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摘 要：针对基于传统工科理念“自动控制元件”实验教学中存在“重理论、轻实践”、“重技能、轻创新”难以满足新工科下人才培养的目标与要求，提出了“转观念、改模式”，确定以学生主体地位的实验教学方案；建设 “新工科”下实验教学内容，实现由验证性和单一性向设计性和综合性转变；建立实验教学考核机制，实现“个性化” 的因材施教。从而激发学生的学习兴趣，充分发挥其主观能动性，为其工程意识、工程实践能力和创新能力的培养 提供保证。
关键词：新工科；自动控制元件；实验教学；改革；探索
本文引用格式： 王惠军 , 等 . 面向“新工科”人才培养的自动控制元件实验教学改革与探索 [J]. 教育现代化 ,2020,7(32):8-10.
the Reform and exploration in experiment teaching of automatic control components for the training of "New engineering" talents
WANG Hui-jun, CHu Zhong-yi
(School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang university, Beijing)
Abstract: Aiming at the fact that there are some problems in the experimental teaching of “automatic control components” based on traditional engineering concepts, such as “emphasizing theory, neglecting practice”, “emphasizing skills, neglecting innovation”, and it is difficult to meet the objectives and requirements of talent training under the new engineering, this paper puts forward the “changing concept and mode”, and determines the experimental teaching scheme with students as the main body. To construct the experimental teaching content of “new engineering”, transformation from verification and singleness to design and synthesis will be realized. The establishment of experimental teaching assessment mechanism is implemented for the realization of “personalized” teaching. This will stimulate students’ interest in learning, give full play to their subjective initiative, and provide a guarantee for the cultivation of their engineering consciousness, engineering practical ability and innovative ability.
Key words: New engineering; Automatic control components; Experimental teaching; Reform and exploration
一 引言
为主动应对新一轮产业变革和科技革命，支撑服务创新驱动发展等国家战略，2017 年 2 月以来， 教育部相继发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》， 全力探索新形势下工程教育的中国模式和中国经验， 旨在适应以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济发展，对深化我国工程教育改革、建设工程教育强国、服务和支撑我国经济转型升级具有重大意义 [1,2]。自动控制元件是高等工科院校仪器科学与技术、光学工程等工程学科的一门学科基础课程，旨在从光机电一体化工程设计的角度介绍自动控制元件的基本知识、工作原理、特性分析和实现方法，因而学生能够更准确地掌握复杂控制工程问题的解决思路，对于运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，并通过文献研究分析复杂工程问题的思维方式有所锻炼，从而起到掌握工程基础知识、提高问题分析能力以及培养自主学习意识的目的。该课程以电磁理论为基础，研究不同控制电机的结构、原理、特性及应用，具有原理抽象、理论性强的特点，大多数学生难以理解与掌握，从而造成学习兴趣不大、厌学情绪高等现象，迫切需要高品质实验课程的开设 [3]。
二 自动控制元件实验教学的现状
（一） 重知轻行
自动控制元件课程具有较强的理论性，首要的理论是电磁转换原理和机电转换原理 ; 其次是电路中的有关原理、自控原理、磁性材料的电磁性能、以及测试系统中的相关知识等。为了让学生尽可能掌握各个知识点，在总学时为 48 学时的自动控制元件课程中，理论教学占 42 学时，而实验课时仅占 6 学时。理论和实验教学学时差别巨大，无形在学生脑海里中造成一种实验教学只是一种形式或理论教学附属品的不良印象，认为了解或知晓相关理论即可， 实验可有可无，导致学生重知轻行。
（二） 模式单一
