開放式研究性實驗教學的實踐探索論文

一、開放式、研究性實驗教學意義

教育部早在2001年4號檔案中明確指出，實踐教學對於提高學生的綜合素質，培養學生創新精神與實踐能力具有特殊作用。但是現有的實驗教學存在學生學習不主動的問題，不利於學生實驗組織能力的培養，對於分析和解決問題的能力訓練不足，實驗操作技能沒有得到很好的訓練。基於能力培養過程的複雜性、培養模式及教學方式的多樣性、人才的個性化和發展目標的多元化等因素，上海大學機電自動化學院透過前期的準備與探索，利用現有自制的開放性實驗設備資源，在實驗項目、實驗設備和實驗時間上，爲學有餘力、對實驗及實踐活動有濃厚興趣的學生提供了開放性的實踐與嘗試。開放式實驗教學模式的內涵特徵就是實驗教學的開放性，即實驗教學的目標是開放的、實驗教學的主體是開放的、實驗教學的方式是開放的、實驗教學的內容是開放的、實驗教學的資源是開放的。讓學生早進實驗室，早進入機械電子學科的研究領域，突出實驗現場的真實性、生動性、豐富性，營造有利於學生自由發展的環境和平臺，激發學生對機械電子學科的實踐興趣和學習主動性，引導學生主動參與實驗的設計與研究，讓學生把所學的知識自覺地應用於實際問題，使學生從實際問題中總結、感悟知識，提高學生主動實踐能力與自主創新能力，增加學生的社會適應能力，讓學生自由發展，使學生的潛能得到釋放，創造力得到充分的挖掘。

二、開放式、研究性實驗教學的嘗試設想

開放式的實驗教學模式。將實驗教學空間延伸於實驗室以外，將實驗教學時間延伸到“8小時”以外，極大地拓展了實驗教學的時間和空間。主動參與、自主學習、自由探索，讓他們體驗實驗的快樂，體現了以學生髮展爲本、教育人性化和學習個性化的教育教學理念。實驗室開放是多種途徑的，包括相關課程設計、畢業設計以及各種學科競賽和“大學生創新項目”等活動。實驗系統是開放的，可重置和可擴展的，這樣的系統可以激發學生的學習興趣。實驗中可以告訴學生，這些系統還能夠在這個基礎上進行進一步的開發，設計出新的功能，或者這些部分可以重新組合爲其他功能。這樣的教學可以調動學生的參與積極性，提出自己的想法。學院積極支援實驗中心組織學生參加各類學科競賽，以競賽爲載體和任務驅動，組織學生團隊協作攻關，提高學生的實踐能力，培養團隊協作精神。透過多種層次的競賽，能充分調動學生學習的主動性和積極性，有利於鍛鍊學生提出問題、分析問題和解決問題的綜合實踐能力。本着個性化、自我選擇的原則，學生自主設計的研究性、創新性實驗項目，透過任課教師向實驗室提出實驗申請。實驗項目的開展是按主題規劃實驗項目，分層次組織實驗教學，實驗教學不脫離課程體系，又不侷限於課程，既要有利於學生自由設計實驗，又要有利於教學的組織與安排，注重設計型、綜合型、開放型實驗的開發，學生根據需要設計不同的創新實驗，可選擇單一的模組進行機械或是電氣控制方而的單個實驗，也可以透過組合來進行機電設備綜合實驗，使學生熟悉機械、電氣控制以及典型機電設備的原理，掌握機電設備的常用設計方法。在實驗過程中，自主安排實驗時間，每週一至週五的白天、晚上，可自行選擇或者重新安排實驗的步驟，逐步培養學生在機電方而的設計應用能力。

