自动化专业实验教学改革研究

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摘要：实验教学是自动化专业的重要教学环节，是培养学生实践能力与创新能力的重要途径。结合山东大学（威海）自动化实验室的建设情况，对自动化专业实验教学体系进行了初步研究，形成了一套适合山东大学（威海）机电与信息工程学院自动化专业实验教学的改革方案。

关键词：自动化专业；实验教学；创新能力

作者简介：王松（1967-），男，山东海阳人，山东大学（威海）机电与信息工程学院副院长，副教授。（山东 威海 264209）

基金项目：本文系山东大学（威海）教研基金资助项目（项目编号：1050511420002）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0087-02

自动化专业是一门适应性强、应用面广的工程技术学科，主要研究自动控制的原理和方法及在各类控制系统中的应用。实验教学是自动化专业教学过程中的重要环节，是学生将所学理论知识应用于实践的重要途径，对学生动手能力、创新意识的培养有着不可替代的作用。因此，实验教学在很大程度上影响着整个学科的教学效果和人才培养的质量。

自动化专业以其口径宽、应用面广和社会需求多等特点成为了一个综合性较强的专业。自动化学科作为信息产业的重要组成部分，学科的发展与当前社会需求息息相关，因此高等院校对实验技能的培养和实验方案的改革都必须适应社会发展的需要，建立综合性、系统化的实验教学平台是研究实验教学的重要内容。[1]

山东大学（威海）自动化专业始建于2001年，隶属于机电与信息工程学院控制系。近年来，山东大学（威海）机电与信息工程学院（以下简称“我院”）发展很快，但传统的实验教学模式在学生的培养过程中仍存在一些弊端，如：学生常常处于被动的学习状态，缺少学习的主动性和原动力；实验教学没有达到预期的效果等。因此，结合我院的实际情况开展实验教学改革，突出学生在实验教学中的主体地位，改变学生学习和掌握知识的方法，实现人才培养方式的突破，具有非常重要的意义。

一、传统的实验教学存在的问题

我院始终秉承以人才培养为中心的理念，注重学生基础理论、专业课程及实验环节的教学，着力提高学生的实践和创新能力。但是通过对学生实验课长期观察和发放调查问卷发现，学生参与实验教学环节效果不佳。

第一，在实验教学中，多数学生在实验前没有充分预习，往往就是按照实验指导书给出的实验步骤按部就班地完成一个实验，不善于且不主动思考，实验做完后不能理解实验结果正确与否的原因，有些学生甚至没有搞清楚实验的原理。

第二，在实验内容上，大部分实验的目的是掌握实验仪器的操作规范、验证理论内容，对分析实验结果的能力训练不足；设计性、综合性的实验教学水平仍需进一步提高。[2]

第三，由于实验课成绩只占最后课程总成绩的10%，导致多数学生不重视实验课，实验内容做不完的抄袭别组数据或造假数据，这样的态度严重影响了自动化本科生实践能力的培养。

第四，形成完善的管理体制和实验评价体制对实验教学效果的提高有着至关重要的作用。

二、自动化专业实验教学改革措施

1.建设开放性实验室

根据自动化专业课程体系设置的需要，我院设有嵌入式系统实验室、电机拖动实验室、传感器实验室、工业控制计算机实验室、人工智能实验室和工业过程控制实验室。6个专业实验室面向自动化的核心课程如：“自动控制原理”、“电机与拖动”、“电力电子技术”、“微机原理与接口技术”、“嵌入式系统及应用”、“传感器原理与应用”、“系统仿真”等。

投资力度加大使得我院的实验室资源逐渐丰富起来。开放性实验室的建设可以充分利用、合理配置实验室资源，提高专业设备的使用效率，也为教师科研和学生的自主创新性实验提供了很好的平台。开放性实验室的实施可以使学生在课余时自主选择做实验的时间，也可以让学生结合自己的专业特点和感兴趣的方向自主选择实验内容，开展各种各样的创新实验。[3]

