面向研究生國際化培養的實驗教學模式研究

萬敏+陸寧云+王晶

摘要：我國高校對研究生國際化培養工作的重視程度愈來愈高，針對研究生課程的改革成果亦層出不窮。然而，與歐美發達國家的研究生教育相比，我國高校的研究生實驗教學還存在許多不足，這已成為研究生國際化培養的質量短板。本文以南京航空航天大學研究生國際化培養課程《數字控制理論與設計》為例，探討歐美名校的實驗教學模式，積極開展該課程實驗教學模式的改革和探索，總結出適合我國現階段研究生國際化培養需求的實驗教學方法與手段，以期推動研究生國際化培養的改革進程。

關鍵詞：研究生；國際化培養；實驗教學

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0226-03

一、引言

隨著時代的發展，針對研究生教育國際化的改革工作已得到我國高等教育界的廣泛認同。為適應這一趨勢，南京航空航天大學（下文簡稱“南航”）自2008年起陸續開設了一系列研究生國際化培養課程，同步使用國外優秀原版教材，聘請國外知名教授參與研究生課程的教學和管理，研究生國際化培養的效果已見成效。其中，《數字控制理論與設計》課程是南航研究生國際化培養體系中的精品課程，其建設過程中所取得的經驗教訓具有典型示范意義。

通過調研我國許多高校現階段所開設的研究生國際化培養課程，我們發現這些課程的理論教學體系已逐步完善，符合國際化培養目標的理論，教學改革也在逐步發展和實踐中。然而，與歐美發達國家的研究生教育相比，作為培養研究生創新能力和動手實踐能力的實驗教學環節，尚沒有得到相應的重視和發展，這已成為研究生國際化培養的質量短板。

目前，面向研究生國際化培養的實驗教學還存在一些不足，主要體現在如下方面。

1.普遍存在重理論，輕實驗的現象。雖然很多高校已開始研究生國際化培養課程，但極少開設相對應的實驗課程。即使部分課程有實驗環節，但實驗課時一般被理論課時嚴重擠壓，實驗成績在學分上也沒有明顯體現。這導致研究生和任課教師都不重視實驗教學，實驗課程淪為一種形式教育。

2.實驗內容和教學方式較落后。對于已經開始實驗環節的部分研究生國際化培養課程，實驗內容多是一些驗證性實驗，而非致力于培養學生創新思維的設計型和開放型實驗。實驗課程的教學方式大多依然沿襲本科生時期的教學方式，將實驗步驟詳細講解后再讓學生操作一遍，并沒有起到實驗教學應有的作用。

3.實驗教學配套明顯不足。研究生實驗教學基本都是依靠本科實驗教學團隊來承擔，實驗課師資人員的理論水平和英語授課水平嚴重制約著研究生實驗教學的發展和創新。研究生課程所用的實驗設備比較昂貴和先進，再加上場地的限制，實驗設備不足的問題也非常突出。研究生實驗教學是培養、提高研究生創新能力和國際化水平的重要途徑，隨著研究生國際化培養的深入開展，改革現有的實驗教學模式刻不容緩。

二、部分國外名校的研究生實驗教學模式分析

國外著名大學均把實驗教學放在非常重要的位置，形成了先進的實驗教學理念。

1.重視實驗教學在研究生培養中所發揮的作用。實驗教學體系相對比較完善，實驗學時與理論學時的比例合理，幾乎所有的專業理論課程都設有包含實驗的課程設計，實驗在成績中占的比例比較合理，且具有嚴格的實驗教學考核制度，同時對學生有實驗課時學分的要求。譬如，美國亞利桑那大學的光學院開設了10余門實驗課，要求所有碩士研究生必須修讀兩門實驗課，從而培養學生的創造性思維、獨立思考和解決實際問題能力的同時，也注重團隊協作精神的培養。

2.實驗教學內容關注學科前沿領域。雖然許多國外大學的實驗課程并沒有統一的，正式出版的教材，但其自編的實驗教材能適應教學內容和儀器的不斷更新狀況，重視新技術的應用。研究生課程的實驗教學環節特別注重知識和實踐的結合，實驗內容有難度，有深度和有可探索性，甚至包括一些最新的科研成果。

3.網絡虛擬實驗教學發展成熟。不少國外著名高校都已開發并共享了基于互聯網的開放實驗教學資源，提供多媒體課件、補充閱讀材料、實驗數據、工業應用案例等資源的下載和互動交流。其中，遠程網絡虛擬實驗室為學生的實驗學習提供了極大的便利。以控制類相關課程的實驗教學為例，美國密歇根大學專門開發了控制虛擬實驗室，如圖1所示，幫助學生學習應用MATLAB和Simulink仿真軟件進行自動控制系統的分析和設計。其實驗內容涵蓋了常見的古典和現代控制設計技術，如PID控制、根軌跡、頻率特性以及狀態空間、數字控制；控制對象包括定速巡航、電機轉速、電機位置、磁懸浮、倒立擺、飛機俯仰控制。美國田納西大學開發了基于LabVIEW的遠程化工控制實驗室（“無國界實驗室”），如圖2所示，提供了許多典型化工控制對象的仿真系統。

