綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

【摘 要】在教學(xué)改革中，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)也要不斷改革與創(chuàng)新。本文結(jié)合網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)課程，探討了為培養(yǎng)應(yīng)用型人才在安排課程方面的一些指導(dǎo)思想，包括如何提高實(shí)驗(yàn)課的理論指導(dǎo)和技術(shù)操作水平、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、鞏固基本概念以及提升學(xué)生的綜合素質(zhì)方面的一些做法和考慮。

【關(guān)鍵詞】大型綜合實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用型人才 實(shí)驗(yàn)技能 教學(xué)改革

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）16-0062-02

隨著教育改革的深入，如何通過各個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才，是教學(xué)實(shí)驗(yàn)所面臨的重要問題。所謂大型綜合實(shí)驗(yàn)是在高年級安排的實(shí)習(xí)課程中具有一定量的專業(yè)知識的綜合實(shí)驗(yàn)。通過綜合實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，在教學(xué)中發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。

針對上述問題，結(jié)合我校近年來陸續(xù)開設(shè)了園區(qū)網(wǎng)組建綜合實(shí)驗(yàn)、協(xié)議分析綜合實(shí)驗(yàn)、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)等多門綜合實(shí)驗(yàn)課程。本文結(jié)合這些綜合實(shí)驗(yàn)談?wù)剬?shí)驗(yàn)安排的指導(dǎo)思想和課程教學(xué)方面的一些體會。

一 給學(xué)生留有發(fā)揮空間，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力

在園區(qū)網(wǎng)組建綜合實(shí)驗(yàn)課程中，我們選擇中型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)通用、開放的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺，除了那些涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、交換技術(shù)、路由技術(shù)等基礎(chǔ)知識的控制模塊、通信模塊、交互模塊以外，還涉及服務(wù)器系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫等研究的前沿課題。使學(xué)生可以在這個(gè)平臺上實(shí)現(xiàn)和檢驗(yàn)所學(xué)習(xí)的理論，探索和研究新的方法，培養(yǎng)促進(jìn)學(xué)生的資料閱讀及綜合能力、總體設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。課程內(nèi)容便于因材施教，給學(xué)生深入鉆研以及發(fā)揮創(chuàng)造性的空間。

要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)從知識型到應(yīng)用型的轉(zhuǎn)變，就要實(shí)現(xiàn)課程從以教師為主體到以學(xué)生為主體的轉(zhuǎn)變，如何安排大型綜合實(shí)驗(yàn)課，是較重要的一環(huán)。園區(qū)網(wǎng)組建綜合實(shí)驗(yàn)就是以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自主地去學(xué)習(xí)，根據(jù)如何設(shè)計(jì)優(yōu)秀的園區(qū)網(wǎng)“交換”和“路由”，如何架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，進(jìn)行局域乃至全局的通信。由學(xué)生自己提出問題、制訂解決問題的方案，再去解決問題。教師對學(xué)生的研究進(jìn)行啟發(fā)式的指導(dǎo)。

在基于linux系統(tǒng)的協(xié)議分析綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，隸屬傳輸層的協(xié)議控制的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，選擇合適的協(xié)議控制對帶寬占用的高效性有直接影響。目前現(xiàn)有協(xié)議控制的方式大多數(shù)采用UDP協(xié)議的SOCKET套接字函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，它結(jié)構(gòu)簡單，便于軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。但存在控制力度不足的缺點(diǎn)，很難正確反映流量數(shù)據(jù)包的分布關(guān)系。實(shí)際上多數(shù)網(wǎng)絡(luò)流量是突發(fā)性的，呈正態(tài)分布或類似概率分布函數(shù)關(guān)系。在協(xié)議分析中，當(dāng)協(xié)議規(guī)則確定后，管理控制系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于管理數(shù)據(jù)包在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中所占的優(yōu)先級。目前常用的優(yōu)先級分配方法有二進(jìn)制退避算法、靜態(tài)優(yōu)先級分配法、專家經(jīng)驗(yàn)法等，而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的優(yōu)先級分配算法，存在著運(yùn)算精度與速度和管理系統(tǒng)本身復(fù)雜度之間的矛盾，即精度提高，會使軟件開發(fā)成本很高，編程復(fù)雜度加大，如何解決好這對矛盾，使兩者兼顧，我們提出目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生研究，創(chuàng)新更精確、簡單的數(shù)學(xué)方法及結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到簡單網(wǎng)絡(luò)管理控制的最佳效果。在課程設(shè)計(jì)中我們強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，教師講清題目意義、給出部分參考資料，提出基本要求和研究目標(biāo)。學(xué)生自主查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)算法和結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，讓學(xué)生更充分地思考與研究。在這一過程中，教師下功夫組織好討論課，在討論課上發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新性的思想和方法，鼓勵(lì)他們并進(jìn)行引導(dǎo)，使閃亮的火花能結(jié)出碩果。師生之間、生生之間相互交流、相互討論、相互啟發(fā)，常常會得到意想不到的收獲。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下在NS2和MATLAB上分別仿真實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用查表法、二進(jìn)制二分搜索“逼近”法以及線性插補(bǔ)法等實(shí)現(xiàn)任意網(wǎng)絡(luò)流量情況下的高效管理。經(jīng)常有學(xué)生在相應(yīng)會議和國內(nèi)刊物上發(fā)表相關(guān)文章，學(xué)生普遍反映得到了一次極好的學(xué)習(xí)和鍛煉機(jī)會。

