相比較于設(shè)計實驗，創(chuàng)新實驗層次更高，要求學(xué)生針對某個實際需求或者某個性能指標(biāo)，自行設(shè)計合適的自動控制系統(tǒng)。通過基礎(chǔ)實驗和設(shè)計實驗，學(xué)生可以認(rèn)識到自己的特長，教學(xué)可以發(fā)現(xiàn)合適的學(xué)生，從而共同做出判斷，決定學(xué)生是否需要選擇創(chuàng)新實驗?；A(chǔ)實驗和設(shè)計實驗，不僅鍛煉和提高學(xué)生的實際操作技能，而且提升了學(xué)生的自我認(rèn)知。電子設(shè)計競賽為學(xué)生提供了良好的平臺，我們結(jié)合電子設(shè)計競賽進(jìn)行創(chuàng)新實驗的教學(xué)工作。小車或者飛行器設(shè)計是電子設(shè)計競賽的常見試題，學(xué)生需要從系統(tǒng)整體架構(gòu)、元器件購買、系統(tǒng)功能實現(xiàn)等多個方面予以考慮，內(nèi)容涉及機械、通信和控制等多方面。比如，為了實現(xiàn)對小車運行軌跡的有效控制，需要用到PID（比例－積分－微分）控制器，如何設(shè)計PID控制器，不僅需要基礎(chǔ)理論知識，而且需要實際工程調(diào)試經(jīng)驗。創(chuàng)新實驗，為有較高要求的學(xué)生提供了機會，也為培養(yǎng)高水平學(xué)生提供了平臺。

4 結(jié)束語

無論理論教學(xué)還是實驗教學(xué)，其目的都是使學(xué)生得到全方位的訓(xùn)練，提升其整體認(rèn)知水平，具備一定的觀察、分析和解決問題的能力。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法已經(jīng)無法適應(yīng)新形勢下的教學(xué)需求，急需探索新的切實有效的實驗教學(xué)方法。從個性化教學(xué)模式角度出發(fā)，提出多層次全方位實驗教學(xué)方法，為學(xué)生設(shè)計多層次的實驗教學(xué)活動，不同層次彼此之間存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)。一方面可以鍛煉學(xué)生在該層次的實驗操作技能；另一方面為學(xué)生自我認(rèn)知、教師選拔合適人才創(chuàng)造條件。本文提出的多層次全方位實驗教學(xué)方法，在《自動控制原理》課程實驗教學(xué)過程中，收到了很好的教學(xué)效果。對該實驗教學(xué)方法更全面更系統(tǒng)的評價，仍需要開展更多更深入的教學(xué)實踐工作。

［1］張?zhí)鞂?，王攀?試論新型教與學(xué)關(guān)系的建構(gòu)［J］.教育研究，2001（10）：36－42.

［2］張衛(wèi)良.大學(xué)核心競爭力理論與實踐研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2005.

［3］陳超，趙可.國外大學(xué)實踐教育的理念與實踐［J］.外國教育研究，2005，32（11）：33－38.

［4］范冰.加強實驗室規(guī)范管理，提高實踐教學(xué)質(zhì)量［J］.職業(yè)教育研究，2008（1）：74－75.

［5］熊匡漢.高校教學(xué)競賽意義與品牌示范效應(yīng)研究［J］.中國高教研究，2009（4）：90－91.

［6］婁斌超，周志萍，楊近.加強教學(xué)基本文件建設(shè)，促進(jìn)提高實踐教學(xué)質(zhì)量［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26（11）：14－16.

［7］洪家慧.加強實驗教學(xué)督導(dǎo)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，7（6）：84－85.

［8］彭志平，李紹平，柯文德.高校實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2012，29（9）：123－125.

［9］馬強.探索實驗教學(xué)改革對策，促進(jìn)實驗教學(xué)創(chuàng)新［J］.實驗技術(shù)與管理，2013，30（7）：185－187.

Exploration and Practice on M ulti-level Experimental Teaching

ZHENG Jianying，HUANGWeiguo，ZHU Zhongkui，WANG Yiming
（School of Urban Rail Transportation，Soochow University，Suzhou 215131，China）

Undergraduate education is an important part of higher education，and experiment teaching is an important link of the undergraduate teaching.How to explore the effective experimental teachingmethod has important theoretical and practical significance to improve the innovative ability of college students.From the perspective of personalized teaching mode，this paper systematically expounds the intension and extension of themulti－level comprehensive experimental teaching.Taking the principle of automatic control course as an example，the concrete expression of how to carry out and implement themulti－level comprehensive experiment teaching activities.This paper is directly related to similar courses experimental teaching reform，which can provide reference and new ideas for the experimental teaching reform under the new situation，new methods and new approaches.

higher education；undergraduate education；experiment teaching；personalized teachingmode

G642.4；G648.4

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.039

2013－12－20；修改日期：2014－01－04

蘇州大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究基金資助項目（5731503113）。

鄭建穎（1982－），男，副教授，主要從事電氣工程及其自動化方向的教學(xué)和科研工作。