综合性、设计性实验教学在控制类课程中的实践与探讨

冯茜

(华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063009)



综合性、设计性实验教学在控制类课程中的实践与探讨

冯茜

(华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063009)

关键词:实验教学；人才培养；设计性；综合性；非指导性

摘要:实验教学作为工科院校人才培养的关键环节，其好坏直接影响着为社会输送工程技术人才的质量。在过程装备与控制工程专业的控制类课程中开设综合性、设计性实验，将综合性实验与设计性实验相结合，既有利于学生将多门专业课程进行有机整合，又可以培养学生的动手能力、独立分析和解决问题的能力。同时，在授课过程中采用非指导性教学模式，可以提高学生的学习兴趣和综合素质，收到良好的教学效果。

一、背景

近二十年来，国际高教界普遍重视实践教学、强化应用型人才培养。实验教学作为高等学校教学工作的实践部分，在学生能力培养和综合素质提高方面有独特的作用。根据教育部《关于进一步加强高等学校本科教育工作的若干意见》(教高[20]05]01号)和《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》(教高[20]07]01号)的文件要求，对提高学生的实践能力和创新能力，开设综合性、设计性实验进行了积极的探索并予以实施。目前，国内外很多高校都根据课程特点，结合学生实际情况，相继实施并推广综合性、设计性实验教学，收到了良好的效果。

综合性实验是指学生在掌握一定的基础理论知识和基本操作技能的基础上，运用某一课程或多门课程知识，对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。所谓设计性实验，是指学生根据一定的实验目的和要求，运用有关知识和技能，对实验的仪器用具、方法、步骤在头脑中进行构思并付诸实施的实验。二者结合，既有利于学生将多门专业课程进行有机整合，又可以培养学生的动手能力、独立分析和解决问题的能力。综合性、设计性实验教学的实施需要扎实的理论基础，课堂教学中采用非指导性教学模式进行授课，有利于学生在知识基础牢固的基础上，积极主动地参与到实验中。非指导性教学由美国心理学家卡尔·兰塞姆·罗杰斯提出，强调以学生为主体，以自我实现为指导思想，要求教师通过与学生之间的非指导性谈话，营造和睦的心里气氛，创设适宜的学习环境，从而使学生积极主动地完成学习任务。

二、实验教学改革的必要性

作为高等综合院校，目标是培养出高素质的专业人才，既有扎实的基础知识，又有过硬的实践技能，前者可以由课堂理论教学来解决，而后者必须依靠实验教学，特别是开设一些给学生较高自由度的综合性、设计性实验教学课程，不仅可以克服传统教学的局限与不足，还可以充分调动学生学习的积极性、主动性。

过程装备控制技术及应用课程在整个过程装备与控制工程专业的控制类专业课程体系中起着“桥梁纽带”作用，既有理论又有实践，该课程包括理论教学、实验教学、上机教学三个部分，由一名教师独立承担，这样非常有利于教师将理论部分和实验部分进行充分结合，形成有机的整体，避免了以往产生的课堂教学与实验教学脱节的弊端。以过程装备控制技术及应用课程为平台探索综合性、设计性实验教学，同时结合本专业控制方向专业课程，如：过程装备自动控制原理，微机原理及应用，PLC原理及应用等课程，既提高了学生对已有理论知识的综合和应用能力，又适当加入一些新的相关知识，锻炼学生的学习能力；同时还需要为学生留出一定的发挥和创新空间。综合性、设计性实验非常符合以理论为基础，强调实践性的教学宗旨，有利于优质高效的完成教学任务，培养高素质综合应用型人才。

三、综合性、设计性实验实现方案

在实验教学方面，以过程装备控制技术及应用课程为平台，以培养应用型人才为主线，将加强“实践能力训练”作为教学改革建设的中心目标，开展综合性、设计性实验教学；在理论教学方面，在过程装备控制技术及应用课程课堂教学中采用非指导性教学模式，为开展综合性、设计性实验教学打下坚实的知识基础；优化专业课程体系及课程内容，加强课程间的联结，提高学生对专业知识的综合应用能力。

