启发式实验教学在自动化专业课程中的应用研究

胡山+陈志亮+韩瑜

摘要：针对传统实验教学方法的不足，在自动化专业课程教学过程中实施了启发式实验教学。阐述了课程分析、课程设计及课程实施过程，通过实施结果分析得知，学生既巩固了理论知识，又锻炼了发现问题和动手探究的能力，更适应当前就业趋势。

关键词：启发式教学；实验教学；自动化专业

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0252-02

合理安排、内容新颖的专业实验能够激发学生掌握专业知识的兴趣，也是衔接理论课堂和实践课堂之间的关键桥梁。随着国家专业技能人才需求提高，高校实验教学发展迅速，但也存在教学观念滞后、教学方法单一、课程设置不合理等问题[1]。

在研究分析自动化类实验教学发展趋势以及专业知识、能力、素质要求的基础上，对启发式实验教学在自动化专业课程中的应用进行研究，采用融合性的启发式实验教学，通过提出问题，激励学生动手实践。既能巩固理论知识，也有利于毕业后与社会的对接，推动“创新型实验教学”教学改革[2]。

一、启发式实验教学在专业课程中的应用

启发式教学指教师根据教学任务和学习的客观规律，从学生的实际出发，以启发学生的思维为核心，调动学生学习的主动性和积极性的教学指导思想[3]。

（一）课程分析

自动化专业实验课程包括自动控制、过程控制、运动控制、计算机控制等。专业实验内容丰富，形式多样，穿插在理论课教学过程中。分为演示性、验证性、综合性和设计性实验。由于控制领域较广，方法多样，对象模型复杂，现场干扰多变，理论与实践的真正链接存在较大难度。

实验教学对象为大二到大四的本科生。学生具备一定专业基础知识，接受新事物的能力较强，但动手能力不强。约两成通过专业社团或者自主学习已经具备一定的专业操作和设计能力。约三到四成担任班委或者在社团任职，具备良好的沟通和管理能力。这为实验过程分组分工奠定了基础。

（二）实验课程设计

1.教学大纲设计。遵循上下承接、由易到难的原则，将每门实验课程分为必修和选修两个部分。涉及设备使用、原理验证的部分设为必修，以演示性和验证性实验形式实现；涉及课程或专业综合开发设计的部分设为选修，以综合性和设计性实验形式实现。鼓励自主探究，综合性和设计性实验不少于总实验数的30%。把数个单独实验变换成微型课程设计，从一门课程的“微系统”出发，通过集中实验教学，使学生能够系统性理解掌握[4]。

2.实验过程设计。实验过程设计如图1所示。其中理论知识引入部分一般由教师作为主导，其他几个部分均以学生为主导，采用分组形式完成实验。

（三）课程实施过程

1.理论知识引入。此过程是衔接实验和理论知识的重要环节。以教师为主体，根据理论课内容进行讲授式+启发式教学，约占5—10分钟：（1）温习理论知识，包括重要公式、算法、控制方法；（2）引入实验目标或应用场景，将理论知识链接到实际。

在这个过程中，教师需要通过以下问题启发学生进行思考：（1）理论知识是否正确？如何验证？（2）理论知识在实际中如何应用？是否可行？（3）如果这样做，结果会怎么样？学生开动脑筋，自信心和积极性都得到提高。教师在一问一答中确定基本实验方法。

2.分组实验。采用案例式+启发式教学，以学生为主体，教师起引导作用，约占70—80分钟。以典型的、应用广泛的案例为准，设定基础目标，通过设置问题或故障，引导学生动手实践：（1）实验分组，保证每组动手能力均衡、具备管理和沟通能力较强的组长；（2）教师演示，重点强调安全规范操作；（3）提出目标，学生分组轮流动手实验；（4）鼓励学生自主探索新方案。

3.分组评价。由教师进行分组评分及个人初步评分，约占5—10分钟。分组评分由实验效果、分工合作情况、实验数据处理结果决定。个人分数由实验过程、老师提问、分工合作能力及自主探究能力决定。

4.深入扩展。教师开放实验室，对于想进一步深入实践的学生，采用讨论式+启发式教学，共同深入探讨[5]。此外，有较强能力和意愿的学生可逐渐与教师课题、项目对接，与就业需求对接。

二、启发式实验教学总结

以自动化类专业核心课程《过程控制与自动化仪表》、《单片机技术》为主，在试点班实施一个学期，分析教学效果。

（一）现场效果

经过理论知识与实际应用的链接，学生能克服对动手实验的恐惧感，和理论学习的疑惑感。实验设置由易到难、模块化，阶段性成果使学生的自信心增加。出勤率和准时性有了较大提高，课后与老师探讨人数有所增加。学生找到乐趣，注意力更加集中，实验效果提高。分工合作能力和团队意识得到锻炼，实际上，分工合作好的分组的确在实验中表现比较优秀，数据正确性也较高。

（二）数据及报告效果

实验数据和实验报告“千篇一律”的现象有所改善。实际数据更有特点，能较好地反映真实掌握情况。

综上所述，通过启发式实验教学，学生既巩固了理论知识，又锻炼发现问题和动手探究的能力。有助于更好更快地达到自动化专业教学目标，同时也更适应当前教学及就业趋势。

（三）进一步研究内容

课题还存在以下可以改进的地方：（1）提升课前预习部分内容比重，提前发现问题，课堂上统一解答；（2）研究更全面的课程评价体系，在理论考核中加入实验部分。

参考文献：

[1]路丽娜.教学与课程研究“翻转课堂”：传统课堂面临的挑战及变革路径[J].大学教育科学，2014，（148）：66-70.

[2]赵国平.论实践教学与理论教学的关系[J].中国成人教育，2010，（17）：127-128.

[3]吳翊.启发式教学再认识[J].中国大学教学，2011，（1）：67-68.

[4]肖伟才.理论教学与实践教学一体化教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2011，30（4）：81-84.

[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.2010，29（2）：91-132.

Abstract：In view of the shortcomings of traditional experimental teaching methods，inspired experiment education was operated in courses of automation specialty. In this paper，curriculum analysis，curriculum design and curriculum implementation are proposed. The analysis of experiment results reveals that students not only reinforces the theoretical knowledge，but also exercise the ability to discover problems and hands-on ability，and more suitable for the current employment trends

Key words：inspired education；experiment education；automation specialty