多层次全方位实验教学探索与实践

郑建颖，黄伟国，朱忠奎，汪一鸣

多层次全方位实验教学探索与实践

郑建颖，黄伟国，朱忠奎，汪一鸣

（苏州大学 城市轨道交通学院，江苏 苏州 215131）

本科教育是高等教育的重要组成部分，实验教学是本科教学的重要环节，探索有效的实验教学方法，提升大学生的创新能力，具有重要的理论和实践意义。文中从个性化教学模式角度出发，系统地阐述了多层次全方位实验教学的内涵和外延，以《自动控制原理》课程为例，表述了如何进行和实现多层次全方位实验教学活动。可为相关或相似课程的实验教学改革提供直接参考和借鉴，也为新形势下实验教学改革提供新思路、新方法和新途径。

高等教育；本科教育；实验教学；个性化教学模式

中国高等教育经过多年发展，已经取得显著成绩，但仍然存在许多问题和挑战［1－2］。2010年，纽约时报对中国大学生水平和能力进行评价时表示：中国的教育体系不理想，培养的人不擅长发现新的事物，不习惯发明新的做事方式，不善于提出新的解决方案，只会在现有的解决方案中摸索。换句话说，中国大学生缺乏创新思维、缺少创新能力，尤其缺乏原始创新能力［3］。无论从外部来看，还是从内部来看，当代大学教育存在需要解决的诸多问题，找到切实可行的解决办法，是教育工作者义不容辞的责任和义务。

高水平高质量的授课决定了学生的学习效率和学习效果，它是大学教学的灵魂和关键［4－6］。实验教学又在其中具有举足轻重的作用，它是理论教学的延伸与拓展，可以检验理论教学的效果，激发学生的学习热情，是学生发现问题和揭示规律的有效方式。探索切实有效的实验教学方法，是当前实验教学迫切需要解决的问题［4］。

1 实验教学现状

学生在事先设定好的模式下验证某理论知识点，是当前实验教学的基本模式，这种实验教学模式已经无法适应当代大学生的需求，尤其是无法适应学生个性化教学需求，探索和发现新形势下切实有效的实验教学方法势在必行［7－8］。考虑学生在实验教学过程中的个性化教学需求，提出多层次全方位实验教学方法，不仅可以提高学生操作技能，而且可以锻炼和提升学生的创新思维。下面详细阐述多层次全方位实验教学模式内涵和外延。

2 多层次全方位实验教学内涵和外延

所谓多层次全方位实验教学，是指在实验教学过程中，需要满足不同层次、不同要求的学生需求，使其通过实验教学过程，实现和达到与其能力和兴趣爱好相匹配的学习目的［9］。实行个性化教学模式，不仅需要花费大量的人力和物力，如果缺乏有效的手段，可能无法获得满意的教学效果。本文提出的多层次全方位实验教学方法，把实验教学分成多个层次，每个层次满足不同要求的学生需求，不同层次之间彼此存在内在关联。较低层次实验教学，锻炼和提高学生实验操作技能，加强学生对该层次理论知识的理解，为更高层次的实验教学选拔人才。由于人类的自我认知是一个过程，较低层次实验教学为学生的自我需求认知提供了平台和机会，可以更好地指导学生继续学习。多层次的实验教学，可以在有限资源条件下充分实现个性化教学，满足不同层次、不同要求的学生需求。与此同时，可以在实验教学过程中锻炼学生的心智，提高学生的自我认知，从而达到全方位学习的目的。

3 多层次全方位实验教学实践

以《自动控制原理》课程为例，系统地阐述如何进行和实现多层次全方位实验教学活动。实验教学分成三个层次：基础实验、设计实验和创新实验。三个层次可以满足不同层次的学生需求，符合个性化教学的目的，并且三个层次彼此之间存在内在递进关联。前者是基础，后者是提高，前者可以为后者选拔出合适的有需求的学生。

3.1 基础实验

基础实验与传统实验教学模式目的相同，锻炼学生的实际操作技能，加深学生对理论知识的理解。《自动控制原理》课程中，为让学生理解时域分析方法，设立的基础实验包含：（1）典型环节时域分析实验；（2）典型环节稳定性分析实验；（3）系统校正实验。典型环节时域分析实验可以让学生透彻理解控制系统的特点，以及典型环节中输入、输出和系统参变量之间的定量关系；典型环节稳定性分析实验可以让学生理解稳定性在控制系统分析中扮演的角色，及其对控制系统的重要性；系统校正实验可以让学生了解当系统性能无法达到预先设定的性能指标时，如何通过改变系统特性提高系统性能，以及不同的校正方法和控制系统性能之间的定性定量关系。

