基于对分课堂的创新型人才培养模式研究

王海泉， 温盛军， 王瑷珲， 徐其迎， 喻 俊， 路成刚， 史亚峰

(1.中原工学院 中原彼得堡航空学院， 河南 郑州 450007； 2.中原工学院 电子信息学院， 河南 郑州 450007)

以研究生为代表的高层次创新型人才培养，对于国家的科技创新有着举足轻重的作用，直接决定着国家发展的命脉[1]。而在高层次创新型人才培养的过程中，课程教学不仅为高层次创新型人才从事研究工作奠定学科知识基础，更重要的是培养他们自主学习和研究的能力，直接影响他们的综合素质。

我国高等教育的深入发展以及国内外教育体系的改革，给我国的高层次创新型人才教育思想和培养方式拓宽了思路，但在其不断发展的过程中也确实在教学方法、教学方式、考核方式等方面存在很多问题。传统“重理论，轻实践”的面对面教学模式仍然普遍存在，受教学环境、教学资源的限制，学生学习的参与度、主动性不够，这不利于开展研究性教学，无法满足当前科技发展对高层次人才培养的要求[2]。

在这样的现实情况下，如何改革和完善培养方式、课程教学形式(即在课程体系中如何充实更能切实提高学生实践能力和理论联系实际能力的环节)，在教学过程中如何既发挥教师引导、启发、监控的主导作用，还能更多体现研究性教育的特质，提高学生学习的自主性、积极性和创造性，是我们亟需解决的，这就要求我们从课堂内容设置、教学方法、考核方式等方面入手开展相关研究。这不仅是改变我国教育现状的当务之急，更是未来教育发展的必然趋势和终极目标。

目前广泛采用的先进教学模式包括研讨式、翻转课堂、CDIO、主辅混合式等等。研究生课程教学的教学模式较多，相关学者已经围绕研究生课程教学模式改革进行了诸多有益探索，但围绕工科课程，成体系的从教学内容、授课方式到综合考核整个教学环节进行改革实践的并不多见。本文从突出教师的引导作用、突出学生的主体地位、培养工科学生创新能力的角度出发，基于复旦大学教授张学新提出的“对分课堂”理念[3-4]，对控制科学与工程专业和控制工程专业(以下简称我专业)相关课程进行教学改革研究。

1 高校高层次创新型人才培养现状

高层次创新型人才的培养，关键在于对其学习能力与创新能力、研究问题思路与方法的培养。在培养过程中，不管是培养方案的制定还是课程教学，均需要突出的是对学生主动学习与运用知识的能力、独立分析思考学术问题的能力、发现问题与解决问题的能力，以及未来步入社会与人沟通交流与团体协作能力的培养。

但是目前专业课程体系和课程环节还存在着诸多问题，不能很好地体现研究生培养的要求。

(1) 培养方案设置上，相关专业公共课、专业基础课所占学分比例较大，理论类课程比重较大，研究方法类课程较少，课程设置职业性不足，这就容易造成学生把握不了新的研究方法和研究手段，理论与实际应用脱节[4]。

(2) 教学方法上“研究性”内容不足。目前的研究生课程教学仍以课堂讲授为主，忽视了对学生批判思维和问题意识的培养。在学生的学习过程中没有体现出学生是科学研究的主体，学生处于被动学习的地位，学习和科研的积极主动性较弱，学习动力不足，较少学生会在课堂上主动地“思”与“问”[5]。

(3) 教学方式较为单一。采用“填鸭式”教学模式较多，教师与学生互动的时间较少，没有形成共同研讨的局面。学生在课堂上参与性较差，处于被动接受教学内容的状态。多数学生主动思考问题和解决问题的积极性不高，在研究性、交互性、启发性和开放性方面比较缺乏。

(4) 考核方式难以保证教学质量。目前研究生课程考核相对灵活，主要是试卷考试(开卷与闭卷)与撰写课程论文。笔试存在突击复习的情况，学生可能没有全面理解课程内容。专业课程多数以撰写课程论文为主，存在部分学生抄袭、偷懒等现象，约束性不强，学生很难提升科研素养。

2 对分课堂教育模式及其应用

2.1 对分课堂

对分课堂(Presentation-Assimilation-Discussion Class)，也称为 PAD 课堂，是复旦大学心理系教授张学新于 2014 年所提出的具有鲜明中国本土特色的一种新型教学模式。这其中的对分，就是指在教与学过程中把课堂时间一分为二，一部分留给教师课堂讲授，另一部分留给学生进行生生之间、师生之间的课堂讨论。显然，他强调“教师-学生”双主体，强化审辩思维、沟通能力、团队协作、创新与创造能力的4C核心素养，注重过程性评价，能够融合传统讲授式授课方式和研讨式教学模式的优势，将传统的学生被动学习转换为主动学习。这是符合我国高校高层次创新型人才培养的中国方案[6]。

2.2 对分课堂模式在人才培养中的应用

考虑到对分课堂教学模式的先进性，本文在河南省一级学科——控制科学与工程硕士点中围绕培养方案的修改、课程内容和教学方法的改革等要素，开展教学改革研究，从而探索出一套适合工科专业高级创新型人才培养的新模式。

2.2.1 人才培养方案改革

结合在“中国制造2025”背景下国家对控制类专业硕士生的需求，引进、借鉴和吸收国内外其他高校相关专业的课程设置和教学经验，针对我专业零基础调剂学生较多的现实和培养高级应用型人才的目标，课题组成员将英语课程、基础课程和专业课程进行系统编排，穿插设置更多能够满足对分课堂培养要求、切实提高学生创新思维、创新能力的课程，完善了满足国家战略需求、符合我专业人才培养目标的课程培养体系。