三、《數字控制理論與設計》課程的實驗教學模式探索

在研究生國際化培養的大趨勢下，實驗教學如果想要在教育國際化的進程中充分發揮作用，就必須隨著理論教學也進行國際化培養的改革和完善，借鑒國外先進的實驗教學經驗和理念，積極、大膽地改革和創新，不斷探索科學可行的實驗教學模式。南航《數字控制理論與設計》課程在多年的建設過程中，積極開展了該課程的實驗教學模式的改革和探索，在借鑒歐美名校先進的實驗教學模式的基礎上，嘗試了一些適合我國現階段研究生國際化培養需求的實驗教學方法與手段，具體總結如下。

1.加強實驗教學的主體國際化。教師和學生是教學的主體，而教師在教學過程中占主導地位。積極鼓勵教師出國學習深造，增加邀請海外學者、專家進行訪問和講學的比例，通過教師的“走出去”和“引進來”，能夠有效提高師資隊伍的國際化水平，學習先進的教學理念和教學模式。在《數字控制理論與設計》課程的建設過程中，南航和法國格勒諾布爾國立綜合理工學院（INPG）的Ioan D.Landau教授（該課程選用教材的第一著者）建立了緊密的合作關系。Landau教授積極參與了該課程的實驗教學工作，在INPG錄制了大量的實驗教學錄像，在南航親自擔任該課程配套的實驗教學環節。該課程通過直接“引進來”國外的著名學者專家，讓實驗教學真正實現了國際化。目前，該課程也積極組織有條件的研究生前往法國INPG進行短期交流訪問，進一步實現“走出去”這一目標。endprint

2.引進國際化的實驗教學內容。研究生實驗教學應注重培養學生靈活運用理論知識并積極開展創新研究的能力，而不僅僅是理論的實驗驗證。因此，實驗教學內容應包含綜合性和設計性實驗，注重學生獨立分析問題、解決問題以及團隊協作的能力。《數字控制理論與設計》課程的實驗內容以若干具體應用對象為基本實驗單元，包括熱風機控制、電機位置和轉速控制、柔性傳動控制、360度機械臂控制、鍍鋅過程的鋅鍍層厚度控制等。每個單元的實驗都要求學生掌握數字控制系統設計所必須的四大步驟：系統性能指標設計、系統模型辨識與校正、控制器設計與驗證、系統集成設計。課程配套網站（http：//dcs.nuaa.edu.cn/index.asp）上提供了系統模型、實驗數據、源程序、虛擬實驗平臺、實驗視頻等資源，可供學生們在線學習、提問并討論。

3.豐富實驗教學方法與手段。借鑒國外先進的實驗教學理念，充分發掘實驗教學內容的靈活性和趣味性。實驗課前，鼓勵學生調研實驗內容所涉及的具體應用對象的相關背景，通過網絡學習Landau教授準備的大量精彩的實驗教學視頻。實驗課后，借助課程網站的互動平臺，通過師生互動交流，實現實驗內容和理論教學的密切連接。

4.改革實驗考核手段。《數字控制理論與設計》課程的實驗考核不僅僅關注實驗結果和實驗報告，也注重考核學生在實驗過程中的動手實踐能力和分析解決問題的能力。若涉及到小組團隊協作，也要考慮到學生溝通能力和團隊合作能力，以期培養出具有國際化視野的優秀研究生。

四、結語

實驗教學是理論教學不可或缺的重要環節，以工程實踐為目的的工科研究生專業課程，其實驗教學尤為重要。面向研究生國際化培養的實驗教學，應緊隨國際先進的教學理念和方法，不僅使學生不僅深入理解了理論知識，更培養了學生的實踐動手能力、創新能力和團隊協作能力。南航研究生國際化培養課程《數字控制理論與設計》已深入開展了實驗教學模式的探索和實踐工作，總結了適合我國現階段研究生國際化培養需求的實驗教學方法與手段，以期推動研究生國際化培養的改革進程。

參考文獻：

[1]劉列，楊漢武，劉金亮.依托科研優勢搞好研究生特色實驗教學[J].高等教育研究學報，2012，35（3）：109-111.

[2]周乃新，楊亞非.借鑒國外先進教學理念，創建世界一流實驗室[J].實驗技術與管理，2010，27（4）：153-155，158.

[3]鄭曉東，劉向東，劉旭，毛小蘭，聞春敖.知識、能力、素質并重——光學工程研究生實驗教學新模式的探索[J].光學技術，2008，34（12）：309-311.

[4]段家忯，曹惠賢，等.美國高校物理實驗教學和管理情況考察報告[J].大學物理，2004，23（3）：42-45

[5]http：//chem.engr.utc.edu.

[6]http：//ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php？aux=Home.

[7]Landau I.D.，Zito G.Digital Control Systems：Design，identification and implementation. Springer-Verlag London Limited，2006.endprint