面向研究生国际化培养的实验教学模式研究

万敏+陆宁云+王晶

摘要：我国高校对研究生国际化培养工作的重视程度愈来愈高，针对研究生课程的改革成果亦层出不穷。然而，与欧美发达国家的研究生教育相比，我国高校的研究生实验教学还存在许多不足，这已成为研究生国际化培养的质量短板。本文以南京航空航天大学研究生国际化培养课程《数字控制理论与设计》为例，探讨欧美名校的实验教学模式，积极开展该课程实验教学模式的改革和探索，总结出适合我国现阶段研究生国际化培养需求的实验教学方法与手段，以期推动研究生国际化培养的改革进程。

关键词：研究生；国际化培养；实验教学

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）15-0226-03

一、引言

随着时代的发展，针对研究生教育国际化的改革工作已得到我国高等教育界的广泛认同。为适应这一趋势，南京航空航天大学（下文简称“南航”）自2008年起陆续开设了一系列研究生国际化培养课程，同步使用国外优秀原版教材，聘请国外知名教授参与研究生课程的教学和管理，研究生国际化培养的效果已见成效。其中，《数字控制理论与设计》课程是南航研究生国际化培养体系中的精品课程，其建设过程中所取得的经验教训具有典型示范意义。

通过调研我国许多高校现阶段所开设的研究生国际化培养课程，我们发现这些课程的理论教学体系已逐步完善，符合国际化培养目标的理论，教学改革也在逐步发展和实践中。然而，与欧美发达国家的研究生教育相比，作为培养研究生创新能力和动手实践能力的实验教学环节，尚没有得到相应的重视和发展，这已成为研究生国际化培养的质量短板。

目前，面向研究生国际化培养的实验教学还存在一些不足，主要体现在如下方面。

1.普遍存在重理论，轻实验的现象。虽然很多高校已开始研究生国际化培养课程，但极少开设相对应的实验课程。即使部分课程有实验环节，但实验课时一般被理论课时严重挤压，实验成绩在学分上也没有明显体现。这导致研究生和任课教师都不重视实验教学，实验课程沦为一种形式教育。

2.实验内容和教学方式较落后。对于已经开始实验环节的部分研究生国际化培养课程，实验内容多是一些验证性实验，而非致力于培养学生创新思维的设计型和开放型实验。实验课程的教学方式大多依然沿袭本科生时期的教学方式，将实验步骤详细讲解后再让学生操作一遍，并没有起到实验教学应有的作用。

3.实验教学配套明显不足。研究生实验教学基本都是依靠本科实验教学团队来承担，实验课师资人员的理论水平和英语授课水平严重制约着研究生实验教学的发展和创新。研究生课程所用的实验设备比较昂贵和先进，再加上场地的限制，实验设备不足的问题也非常突出。研究生实验教学是培养、提高研究生创新能力和国际化水平的重要途径，随着研究生国际化培养的深入开展，改革现有的实验教学模式刻不容缓。

二、部分国外名校的研究生实验教学模式分析

国外著名大学均把实验教学放在非常重要的位置，形成了先进的实验教学理念。

1.重视实验教学在研究生培养中所发挥的作用。实验教学体系相对比较完善，实验学时与理论学时的比例合理，几乎所有的专业理论课程都设有包含实验的课程设计，实验在成绩中占的比例比较合理，且具有严格的实验教学考核制度，同时对学生有实验课时学分的要求。譬如，美国亚利桑那大学的光学院开设了10余门实验课，要求所有硕士研究生必须修读两门实验课，从而培养学生的创造性思维、独立思考和解决实际问题能力的同时，也注重团队协作精神的培养。

2.实验教学内容关注学科前沿领域。虽然许多国外大学的实验课程并没有统一的，正式出版的教材，但其自编的实验教材能适应教学内容和仪器的不断更新状况，重视新技术的应用。研究生课程的实验教学环节特别注重知识和实践的结合，实验内容有难度，有深度和有可探索性，甚至包括一些最新的科研成果。

