科技活動與實踐相結合的實踐能力培養模式

浦劍濤 王輝

1.北京聯合大學自動化學院,北京 100101

2.北京信息科技大學自動化學院,北京 100192

引言

實踐教學承擔著培養學生分析和解決實際問題能力、創新能力和自學能力等重要實踐能力的重大任務。教育部、財政部于2007年啟動的大學生創新實驗計劃旨在探索并建立以問題和課題為核心的教學模式，倡導以本科學生為主體的創新性實驗改革，調動學生的主動性、積極性和創造性，激發學生的創新思維和創新意識。逐漸掌握思考問題、解決問題的方法、提高其創新實踐的能力。通過開展實施計劃，帶動廣大的學生在本科階段得到科學研究與發明創造的訓練，改變目前高等教育培養過程中實踐教學環節薄弱，動手能力不強的現狀，改變灌輸式的教學方法，推廣研究性學習和個性化培養的教學方式，形成創新教育的氛圍，建設創新文化，進一步推動高等教育教學改革，提高教學質量。[1]各類學科競賽是培養和提高大學生的實踐能力與創新能力的重要途徑之一。[2]近年來各類國家級的品牌賽事如：全國大學生電子設計大賽、智能車大賽、機器人大賽、挑戰杯等，不但為大學生提供了高水平的競賽交流平臺，也推動了相應課程教學內容、教學手段的改革.

1 實踐教學現狀分析

在傳統實驗教學中,實驗教師是傳授知識和技能的主體,而學生則被動地接受知識和技能。這種教學多采用灌輸式，實驗內容、實驗形式、實驗平臺和考核方式都比較單一。學生學習積極性普遍較差，實驗課前幾乎不預習實驗內容，不提前做好準備工作，實驗課上大部分同學照抄班級里少數幾份程序或設計，實驗報告抄襲情況相當嚴重，認真完成實驗的同學少之又少。因此實驗課教學對學生實踐能力特別是創新能力和自學能力培養效果一般。

實驗內容單一，實踐教學內容往往按理論課程知識點設計內容，實驗內容與實際應用距離較遠，學生缺乏積極性和主動性。實驗課程中實驗內容互相比較獨立，相對缺乏整體性和系統性。綜合性實驗不失為很好的補充，但仍然局限于對應的一門課程，無法將本專業內相互聯系的課程貫通起來，使學生對系統整體缺乏概念。實驗內容比較簡單、枯燥，課程形式單一，學生缺乏興趣和成就感。有理論驗證性和單一性的特征，使學生失去了想象的空間和思考的空間,也限制了學生的學習積極性和主動性。

實驗平臺單一，儀器設備的選擇、準備都由實驗教師進行，學生沒有得到實際的、真正的工程訓練。一臺實驗箱幾乎完成課程涉及的所有實驗，實驗平臺不分層次，不分難度。以自動化專業為例，學生的實驗箱好比小孩的玩具，學生學完課程做完實驗，卻不知道如何選擇控制器芯片、傳感器、執行器等；不會設計電路原理圖、繪制及制作電路板；不知如何從PC開發平臺向控制器下載程序；更不用說考慮機械結構的設計對系統控制的影響和應用各種高級控制算法的編程了?？傊瑢W生通過實驗課程不能完全掌握獨立開發實際的控制系統的能力。

實驗課程考核形式單一，考核要求比較簡單，學生不夠重視，不能有效激勵學生的學習積極性，也是實驗教學效果欠佳的原因之一。

新的教學模式強調學習不是外部刺激的結果，是外部環境與認知主體內部心理相互作用的結果。強調認知主體對學習的能動作用，提出學習者是知識意義的主動建構者。強調學習環境對形成有效學習的作用，其中包括“硬環境、軟環境”。倡導在教師指導下，以學生為中心的學習。因此單靠老師教，而不強調學生主動學的填鴨式教育模式已遠遠不能適應當前教學形勢，必須激發學生的學習主動性，提供能夠促進學生自主學習的軟硬件環境，教師指導必須以學生自主學習為中心。

2 大學生學科競賽和課外科技活動促進學生實踐能力提高

相對于枯燥的課堂教學，大學生學科競賽和課外科技活動豐富多彩，對象更具體生動，與實際聯系更緊密，也更能吸引大學生。在各類與學科專業方向聯系緊密的大學生競賽中，廣大學生表現出了極大的熱情，踴躍報名，積極參加，熱情投入。在競賽和科技活動中，大學生們發揮出了前所未有的自學能力和學習熱情。學生對于跟實踐結合緊密、有趣生動的學科競賽和課外科技活動非常感興趣，也覺得能夠學習到切實有用的知識，提高實踐能力，為其將來走上工作崗位奠定了堅實的基礎。