三方面的实验设计，使学生对控制系统及其分析方法有更加直观透彻的理解和掌握，是《自动控制原理》课程实验教学的基本内容，是自动化专业学生都需要掌握的。

3.2 设计实验

基础实验主要目的是验证理论教学知识点。设计实验则不同，不仅要按部就班地进行实验验证，还包括系统设计成分。《自动控制原理》课程教学中，经常需要讲到典型控制系统，其中包括抽水马桶和温度控制系统等。通过理论部分的学习，可以对控制系统的基本工作原理有清晰认识，但控制效果如何，系统中各个组成部分的不同设计方法如何影响系统的性能，仍然需要实践予以验证。例如，对于温度控制系统，存在开环和闭环控制方式，两种控制方法也存在不同的实现方法和不同元器件的选择。这些都将直接或者间接地影响系统的综合性能，需要学生充分发挥主观能动性。

3.3 创新实验

相比较于设计实验，创新实验层次更高，要求学生针对某个实际需求或者某个性能指标，自行设计合适的自动控制系统。通过基础实验和设计实验，学生可以认识到自己的特长，教学可以发现合适的学生，从而共同做出判断，决定学生是否需要选择创新实验。基础实验和设计实验，不仅锻炼和提高学生的实际操作技能，而且提升了学生的自我认知。电子设计竞赛为学生提供了良好的平台，我们结合电子设计竞赛进行创新实验的教学工作。小车或者飞行器设计是电子设计竞赛的常见试题，学生需要从系统整体架构、元器件购买、系统功能实现等多个方面予以考虑，内容涉及机械、通信和控制等多方面。比如，为了实现对小车运行轨迹的有效控制，需要用到PID（比例－积分－微分）控制器，如何设计PID控制器，不仅需要基础理论知识，而且需要实际工程调试经验。创新实验，为有较高要求的学生提供了机会，也为培养高水平学生提供了平台。

4 结束语

无论理论教学还是实验教学，其目的都是使学生得到全方位的训练，提升其整体认知水平，具备一定的观察、分析和解决问题的能力。传统的实验教学方法已经无法适应新形势下的教学需求，急需探索新的切实有效的实验教学方法。从个性化教学模式角度出发，提出多层次全方位实验教学方法，为学生设计多层次的实验教学活动，不同层次彼此之间存在内在关联。一方面可以锻炼学生在该层次的实验操作技能；另一方面为学生自我认知、教师选拔合适人才创造条件。本文提出的多层次全方位实验教学方法，在《自动控制原理》课程实验教学过程中，收到了很好的教学效果。对该实验教学方法更全面更系统的评价，仍需要开展更多更深入的教学实践工作。

［1］张天宝，王攀峰.试论新型教与学关系的建构［J］.教育研究，2001（10）：36－42.

［2］张卫良.大学核心竞争力理论与实践研究［D］.长沙：中南大学，2005.

［3］陈超，赵可.国外大学实践教育的理念与实践［J］.外国教育研究，2005，32（11）：33－38.

［4］范冰.加强实验室规范管理，提高实践教学质量［J］.职业教育研究，2008（1）：74－75.

［5］熊匡汉.高校教学竞赛意义与品牌示范效应研究［J］.中国高教研究，2009（4）：90－91.

［6］娄斌超，周志萍，杨近.加强教学基本文件建设，促进提高实践教学质量［J］.实验技术与管理，2009，26（11）：14－16.

［7］洪家慧.加强实验教学督导提高人才培养质量［J］.实验科学与技术，2009，7（6）：84－85.

［8］彭志平，李绍平，柯文德.高校实验教学质量监控体系的研究与实践［J］.实验技术与管理，2012，29（9）：123－125.

［9］马强.探索实验教学改革对策，促进实验教学创新［J］.实验技术与管理，2013，30（7）：185－187.

Exploration and Practice on M ulti-level Experimental Teaching

ZHENG Jianying，HUANGWeiguo，ZHU Zhongkui，WANG Yiming
（School of Urban Rail Transportation，Soochow University，Suzhou 215131，China）

Undergraduate education is an important part of higher education，and experiment teaching is an important link of the undergraduate teaching.How to explore the effective experimental teachingmethod has important theoretical and practical significance to improve the innovative ability of college students.From the perspective of personalized teaching mode，this paper systematically expounds the intension and extension of themulti－level comprehensive experimental teaching.Taking the principle of automatic control course as an example，the concrete expression of how to carry out and implement themulti－level comprehensive experiment teaching activities.This paper is directly related to similar courses experimental teaching reform，which can provide reference and new ideas for the experimental teaching reform under the new situation，new methods and new approaches.

higher education；undergraduate education；experiment teaching；personalized teachingmode

G642.4；G648.4

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.039

2013－12－20；修改日期：2014－01－04

苏州大学高等教育教学改革研究基金资助项目（5731503113）。

郑建颖（1982－），男，副教授，主要从事电气工程及其自动化方向的教学和科研工作。