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開放式研究性實驗教學(xué)的實踐探索論文
一、開放式、研究性實驗教學(xué)意義
教育部早在2001年4號文件中明確指出，實踐教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力具有特殊作用。但是現(xiàn)有的實驗教學(xué)存在學(xué)生學(xué)習(xí)不主動的問題，不利于學(xué)生實驗組織能力的培養(yǎng)，對于分析和解決問題的能力訓(xùn)練不足，實驗操作技能沒有得到很好的訓(xùn)練�；谀芰ε囵B(yǎng)過程的復(fù)雜性、培養(yǎng)模式及教學(xué)方式的多樣性、人才的個性化和發(fā)展目標(biāo)的多元化等因素，上海大學(xué)機(jī)電自動化學(xué)院通過前期的準(zhǔn)備與探索，利用現(xiàn)有自制的開放性實驗設(shè)備資源，在實驗項目、實驗設(shè)備和實驗時間上，為學(xué)有余力、對實驗及實踐活動有濃厚興趣的學(xué)生提供了開放性的實踐與嘗試。開放式實驗教學(xué)模式的內(nèi)涵特征就是實驗教學(xué)的開放性，即實驗教學(xué)的目標(biāo)是開放的、實驗教學(xué)的主體是開放的、實驗教學(xué)的方式是開放的、實驗教學(xué)的內(nèi)容是開放的、實驗教學(xué)的資源是開放的。讓學(xué)生早進(jìn)實驗室，早進(jìn)入機(jī)械電子學(xué)科的研究領(lǐng)域，突出實驗現(xiàn)場的真實性、生動性、豐富性，營造有利于學(xué)生自由發(fā)展的環(huán)境和平臺，激發(fā)學(xué)生對機(jī)械電子學(xué)科的實踐興趣和學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)學(xué)生主動參與實驗的設(shè)計與研究，讓學(xué)生把所學(xué)的知識自覺地應(yīng)用于實際問題，使學(xué)生從實際問題中總結(jié)、感悟知識，提高學(xué)生主動實踐能力與自主創(chuàng)新能力，增加學(xué)生的社會適應(yīng)能力，讓學(xué)生自由發(fā)展，使學(xué)生的潛能得到釋放，創(chuàng)造力得到充分的挖掘。
二、開放式、研究性實驗教學(xué)的嘗試設(shè)想
開放式的實驗教學(xué)模式。將實驗教學(xué)空間延伸于實驗室以外，將實驗教學(xué)時間延伸到“8小時”以外，極大地拓展了實驗教學(xué)的時間和空間。主動參與、自主學(xué)習(xí)、自由探索，讓他們體驗實驗的快樂，體現(xiàn)了以學(xué)生發(fā)展為本、教育人性化和學(xué)習(xí)個性化的教育教學(xué)理念。實驗室開放是多種途徑的，包括相關(guān)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及各種學(xué)科競賽和“大學(xué)生創(chuàng)新項目”等活動。實驗系統(tǒng)是開放的，可重置和可擴(kuò)展的，這樣的系統(tǒng)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實驗中可以告訴學(xué)生，這些系統(tǒng)還能夠在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)，設(shè)計出新的功能，或者這些部分可以重新組合為其他功能。這樣的教學(xué)可以調(diào)動學(xué)生的參與積極性，提出自己的想法。學(xué)院積極支持實驗中心組織學(xué)生參加各類學(xué)科競賽，以競賽為載體和任務(wù)驅(qū)動，組織學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作攻關(guān)，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神。通過多種層次的競賽，能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，有利于鍛煉學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的綜合實踐能力。本著個性化、自我選擇的原則，學(xué)生自主設(shè)計的研究性、創(chuàng)新性實驗項目，通過任課教師向?qū)嶒炇姨岢鰧嶒炆暾�。實驗項目的開展是按主題規(guī)劃實驗項目，分層次組織實驗教學(xué)，實驗教學(xué)不脫離課程體系，又不局限于課程，既要有利于學(xué)生自由設(shè)計實驗，又要有利于教學(xué)的組織與安排，注重設(shè)計型、綜合型、開放型實驗的開發(fā)，學(xué)生根據(jù)需要設(shè)計不同的創(chuàng)新實驗，可選擇單一的模塊進(jìn)行機(jī)械或是電氣控制方而的單個實驗，也可以通過組合來進(jìn)行機(jī)電設(shè)備綜合實驗，使學(xué)生熟悉機(jī)械、電氣控制以及典型機(jī)電設(shè)備的原理，掌握機(jī)電設(shè)備的常用設(shè)計方法。在實驗過程中，自主安排實驗時間，每周一至周五的白天、晚上，可自行選擇或者重新安排實驗的步驟，逐步培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)電方而的設(shè)計應(yīng)用能力。
三、整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實驗內(nèi)容
通過對目前機(jī)電實驗設(shè)備的調(diào)研，結(jié)合案例教學(xué)實驗的目標(biāo)，對實驗室建設(shè)中需要的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和功能設(shè)計，實驗室設(shè)備要達(dá)到:為典型的機(jī)電裝置;實驗系統(tǒng)是可開放的;實驗系統(tǒng)是分不同層次和模塊的;實驗室模塊是可以重組的、可擴(kuò)展的。實驗室的實驗裝置來源于現(xiàn)實的典型機(jī)電系統(tǒng)，讓學(xué)生可以學(xué)習(xí)到實際中的機(jī)電設(shè)備的設(shè)計原理和制作的過程。同時可以鼓勵學(xué)生將自己的想法賦予付諸實踐，能夠通過在實驗室的綜合學(xué)習(xí)，自行設(shè)計和制作出新的機(jī)電設(shè)備。不管是從認(rèn)識上，還是在教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，實驗室都可以給學(xué)生進(jìn)行直觀的感知，對于激發(fā)學(xué)生興趣、鍛煉學(xué)生的動手方而都能給予幫助。隨著課程體系改革的不斷深入，實驗教學(xué)的課程體系教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)逐步向多層次、模塊化課程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。