與專業緊密結合的學科競賽活動不僅能使學生對所學專業知識有深刻體會，得以實際應用，而且會多學許多新的知識，開闊視野，提高應用能力和工程實踐能力，更加激發了學生對專業的興趣。這種以專業知識為主的科技活動。是學生專業知識提高、創新能力培養、動手能力實踐的非常有效的途徑，是傳統實驗教學的必要補充。近年來，各級別的電子設計大賽、“挑戰杯”課外設計競賽、嵌入式系統大賽、機器人大賽、智能車大賽等競賽活動在全國高等院校中開展地如火如荼。例如全國智能車大賽，涉及汽車、電子設計、機械原理、自動化控制、傳感器技術、軟件編程、數學建模等學科和技術，在競賽中，學生需要自學單片機原理及其系統的硬件設計和軟件算法編程，需要自己設計和制作電路板，需要調試程序和參數。學生們在智能車的制作過程中對于自控原理、計算機控制、傳感器技術、單片機原理與設計、模擬數字電子技術、程序設計語言等自動化專業課程的學習就不再是孤立的、片面的、理論層面的，而是更加系統的、全面的、從應用層面上的學習。比如學生學完單片機原理，做完教學實驗，還是不會用買來的單片機芯片做一個最小系統，沒有了現成的實驗箱，不知道程序如何裝進單片機系統中。通過參加智能車比賽，甚至單片機等專業課程沒學過的低年級學生都會快速掌握單片機系統的設計、制作電路板和程序設計。智能車制作、智能車大賽官方網站、智能車QQ群等網上平臺也整合了各種資料，方便學生自學、進行經驗交流和問題的討論?？梢妼W科競賽對學生能力的提高是全方位的，信息量也往往超過課堂教學。在競賽中得到了自學能力和實踐能力的提高，更加收獲了自信和進取心，以及克服困難、堅忍不拔的工作態度。

3 實踐教學與大學生學科競賽和課外科技活動相結合

學科競賽和課外科技活動對學生有很強的吸引力，學生們熱情高漲，甚至有大一大二的低年級學生都踴躍報名，高年級學生幾乎全部報名參加的現象。這樣的直接結果是有限的幾位指導教師負荷太大，一個教師甚至指導幾十個學生，十幾個參賽隊，并且無課時費和工作量等報酬，長此以往必然不利于進一步調動積極性，勢必影響競賽成績和課外科技活動水平的進一步提高。另外一個問題是學生投入大量時間，對于課程緊張的大二大三學生會影響其他課程的學習，能取得好的競賽成績的只能是少數同學，大部分同學沒有取得成績又沒有學分作為保障，將很難堅持下去，長期下去會大大削弱學科競賽和課外科技活動對廣大學生的吸引力。最后一個問題就是資金不好保證。學科競賽和課外科技活動雖然對學生實踐能力培養起了很大的作用，但是不屬于傳統的實踐教學環節，因而無法用實驗經費給予支持，只能是參賽隊所在學院用行政經費給予一定支持。

傳統的實驗課以無法有效完成對學生工程實踐能力和創新能力的培養，需要學科競賽和課外科技活動注入新鮮的血液，而學科競賽和課外科技活動同樣需要借鑒傳統實驗課的組織形式使更廣大的學生從中獲益，而不只是極少數的實踐能力強的同學。兩者的結合是實踐教學改革的必然趨勢。

實踐教學可以分為三個層次：

1）基礎性實驗課程。現有的實驗課程基本屬于此類，內容相對簡單，獨立，多為驗證性實驗。實驗設備為現成產品，例如實驗箱，實驗平臺可操作性好，容易學習和掌握。課時不需太多。目的是幫助理解課堂教學的理論知識。

2）設計型實踐環節。形式可以為課程設計，其內容可以與學科競賽和課外科技活動相結合，最后接近或源于實際，內容較復雜，綜合性強。實驗平臺需要學生自己搭建，可以提供基本模塊，像搭積木一樣，快速搭建系統，使學生上手容易，可以更加專注于核心控制算法設計。

3）創新性實踐環節。形式為開放性實驗。與專業結合緊密的學科競賽和課外科技活動就可以作為創新性實踐環節給予選修課學分。開放性實驗題目自擬或指導教師指定，實驗的時間、地點、形式靈活，按提交成果或取得競賽的成績進行考核和給予不等的學分。考核方式可以是校內外競賽成績，科技活動成果展評比結果，答辯成績，及發表論文、取得專利等。而指導教師則可以按照指導學生數量和學生的成績折合成工作量。

通過設計型實踐環節將學科競賽和課外科技活動的內容滲透進實踐教學中，使傳統實踐課程形式內容上更加吸引學生，平臺上更有利于對學生的工程實踐能力訓練。通過創新性實踐環節，即開放性實驗，將學科競賽和課外科技活動與實踐教學完全結合，利用實驗室的豐富資源培養學生的系統設計能力和創新能力，同時也解決了學科競賽和課外科技活動指導教師和資金緊張等問題。

4 結束語

大學生學科競賽和課外科技活動在內容和形式上都能夠有效調動學生的積極性，有利于培養學生的自學能力、動手能力和創新能力。但其指導和管理難度都比較大，需要大量經費支持。傳統實驗教學內容和形式相對缺乏吸引力，亟待改革，但有其指導和管理上的優勢。如果將大學生學科競賽與課外科技活動相結合，則可以取長補短，相得益彰。關鍵問題在于建立管理平臺，設置靈活的學分免修制度，建立實驗室開放管理制度，合理分配實驗室人力物力資源。

[1]瞿紹軍.以學科競賽為載體，培養大學生創新能力——以大學生程序設計競賽為例[J].電腦知識與技術， 2010,6(15).

[2]閆舒靜,張興會,李輝等.“教學改革-科技創新-學科競賽”，互動模式的創建與實踐[J].天津工程師范學院學報,2006,12(4).