开放性实验室意味着不同年级、专业的人可以同时进行不同的实验项目，实验室设备的正常维护维修、一次性原材料的定期采购补充、实验仪器安全使用规范的执行等制度化管理是保证开放性实验室正常运转的关键。开放性实验室作为高校实验室运作的一种新模式，为理论联系实际和学生创新能力的培养搭建了有力的平台。

2.创新实验内容，突出学生在实验教学中的主体地位

根据学院实验室的实际情况和自动化专业人才培养的要求，对专业课程的实验项目进行了调整。在实验内容的选择上，改变了主要以验证性和演示性实验为主的传统的实验项目，保留了经典的实验项目，增加了设计性、综合性实验的比例。验证性实验可以巩固学生对理论知识的掌握，设计性、综合性实验可以增强学生的动手能力与创新能力。[4]

例如，在“电力电子技术”课程中，要求学生分析和设计日光灯电子镇流器，并焊接制作进行测试。学生首先要对镇流器的原理进行分析，并设计电子线路原理图，这需要学生清楚地知道所用器件的性能，需要什么样的激励信号或驱动信号，才能根据自己的需要选择和设计电路；然后进行计算机仿真，取得较为理想的参数，在验证自己的方案后，再进行实物制作和调试。通过这一过程的训练，学生掌握了电子电路系统设计的基本思想和流程，综合应用能力得到加强。

在“单片机原理与应用”课程中，并没有使用现成的单片机开发板，而是要求学生自己动手焊接。在独立完成电路板焊接，排除故障的过程中加深了学生对单片机硬件设计及开发的了解，掌握了单片机各部分电路的工作原理，为进一步的软件编程工作奠定了基础。

自动化的专业课程安排2～3周的课程设计。课程设计的进行可以使学生综合运用过去一个阶段所学习的专业理论和实验知识，也是教师检验学生阶段性学习成果的有效手段。系统的课程设计可以巩固和加深学生所学的专业理论知识，培养学生在理论计算、计算机应用、查阅文献、报告撰写等方面的基本技能，也可以培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，为他们的毕业设计和以后的工作打下坚实的基础。

3.建立完善的评价体系

完善的评价体系是实验教学取得成效的保证。以往的实验课成绩只占课程总成绩的10%，实验课的评判标准只是根据提交实验报告进行评判，不可避免的会存在学生抄袭实验数据、实验报告等问题，采取有效的措施是很有必要的。

改革后将实验课程单独考核，实验课成绩由平时实验表现情况、课程设计内容和答辩三个方面综合评定。平时实验课环节中实验结束后教师要对学生完成实验的情况和需要改进的问题进行综合讲评。课程设计环节，教师要针对学生所做的课程设计进行提问，以了解学生对该课程知识体系掌握的实际情况。测评结束后，教师要对学生课程设计中的不足进行指导，这样可以让学生清楚的认识到教师是在认真的考评，而不是随便给出分数，从而加强学生对实验课程的重视，调动学生的专业积极性。[5]

4.重视科技竞赛对学生创新能力的培养

培养学生创新能力的主要途径是让更多的学生参与到实验活动中。作为应用型的本科院校，若只是按部就班的执行教学计划，学生可能不会对专业课程产生浓厚的兴趣，因此仅凭学生的自觉性是远远不够的，教师应鼓励学生参加科技竞赛，如全国大学生数学建模竞赛、全国大学生电子设计大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛以及各省市、高校内部举行的各种学生科技活动等。[6]

这些竞赛活动往往能给学生设定一个目标，要求在某一段时间内完成，并提交相应的结果，以增强学生参与实践活动的目的性。竞赛题目大多与实际生活紧密相连，竞赛过程中的趣味性和竞争性是实验教学很难达到的。通过这些竞赛，学生往往能够更快地掌握和消化平时所学的专业理论和实践技能，有力地培养了学生的创新意识、动手能力、团队精神，调动了学生学习的积极性。