模塊化案例教學(xué)實驗室已開發(fā)的創(chuàng)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(jī)械制造中的CAD;計算機(jī)輔助制造(CCAM);機(jī)電一體化系統(tǒng)的組裝與調(diào)試創(chuàng)新性實驗;數(shù)控系統(tǒng)的基本組成;機(jī)械傳動方案的選擇;機(jī)電系統(tǒng)中單片機(jī)的程序設(shè)計;PLC常用執(zhí)行元件器件以及選擇;步進(jìn)電機(jī)的控制;步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動測量;PLC方案控制設(shè)計實驗。目前實驗室對本科生進(jìn)行開放，可以作為他們創(chuàng)新性實驗的一個場所，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步的開發(fā)。因為在這個實驗系統(tǒng)中，所有的機(jī)械部分、控制部分都是可重組的、可擴(kuò)展的，并開放給學(xué)生的。
四、開放式、研究性實驗運(yùn)行與管理
CDIO教學(xué)理念是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教學(xué)和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象的表達(dá)。利用開放性創(chuàng)新實驗室平臺，吸引、鼓勵廣大學(xué)生踴躍參加延伸于課外的實踐創(chuàng)新活動，結(jié)合CDIO的工程教學(xué)理念，通過創(chuàng)設(shè)符合各種主題教學(xué)內(nèi)容要求的情境，要求學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方法，完成主題項目的C(構(gòu)思),D(設(shè)計)、I(實現(xiàn))和O(運(yùn)作)，旨在鍛煉學(xué)生主動學(xué)習(xí)和主動實踐的能力。學(xué)生結(jié)合競賽課題，自己在實驗課程體系的框架下，構(gòu)思、設(shè)計、實施和運(yùn)作，最后將已經(jīng)實現(xiàn)的產(chǎn)品提供給指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師判斷是否達(dá)到的預(yù)期價值。以答辯的形式向教師匯報系統(tǒng)及其完成情況，并以報告的形式對自己技術(shù)團(tuán)隊工作上的表現(xiàn)進(jìn)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(chuàng)新能力進(jìn)行評判。實踐能力包括字秀能力(文獻(xiàn)閱讀、項目編制、方案設(shè)計)、手秀能力(精通技術(shù)方法、設(shè)備熟悉、心靈手巧、膽大心細(xì))、口秀能力(鏡像思維、頭腦風(fēng)暴、即系演講、案例分柳。創(chuàng)新能力包括創(chuàng)新意識(批判性、好奇性、信念力、知性力)、創(chuàng)新思維(逆向思維、換位思考、辯證分析、培養(yǎng)悟性)、創(chuàng)新能力(原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、吸收創(chuàng)新、團(tuán)隊創(chuàng)新)。指導(dǎo)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(jié)果的創(chuàng)新度，以科學(xué)研究和實踐創(chuàng)新為主導(dǎo)，組織協(xié)作學(xué)習(xí)(討論、交流)，教師引導(dǎo)正確的方向，把問題一步一步引向深入，加深學(xué)生對知識的理解。
五、強(qiáng)化實驗教學(xué)平臺的管理與規(guī)范
實驗室進(jìn)行開放，增加了實驗室工作人員的工作時間、實驗指導(dǎo)工作量和管理難度，必須安排責(zé)任心強(qiáng)的教師進(jìn)行專人負(fù)責(zé)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準(zhǔn)入制度，加強(qiáng)安全教育，規(guī)范實驗操作，安全管理責(zé)任到人。采用每周一至周五的白天、晚上，周六、周日的白天全開放形式，配齊、配強(qiáng)實驗室教師，鼓勵教師集體指導(dǎo)、輪換值班負(fù)責(zé)，鼓勵任課教師參與實踐教學(xué)，確保實驗室有教師輔導(dǎo)。實驗室開放是對傳統(tǒng)實驗管理的改革，要求以學(xué)生為本來組織實踐教學(xué)活動，在使用時間和空間上存在較大的不可預(yù)見性，同時實驗教學(xué)時間相對集中;采用對綜合性較強(qiáng)的專題實驗、課程設(shè)計等實現(xiàn)指定時間段的預(yù)約開放、教學(xué)計劃外的學(xué)科競賽、創(chuàng)新項目、科研實踐活動可預(yù)約實現(xiàn)全而開放，確保教學(xué)計劃順利進(jìn)行的同時，提高實驗資源的利用率。
六、結(jié)語
實驗教學(xué)是大學(xué)教學(xué)的一個重要組成部分，從實驗教學(xué)發(fā)展來看，實驗教學(xué)從依附理論課的驗證性轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩�、綜合性課程的應(yīng)用性、創(chuàng)新性實踐等教學(xué)，在轉(zhuǎn)變過程中，根據(jù)學(xué)院整體發(fā)展的要求，拓展視野，借鑒國內(nèi)外高校先進(jìn)的實驗教學(xué)經(jīng)驗，準(zhǔn)確定位培養(yǎng)目標(biāo)，形成學(xué)科競賽、科研創(chuàng)新與教學(xué)改革的協(xié)同發(fā)展。近幾年來，本科生通過開放實驗平臺，參加了四屆全國大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)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(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)大賽，獲本科三維建模設(shè)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(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，獲個人8個二等獎。參加實踐活動的學(xué)生能力明顯提高了，多人次獲得上海大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)論文和大學(xué)生創(chuàng)新項目，在學(xué)生中已取得了一定的影響。
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