創新類實驗課程教學探索與實踐

韓云濤　張曉宇　何昆鵬

摘 要：“卓越工程師”計劃為適應國家發展需要對高等教育的創新能力提出了更高的要求。文章以哈爾濱工程大學自動化學院開設的“創新認知與實踐”課程為例，著重探討了創新教學模式，并提出了加強創新建議。

關鍵詞：創新認知與實踐；自動化；高校

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）05-0085-02

“卓越工程師培養計劃”是列入中國高等教育中長期發展規劃的一個重要計劃[1]，該計劃為將我國建設成為創新型國家對培養學生創新能力提出了更高要求。近年來，哈爾濱工程大學自動化學院在“創新推動，打造品牌”人才培養戰略的指導下，大力推進以大學生科研訓練和學科競賽為主要形式的本科生科研訓練和創新活動，積極構建創新平臺，建立了“多位一體”的學生創新體系。為激發學生創新思維，增強學生創新意識，提高學生科研素質，哈爾濱工程大學自動化學院開設了“創新認知與實踐”課程，著重培養學生創新能力和工程實踐能力。

一、“創新認知與實踐”課程設置的特點

對于本科生來說，創新能力需要在已有知識的基礎上經過獨立學習、獨立思考、獨立研究而獲得新知識，獲得新成果[2]。在先修部分基礎課的前提下，自動化學院經過對實驗課的多年探索，在已有實驗條件下，針對大二學生開設了“創新認知與實踐”課程，該課程對培養目標和課程體系進行了明確的規定，努力在知識面、實踐能力、創新意識等方面對學生進行培養。該課程分為傳感器技術、51單片機、凌陽單片機、飛思卡爾微處理器、可編程控制器及PPGA等專題，學生根據選擇專題的不同而進行不同類型的創新實驗設計。該創新課共計32學時，課程總體安排如下。

（一）理論課安排

針對創新課實踐過程中可能需要的理論知識，設置部分理論授課課時。理論課時包括基礎理論課和專業知識理論課，兩類理論課各占4學時?；A理論課授課內容包括基本測量測試儀器的使用及注意事項，例如萬用表、雙通道示波器及任意波形示波器等。通過對這部分知識的講解，使學生掌握基本實驗儀器的使用方法，有利于學生從使用方法上對于儀器有總體認識。專業知識理論課是根據學生所選擇的不同專題內容而進行不同的專業知識講解，講解內容突出學習重點，將基礎知識理論性與實踐性相結合，注重實踐應用。

（二）實驗課選題

實驗部分課時安排為24學時。學生在選擇具體實驗專題后，需要選擇具體實驗設計題目。在選題過程中，充分挖掘學生的自我創新和設計能力，以自我命題與給定題目相結合的方式確定設計題目。以51單片機為例，選題過程主要分為兩類：一是與實際生活相結合的應用類題目；二是與各類大賽相結合的題目，這兩類題目都是綜合設計性實驗。不同層次的學生可以根據難易程度的不同設計不同的題目。同學自擬題目后與任課教師交流并進行修改和細化。除自擬題目外，任課教師可以給出若干題目供學生選擇。例如，51單片機設計題目主要以學生自主設計課程題目為主，在此基礎上，將多路搶答器、數字式時鐘顯示裝置、人體紅外檢測器等題目作為實驗備選設計題目供學生選擇。實驗選題的過程是培養學生開發自己創新能力的過程，對于激發學生實驗興趣，提高實驗質量具有重要意義。

（三）實驗過程的監督與成績評定

創新實驗課一般以3人為一組進行實驗。實驗過程需要各小組同學之間相互配合進行實驗，既鍛煉學生的動手能力，又同時鍛煉了學生的團隊協作能力。學生在實驗過程中，指導教師充分調動學生積極性，讓各組中的每個學生都盡量多參與課題的設計與實現。在實驗過程中，教師控制整個實驗進度并進行適當指導，達到自主實驗與輔助指導相結合的培養模式。

課題結束后，需要對每個學生的成績進行評定。評定過程主要通過平時成績、課題難易程度、實驗報告及課題答辯等幾方面來綜合考慮。平時成績根據學生在課題設計過程中的參與程度及完成情況確定；由于每組學生實驗項目的難易程度不同，可根據課題的難易程度給予不同的權值；實驗報告主要包括實驗課程的內容、設計思路、原理圖繪制、軟件設計流程及源代碼、實驗總結；實驗答辯包括每組學生的實物現場演示、實驗基礎知識和實驗相關知識的回答。通過以上幾方面對學生畢設題目進行綜合考慮，可以對學生整個實驗過程進行綜合評分。