三、自动化专业实验教学改革取得的成果

这些措施在近几年的教学实践中，取得了显著的效果。通过各项科技竞赛活动的开展，我院学生的实践能力和创新能力明显增强，2005年至今获得省级以上科技竞赛奖励数量逐年增加，在全国大学生数学建模大赛、全国大学生电子竞赛、“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛、飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛等省级、国家级科技大赛中取得了优异成绩。以数学建模和电子设计大赛为例：

2005年：全国大学生数学建模获推荐国家二等奖2项，山东赛区一等奖3项，山东赛区二等奖5项；电子设计获全国二等奖1项，省一等奖2项，省二等奖1项。

2006年：全国大学生数学建模获推荐国家二等奖1项，省一等奖5项，省二等奖4项；电子设计获山东省一等奖3项，山东省二等奖6项，成功参赛奖8项。

2007年：全国大学生数学建模获推荐国家一等奖1项，推荐国家二等奖2项，山东省一等奖7项，山东省二等奖5项，成功参赛奖9项；电子设计获国家二等奖1项，省一等奖3项，省二等奖2项，成功参赛奖7项。

2008年：全国大学生数学建模获国家一等奖2项、二等奖2项，山东省一等奖4项、二等奖9项、三等奖2项；“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模获三等奖4项。

2009年：电子设计获推荐国家一等奖1项，推荐国家二等奖1项，省一等奖5项，省二等奖4项。

2010年：全国大学生数学建模获全国一等奖2项、二等奖5项，省一等奖2项、二等奖10项、三等奖5项。

2011年：全国大学生数学建模获全国二等奖5项，省一等奖9项、二等奖18项。

2012年：美国大学生数学建模在MCM中获一等奖1项，二等奖4项，在ICM中获二等奖7项；电子设计大赛获省级一等奖3项，二等奖7项。

大学生科研训练计划（Student Research Training Program，简称SRTP）是专为在校本科生设计的一种科研项目资助计划。SRTP采取项目化的运作模式，通过设立创新基金和本科生自主申报的方式确定立项并给予资金支持，鼓励学生在导师的指导下独立完成项目研究。由表1数据可以看出，学校对本科生科研项目给予了大力支持，有效调动了学生参与科研训练的积极性。

实验教学改革的实质是根据社会需求，有针对性的安排教学项目，提高学生考研和就业的竞争力。在2010年、2011年分别有60人、49人进入控制科学与工程、电力电子与电力传动等相关专业攻读硕士学位，均占专业总人数的30%以上。就业率达到95%以上，且大多数学生进入汽车企业、电建公司等，从事着与所学专业相关的工作。从以上数据来看，我院的实验教学改革取得了初步成果，培养的学生在激烈的人才市场竞争环境中具有自己的优势，提高了学生的社会认同率。

四、结语

自动化专业实验教学体系改革对学生实践能力和创新能力的培养起着非常重要的作用。为此，要结合学院实验室的具体情况和学科发展的实际需要，将理论教学与实验教学紧密结合起来，提高实验教学的质量。我院创办自动化专业的时间虽然不

长，但在实验教学方面已取得了一定的成果，今后还有很长的路要走，我们将继续推进学院的实验教学改革，以期取得更好的教学效果和成绩。

参考文献：

[1]杨清宇，林岩，蔡远利，等.研究型大学自动化专业实验室建设探讨[J].实验室研究与探索，2010，（6）：163-165.

[2]陈文清，姬宣德.自动化专业实践教学体系改革探索[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2010，（4）：87-90.

[3]马忠丽，王军，王显峰.自动化专业开放性基础实验室建设的探索[J].实验室研究与探索，2005，（9）：100-102.

[4]黄肇，罗庆跃，袁旭龙，等.电气工程及其自动化专业人才培养模式的研究与实践[J].中国电力教育，2010，（31）：46-48.

[5]徐其迎，查从梅，朱永胜，等.电气工程及其自动化专业（电力系统方向）人才培养模式的改革与实践[A].全国高等学校教学研究会[C].2010.

[6]任成龙.论科研实践与大学生创新能力的提高[J].南京工程学院学报（社会科学版），2010，（1）：48-51.