浦劍濤 王輝

1.北京聯(lián)合大學(xué)自動化學(xué)院,北京 100101

2.北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院,北京 100192

引言

實踐教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題能力、創(chuàng)新能力和自學(xué)能力等重要實踐能力的重大任務(wù)。教育部、財政部于2007年啟動的大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃旨在探索并建立以問題和課題為核心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以本科學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實驗改革，調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。逐漸掌握思考問題、解決問題的方法、提高其創(chuàng)新實踐的能力。通過開展實施計劃，帶動廣大的學(xué)生在本科階段得到科學(xué)研究與發(fā)明創(chuàng)造的訓(xùn)練，改變目前高等教育培養(yǎng)過程中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，動手能力不強(qiáng)的現(xiàn)狀，改變灌輸式的教學(xué)方法，推廣研究性學(xué)習(xí)和個性化培養(yǎng)的教學(xué)方式，形成創(chuàng)新教育的氛圍，建設(shè)創(chuàng)新文化，進(jìn)一步推動高等教育教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。[1]各類學(xué)科競賽是培養(yǎng)和提高大學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新能力的重要途徑之一。[2]近年來各類國家級的品牌賽事如：全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、智能車大賽、機(jī)器人大賽、挑戰(zhàn)杯等，不但為大學(xué)生提供了高水平的競賽交流平臺，也推動了相應(yīng)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段的改革.

1 實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中,實驗教師是傳授知識和技能的主體,而學(xué)生則被動地接受知識和技能。這種教學(xué)多采用灌輸式，實驗內(nèi)容、實驗形式、實驗平臺和考核方式都比較單一。學(xué)生學(xué)習(xí)積極性普遍較差，實驗課前幾乎不預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，不提前做好準(zhǔn)備工作，實驗課上大部分同學(xué)照抄班級里少數(shù)幾份程序或設(shè)計，實驗報告抄襲情況相當(dāng)嚴(yán)重，認(rèn)真完成實驗的同學(xué)少之又少。因此實驗課教學(xué)對學(xué)生實踐能力特別是創(chuàng)新能力和自學(xué)能力培養(yǎng)效果一般。

實驗內(nèi)容單一，實踐教學(xué)內(nèi)容往往按理論課程知識點設(shè)計內(nèi)容，實驗內(nèi)容與實際應(yīng)用距離較遠(yuǎn)，學(xué)生缺乏積極性和主動性。實驗課程中實驗內(nèi)容互相比較獨立，相對缺乏整體性和系統(tǒng)性。綜合性實驗不失為很好的補(bǔ)充，但仍然局限于對應(yīng)的一門課程，無法將本專業(yè)內(nèi)相互聯(lián)系的課程貫通起來，使學(xué)生對系統(tǒng)整體缺乏概念。實驗內(nèi)容比較簡單、枯燥，課程形式單一，學(xué)生缺乏興趣和成就感。有理論驗證性和單一性的特征，使學(xué)生失去了想象的空間和思考的空間,也限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

實驗平臺單一，儀器設(shè)備的選擇、準(zhǔn)備都由實驗教師進(jìn)行，學(xué)生沒有得到實際的、真正的工程訓(xùn)練。一臺實驗箱幾乎完成課程涉及的所有實驗，實驗平臺不分層次，不分難度。以自動化專業(yè)為例，學(xué)生的實驗箱好比小孩的玩具，學(xué)生學(xué)完課程做完實驗，卻不知道如何選擇控制器芯片、傳感器、執(zhí)行器等；不會設(shè)計電路原理圖、繪制及制作電路板；不知如何從PC開發(fā)平臺向控制器下載程序；更不用說考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計對系統(tǒng)控制的影響和應(yīng)用各種高級控制算法的編程了。總之，學(xué)生通過實驗課程不能完全掌握獨立開發(fā)實際的控制系統(tǒng)的能力。

實驗課程考核形式單一，考核要求比較簡單，學(xué)生不夠重視，不能有效激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也是實驗教學(xué)效果欠佳的原因之一。

新的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)不是外部刺激的結(jié)果，是外部環(huán)境與認(rèn)知主體內(nèi)部心理相互作用的結(jié)果。強(qiáng)調(diào)認(rèn)知主體對學(xué)習(xí)的能動作用，提出學(xué)習(xí)者是知識意義的主動建構(gòu)者。強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境對形成有效學(xué)習(xí)的作用，其中包括“硬環(huán)境、軟環(huán)境”。倡導(dǎo)在教師指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。因此單靠老師教，而不強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動學(xué)的填鴨式教育模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)形勢，必須激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提供能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的軟硬件環(huán)境，教師指導(dǎo)必須以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心。