三、整合教學內容，優化實驗內容

透過對目前機電實驗設備的調研，結合案例教學實驗的目標，對實驗室建設中需要的設備進行改進和功能設計，實驗室設備要達到:爲典型的機電裝置;實驗系統是可開放的;實驗系統是分不同層次和模組的;實驗室模組是可以重組的、可擴展的。實驗室的實驗裝置來源於現實的典型機電系統，讓學生可以學習到實際中的機電設備的設計原理和製作的過程。同時可以鼓勵學生將自己的想法賦予付諸實踐，能夠透過在實驗室的綜合學習，自行設計和製作出新的機電設備。不管是從認識上，還是在教學實踐環節，實驗室都可以給學生進行直觀的感知，對於激發學生興趣、鍛鍊學生的動手方而都能給予幫助。隨着課程體系改革的不斷深入，實驗教學的課程體系教學內容已經逐步向多層次、模組化課程結構轉變。模組化案例教學實驗室已開發的創新性實驗主要有:典型表而車削成型工藝實驗;典型表而銑削成型工藝實驗;機械製造中的CAD;計算機輔助製造(CCAM);機電一體化系統的組裝與調試創新性實驗;數控系統的基本組成;機械傳動方案的選擇;機電系統中單片機的.程序設計;PLC常用執行元件器件以及選擇;步進電機的控制;步進電機的運動測量;PLC方案控制設計實驗。目前實驗室對本科生進行開放，可以作爲他們創新性實驗的一個場所，在此基礎上進一步的開發。因爲在這個實驗系統中，所有的機械部分、控制部分都是可重組的、可擴展的，並開放給學生的。

四、開放式、研究性實驗執行與管理

CDIO教學理念是“做中學”原則和“基於項目的教學和學習”的集中概括和抽象的表達。利用開放性創新實驗室平臺，吸引、鼓勵廣大學生踊躍參加延伸於課外的實踐創新活動，結合CDIO的工程教學理念，透過創設符合各種主題教學內容要求的情境，要求學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯繫的方法，完成主題項目的C(構思),D(設計)、I(實現)和O(運作)，旨在鍛鍊學生主動學習和主動實踐的能力。學生結合競賽課題，自己在實驗課程體系的框架下，構思、設計、實施和運作，最後將已經實現的產品提供給指導教師，指導教師判斷是否達到的預期價值。以答辯的形式向教師彙報系統及其完成情況，並以報告的形式對自己技術團隊工作上的表現進行敘述，評委教師會評估他們的答辯及報告，對他們的實踐能力和創新能力進行評判。實踐能力包括字秀能力(文獻閱讀、項目編制、方案設計)、手秀能力(精通技術方法、設備熟悉、心靈手巧、膽大心細)、口秀能力(鏡像思維、頭腦風暴、即系演講、案例分柳。創新能力包括創新意識(批判性、好奇性、信念力、知性力)、創新思維(逆向思維、換位思考、辯證分析、培養悟性)、創新能力(原始創新、集成創新、吸收創新、團隊創新)。指導教師不拘泥與程式方法的符合度，看重對方法(路徑)的找尋過程，看重結果的創新度，以科學研究和實踐創新爲主導，組織協作學習(討論、交流)，教師引導正確的方向，把問題一步一步引向深入，加深學生對知識的理解。

五、強化實驗教學平臺的管理與規範

實驗室進行開放，增加了實驗室工作人員的工作時間、實驗指導工作量和管理難度，必須安排責任心強的教師進行專人負責管理，同時制定了開放實驗室等特殊的管理制度，完善實驗室安全制度以及准入制度，加強安全教育，規範實驗操作，安全管理責任到人。採用每週一至週五的白天、晚上，週六、週日的白天全開放形式，配齊、配強實驗室教師，鼓勵教師集體指導、輪換值班負責，鼓勵任課教師參與實踐教學，確保實驗室有教師輔導。實驗室開放是對傳統實驗管理的改革，要求以學生爲本來組織實踐教學活動，在使用時間和空間上存在較大的不可預見性，同時實驗教學時間相對集中;採用對綜合性較強的專題實驗、課程設計等實現指定時間段的預約開放、教學計劃外的學科競賽、創新項目、科研實踐活動可預約實現全而開放，確保教學計劃順利進行的同時，提高實驗資源的利用率。

六、結語

實驗教學是大學教學的一個重要組成部分，從實驗教學發展來看，實驗教學從依附理論課的驗證性轉變爲獨立、綜合性課程的應用性、創新性實踐等教學，在轉變過程中，根據學院整體發展的要求，拓展視野，借鑑國內外高校先進的實驗教學經驗，準確定位培養目標，形成學科競賽、科研創新與教學改革的協同發展。近幾年來，本科生透過開放實驗平臺，參加了四屆全國大學生機械產品數字化設計大賽，獲2個一等獎，8個二等獎;參加了四屆“上圖杯”上海大學生先進成圖技術大賽，獲本科三維建模設計3個一等獎，15個二等獎;參加了第四屆、第五屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品資訊建模創新大賽，獲個人8個二等獎。參加實踐活動的學生能力明顯提高了，多人次獲得上海大學優秀畢業論文和大學生創新項目，在學生中已取得了一定的影響。