探索实践教学体系促进创新人才培养

徐晓红　张红　刘斌

摘 要：文章以全国高等教育质量工程建设项目实施为依据，分析了国防科学技术大学自动化专业实践教学体系的特点。并依据协同理论，在结合控制技术与工程实验室和机器人技术创新实践基地建设成果的基础上，提出了培养高素质创新型人才的四要素： 创新意识、创新平台、创新能力和创新文化。在教学实践中围绕创新人才培养四要素，构建了一套适应自动化专业创新人才培养的实践教学体系，并说明了四要素在创新型人才培养中的协同效应。

关键词：自动化专业创新型人才培养；协同效应；创新人才培养四要素

中图分类号：C961 文献标志码：A 文章编号：1008 -3561 （2015）17-0006-02

一、引言

“十一五”规划建设中，控制技术与工程实验室和机器人技术创新实践基地在分析总结全国高等教育质量工程建设项目实施的基础上，不断地探索高素质创新型人才培养模式，取得了丰硕的成果，摸索出一套行之有效的教学方法和手段，构建了培养自动化专业创新型人才的实践教学体系。本文以协同理论为基础，开展教学实践探索，提出高素质创新型人才培养的四个要素：创新意识、创新平台、创新能力和创新文化，并分析了这四个要素在创新型人才培养中的协同效应。

二、高等教育质量工程建设项目的启示

教育部、财政部为贯彻落实党中央、国务院全面提高高等教育质量的精神，经国务院批准实施“高等学校教学质量与教学改革工程”，简称“质量工程”。这是继“211工程”“985工程”之后，在高等教育领域实施的又一项重要的高校教学改革与建设工程，是新时期深化高校教学改革，提高高校教学质量的重大举措。自动化专业依托控制科学与工程国家一级学科优势资源，围绕人才培养中心工作，大力加强质量工程建设，取得了显著成绩。

三、构建自动化专业创新人才实践教学体系

控制技术与工程实验室是我校依托“控制科学与工程”国家一级学科而建立的公共服务体系实验室。实验室每年面向全校二千六百余人，承担控制系列和计算机硬件系列课程实验四十门次。多年来，在自动化专业的教学实践中，该实验室紧密围绕高素质创新型人才培养，从实验教学内容、实验教学模式到实验教学体系、实验管理模式，进行了全方位的实践性教学改革探索和实践，并以实验教学改革的思想为指导、需求为牵引，谋划和加强实验室建设，使控制技术与工程实验室从实验教学水平到实验条件环境，都达到国内一流水准，已成为我校培养、提高本科生特别是机电控制类专业本科生应用计算机和控制技术分析、解决实际问题的工程实践能力、综合设计能力和科技创新能力的重要实践基地。

1. 根据系列课程特点，强化实践教学地位

实践教学是课程教学的重要组成部分，是课堂教学的延伸。在培养学生创新意识、创新精神、创新能力和工程实践能力方面，具有理论教学不可替代的作用。为此，自动化专业在制定2009人才培养方案时，强化了控制系列课程的实践教学地位，加大了实践教学比重，并依托“211”工程一期建设和“十五”“十一五”建设成果已建成具有相当规模、相当水准的公共教学服务体系实验室。

2. 构建立体化、多层次的实践教学体系

在加大人才培养方案中实践教学比重的基础上，该实验室进一步从教学内容和课程体系上加强实验教学，构建了一个立体化、多层次的实践教学体系。所谓立体化是指实践教学贯穿在控制系列和硬件系列课程教学的全过程和全方位，课内实验、课程设计和课外创新实践相结合，基础教学实验、工程训练实践和创新设计实践活动相补充。所谓多层次是指实践教学的内容和方法逐次递进，针对不同的教学对象从原理和功能认知性为主的基础实验内容开始，递进到设计性、综合性实验内容，再递进到研究探索性或综合应用性实验内容，从而形成由浅入深、由简单到复杂、由被动模仿到主动设计，由基础性实验到提高性实验、再到研究创新性实验等多个不同层次的实践。经过多年的探索和实践，该实验室已逐步形成了与理论课程体系和课程内容改革配套的，以设计性、综合应用性和研究探索性实验为主、原理和功能验证性实验为辅，课内实验、课程设计和课外创新实践结合的控制系列课程的创新性实践教学体系。