二 鞏固基本概念，提高實(shí)驗(yàn)技能

綜合實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)訓(xùn)練目標(biāo)就是鞏固基本概念，提高基本技能。因此，在綜合實(shí)驗(yàn)中要注意安排各個(gè)環(huán)節(jié)鞏固學(xué)生的基本概念，并訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通斷測試儀、協(xié)議開發(fā)模擬平臺、思博倫測試儀等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建和開發(fā)的基本儀器和工具。

在為學(xué)生開設(shè)的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，最終使該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)單回路閉環(huán)控制和四通道數(shù)據(jù)采集。課程要求學(xué)生設(shè)計(jì)、調(diào)試微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件。

該實(shí)驗(yàn)主要針對部分學(xué)生中還存在著重理論、輕實(shí)踐的傾向，一般課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較單一，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比較少，教師們也普遍反映學(xué)生的基本概念不太清楚、動手能力較差，學(xué)生們接觸計(jì)算機(jī)硬件的機(jī)會較少，基本實(shí)驗(yàn)技能較弱。我們通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試能力。如在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不提供程序框圖、不提供參數(shù)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)測受控對象的參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，運(yùn)用所學(xué)積分離散PID算法編寫程序，學(xué)生通過動手編制、調(diào)試，對系統(tǒng)進(jìn)行分析，學(xué)會如何選定采樣周期、如何調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)，學(xué)生們反映收獲很大。有的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中說：“PID算法我學(xué)了三遍，每個(gè)字母代表什么總是記不清，做完這次課程設(shè)計(jì)，才真正理解了PID。”

我們在實(shí)驗(yàn)的交換機(jī)實(shí)驗(yàn)板中預(yù)留了一些選項(xiàng)，提供給學(xué)生設(shè)計(jì)思考，促進(jìn)學(xué)生鞏固基本概念。如模擬電路和數(shù)字電路共地點(diǎn)的選擇問題，首先讓學(xué)生必須牢記系統(tǒng)中各個(gè)電路模塊必須共地，其次讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會應(yīng)該怎樣選擇共地點(diǎn)，在模擬與數(shù)字電源之間、A/D電路的模擬地與數(shù)字地之間等，預(yù)留實(shí)驗(yàn)選擇點(diǎn)，使學(xué)生通過選擇比較，對“在系統(tǒng)中對信號精度要求較高的電路處共地”有所體會。又如微處理器的總線具有三態(tài)功能，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對處理器的總線往往需要添加地址鎖存器和數(shù)據(jù)驅(qū)動器，微計(jì)算機(jī)技術(shù)的基本概念之一是添加驅(qū)動器以后要使總線繼續(xù)保持三態(tài)功能。為此，我們在驅(qū)動器的控制邏輯部分增加選擇項(xiàng)，促使學(xué)生考慮總線驅(qū)動以后如何控制總線的三態(tài)。

通過實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化了理論知識，得到了一定的工程訓(xùn)練，提高了基本實(shí)驗(yàn)技能，一些簡單的問題能迎刃而解。

三 力求實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性、趣味性和競技性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神

實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)用性、趣味性和競技性也是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要因素。園區(qū)網(wǎng)組建綜合實(shí)驗(yàn)、協(xié)議分析綜合實(shí)驗(yàn)和微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別是完整的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)完成以后，具有實(shí)用價(jià)值。不少同學(xué)自己動手完成微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩的高品質(zhì)控制以后興奮不已，激動地說：“我們低年級時(shí)參觀過××研究所的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如今我們親自實(shí)現(xiàn)了?！庇行W(xué)生用較少的二層交換機(jī)冗余設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了園區(qū)網(wǎng)在惡劣環(huán)境下的傳輸穩(wěn)定性，撰寫的文章被國際會議錄取，深情地說道：“給自己留下深刻的影響，鞭策我繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，刻苦鉆研。”

在討論課中開展設(shè)計(jì)方案討論，讓學(xué)生們進(jìn)行方案比較，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和聰明才智，是激發(fā)學(xué)生積極性的措施之一。在協(xié)議分析應(yīng)用教學(xué)中，我們始終上好討論課，討論課是學(xué)生最踴躍的交流環(huán)節(jié)。教師在課上選擇幾個(gè)比較有特點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，由學(xué)生講解。教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索優(yōu)化，往往都能推出有創(chuàng)造性的方案，也極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

先后開設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)，都需要兩個(gè)以上學(xué)生配合完成。特別是園區(qū)網(wǎng)組建綜合實(shí)驗(yàn)，每組學(xué)生完成自己的區(qū)域拓?fù)?、交換和路由等規(guī)劃決策以后，還要和隊(duì)中隊(duì)友協(xié)調(diào)，制定整體安全策略。課程結(jié)束時(shí)，要安排實(shí)際網(wǎng)絡(luò)攻防對抗，除了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以外，還可以鍛煉學(xué)生的組織能力、協(xié)作能力和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)全面發(fā)展。

四 結(jié)束語

我們經(jīng)過不斷的努力和探索，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面做了一些有益的嘗試，增強(qiáng)了學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的興趣和自覺精神。大型綜合性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生從單純書本學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變到學(xué)習(xí)如何進(jìn)行科研與開發(fā)的第一步，課程的開設(shè)提高了學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和探索解決難題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考和分析解決問題的能力，有利于培養(yǎng)21世紀(jì)需要的具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