科技活动与实践相结合的实践能力培养模式

浦剑涛 王辉

1.北京联合大学自动化学院,北京 100101

2.北京信息科技大学自动化学院,北京 100192

引言

实践教学承担着培养学生分析和解决实际问题能力、创新能力和自学能力等重要实践能力的重大任务。教育部、财政部于2007年启动的大学生创新实验计划旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以本科学生为主体的创新性实验改革，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识。逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力。通过开展实施计划，带动广大的学生在本科阶段得到科学研究与发明创造的训练，改变目前高等教育培养过程中实践教学环节薄弱，动手能力不强的现状，改变灌输式的教学方法，推广研究性学习和个性化培养的教学方式，形成创新教育的氛围，建设创新文化，进一步推动高等教育教学改革，提高教学质量。[1]各类学科竞赛是培养和提高大学生的实践能力与创新能力的重要途径之一。[2]近年来各类国家级的品牌赛事如：全国大学生电子设计大赛、智能车大赛、机器人大赛、挑战杯等，不但为大学生提供了高水平的竞赛交流平台，也推动了相应课程教学内容、教学手段的改革.

1 实践教学现状分析

在传统实验教学中,实验教师是传授知识和技能的主体,而学生则被动地接受知识和技能。这种教学多采用灌输式，实验内容、实验形式、实验平台和考核方式都比较单一。学生学习积极性普遍较差，实验课前几乎不预习实验内容，不提前做好准备工作，实验课上大部分同学照抄班级里少数几份程序或设计，实验报告抄袭情况相当严重，认真完成实验的同学少之又少。因此实验课教学对学生实践能力特别是创新能力和自学能力培养效果一般。

实验内容单一，实践教学内容往往按理论课程知识点设计内容，实验内容与实际应用距离较远，学生缺乏积极性和主动性。实验课程中实验内容互相比较独立，相对缺乏整体性和系统性。综合性实验不失为很好的补充，但仍然局限于对应的一门课程，无法将本专业内相互联系的课程贯通起来，使学生对系统整体缺乏概念。实验内容比较简单、枯燥，课程形式单一，学生缺乏兴趣和成就感。有理论验证性和单一性的特征，使学生失去了想象的空间和思考的空间,也限制了学生的学习积极性和主动性。

实验平台单一，仪器设备的选择、准备都由实验教师进行，学生没有得到实际的、真正的工程训练。一台实验箱几乎完成课程涉及的所有实验，实验平台不分层次，不分难度。以自动化专业为例，学生的实验箱好比小孩的玩具，学生学完课程做完实验，却不知道如何选择控制器芯片、传感器、执行器等；不会设计电路原理图、绘制及制作电路板；不知如何从PC开发平台向控制器下载程序；更不用说考虑机械结构的设计对系统控制的影响和应用各种高级控制算法的编程了。总之，学生通过实验课程不能完全掌握独立开发实际的控制系统的能力。

实验课程考核形式单一，考核要求比较简单，学生不够重视，不能有效激励学生的学习积极性，也是实验教学效果欠佳的原因之一。

新的教学模式强调学习不是外部刺激的结果，是外部环境与认知主体内部心理相互作用的结果。强调认知主体对学习的能动作用，提出学习者是知识意义的主动建构者。强调学习环境对形成有效学习的作用，其中包括“硬环境、软环境”。倡导在教师指导下，以学生为中心的学习。因此单靠老师教，而不强调学生主动学的填鸭式教育模式已远远不能适应当前教学形势，必须激发学生的学习主动性，提供能够促进学生自主学习的软硬件环境，教师指导必须以学生自主学习为中心。

2 大学生学科竞赛和课外科技活动促进学生实践能力提高

相对于枯燥的课堂教学，大学生学科竞赛和课外科技活动丰富多彩，对象更具体生动，与实际联系更紧密，也更能吸引大学生。在各类与学科专业方向联系紧密的大学生竞赛中，广大学生表现出了极大的热情，踊跃报名，积极参加，热情投入。在竞赛和科技活动中，大学生们发挥出了前所未有的自学能力和学习热情。学生对于跟实践结合紧密、有趣生动的学科竞赛和课外科技活动非常感兴趣，也觉得能够学习到切实有用的知识，提高实践能力，为其将来走上工作岗位奠定了坚实的基础。