(一)结合专业课程特点，开展综合性、设计性实验

过程装备与控制工程专业的专业课程大体分为过程设备设计方向和控制方向。过程装备控制技术及应用课程在控制方向专业课程中起着承上启下的作用，该课程包括理论、实验、上机三部分，既有理论又结合实际应用，传统实验教学大都以验证性实验为主，过于强调自身的整体性，缺乏学科交叉，因此，以过程装备控制技术及应用课程作为该专业控制类方向专业课程平台，进行综合性、设计性实验教学非常适合。在培养学生创新意识和创新精神，打造综合应用型人才方面具有重要的作用。

(二)建立多层次的实验教学体系

传统的实验教学指导思想注重“验证、巩固和加深理论教学的内容”，实验项目为演示性和验证性试验，实验指导书中会详细列出实验原理、内容、方法和步骤，实验仪器基本不需要安装调整，学生可以轻易的完成实验。现代教育要求的实验教学体系，应以培养学生实验基本技能为基础，以培养综合素质为核心，以培养创新精神为主线。为此，设计了三种模式的实验：基本型、综合型和设计型。基本型实验使学生能得到基本技能训练，而综合性实验旨在培养学生的综合分析能力及工程实践动手能力，设计性实验使学生能够综合运用所学的知识，充分发挥他们的创造力，为其营造一个创新设计空间。

以过程装备与控制工程专业课程中的过程装备控制技术及应用课程为平台，结合该专业课程中控制类课程过程装备自动控制原理，PLC原理及应用，微机原理及应用等课程进行综合性、设计性实验教学的研究。过程装备控制技术及应用课程包括课堂教学、上机教学、实验教学三个部分内容。在实验教学过程中，学生可以根据兴趣自由结组，实验项目可以自行拟定，也可以由指导教师指定，实验项目的选取应该尽量结合其他控制方向专业课程，这样更有利于多门专业课程内容的综合掌握。各组学生通过查阅资料，结合理论知识，自行设计实验方案，独立进行实验操作。在课堂教学过程中，应当多进行项目设计思路分析和应用方法技巧讲解，少进行枯燥的理论堆砌。这样，加深理解的同时，激发了学生的学习兴趣，还可以拓宽知识面，为开展综合性、设计性实验教学打下良好的基础。在上机教学过程中，在学生掌握软件基本操作的基础上，可以对自行设计的实验方案进行计算机仿真，并验证可行性，既领悟了仿真软件的强大功能，又可以对实验方案进行修正。同时，可以借助从北京化工大学引进的过程装备与控制工程专业综合实验台和基本实验台以及其他实验设备对实验项目的设计方案进行实际操作。

(三)采用信息化、网络化等现代教学方法，提高实验教学效率

将计算机、多媒体和网络技术引入实验教学，使模拟实验、仿真实验、虚拟实验、异地实验等现代化实验技术快速发展，取得常规实验难以达到的效果。如用Flash，PowerPoint软件编制实验教学课件，能使实验教学更加生动直观，让学生能够感官上认识实验过程。利用Matlab可以进行数学建模和控制过程仿真，而Labview工程测试软件的应用可以提高实验的直观性和真实性，同时有利于扩展实验项目和内容。

另外，制作优秀示范范例，学生的设计目标的确立很多时候源于榜样，通过优秀范例可以为学生指明方向，会起到点化的作用。

(四)采用“非指导性”教学模式开展教学

理工科的教学包括课堂教学、实验教学、课程设计、生产实习、毕业设计等多个环节，既有理论学习又有实践过程，一般专业课程的教学占60%以上，专业课程教师的人数也较多，但大部分专业课程教师不能叫出班级内学生的名字，更深的交流更是无从谈起，该状况的弊病在于学生不会获得从老师那里来的认同感，学习积极性不高，旷课率、作弊率等居高不下。乍看上去该问题的症结在于学生数量的增加以及学生质量的参差不齐，但是细究起来该问题的关键问题是目前我们的教学模式注重单方面的灌输，师生之间缺乏教学情感培养的基本意识。

“非指导性”教学模式强调把情感态度的培养渗透到日常的教学中，根据不同的教学内容采用多种教学形式，提高学生的参与意识、合作意识，使师生能在教学活动中达到情感共鸣，当师生之间建立了良好的情感关系后，便可以真正做到“以学论教”、“为学而教”、“以教促学”，并可以真正实现优质课堂的创建，优质高效的完成教学任务，提高学生培养质量。目前，国内高校对“非指导性”教学理论的应用近几年来比较广泛，在实践中取得了显著的教学成果。