二、創新課實驗課程教學模式探索

創新課實驗教學是近年來迅速發展的一種教學方式，經過幾年的實踐，該教學方式在顯示出獨特優勢的同時，也出現了一些需要探討的問題，需要不斷對創新課實踐教學進行調整。

（一）創新課實驗選題

在課程開展初期，實驗項目一般可分為兩類：一類是教師根據項目的難易程度指定部分題目，這類題目一般具有較強代表性及通用性，通過適當擴展即可應用于具體應用實例當中。例如，“直流電機調速控制器”這個題目，該題目是要求學生能夠使直流電機進行速度分段可調或連續可調，該題目經過擴展后可直接應用于智能小車的運動控制、船模的航行控制及潛器的運動控制等，所有的擴展題目都具有較強的實際應用性。另一類題目是根據學生的創新性想法自己設計的題目或者是與大賽相關的題目。這類題目的特點是具有較強的創新性且綜合設計的難度較大，適合于具有較好理論和實踐基礎的本科生。這一層次的學生通過該課程可以進一步拓展理論教學中未完全掌握的內容，把“科研”與“實踐”有機結合起來，為本科畢業設計或研究生階段的學習打下良好基礎。

（二）教師在創新課實驗中的作用

在創新課實驗開展過程中，由于本科生在大二階段尚未建立完整的知識體系結構，因此對于獨立設計具有較強綜合性的設計題目常常會感到茫然甚至無從下手。針對這種情況，實驗指導教師應適時進行指導，包括整體結構框架設計、實現步驟分析、具體知識點講解等。在指導過程中，提倡進行啟發式教育，主要針對如何分析設計實驗方法進行講解，而對具體知識點倡導學生自主學習并掌握。通過這種模式的指導能夠使學生在教學活動中占據主導地位，使學生的創新思維能力的構建不僅局限于課堂，更能促進相關基礎課程的學習。

三、加強創新類實驗課程教學改革的建議

通過對自動化學院開設“創新認知與實踐”課程后的不斷摸索與實踐，結合自動化專業的發展狀況，對于相關創新類實踐課程提出以下建議。

（一）創新類實驗項目的設置

一般實驗課設置是針對某一具體知識點選擇具有代表性的實驗，實驗過程及結果相對固定，而作為創新類實驗項目設置具有一定的創新性及實用性，一般來說實驗項目比較具體且具有一定的系統性，實現過程中涉及多門相關課程，如何有效地規劃創新課的實驗項目是課程的重要方面。在實驗項目設置上鼓勵學生自主創新，多設計實用性較強的項目，將“創新”“科研”與“實際”相結合。經過每學期的實踐創新課教學經驗，參考學生對教學內容的反饋，及時調整實驗題目，通過不斷積累，創造出一批既具有創新性又能調動學生實驗興趣的“經典”創新類實驗項目。

（二）指導學生掌握創新方法

創新課的實踐題目如果具有創新性，需要對學生進行有針對性的指導，使其掌握創新的基本方法及實現步驟。在自動化學院創新課的理論課程中，筆者對TRIZ理論的法則、原理等進行重點講解，使學生掌握為什么創新及如何創新的問題。在此基礎上，引導學生通過圖書館和網絡，查找自己感興趣領域的相關文獻，掌握要研究領域的進展與動態，進而提出某一研究主題。

（三）確定合理的課程考核方式

在以往的教育教學中，雖然有各種評價方法，但往往過分關注結果，而忽視評價的形成過程；過于關注學業成績，忽視了全面發展[3-4]。在本科生階段開展創新實踐，成績評價不應以最后的結果為唯一根據，否則會引導學生選擇簡單成熟的方法及設計，重復前人的工作，以求結果的正確，達不到培養學生創新精神和創新能力的目的。因此，我們對創新實踐的成績從評價內容多元化和評價主體多元化兩個方面構建科學的學生評價體系。評價內容包括多項評價指標，例如創新題目難易程度、新穎性、實現結果現場演示及實驗報告等；而評價主體則更加關注學生的興趣、動機、主動性、合作與交流的意識、團隊合作精神等。綜合考慮以上兩方面的因素，對學生進行綜合評價后給出考核成績。

創新類實驗教學是一種新興的實驗教學方式，是針對“卓越工程師”培養方案的有益探索，經實踐證明，該類課程的開展可以大大增強學生的動手能力，激發學生的學習興趣，在實驗教學中有傳統教學方法無可比擬的優勢。該類課程的開展及不斷完善必將對學生參加科研立項及各種科技創新大賽產生巨大指導意義及推動作用。

參考文獻：

[1]教育部關于開展高等學校實驗教學示范中心建設和評

審工作的通知[Z].教高[2005]8 號文件.

[2]張安富，劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養計劃”的思

考[J].高等工程教育研究，2010，（4）.

[3]段成芳.培養大學生創新能力的教學管理改革[D].長

沙：湖南農業大學，2005.

[4]俞遠志，張立慶，傅曉航.開放性實驗教學模式的實踐與

思考[J].實驗室研究與探索，2012，（31）.