与专业紧密结合的学科竞赛活动不仅能使学生对所学专业知识有深刻体会，得以实际应用，而且会多学许多新的知识，开阔视野，提高应用能力和工程实践能力，更加激发了学生对专业的兴趣。这种以专业知识为主的科技活动。是学生专业知识提高、创新能力培养、动手能力实践的非常有效的途径，是传统实验教学的必要补充。近年来，各级别的电子设计大赛、“挑战杯”课外设计竞赛、嵌入式系统大赛、机器人大赛、智能车大赛等竞赛活动在全国高等院校中开展地如火如荼。例如全国智能车大赛，涉及汽车、电子设计、机械原理、自动化控制、传感器技术、软件编程、数学建模等学科和技术，在竞赛中，学生需要自学单片机原理及其系统的硬件设计和软件算法编程，需要自己设计和制作电路板，需要调试程序和参数。学生们在智能车的制作过程中对于自控原理、计算机控制、传感器技术、单片机原理与设计、模拟数字电子技术、程序设计语言等自动化专业课程的学习就不再是孤立的、片面的、理论层面的，而是更加系统的、全面的、从应用层面上的学习。比如学生学完单片机原理，做完教学实验，还是不会用买来的单片机芯片做一个最小系统，没有了现成的实验箱，不知道程序如何装进单片机系统中。通过参加智能车比赛，甚至单片机等专业课程没学过的低年级学生都会快速掌握单片机系统的设计、制作电路板和程序设计。智能车制作、智能车大赛官方网站、智能车QQ群等网上平台也整合了各种资料，方便学生自学、进行经验交流和问题的讨论。可见学科竞赛对学生能力的提高是全方位的，信息量也往往超过课堂教学。在竞赛中得到了自学能力和实践能力的提高，更加收获了自信和进取心，以及克服困难、坚忍不拔的工作态度。

3 实践教学与大学生学科竞赛和课外科技活动相结合

学科竞赛和课外科技活动对学生有很强的吸引力，学生们热情高涨，甚至有大一大二的低年级学生都踊跃报名，高年级学生几乎全部报名参加的现象。这样的直接结果是有限的几位指导教师负荷太大，一个教师甚至指导几十个学生，十几个参赛队，并且无课时费和工作量等报酬，长此以往必然不利于进一步调动积极性，势必影响竞赛成绩和课外科技活动水平的进一步提高。另外一个问题是学生投入大量时间，对于课程紧张的大二大三学生会影响其他课程的学习，能取得好的竞赛成绩的只能是少数同学，大部分同学没有取得成绩又没有学分作为保障，将很难坚持下去，长期下去会大大削弱学科竞赛和课外科技活动对广大学生的吸引力。最后一个问题就是资金不好保证。学科竞赛和课外科技活动虽然对学生实践能力培养起了很大的作用，但是不属于传统的实践教学环节，因而无法用实验经费给予支持，只能是参赛队所在学院用行政经费给予一定支持。

传统的实验课以无法有效完成对学生工程实践能力和创新能力的培养，需要学科竞赛和课外科技活动注入新鲜的血液，而学科竞赛和课外科技活动同样需要借鉴传统实验课的组织形式使更广大的学生从中获益，而不只是极少数的实践能力强的同学。两者的结合是实践教学改革的必然趋势。

实践教学可以分为三个层次：

1）基础性实验课程。现有的实验课程基本属于此类，内容相对简单，独立，多为验证性实验。实验设备为现成产品，例如实验箱，实验平台可操作性好，容易学习和掌握。课时不需太多。目的是帮助理解课堂教学的理论知识。

2）设计型实践环节。形式可以为课程设计，其内容可以与学科竞赛和课外科技活动相结合，最后接近或源于实际，内容较复杂，综合性强。实验平台需要学生自己搭建，可以提供基本模块，像搭积木一样，快速搭建系统，使学生上手容易，可以更加专注于核心控制算法设计。

3）创新性实践环节。形式为开放性实验。与专业结合紧密的学科竞赛和课外科技活动就可以作为创新性实践环节给予选修课学分。开放性实验题目自拟或指导教师指定，实验的时间、地点、形式灵活，按提交成果或取得竞赛的成绩进行考核和给予不等的学分。考核方式可以是校内外竞赛成绩，科技活动成果展评比结果，答辩成绩，及发表论文、取得专利等。而指导教师则可以按照指导学生数量和学生的成绩折合成工作量。

通过设计型实践环节将学科竞赛和课外科技活动的内容渗透进实践教学中，使传统实践课程形式内容上更加吸引学生，平台上更有利于对学生的工程实践能力训练。通过创新性实践环节，即开放性实验，将学科竞赛和课外科技活动与实践教学完全结合，利用实验室的丰富资源培养学生的系统设计能力和创新能力，同时也解决了学科竞赛和课外科技活动指导教师和资金紧张等问题。

4 结束语

大学生学科竞赛和课外科技活动在内容和形式上都能够有效调动学生的积极性，有利于培养学生的自学能力、动手能力和创新能力。但其指导和管理难度都比较大，需要大量经费支持。传统实验教学内容和形式相对缺乏吸引力，亟待改革，但有其指导和管理上的优势。如果将大学生学科竞赛与课外科技活动相结合，则可以取长补短，相得益彰。关键问题在于建立管理平台，设置灵活的学分免修制度，建立实验室开放管理制度，合理分配实验室人力物力资源。

[1]瞿绍军.以学科竞赛为载体，培养大学生创新能力——以大学生程序设计竞赛为例[J].电脑知识与技术， 2010,6(15).

[2]闫舒静,张兴会,李辉等.“教学改革-科技创新-学科竞赛”，互动模式的创建与实践[J].天津工程师范学院学报,2006,12(4).