在创新性应用型人才的培养中，“非指导性”教学模式可以克服传统教学的局限与不足，更可以为学生创建和谐民主的学习环境，提供宽松的易于思维扩展的学习空间，营造探究和研讨的学习氛围，可以充分调动学生学习的积极性、主动性，培养学生的探究意识和创新能力，可以促进学生综合运用各门课程的知识。在该模式下，教师与学生会主动寻找各种促进学习的资源与手段，对于理工科综合应用人才培养是一种非常值得尝试的教学模式。

在过程装备控制技术及应用课程课堂教学中尝试采用非指导性教学模式进行授课，为综合性、设计性实验教学的开展打下良好的知识基础。

(五)综合性设计性实验开展方式

以过程装备控制技术及应用课程为红线的专业课程体系及课程内容的研究，要采用“非指导性”教学模式需要充分发挥学生的积极性，学生积极性的发挥在于学生本身有比较明确的专业目标，因此，需要探索将该课程作为贯穿专业课程的红线的具体实施办法。目前2014级专业培养方案中，将该课程放在了第6学期，该学期学生也开始学习其他专业课程，通过各专业课程之间的联系与搭接，给学生提供了更广泛的项目选择基础。此外，课程体系的建立可以促使学生在大三、大四两年的学习过程中将该课程的认识不断加深，不断强化。

教师应注意多收集优秀示范范例，好的范例有利于学生的设计目标的确立，在增强学生自信心的同时还会扩宽思路，会起到非常重要的作用。

专业课程教师内在资源和外在资源建设，要使学生对专业产生兴趣，专业课教师的专业技术、科研水平、讲台形象、授课艺术、人格魅力等方面都会对学生产生大的影响，此外教学环境、设备等也会起到关键的作用，如何对目前我校已经具备的硬件及软件条件进行资源的优化配置及合理运用，是本课题激发学生学习热情的重要研究内容。

课程教学内容的优化，要将学生作为教学的主体，在教学过程中应该真正做到“授人以渔”就必须优化课程教学内容，转变亦步亦趋式的教学，多开发探究式的教学项目，在课上多进行设计思路分析，少进行基本操作训练，充分利用课堂授课学时向学生传授应用思路、方法及技巧。多结合实际生活中耳熟能详的实例，由此激发学生在课堂上进行思考的积极性，要做到这一点必须使得学生对课程有非常大的兴趣，要使学生产生兴趣，必须开发优异的教学内容及案例。同时，为了促进其他专业课程的学习，开发的案例应该尽量跟本学期其他专业课程相关，这样就要求多门课程教师之间加强交流。

过程装备与控制工程专业课程授课时以学生为主体，学生确定设计项目、学生确定设计手段、学生自由组合项目小组、学生联系相关资源等，要做好这些需要为学生铺垫好一定的实施基础，而教师起到整体把握和指导作用。

六、总结

以过程装备控制技术及应用课程为平台，对12级学生开展综合性、设计性实验教学，既使学生加深了专业课程知识的了解和应用，又增强了学生的实践能力和主动思考问题、解决问题的能力，收到了良好的教学效果。同时，在对12级学生授课时，针对部分教学内容采用非指导性教学模式，在完成原有教学任务的同时，根据学生的兴趣和要求，增加了部分内容，扩展了学生的思路，增进了师生间的感情。

参考文献：

[1]宋效先，王伟平，王晓燕，等.开展设计性实验培养学生创新能力.中国成人教育，2005(7):80-81.

Abstract:Experimental teaching is the key link in the training of Engineering College, which has a direct impact on the quality of the talents in the society. In the control of process equipment and control engineering courses offer a comprehensive and designed experiment, synthetic experiment and designing experiment will be combined, is not only conducive to the students professional courses from the organic integration, and can cultivate the students' hands-on ability, analyze ability and solve problems independently ability. At the same time, in the teaching process of the use of non directive teaching mode, thereby improving the students' learning interest and comprehensive quality, received a good effect.

Practice and Exploration of Comprehensive and Designing

Experimental Teaching in Control Courses

FENG Qian

(College of Mechanicae Engineering,North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

Key words:experimental teaching; personnel training; designability; comprehensiveness; non-instructiveness

中图分类号：G642.3

文献标识码：A

文章编号：2095-2708(2016)01-0092-04