2 大學(xué)生學(xué)科競賽和課外科技活動促進(jìn)學(xué)生實踐能力提高

相對于枯燥的課堂教學(xué)，大學(xué)生學(xué)科競賽和課外科技活動豐富多彩，對象更具體生動，與實際聯(lián)系更緊密，也更能吸引大學(xué)生。在各類與學(xué)科專業(yè)方向聯(lián)系緊密的大學(xué)生競賽中，廣大學(xué)生表現(xiàn)出了極大的熱情，踴躍報名，積極參加，熱情投入。在競賽和科技活動中，大學(xué)生們發(fā)揮出了前所未有的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生對于跟實踐結(jié)合緊密、有趣生動的學(xué)科競賽和課外科技活動非常感興趣，也覺得能夠?qū)W習(xí)到切實有用的知識，提高實踐能力，為其將來走上工作崗位奠定了堅實的基礎(chǔ)。

與專業(yè)緊密結(jié)合的學(xué)科競賽活動不僅能使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識有深刻體會，得以實際應(yīng)用，而且會多學(xué)許多新的知識，開闊視野，提高應(yīng)用能力和工程實踐能力，更加激發(fā)了學(xué)生對專業(yè)的興趣。這種以專業(yè)知識為主的科技活動。是學(xué)生專業(yè)知識提高、創(chuàng)新能力培養(yǎng)、動手能力實踐的非常有效的途徑，是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的必要補(bǔ)充。近年來，各級別的電子設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”課外設(shè)計競賽、嵌入式系統(tǒng)大賽、機(jī)器人大賽、智能車大賽等競賽活動在全國高等院校中開展地如火如荼。例如全國智能車大賽，涉及汽車、電子設(shè)計、機(jī)械原理、自動化控制、傳感器技術(shù)、軟件編程、數(shù)學(xué)建模等學(xué)科和技術(shù)，在競賽中，學(xué)生需要自學(xué)單片機(jī)原理及其系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件算法編程，需要自己設(shè)計和制作電路板，需要調(diào)試程序和參數(shù)。學(xué)生們在智能車的制作過程中對于自控原理、計算機(jī)控制、傳感器技術(shù)、單片機(jī)原理與設(shè)計、模擬數(shù)字電子技術(shù)、程序設(shè)計語言等自動化專業(yè)課程的學(xué)習(xí)就不再是孤立的、片面的、理論層面的，而是更加系統(tǒng)的、全面的、從應(yīng)用層面上的學(xué)習(xí)。比如學(xué)生學(xué)完單片機(jī)原理，做完教學(xué)實驗，還是不會用買來的單片機(jī)芯片做一個最小系統(tǒng)，沒有了現(xiàn)成的實驗箱，不知道程序如何裝進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng)中。通過參加智能車比賽，甚至單片機(jī)等專業(yè)課程沒學(xué)過的低年級學(xué)生都會快速掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計、制作電路板和程序設(shè)計。智能車制作、智能車大賽官方網(wǎng)站、智能車QQ群等網(wǎng)上平臺也整合了各種資料，方便學(xué)生自學(xué)、進(jìn)行經(jīng)驗交流和問題的討論?？梢妼W(xué)科競賽對學(xué)生能力的提高是全方位的，信息量也往往超過課堂教學(xué)。在競賽中得到了自學(xué)能力和實踐能力的提高，更加收獲了自信和進(jìn)取心，以及克服困難、堅忍不拔的工作態(tài)度。

3 實踐教學(xué)與大學(xué)生學(xué)科競賽和課外科技活動相結(jié)合

學(xué)科競賽和課外科技活動對學(xué)生有很強(qiáng)的吸引力，學(xué)生們熱情高漲，甚至有大一大二的低年級學(xué)生都踴躍報名，高年級學(xué)生幾乎全部報名參加的現(xiàn)象。這樣的直接結(jié)果是有限的幾位指導(dǎo)教師負(fù)荷太大，一個教師甚至指導(dǎo)幾十個學(xué)生，十幾個參賽隊，并且無課時費(fèi)和工作量等報酬，長此以往必然不利于進(jìn)一步調(diào)動積極性，勢必影響競賽成績和課外科技活動水平的進(jìn)一步提高。另外一個問題是學(xué)生投入大量時間，對于課程緊張的大二大三學(xué)生會影響其他課程的學(xué)習(xí)，能取得好的競賽成績的只能是少數(shù)同學(xué)，大部分同學(xué)沒有取得成績又沒有學(xué)分作為保障，將很難堅持下去，長期下去會大大削弱學(xué)科競賽和課外科技活動對廣大學(xué)生的吸引力。最后一個問題就是資金不好保證。學(xué)科競賽和課外科技活動雖然對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)起了很大的作用，但是不屬于傳統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，因而無法用實驗經(jīng)費(fèi)給予支持，只能是參賽隊所在學(xué)院用行政經(jīng)費(fèi)給予一定支持。