3. 以科研促进教学条件、教学手段的建设

依托我校“控制科学与工程”国家级重点一级学科的科研优势，及时将科研成果以自研自制或自研定制的方式转化为实践教学资源，直接用于支持本科教学条件的建设和实验设备教学手段的更新改造。以智能机器人系统和数字化、信息化武器装备研制的成果为基础，自行设计开发制造了与实验改革思路相配套的无人作战机器人和微机接口技术实验平台；从导弹、火炮的自动瞄准系统的基本原理出发，自行研制生产了小功率随动系统实验装置；从磁悬浮列车技术的研制过程着手，自行研制生产了磁悬浮球控制系统实验装置；组合机器人装置也是通过自研定制的方式开发研制。

4. 发挥实验室条件建设成效，促进创新型人才培养

我校利用这些集成实验平台，将实验内容整合，分模块开设实验；并从实验时间、空间、题目内容向学生全面开放实验室。学生可以完成从实际的控制部件特性测试到系统模型分析、控制系统设计调试的各种实验，使学生从原理认知性为主的实验，向综合性、设计性、研究探索性实验过渡，达到全面锻炼提高工程实践能力的目的。并建设了机器人技术创新实践基地，现已成为高年级本科生和研究生教学实验和创新人才培养的基地。

我校还组织学生积极参与竞赛，开展课外科技创新实践活动。参加学科竞赛，做一些研究探索性实验或开展其他科技创新活动，既是对那些学有余力又有兴趣的学生的一种深度培养，也是对其他同学创新精神的一次教育，提高了学员的实际动手能力、工程实践能力和自主创新能力。同时，对于指导教师检视教学中如何培养学生的创新能力也是一个很好的机会。这充分说明了竞赛对于学生创新能力培养的关键作用。近年来，在经过本实验室设计实践训练的学员中，有264人次相继获得学校、湖南省和全国各类大学生竞赛的一、二等奖。

5. 创新实验教学管理模式，推动实验室全面开放

多年来，参照国外名校先进理念，结合本单位实际，改变传统的实验室管理队伍建设理念，构建的实验室组织管理模式和实践教学运行管理模式，确保了实验室全面开放，为创新性实践教学体系的全面实施提供了根本保证。坚持实行了一种新的实验组织管理模式：以学术造诣深的知名教授领头，负责顶层谋划、设计实验改革方案和实验室建设思路；以教学经验丰富、教学效果好的主讲教师作为实施实验改革方案和组织实验室建设的骨干；以专职实验教员作为实验过程指导和日常实验教学与实验室运行管理的主力；运用新的实验教学运行管理模式：虚拟实验准备、网上实验预约、现场实际动手、设备自动管理、过程自动监控，大大缓解了实验室服务面广、人多、量大和综合性、设计性、自主性实验改革对实验资源要求更高、更开放之间的矛盾。保证了教学实验的顺利进行和创新人才培养目标的实现。

