麥克馬斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核體系分析與借鑒
——以控制系統(tǒng)導(dǎo)論為例

張 樂， 趙曉東， 郭云飛， 樊 冰， 孔亞廣

（杭州電子科技大學(xué)a.自動(dòng)化學(xué)院；b.國有資產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室管理處，杭州 310018）

0 引 言

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)技能的必要途徑之一，高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)課程是學(xué)生驗(yàn)證理論知識(shí)，理解和運(yùn)用科學(xué)原理的重要實(shí)踐過程，學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)-動(dòng)手實(shí)驗(yàn)-結(jié)果分析這一基本過程，實(shí)現(xiàn)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)的教育目標(biāo)［1-2］，一方面在實(shí)踐中鞏固所學(xué)理論知識(shí)，另一方面提升解決實(shí)際問題的能力。在面向?qū)W習(xí)產(chǎn)出目標(biāo)的新工科人才培養(yǎng)模式中，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)習(xí)效果認(rèn)證的指標(biāo)點(diǎn)具有支撐作用。高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)不但包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的合理安排和教學(xué)過程的有效組織，還包括恰如其分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系，即如何評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，如何評(píng)估學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)所達(dá)到的學(xué)習(xí)效果，合理的考核評(píng)價(jià)制度能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的導(dǎo)向作用，是達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)的有力保障。

1 國內(nèi)外高校實(shí)驗(yàn)課程考核方法概述

國內(nèi)外高校在實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置上，一般都采用理論課時(shí)與實(shí)驗(yàn)課時(shí)相結(jié)合的方式，對(duì)于一門專業(yè)課程，通常在理論知識(shí)學(xué)習(xí)之后安排與知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容［3-6］。在對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的考核方法上，國外的大學(xué)表現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)。美國麻省理工學(xué)院［4］的模擬電子實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論課程將考核成績細(xì)分為：家庭作業(yè)占10%，小測(cè)驗(yàn)占15%，實(shí)驗(yàn)操作占25%，項(xiàng)目設(shè)計(jì)占50%，項(xiàng)目設(shè)計(jì)部分占比最大，體現(xiàn)了該校非常重視對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。UC Berkeley（University of California，Berkeley）大學(xué)［5］數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占課程總成績的40%，其中設(shè)計(jì)部分占35%，重視對(duì)學(xué)生解決問題和創(chuàng)新能力的考核。而愛丁堡大學(xué)［5］還規(guī)定口頭報(bào)告占實(shí)驗(yàn)成績的20%。澳大利亞的伍倫貢大學(xué)［7］重視對(duì)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的考核，課前預(yù)習(xí)僅占總成績10%，實(shí)驗(yàn)操作考試占60%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分僅占30%，實(shí)驗(yàn)課程還以研究小組的形式完成一些小項(xiàng)目，將資料查找，設(shè)計(jì)操作和分析過程納入總評(píng)成績，全方位培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)。同時(shí)，國外許多高校都非常重視安全和誠信教育，將其視為科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)中必不可少的一部分。

國內(nèi)許多高校近年在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的設(shè)計(jì)上都進(jìn)行了優(yōu)化改革［8-12］。實(shí)驗(yàn)課程考核體系也有不同程度的創(chuàng)新。比如復(fù)旦大學(xué)［4］模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)考核成績中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績（包含預(yù)習(xí)和課堂紀(jì)律）占80%，期末考試20%。南開大學(xué)［7］的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)每次課前5 min請(qǐng)學(xué)生口頭表述上次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，作為實(shí)驗(yàn)成績的參考部分。中國科技大學(xué)［13］和延邊大學(xué)［14］也改變以往實(shí)驗(yàn)報(bào)告“一錘定音”的考核方式，將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)考試聯(lián)合起來完成對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ暮硕ǎ罢卟捎?0～12 min的PPT匯報(bào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)答辯考核，后者將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)提高到與實(shí)驗(yàn)報(bào)告同等重要的位置，各占總成績的40%。四川大學(xué)［15］采用分類考核的方法，分別對(duì)8年制和5年制的學(xué)生采用不同的權(quán)重進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的成績考核。成都醫(yī)學(xué)院［16］考核評(píng)價(jià)指標(biāo)包含了實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)習(xí)過程以及創(chuàng)新能力幾部分內(nèi)容，兼顧學(xué)習(xí)態(tài)度動(dòng)機(jī)，以及發(fā)表論文，申請(qǐng)專利等成果。總的來說，我國高校實(shí)驗(yàn)課程考核體系在傳統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主的考核基礎(chǔ)之上，更多地加入了過程性的考核因子，使得考核更全面。但從考核指標(biāo)來看在過程性考核得分點(diǎn)的量化方面還需要進(jìn)行科學(xué)的細(xì)化。