3.网络虚拟实验教学发展成熟。不少国外著名高校都已开发并共享了基于互联网的开放实验教学资源，提供多媒体课件、补充阅读材料、实验数据、工业应用案例等资源的下载和互动交流。其中，远程网络虚拟实验室为学生的实验学习提供了极大的便利。以控制类相关课程的实验教学为例，美国密歇根大学专门开发了控制虚拟实验室，如图1所示，帮助学生学习应用MATLAB和Simulink仿真软件进行自动控制系统的分析和设计。其实验内容涵盖了常见的古典和现代控制设计技术，如PID控制、根轨迹、频率特性以及状态空间、数字控制；控制对象包括定速巡航、电机转速、电机位置、磁悬浮、倒立摆、飞机俯仰控制。美国田纳西大学开发了基于LabVIEW的远程化工控制实验室（“无国界实验室”），如图2所示，提供了许多典型化工控制对象的仿真系统。

三、《数字控制理论与设计》课程的实验教学模式探索

在研究生国际化培养的大趋势下，实验教学如果想要在教育国际化的进程中充分发挥作用，就必须随着理论教学也进行国际化培养的改革和完善，借鉴国外先进的实验教学经验和理念，积极、大胆地改革和创新，不断探索科学可行的实验教学模式。南航《数字控制理论与设计》课程在多年的建设过程中，积极开展了该课程的实验教学模式的改革和探索，在借鉴欧美名校先进的实验教学模式的基础上，尝试了一些适合我国现阶段研究生国际化培养需求的实验教学方法与手段，具体总结如下。

1.加强实验教学的主体国际化。教师和学生是教学的主体，而教师在教学过程中占主导地位。积极鼓励教师出国学习深造，增加邀请海外学者、专家进行访问和讲学的比例，通过教师的“走出去”和“引进来”，能够有效提高师资队伍的国际化水平，学习先进的教学理念和教学模式。在《数字控制理论与设计》课程的建设过程中，南航和法国格勒诺布尔国立综合理工学院（INPG）的Ioan D.Landau教授（该课程选用教材的第一著者）建立了紧密的合作关系。Landau教授积极参与了该课程的实验教学工作，在INPG录制了大量的实验教学录像，在南航亲自担任该课程配套的实验教学环节。该课程通过直接“引进来”国外的著名学者专家，让实验教学真正实现了国际化。目前，该课程也积极组织有条件的研究生前往法国INPG进行短期交流访问，进一步实现“走出去”这一目标。endprint

2.引进国际化的实验教学内容。研究生实验教学应注重培养学生灵活运用理论知识并积极开展创新研究的能力，而不仅仅是理论的实验验证。因此，实验教学内容应包含综合性和设计性实验，注重学生独立分析问题、解决问题以及团队协作的能力。《数字控制理论与设计》课程的实验内容以若干具体应用对象为基本实验单元，包括热风机控制、电机位置和转速控制、柔性传动控制、360度机械臂控制、镀锌过程的锌镀层厚度控制等。每个单元的实验都要求学生掌握数字控制系统设计所必须的四大步骤：系统性能指标设计、系统模型辨识与校正、控制器设计与验证、系统集成设计。课程配套网站（http：//dcs.nuaa.edu.cn/index.asp）上提供了系统模型、实验数据、源程序、虚拟实验平台、实验视频等资源，可供学生们在线学习、提问并讨论。

3.丰富实验教学方法与手段。借鉴国外先进的实验教学理念，充分发掘实验教学内容的灵活性和趣味性。实验课前，鼓励学生调研实验内容所涉及的具体应用对象的相关背景，通过网络学习Landau教授准备的大量精彩的实验教学视频。实验课后，借助课程网站的互动平台，通过师生互动交流，实现实验内容和理论教学的密切连接。

4.改革实验考核手段。《数字控制理论与设计》课程的实验考核不仅仅关注实验结果和实验报告，也注重考核学生在实验过程中的动手实践能力和分析解决问题的能力。若涉及到小组团队协作，也要考虑到学生沟通能力和团队合作能力，以期培养出具有国际化视野的优秀研究生。

四、结语

实验教学是理论教学不可或缺的重要环节，以工程实践为目的的工科研究生专业课程，其实验教学尤为重要。面向研究生国际化培养的实验教学，应紧随国际先进的教学理念和方法，不仅使学生不仅深入理解了理论知识，更培养了学生的实践动手能力、创新能力和团队协作能力。南航研究生国际化培养课程《数字控制理论与设计》已深入开展了实验教学模式的探索和实践工作，总结了适合我国现阶段研究生国际化培养需求的实验教学方法与手段，以期推动研究生国际化培养的改革进程。

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[5]http：//chem.engr.utc.edu.

[6]http：//ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php？aux=Home.

[7]Landau I.D.，Zito G.Digital Control Systems：Design，identification and implementation. Springer-Verlag London Limited，2006.endprint