四、协同论指导下的四要素构建与应用

1. 运用协同理论构建创新型人才培养四要素

协同理论是由德国斯图加特大学哈肯教授在1971年提出的，其主要阐述了协同效应、伺服原理和自组织原理。其中的协同效应是指由于协同作用而产生的结果，是指复杂开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应。对千差万别的自然系统或社会系统而言，均存在着协同作用，协同效应说明了系统自组织现象的观点。笔者在实践探索中，意识到学生创新能力的培养是从创新意识启蒙开始、通过在创新平台上实施、逐步形成一种创新文化的过程。由此提出创新能力培养的四个要素：创新意识、创新平台、创新能力和创新文化。创新人才培养的四个要素之间是相辅相成、互为包容的。创新意识发端于教师的课堂教学、学生的实践体会、典型学生的示范效应以及学生获得的某些资讯；学生有了创新意识，还需要搭建一个不断完善的创新平台供学生实践、学习和思考，这个创新平台的建设和完善需要教师、学生以及创新能力强的企业的共同参与才能完成；创新能力的培养还需要一种整合的文化，这就是创新文化。由意识或理念的传播，通过制度上的约定，强调教学改革的意志，形成教学组织相对持久的结构和过程，产生新的价值观和信念，这样才会形成一种传布在整个教学过程中的创新文化。更深层次的教学改革发生在核心任务和结构的重组上。因此，从创新理念上升为创新文化，是教学各子系统产生协同作用的结果，这些协同作用最终通过创新文化的形成产生了实践和理论教学的新的稳定结构，每一个教学单元都将成为一个创新能力小组，协同为学生创新能力的培养提供服务。

2. 创新人才培养四要素协同效应

亚太机器人大赛就是应用上述四要素培养创新型人才的典型案例。我校机器人代表队参加了近十届比赛，最好成绩为国内选拔赛亚军，被称为“国内传统强队”。通过竞赛，培养了一批控制学科和机械学科的优秀人才。首先，按比赛规则设计机器人是激发学生创新意识的过程，不断完善的比赛用机器人则是一个创新平台，创新能力的培养在制作和调试比赛用机器人过程中表现出来，机器人队每个小组成员、小组以及指导教师与学生之间相互协调和共同努力，逐步形成了一种影响整个竞赛过程的创新文化。四要素之间的协同效应通过竞赛指导教师的引导，覆盖了从理论到实践的各个环节，全面促进了教学建设，完善了高素质创新型人才培养的实践教学体系。

五、结语

创新型人才培养是一个长期艰巨的任务，是不可能一蹴而就的，需要与时俱进地不断进行探索。笔者下一步准备针对创新人才培养的四个要素，结合控制技术与工程实验室和本科机器人技术创新实践基地的建设，增加实施学生创新能力教学改革的教学和实验内容，提高教师和学生的创新意识，创建具有专业特色的综合实践性创新平台，培育教学团队和学生群体的创新文化。

自动化专业创新型人才培养既是时代的迫切要求，更是部队专业建设的客观需要。本文所提出分析的创新型人才培养的“四要素”还需要在实践教学中不断地深化和完善，为科技强军培养更多的优秀创新人才。

参考文献：

[1]张湘平，徐晓红.自动化专业实践教学与质量评价的新思考[J].电气电子教学学报，2009（31）.

[2]徐晓红，李杰.培养本科生创新实践能力的实践与思考[A].2007 年中国自动化教育学术年会论文集[C].北京： 机械工业出版社，2007.

[3]徐晓红，李治斌.建设计算机应用实验室的实践与思考[J].计算机工程与科学，2007（01）.

[4]教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要[M].北京：人民出版社，2010.

[5]张玉平，吴益峰.开创大学生科技创新活动新局面[J].实验室研究与探索，2009（09）.

[6]沈显庆.培养“双师型”人才实践教学体系的构建[J].实验室研究与探索，2009（07）.

[7]欧阳玉祝，李佑稷.深化实验教学改革构建多层次实验教学体系[J].实验室研究与探索，2009（10）.

[8]郭伟锋.实验室环境下创新能力培养的协同观[J].实验室研究与探索，2009（10）.

[9]韩明荣，邓能运.专业基础实验在创新能力培养中的作用[J].实验室研究与探索，2009（09）.

[10]潘开灵.管理协同理论及其应用[M].北京：经济管理出版社，2006.

[11]宗光华.腾飞需要梦想[J].机器人技术与应用，2009（05）.

[12]陈立刚，徐晓红，彭学锋.计算机硬件技术基础课程创新教学改革的实践[A].2009年中国自动化教育学术年会论文集[C].北京：科学出版社，2009.