创新类实验课程教学探索与实践

韩云涛　张晓宇　何昆鹏

摘 要：“卓越工程师”计划为适应国家发展需要对高等教育的创新能力提出了更高的要求。文章以哈尔滨工程大学自动化学院开设的“创新认知与实践”课程为例，着重探讨了创新教学模式，并提出了加强创新建议。

关键词：创新认知与实践；自动化；高校

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）05-0085-02

“卓越工程师培养计划”是列入中国高等教育中长期发展规划的一个重要计划[1]，该计划为将我国建设成为创新型国家对培养学生创新能力提出了更高要求。近年来，哈尔滨工程大学自动化学院在“创新推动，打造品牌”人才培养战略的指导下，大力推进以大学生科研训练和学科竞赛为主要形式的本科生科研训练和创新活动，积极构建创新平台，建立了“多位一体”的学生创新体系。为激发学生创新思维，增强学生创新意识，提高学生科研素质，哈尔滨工程大学自动化学院开设了“创新认知与实践”课程，着重培养学生创新能力和工程实践能力。

一、“创新认知与实践”课程设置的特点

对于本科生来说，创新能力需要在已有知识的基础上经过独立学习、独立思考、独立研究而获得新知识，获得新成果[2]。在先修部分基础课的前提下，自动化学院经过对实验课的多年探索，在已有实验条件下，针对大二学生开设了“创新认知与实践”课程，该课程对培养目标和课程体系进行了明确的规定，努力在知识面、实践能力、创新意识等方面对学生进行培养。该课程分为传感器技术、51单片机、凌阳单片机、飞思卡尔微处理器、可编程控制器及PPGA等专题，学生根据选择专题的不同而进行不同类型的创新实验设计。该创新课共计32学时，课程总体安排如下。

（一）理论课安排

针对创新课实践过程中可能需要的理论知识，设置部分理论授课课时。理论课时包括基础理论课和专业知识理论课，两类理论课各占4学时。基础理论课授课内容包括基本测量测试仪器的使用及注意事项，例如万用表、双通道示波器及任意波形示波器等。通过对这部分知识的讲解，使学生掌握基本实验仪器的使用方法，有利于学生从使用方法上对于仪器有总体认识。专业知识理论课是根据学生所选择的不同专题内容而进行不同的专业知识讲解，讲解内容突出学习重点，将基础知识理论性与实践性相结合，注重实践应用。

（二）实验课选题

实验部分课时安排为24学时。学生在选择具体实验专题后，需要选择具体实验设计题目。在选题过程中，充分挖掘学生的自我创新和设计能力，以自我命题与给定题目相结合的方式确定设计题目。以51单片机为例，选题过程主要分为两类：一是与实际生活相结合的应用类题目；二是与各类大赛相结合的题目，这两类题目都是综合设计性实验。不同层次的学生可以根据难易程度的不同设计不同的题目。同学自拟题目后与任课教师交流并进行修改和细化。除自拟题目外，任课教师可以给出若干题目供学生选择。例如，51单片机设计题目主要以学生自主设计课程题目为主，在此基础上，将多路抢答器、数字式时钟显示装置、人体红外检测器等题目作为实验备选设计题目供学生选择。实验选题的过程是培养学生开发自己创新能力的过程，对于激发学生实验兴趣，提高实验质量具有重要意义。

（三）实验过程的监督与成绩评定

创新实验课一般以3人为一组进行实验。实验过程需要各小组同学之间相互配合进行实验，既锻炼学生的动手能力，又同时锻炼了学生的团队协作能力。学生在实验过程中，指导教师充分调动学生积极性，让各组中的每个学生都尽量多参与课题的设计与实现。在实验过程中，教师控制整个实验进度并进行适当指导，达到自主实验与辅助指导相结合的培养模式。

课题结束后，需要对每个学生的成绩进行评定。评定过程主要通过平时成绩、课题难易程度、实验报告及课题答辩等几方面来综合考虑。平时成绩根据学生在课题设计过程中的参与程度及完成情况确定；由于每组学生实验项目的难易程度不同，可根据课题的难易程度给予不同的权值；实验报告主要包括实验课程的内容、设计思路、原理图绘制、软件设计流程及源代码、实验总结；实验答辩包括每组学生的实物现场演示、实验基础知识和实验相关知识的回答。通过以上几方面对学生毕设题目进行综合考虑，可以对学生整个实验过程进行综合评分。