傳統(tǒng)的實驗課以無法有效完成對學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，需要學(xué)科競賽和課外科技活動注入新鮮的血液，而學(xué)科競賽和課外科技活動同樣需要借鑒傳統(tǒng)實驗課的組織形式使更廣大的學(xué)生從中獲益，而不只是極少數(shù)的實踐能力強(qiáng)的同學(xué)。兩者的結(jié)合是實踐教學(xué)改革的必然趨勢。

實踐教學(xué)可以分為三個層次：

1）基礎(chǔ)性實驗課程?，F(xiàn)有的實驗課程基本屬于此類，內(nèi)容相對簡單，獨立，多為驗證性實驗。實驗設(shè)備為現(xiàn)成產(chǎn)品，例如實驗箱，實驗平臺可操作性好，容易學(xué)習(xí)和掌握。課時不需太多。目的是幫助理解課堂教學(xué)的理論知識。

2）設(shè)計型實踐環(huán)節(jié)。形式可以為課程設(shè)計，其內(nèi)容可以與學(xué)科競賽和課外科技活動相結(jié)合，最后接近或源于實際，內(nèi)容較復(fù)雜，綜合性強(qiáng)。實驗平臺需要學(xué)生自己搭建，可以提供基本模塊，像搭積木一樣，快速搭建系統(tǒng)，使學(xué)生上手容易，可以更加專注于核心控制算法設(shè)計。

3）創(chuàng)新性實踐環(huán)節(jié)。形式為開放性實驗。與專業(yè)結(jié)合緊密的學(xué)科競賽和課外科技活動就可以作為創(chuàng)新性實踐環(huán)節(jié)給予選修課學(xué)分。開放性實驗題目自擬或指導(dǎo)教師指定，實驗的時間、地點、形式靈活，按提交成果或取得競賽的成績進(jìn)行考核和給予不等的學(xué)分。考核方式可以是校內(nèi)外競賽成績，科技活動成果展評比結(jié)果，答辯成績，及發(fā)表論文、取得專利等。而指導(dǎo)教師則可以按照指導(dǎo)學(xué)生數(shù)量和學(xué)生的成績折合成工作量。

通過設(shè)計型實踐環(huán)節(jié)將學(xué)科競賽和課外科技活動的內(nèi)容滲透進(jìn)實踐教學(xué)中，使傳統(tǒng)實踐課程形式內(nèi)容上更加吸引學(xué)生，平臺上更有利于對學(xué)生的工程實踐能力訓(xùn)練。通過創(chuàng)新性實踐環(huán)節(jié)，即開放性實驗，將學(xué)科競賽和課外科技活動與實踐教學(xué)完全結(jié)合，利用實驗室的豐富資源培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，同時也解決了學(xué)科競賽和課外科技活動指導(dǎo)教師和資金緊張等問題。

4 結(jié)束語

大學(xué)生學(xué)科競賽和課外科技活動在內(nèi)容和形式上都能夠有效調(diào)動學(xué)生的積極性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動手能力和創(chuàng)新能力。但其指導(dǎo)和管理難度都比較大，需要大量經(jīng)費(fèi)支持。傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容和形式相對缺乏吸引力，亟待改革，但有其指導(dǎo)和管理上的優(yōu)勢。如果將大學(xué)生學(xué)科競賽與課外科技活動相結(jié)合，則可以取長補(bǔ)短，相得益彰。關(guān)鍵問題在于建立管理平臺，設(shè)置靈活的學(xué)分免修制度，建立實驗室開放管理制度，合理分配實驗室人力物力資源。

[1]瞿紹軍.以學(xué)科競賽為載體，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力——以大學(xué)生程序設(shè)計競賽為例[J].電腦知識與技術(shù)， 2010,6(15).

[2]閆舒靜,張興會,李輝等.“教學(xué)改革-科技創(chuàng)新-學(xué)科競賽”，互動模式的創(chuàng)建與實踐[J].天津工程師范學(xué)院學(xué)報,2006,12(4).