2 麥克馬斯特大學(xué)控制系統(tǒng)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程考核方法

麥克馬斯特大學(xué)是一所富有創(chuàng)造力和革新精神的加拿大頂尖學(xué)府，學(xué)校因開創(chuàng)了問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，影響了整個(gè)北美教學(xué)體系［17］。學(xué)校的控制系統(tǒng)導(dǎo)論課程是電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的一門專業(yè)課程，共設(shè)1位主講教師和6位助教，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)分為控制系統(tǒng)簡介（Introduction），系統(tǒng)辨識(shí)（System Identification），比例控制（Proportional control），前導(dǎo)控制（Lead control）和滯后控制（Lag control）5個(gè)主題，共30課時(shí)，如表1（資料來自該校教學(xué)文檔）所示，由助教進(jìn)行指導(dǎo)和考核。實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方法的相關(guān)資料由課程大綱、實(shí)驗(yàn)評(píng)估說明、實(shí)驗(yàn)要求3部分構(gòu)成。

表1 控制系統(tǒng)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程安排

課程大綱規(guī)定了實(shí)驗(yàn)課程在整門課程考核中所占的權(quán)重如表2（資料來自該校教學(xué)文檔）所示，并列出誠信規(guī)范以及安全操作要求。實(shí)驗(yàn)評(píng)估說明文檔對(duì)實(shí)驗(yàn)過程評(píng)估原則做共性的描述，比如分組要求，預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成要求，助教進(jìn)行現(xiàn)場考核提問的具體方式，以及對(duì)延遲提交預(yù)習(xí)報(bào)告的分段懲罰條款等。實(shí)驗(yàn)要求文檔針對(duì)每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)提出了考核指標(biāo)，比如需要解答的題目，需要完成的實(shí)驗(yàn)操作，以及需要提交的文檔等，每項(xiàng)附有詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

表2 控制系統(tǒng)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課成績不同環(huán)節(jié)的權(quán)重

該校將問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法廣泛運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，通過高質(zhì)量的問題設(shè)計(jì)，一方面評(píng)估學(xué)生課前預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)過程的達(dá)標(biāo)情況，另一方面使學(xué)生在問題的引導(dǎo)下，進(jìn)行由淺入深的思考，尋找解決問題的方法并進(jìn)行分析驗(yàn)證。

例如，在閉環(huán)系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)中，首先提出該實(shí)驗(yàn)需要在實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成的任務(wù)，具體包含了需要回答助教的7個(gè)問題，2個(gè)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，以及1項(xiàng)文檔撰寫任務(wù)。給定伺服系統(tǒng)的線性時(shí)不變模型進(jìn)行拉氏變換后的傳遞函數(shù)為：

式中：A為增益；Tm為時(shí)間常數(shù)。

反饋系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 反饋系統(tǒng)框圖

需要通過實(shí)驗(yàn)的方法估算A和Tm。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生要完成的問題有：①提供模型G（s）階躍響應(yīng)的完整推導(dǎo)；②該階躍響應(yīng)是否有界？證明你的答案；③當(dāng)H（s）＝1時(shí)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的通用表達(dá)式推導(dǎo)等，每個(gè)問題都有相應(yīng)的分值且具有邏輯關(guān)系。實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，需要展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果并闡述實(shí)驗(yàn)過程給助教，才能獲得相應(yīng)的分值。最后撰寫一份關(guān)于如何運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法解決某實(shí)際問題的報(bào)告。這種將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核指標(biāo)量化到每一個(gè)學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)中的做法，使學(xué)習(xí)過程更扎實(shí)，更能清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒鉀Q問題的過程。

此外，課程大綱中還明確列出安全規(guī)范和誠信教育要求，以及對(duì)于違反學(xué)術(shù)誠信原則的懲處措施，具體包括成績?yōu)榱恪⒃诔煽儍?cè)中標(biāo)注學(xué)術(shù)不端備注、以及停課開除等。

3 構(gòu)建量化的全過程實(shí)驗(yàn)考核體系

我校實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)行考核方法沿襲了國內(nèi)傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，口頭答辯為輔的模式。老師一方面根據(jù)學(xué)生撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否規(guī)范，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)流程的描述是否清楚，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確，另一方面在實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示時(shí)進(jìn)行隨機(jī)提問，考查學(xué)生是否真正理解實(shí)驗(yàn)原理來綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績。提問過程一般沒有量化標(biāo)準(zhǔn)，由老師主觀判斷打分。總的來說，已有的考核體系主要關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而對(duì)學(xué)習(xí)過程考核比較籠統(tǒng)，科學(xué)素養(yǎng)方面的要求不夠明確。