以控制科学与工程学术型硕士生培养方案为例，从公共课、专业必修课和专业选修课三个方面，构建“两条主线+一个重点”的课程体系。其中两条主线是以矩阵论、随机过程等基础数学和系统知识类为基础，以非线性系统理论、最优控制与状态估计、导航与制导控制等为主干的更偏向微观应用的控制理论类课程；以自然辩证法、系统建模与仿真为基础，以机器人技术、科研方法论、自主智能系统、系统科学与工程等为代表的宏观系统科学类课程。一个重点是指在所有课程体系中穿插模式识别与机器学习、DSP原理与应用、控制工程实践、现代交流调速及应用、工业控制计算机与网络技术等为贴合控制类专业实际应用的课程，从而突出基于对分课堂的创新型人才培养的要求。

2.2.2 课程内容改革

结合相关专业硕士培养目标和修改过的培养方案，以及我校其他院系相关专业和课程的优势，以专业课程《控制工程实践》为例，课题组进行了课程内容和教学方法的改革研究。

在教学内容上，对原有教材重新编排，适当删减了原教材中脱离当前我国自动化技术发展实际的内容，对紧贴实际应用的教学内容进行了重新设计和编排，出版了《蜂群算法原理及其应用》《TMS320F28335原理及其在电气工程中的应用》2本教材，在此基础上将授课场所从教室转移到实验室，将符合学科前沿和发展趋势的内容充实到课程实验中，比如增加了工业常用的直流电机控制及优化、DSP硬件原理及其在温度控制、电机控制当中的应用、物流仓储系统调度等。

以《控制工程实践》为例，在规定的36个教学学时中的课程当中，安排的理论课程占8学时，实践教学占28个学时，分别从DSP硬件(A/D、D/A)和MATLAB软件(M文件及编程、SIMULINK、RTW自动代码生成)的角度对控制工程涉及的基础软硬件知识进行讲解和学习，在此基础上以电机对象、温度控制对象(对象由学生根据自己的擅长进行自主选择)完成对其的建模、分析和PID控制器设计、DSP硬件实现和验证过程。在实验过程中，让学生自主进行内容重难点的分析以及实验项目的构思、设计、实现和运作，以培养学生成为高水平创新型人才所必须的创新能力、团队协作精神、领导能力、沟通能力和语言表达能力。

利用这些实例，完成被控对象建模、控制算法设计、全数字仿真验证、算法在控制器硬件中的软件实现和系统全仿真等一系列完全贴近工业实际应用的控制系统项目的设计工作，学生反复实践“做中学”，形成获取知识(自主学习)、共享知识(团队合作)、应用知识(解决问题)、总结知识(技术创新)和传播知识(沟通交流)的能力。

2.2.3 教学方式改革

在教学方式上，以新编写的、贴近我专业实际应用的内容为基础，发挥教师引导、启发与监控的主导作用，并充分激发研究生学习的主动性、积极性和创造性，将整个授课过程分为讲授、内化吸收和讨论3个环节，每节课一个实验主题，老师在课程开始的10分钟之内进行实验任务和要求的布置，以及注意事项的讲解。之后的65分钟交给学生，由他们自行分组进行实验的设计、分工和实施，并在最后15分钟内由教师进行验收和指导。在课程内容和学生的自身知识积累的基础上，通过完成与授课内容相关的研究型课题或实验内容，引导学生思考与创新，从而将学习、研究、实践有机结合起来，充分发挥学生的主体作用。

2.2.4 考核方式改革

在考核方式上，因为相关专业的不少课程涉及到复杂的理论和计算推导，传统考核方式(闭卷笔试或大作业)使学生把精力都放在死记硬背相关理论上，而忽视了理论联系实际，陷入了听课、作业、笔试的层层包围。为了更好地检验对分课程教学模式对学生水平提高的作用，更真实地对学生学习效果进行考核，督促学生更深入理解复杂专业理论，课题组提出对传统考试方式进行改革，引入答辩式考核方式，从专业知识的理解能力、表达能力、文献查询以及阅读归纳能力等方面对学生进行综合考核，同时也通过答辩准备过程，督促学生深入理解基本概念、原理，提高其知识的综合运用能力。

答辩式考核首先确定由5人组成的答辩专家组成员，包括学院教学督导组成员、任课教师、具有工程经验的硬件类课程授课教师(DSP或ARM)、实验室教师、具有丰富的教学过程管理经验的教学秘书；之后每组成员口头汇报整个项目的完成情况，答辩组重点围绕定义、定理和判据等基础知识(如系统稳定的充分必要条件、根轨迹的分析方法等等)、设计关键点和难点(如系统时域下和频域下的稳定性、稳态特性、动态特性的判断方法等)、控制理论与工程实际应用能力(如怎么去除反馈环节经常出现的高频噪声干扰、如何从记录的系统频域特性曲线出发建立对象数学模型等)进行考核，遇到本组无法解决的，由全班同学一起对其中的关键点和存在的问题进行讨论。这种考核方式不仅能有效地督促学生认真完成实验，便于教师对实验完成情况进行检验，同时也能够锻炼学生的总结和表达能力。

3 结语

对分课堂模式是以强调“教师-学生”双主体性、注重过程性评价为核心理念的一种新型教学模式，契合了以硕士生为代表的高层次创新型人才培养要求。对培养方案、教学内容、教学方式的改进实践表明，对分课堂教学模式能够尊重研究生的主体地位、充分考虑研究生对知识的个性化需求、适应新时期研究生培养的新要求、保证教师的主体地位、充分发挥学生的主观能动性、有效保证高层次创新型人才培养目标的实现。