二、创新课实验课程教学模式探索

创新课实验教学是近年来迅速发展的一种教学方式，经过几年的实践，该教学方式在显示出独特优势的同时，也出现了一些需要探讨的问题，需要不断对创新课实践教学进行调整。

（一）创新课实验选题

在课程开展初期，实验项目一般可分为两类：一类是教师根据项目的难易程度指定部分题目，这类题目一般具有较强代表性及通用性，通过适当扩展即可应用于具体应用实例当中。例如，“直流电机调速控制器”这个题目，该题目是要求学生能够使直流电机进行速度分段可调或连续可调，该题目经过扩展后可直接应用于智能小车的运动控制、船模的航行控制及潜器的运动控制等，所有的扩展题目都具有较强的实际应用性。另一类题目是根据学生的创新性想法自己设计的题目或者是与大赛相关的题目。这类题目的特点是具有较强的创新性且综合设计的难度较大，适合于具有较好理论和实践基础的本科生。这一层次的学生通过该课程可以进一步拓展理论教学中未完全掌握的内容，把“科研”与“实践”有机结合起来，为本科毕业设计或研究生阶段的学习打下良好基础。

（二）教师在创新课实验中的作用

在创新课实验开展过程中，由于本科生在大二阶段尚未建立完整的知识体系结构，因此对于独立设计具有较强综合性的设计题目常常会感到茫然甚至无从下手。针对这种情况，实验指导教师应适时进行指导，包括整体结构框架设计、实现步骤分析、具体知识点讲解等。在指导过程中，提倡进行启发式教育，主要针对如何分析设计实验方法进行讲解，而对具体知识点倡导学生自主学习并掌握。通过这种模式的指导能够使学生在教学活动中占据主导地位，使学生的创新思维能力的构建不仅局限于课堂，更能促进相关基础课程的学习。

三、加强创新类实验课程教学改革的建议

通过对自动化学院开设“创新认知与实践”课程后的不断摸索与实践，结合自动化专业的发展状况，对于相关创新类实践课程提出以下建议。

（一）创新类实验项目的设置

一般实验课设置是针对某一具体知识点选择具有代表性的实验，实验过程及结果相对固定，而作为创新类实验项目设置具有一定的创新性及实用性，一般来说实验项目比较具体且具有一定的系统性，实现过程中涉及多门相关课程，如何有效地规划创新课的实验项目是课程的重要方面。在实验项目设置上鼓励学生自主创新，多设计实用性较强的项目，将“创新”“科研”与“实际”相结合。经过每学期的实践创新课教学经验，参考学生对教学内容的反馈，及时调整实验题目，通过不断积累，创造出一批既具有创新性又能调动学生实验兴趣的“经典”创新类实验项目。

（二）指导学生掌握创新方法

创新课的实践题目如果具有创新性，需要对学生进行有针对性的指导，使其掌握创新的基本方法及实现步骤。在自动化学院创新课的理论课程中，笔者对TRIZ理论的法则、原理等进行重点讲解，使学生掌握为什么创新及如何创新的问题。在此基础上，引导学生通过图书馆和网络，查找自己感兴趣领域的相关文献，掌握要研究领域的进展与动态，进而提出某一研究主题。

（三）确定合理的课程考核方式

在以往的教育教学中，虽然有各种评价方法，但往往过分关注结果，而忽视评价的形成过程；过于关注学业成绩，忽视了全面发展[3-4]。在本科生阶段开展创新实践，成绩评价不应以最后的结果为唯一根据，否则会引导学生选择简单成熟的方法及设计，重复前人的工作，以求结果的正确，达不到培养学生创新精神和创新能力的目的。因此，我们对创新实践的成绩从评价内容多元化和评价主体多元化两个方面构建科学的学生评价体系。评价内容包括多项评价指标，例如创新题目难易程度、新颖性、实现结果现场演示及实验报告等；而评价主体则更加关注学生的兴趣、动机、主动性、合作与交流的意识、团队合作精神等。综合考虑以上两方面的因素，对学生进行综合评价后给出考核成绩。

创新类实验教学是一种新兴的实验教学方式，是针对“卓越工程师”培养方案的有益探索，经实践证明，该类课程的开展可以大大增强学生的动手能力，激发学生的学习兴趣，在实验教学中有传统教学方法无可比拟的优势。该类课程的开展及不断完善必将对学生参加科研立项及各种科技创新大赛产生巨大指导意义及推动作用。

参考文献：

[1]教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评

审工作的通知[Z].教高[2005]8 号文件.

[2]张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思

考[J].高等工程教育研究，2010，（4）.

[3]段成芳.培养大学生创新能力的教学管理改革[D].长

沙：湖南农业大学，2005.

[4]俞远志，张立庆，傅晓航.开放性实验教学模式的实践与

思考[J].实验室研究与探索，2012，（31）.