现有自动控制元件课程的教学均采用理论教学讲授各种控制元件的基本原理及特性，实验教学验证理论的教学模式，如直流电机的工作及机械特性、步进电机的转速与脉冲频率实验等。实验目的大多是以验证性实验为主，仅仅只为通过实验使得学生能直观地看到相关理论的具体呈现，但对如何应用所学理论知识来分析、解决实际问题并未涉及，缺乏设计性、综合性和创新性。因此，这种单一的实验教学模式主要培养的是学生的实验操作技能，与工程实践联系不太紧密，不利于学生工程实践能力的培养；并且由于缺乏对实验技术和独立实验能力的训练，也不利于学生创新能力的培养 [4]。
（三）“复制”现象突出
现有自动控制元件的实验教学中，一般多是老师先按照实验讲义，将实验线路连接好并对实验项目逐一演示一遍。学生沿着老师的演示步骤重新将线路连接完毕，按照讲义中预设的测试项目及操作， 将结果对应填入表格中。这种学生“复制”老师的实验教学均是老师为主体，而学生成了听实验、看实验、抄实验。它强调的是教师的“教”，而不是学生的“学”，抑制了学生的主观能动性，无法激发学生做实验的积极性和主动性，既不利于学生工程实践能力的培养，也不利于学生的创新思维和能力的培养。
三 实验教学改革措施
新工科的“新”，主要体现在工程教育的新理念、学科专业的新结构等，其中新结构就包括了对现有工科专业的改革和创新，使其体现并满足工程教育的新要求 [5]。针对自动控制元件课程的实验教学，从未来的发展趋势来看，以学生为中心，强调学生学习兴趣的建立，强调发挥学生的自主意识和主动学习、主动实践能力，学习的内容、学习的方式， 由学生自己决定 [6]；强调创新能力、综合能力的培养， 让学生不仅掌握知识、工程技能，还强调工程师的“集成作用”，跨学科的知识、人际能力、团队精神、工程伦理责任、终身学习的能力等 [7]；因材施教、个性化培养，关注学生不同特点和个性差异，发展每一个学生的优势潜能；强调创造性，增加课程选修及考核的灵活性 [8-11]。为此，采取以下几方面的措施。
（一） 转观念
实现由重理论轻实践向理论和实践并重转变； 根据自动控制元件课程的实际情况，提高实验教学和理论教学的学时之比或实验课单独设课，以提高学生对实验教学环节的重视程度。突破原有实验教学必须在固定地点、固定时间内完成固定实验内容的观念，实现时间上从课内向课外延伸、空间上从教室到图书馆及实验室拓展、内容上从实验讲义向最新科研成果的扩充。实现由“主动教”到“主动学”的教学理念转变，切实体现以学生为主体地位， 从而激发学生的学习兴趣，充分发挥其主观能动性， 为其工程意识、工程实践能力和创新能力的培养提供保证。
（二） 增内容
科教融合，将最新的科研成果融入到实验教学中，实现学科的科研强势转化为人才培养的优势， 提升实验教学内容的前沿性，跟踪最新动态。进而弥补了现有实验因设备陈旧，功能单一，实验组数少， 且大部分实验项目为验证性和演示性实验等问题所带来的短板，做到教学强化科研、科研促进教学的双丰收。但由于创新性科研成果由于其复杂性和独特性难以直接应用于课程实验环节中，须将其核心基本知识和技术经过分解，并通过合理实验环节设计，引导学生自己发现问题、解决问题。学生在接触科研成果的过程中，通过动手亲自完成其中的部分实验课程，可以极大的提高学生专业知识学习的沉浸感，使学生对最新科研成果有更加深刻和直接的认识，增强学习兴趣、提高教学质量。
（三） 变模式
首先，打破现有“衣来伸手、饭来张口”的单向教学模式，让学生积极主动地参与到实验过程中， 实现“做中学”，以培养学生独立思考、分析及解决问题的能力。比如在做直流电机实验时，提前告诉现有实验室的基本硬件配置，让学生基于现有硬件条件制定实验方案包括可测试试验的项目种类、内容、线路连接及实现步骤。让现有的一个验证性实验稍微拔高变成一个教复杂的设计性实验，难度提高一点但能让学生“跳跳够得着”。在充分调动学生的主动性及锻炼独立思考和解决问题能力的同时， 也让学生能体会到学习的趣味性。其次，在保证知识连贯性的同时，增设综合性实验，锻炼学生知识应用能力。比如，给出开放性设计题目如两轮平衡车、航天器姿态控制等，让学生自由组队并根据课程设计题目及相关性能要求自行选择所需电机及传感器， 提出控制策略，完成整个控制系统设计，最后以答辩的形式提交。可以看出，综合性实验又在原有的设计性实验基础上稍微进阶一步，不仅锻炼学生的知识应用能力，而且也考验了他们的组织能力、协调能力、语言表达能力等。理论学习与实际工程应用相结合，真正让学生感受到学习有趣、知识有用。
（四） 改评价
评价是自动控制元件实验教学过程中极其重要的一环。通过评价结果，能客观地反映出学生的学习和掌握知识的程度、解决和分析问题的能力及创新及综合素质的高低。然而，现有评价方式多采用出勤率和实验报告成绩，很难体现出学生间个体综合能力的差异性。这不仅打消了一部分积极主动要求上进学生的能动性，更抹杀了学生创新能力锻炼的机会。因此，必须对现有的评价机制进行改进。基于实验教学采用验证性 - 设计性 - 综合性实验安排的进阶型特征，结合强调创新能力、综合能力的培养目标，在加重实验成绩占期末总成绩的比例同时，采用加权法对不同实验设置不同权重，通过考核引导学生注重各种实践能力和创新能力的培养。具体如下：实验成绩占期末总成绩的 40%。其中， 验证性实验权重系数为 0.1、设计性实验权重系数为0.3、综合性实验权重系数为 0.6。
四 结论
基于传统工科理念的实验教学已不再适合“新工科”下以树立学生中心、产出导向、持续改进观念、提高课程高阶性、创新性、挑战度的发展。“自动控制元件”课程作为高等工科院校航空航天、仪器仪表等专业的核心课程，是探测制导与控制专业、测试计量技术及仪器专业的学科基础必修课程。其实验教学在培养分析、解决问题能力及创新能力等方面起着重要作用，而现有实验教学观念、方法、内容都难以满足“新工科”形势下人才培养的需求，必须对实验教学进行改革。本文通过现有实验教学的现状分析，提出转变教学观念、科教融合增加实验内容、改变教学模式突出学生主体地位、改变评价方式引导学生注重创新能力的培养等措施，激发学生学习兴趣、培养其实践和创新能力，做到学以致用。
参考文献
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