开放式、研究性实验教学的实践与尝试

陈勇　李磊　刘玉林　陈萍

摘要：在机电类实验教学实践中，构建以增强学生动手实践能力和创新意识为目的，促进学生各项素质综合发展为目标的多层次、开放的实验知识体系框架，实现专业知识和专业技能的意义建构过程，逐步形成学科竞赛、科研创新与教学协同发展的开放式、研究性的实验教学模式。

关键词：实验教学；创新能力；开放式实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）08-0136-02

一、开放式、研究性实验教学意义

教育部早在2001年4号文件中明确指出，实践教学对于提高学生的综合素质，培养学生创新精神与实践能力具有特殊作用。但是现有的实验教学存在学生学习不主动的问题，不利于学生实验组织能力的培养，对于分析和解决问题的能力训练不足，实验操作技能没有得到很好的训练。基于能力培养过程的复杂性、培养模式及教学方式的多样性、人才的个性化和发展目标的多元化等因素，上海大学机电自动化学院通过前期的准备与探索，利用现有自制的开放性实验设备资源，在实验项目、实验设备和实验时间上，为学有余力、对实验及实践活动有浓厚兴趣的学生提供了开放性的实践与尝试。开放式实验教学模式的内涵特征就是实验教学的开放性，即实验教学的目标是开放的、实验教学的主体是开放的、实验教学的方式是开放的、实验教学的内容是开放的、实验教学的资源是开放的。让学生早进实验室，早进入机械电子学科的研究领域，突出实验现场的真实性、生动性、丰富性，营造有利于学生自由发展的环境和平台，激发学生对机械电子学科的实践兴趣和学习主动性，引导学生主动参与实验的设计与研究，让学生把所学的知识自觉地应用于实际问题，使学生从实际问题中总结、感悟知识，提高学生主动实践能力与自主创新能力，增加学生的社会适应能力，让学生自由发展，使学生的潜能得到释放，创造力得到充分的挖掘。

二、开放式、研究性实验教学的尝试设想

开放式的实验教学模式。将实验教学空间延伸于实验室以外，将实验教学时间延伸到“8小时”以外，极大地拓展了实验教学的时间和空间。主动参与、自主学习、自由探索，让他们体验实验的快乐，体现了以学生发展为本、教育人性化和学习个性化的教育教学理念。实验室开放是多种途径的，包括相关课程设计、毕业设计以及各种学科竞赛和“大学生创新项目”等活动。实验系统是开放的，可重置和可扩展的，这样的系统可以激发学生的学习兴趣。实验中可以告诉学生，这些系统还能够在这个基础上进行进一步的开发，设计出新的功能，或者这些部分可以重新组合为其他功能。这样的教学可以调动学生的参与积极性，提出自己的想法。学院积极支持实验中心组织学生参加各类学科竞赛，以竞赛为载体和任务驱动，组织学生团队协作攻关，提高学生的实践能力，培养团队协作精神。通过多种层次的竞赛，能充分调动学生学习的主动性和积极性，有利于锻炼学生提出问题、分析问题和解决问题的综合实践能力。本着个性化、自我选择的原则，学生自主设计的研究性、创新性实验项目，通过任课教师向实验室提出实验申请。实验项目的开展是按主题规划实验项目，分层次组织实验教学，实验教学不脱离课程体系，又不局限于课程，既要有利于学生自由设计实验，又要有利于教学的组织与安排，注重设计型、综合型、开放型实验的开发，学生根据需要设计不同的创新实验，可选择单一的模块进行机械或是电气控制方面的单个实验，也可以通过组合来进行机电设备综合实验，使学生熟悉机械、电气控制以及典型机电设备的原理，掌握机电设备的常用设计方法。在实验过程中，自主安排实验时间，每周一至周五的白天、晚上，可自行选择或者重新安排实验的步骤，逐步培养学生在机电方面的设计应用能力。

三、整合教学内容，优化实验内容

通过对目前机电实验设备的调研，结合案例教学实验的目标，对实验室建设中需要的设备进行改进和功能设计，实验室设备要达到：为典型的机电装置；实验系统是可开放的；实验系统是分不同层次和模块的；实验室模块是可以重组的、可扩展的。实验室的实验装置来源于现实的典型机电系统，让学生可以学习到实际中的机电设备的设计原理和制作的过程。同时可以鼓励学生将自己的想法赋予付诸实践，能够通过在实验室的综合学习，自行设计和制作出新的机电设备。不管是从认识上，还是在教学实践环节，实验室都可以给学生进行直观的感知，对于激发学生兴趣、锻炼学生的动手方面都能给予帮助。随着课程体系改革的不断深入，实验教学的课程体系教学内容已经逐步向多层次、模块化课程结构转变。模块化案例教学实验室已开发的创新性实验主要有：典型表面车削成型工艺实验；典型表面铣削成型工艺实验；机械制造中的CAD；计算机辅助制造（CAM）；机电一体化系统的组装与调试创新性实验；数控系统的基本组成；机械传动方案的选择；机电系统中单片机的程序设计；PLC常用执行元件器件以及选择；步进电机的控制；步进电机的运动测量；PLC方案控制设计实验。目前实验室对本科生进行开放，可以作为他们创新性实验的一个场所，在此基础上进一步的开发。因为在这个实验系统中，所有的机械部分、控制部分都是可重组的、可扩展的，并开放给学生的。