為使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程能夠兼顧形成性評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了階段性成果評(píng)估和效果反饋，注重實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力、和科研誠信素養(yǎng)等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。分析和借鑒麥克馬斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核體系的優(yōu)點(diǎn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)3個(gè)階段進(jìn)行指標(biāo)量化考核，讓教師動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生的在各階段的任務(wù)達(dá)成度，更加有針對(duì)性地指導(dǎo)教學(xué)過程。通過完善考核內(nèi)容，將操作規(guī)范和誠信素養(yǎng)要求貫徹于實(shí)驗(yàn)考核過程，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才，形成了實(shí)驗(yàn)課程全過程量化考核體系（見圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)課程全過程量化考核體系

該考核體系具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）問題引導(dǎo)，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效率。遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，面向?qū)W生的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)考核指標(biāo)，比如實(shí)驗(yàn)前導(dǎo)階段，設(shè)置與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的鋪墊性問題，旨在啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)或關(guān)鍵參數(shù)的回顧和思考。通過將實(shí)驗(yàn)課程前導(dǎo)階段明確納入考核成績，以具體問題引導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)課程所需要的知識(shí)準(zhǔn)備，改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)流于形式，學(xué)生僅提前閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，甚至到了實(shí)驗(yàn)課堂才開始邊看指導(dǎo)書邊做實(shí)驗(yàn)的狀態(tài)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，設(shè)置難度漸增的問答或計(jì)算題，穿插于實(shí)驗(yàn)過程之中，引導(dǎo)學(xué)生邊思考邊實(shí)踐，由淺入深地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，達(dá)到以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論，以理論解釋現(xiàn)象，進(jìn)而以理論指導(dǎo)和設(shè)計(jì)新的實(shí)踐活動(dòng)的目的。

（2）指標(biāo)量化，提升了考核的可操作性。為提高對(duì)學(xué)習(xí)過程考核的可操作性，設(shè)計(jì)了易于執(zhí)行的量化評(píng)分表，以學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程為線進(jìn)行量化評(píng)分。實(shí)驗(yàn)考核量化制度將實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行難度分解，更加容易幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)知識(shí)的遺漏點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，而且提高了實(shí)驗(yàn)課程成績?cè)u(píng)定的客觀性和可操作性。表3所示為自動(dòng)控制原理課程的線性系統(tǒng)的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)量化考核內(nèi)容。

表3 線性系統(tǒng)時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)量化考核表

（3）內(nèi)容完善，擴(kuò)展了考核的維度。新的實(shí)驗(yàn)考核體系在考核的內(nèi)容上，融入了實(shí)驗(yàn)安全、科學(xué)誠信以及相關(guān)倫理原則的考核元素。在實(shí)驗(yàn)之前安排安全和誠信教育，在實(shí)驗(yàn)課程的動(dòng)手實(shí)踐過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫過程中都有關(guān)于學(xué)生個(gè)人誠信的考量，一旦發(fā)現(xiàn)有違反學(xué)術(shù)誠信的行為，實(shí)行一票否決制度，取消該實(shí)驗(yàn)課程資格和成績。

在考核的時(shí)段上，貫穿了從課前預(yù)習(xí)到課后報(bào)告的完整學(xué)習(xí)過程，考核評(píng)價(jià)包含實(shí)驗(yàn)前導(dǎo)環(huán)節(jié)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)操作和課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告3個(gè)階段，老師以具體考核要點(diǎn)為線指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程，不僅以最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為完成實(shí)驗(yàn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，能夠比較客觀地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和效果。

4 結(jié) 語

實(shí)驗(yàn)課程是教學(xué)活動(dòng)中的重要內(nèi)容，是與理論課程互為支撐的實(shí)踐過程，高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)課程需要完善可行的考核體系作為保障，通過總結(jié)國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)課程體系的改革成果，著重以麥克馬斯特大學(xué)控制系統(tǒng)導(dǎo)論為例分析其考核細(xì)則，通過與本校同類課程的比較，構(gòu)建了新的實(shí)驗(yàn)課程考核體系，該體系考核內(nèi)容更加完善，考核過程易于執(zhí)行，得到了國家一流課程教學(xué)專家的認(rèn)可和采納，并將在新一輪的自控原理實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)一步實(shí)踐和完善。