四、开放式、研究性实验运行与管理

CDIO教学理念是“做中学”原则和“基于项目的教学和学习”的集中概括和抽象的表达。利用开放性创新实验室平台，吸引、鼓励广大学生踊跃参加延伸于课外的实践创新活动，结合CDIO的工程教学理念，通过创设符合各种主题教学内容要求的情境，要求学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方法，完成主题项目的C（构思）、D（设计）、I（实现）和O（运作），旨在锻炼学生主动学习和主动实践的能力。学生结合竞赛课题，自己在实验课程体系的框架下，构思、设计、实施和运作，最后将已经实现的产品提供给指导教师，指导教师判断是否达到的预期价值。以答辩的形式向教师汇报系统及其完成情况，并以报告的形式对自己技术团队工作上的表现进行叙述，评委教师会评估他们的答辩及报告，对他们的实践能力和创新能力进行评判。实践能力包括字秀能力（文献阅读、项目编制、方案设计）、手秀能力（精通技术方法、设备熟悉、心灵手巧、胆大心细）、口秀能力（镜像思维、头脑风暴、即系演讲、案例分析）。创新能力包括创新意识（批判性、好奇性、信念力、知性力）、创新思维（逆向思维、换位思考、辩证分析、培养悟性）、创新能力（原始创新、集成创新、吸收创新、团队创新）。指导教师不拘泥与程式方法的符合度，看重对方法（路径）的找寻过程，看重结果的创新度，以科学研究和实践创新为主导，组织协作学习（讨论、交流），教师引导正确的方向，把问题一步一步引向深入，加深学生对知识的理解。endprint

五、强化实验教学平台的管理与规范

实验室进行开放，增加了实验室工作人员的工作时间、实验指导工作量和管理难度，必须安排责任心强的教师进行专人负责管理，同时制定了开放实验室等特殊的管理制度，完善实验室安全制度以及准入制度，加强安全教育，规范实验操作，安全管理责任到人。采用每周一至周五的白天、晚上，周六、周日的白天全开放形式，配齐、配强实验室教师，鼓励教师集体指导、轮换值班负责，鼓励任课教师参与实践教学，确保实验室有教师辅导。实验室开放是对传统实验管理的改革，要求以学生为本来组织实践教学活动，在使用时间和空间上存在较大的不可预见性，同时实验教学时间相对集中；采用对综合性较强的专题实验、课程设计等实现指定时间段的预约开放、教学计划外的学科竞赛、创新项目、科研实践活动可预约实现全面开放，确保教学计划顺利进行的同时，提高实验资源的利用率。

六、结语

实验教学是大学教学的一个重要组成部分，从实验教学发展来看，实验教学从依附理论课的验证性转变为独立、综合性课程的应用性、创新性实践等教学，在转变过程中，根据学院整体发展的要求，拓展视野，借鉴国内外高校先进的实验教学经验，准确定位培养目标，形成学科竞赛、科研创新与教学改革的协同发展。近几年来，本科生通过开放实验平台，参加了四届全国大学生机械产品数字化设计大赛，获2个一等奖，8个二等奖；参加了四届“上图杯”上海大学生先进成图技术大赛，获本科三维建模设计3个一等奖，15个二等奖；参加了第四届、第五届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛，获个人8个二等奖。参加实践活动的学生能力明显提高了，多人次获得上海大学优秀毕业论文和大学生创新项目，在学生中已取得了一定的影响。

参考文献：

[1]教育部.关于印发《国家教育事业发第十二个五年计规划》的通知[Z].教发[2012]9号，2012-06-14.

[2]刘吉盛.工程教育课程改革的思维转向：工程化视角[J].高等工程教育研究，2006，（4）：42-45.

[3]张璇，李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J].教育与教学研究，2008，（24）：155-157.

[4]上官延华.高校实验室开放的管理探讨[J].中国成人教育，2011，（2）：60-61.

[5]宋国利，盖功琪，苏冬妹.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索，2010，（02）.

[6]昝丽娜，邵水源.科技论文对大学生创新与实践能力的培养模式初探[J].教育教学论坛，2012，（10）.

[7]韩响玲，金一粟，穆克朗，胡小龙，张居华.以实践创新能力培养为核心 全面推进实验室面向本科生开放[J].实验技术与管理，2013，（02）.endprint