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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號文件中明確指出，實踐教學對于提高學生的綜合素質，培養(yǎng)學生創(chuàng)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，不利于學生實驗組織能力的培養(yǎng)，對于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�；谀芰ε囵B(yǎng)過程的復雜性、培養(yǎng)模式及教學方式的多樣性、人才的個性化和發(fā)展目標的多元化等因素，上海大學機電自動化學院通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，為學有余力、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征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，營造有利于學生自由發(fā)展的環(huán)境和平臺，激發(fā)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于實際問題，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(chuàng)新能力，增加學生的社會適應能力，讓學生自由發(fā)展，使學生的潛能得到釋放，創(chuàng)造力得到充分的挖掘。
二、開放式、研究性實驗教學的嘗試設想
開放式的實驗教學模式。將實驗教學空間延伸于實驗室以外，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，體現了以學生發(fā)展為本、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(yè)設計以及各種學科競賽和“大學生創(chuàng)新項目”等活動。實驗系統(tǒng)是開放的，可重置和可擴展的，這樣的系統(tǒng)可以激發(fā)學生的學習興趣。實驗中可以告訴學生，這些系統(tǒng)還能夠在這個基礎上進行進一步的開發(fā)，設計出新的功能，或者這些部分可以重新組合為其他功能。這樣的教學可以調動學生的參與積極性，提出自己的想法。學院積極支持實驗中心組織學生參加各類學科競賽，以競賽為載體和任務驅動，組織學生團隊協(xié)作攻關，提高學生的實踐能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。通過多種層次的競賽，能充分調動學生學習的主動性和積極性，有利于鍛煉學生提出問題、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，學生自主設計的研究性、創(chuàng)新性實驗項目，通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(guī)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，又不局限于課程，既要有利于學生自由設計實驗，又要有利于教學的組織與安排，注重設計型、綜合型、開放型實驗的開發(fā)，學生根據需要設計不同的創(chuàng)新實驗，可選擇單一的模塊進行機械或是電氣控制方而的單個實驗，也可以通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)學生在機電方而的設計應用能力。
三、整合教學內容，優(yōu)化實驗內容
通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:為典型的機電裝置;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、可擴展的。實驗室的實驗裝置來源于現實的典型機電系統(tǒng)，讓學生可以學習到實際中的機電設備的設計原理和制作的過程。同時可以鼓勵學生將自己的想法賦予付諸實踐，能夠通過在實驗室的綜合學習，自行設計和制作出新的機電設備。不管是從認識上，還是在教學實踐環(huán)節(jié)，實驗室都可以給學生進行直觀的感知，對于激發(fā)學生興趣、鍛煉學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，實驗教學的課程體系教學內容已經逐步向多層次、模塊化課程結構轉變。模塊化案例教學實驗室已開發(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;機械制造中的CAD;計算機輔助制造(CCAM);機電一體化系統(tǒng)的組裝與調試創(chuàng)新性實驗;數控系統(tǒng)的基本組成;機械傳動方案的選擇;機電系統(tǒng)中單片機的程序設計;PLC常用執(zhí)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，可以作為他們創(chuàng)新性實驗的一個場所，在此基礎上進一步的開發(fā)。因為在這個實驗系統(tǒng)中，所有的機械部分、控制部分都是可重組的、可擴展的，并開放給學生的。
四、開放式、研究性實驗運行與管理
CDIO教學理念是“做中學”原則和“基于項目的教學和學習”的集中概括和抽象的表達。利用開放性創(chuàng)新實驗室平臺，吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加延伸于課外的實踐創(chuàng)新活動，結合CDIO的工程教學理念，通過創(chuàng)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(lián)系的方法，完成主題項目的C(構思),D(設計)、I(實現)和O(運作)，旨在鍛煉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，最后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匯報系統(tǒng)及其完成情況，并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(chuàng)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(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、團隊創(chuàng)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(chuàng)新度，以科學研究和實踐創(chuàng)新為主導，組織協(xié)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(guī)范
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準入制度，加強安全教育，規(guī)范實驗操作，安全管理責任到人。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(tǒng)實驗管理的改革，要求以學生為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;采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(chuàng)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(fā)展來看，實驗教學從依附理論課的驗證性轉變?yōu)楠毩ⅰ⒕C合性課程的應用性、創(chuàng)新性實踐等教學，在轉變過程中，根據學院整體發(fā)展的要求，拓展視野，借鑒國內外高校先進的實驗教學經驗，準確定位培養(yǎng)目標，形成學科競賽、科研創(chuàng)新與教學改革的協(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。參加實踐活動的學生能力明顯提高了，多人次獲得上海大學優(yōu)秀畢業(yè)論文和大學生創(chuàng)新項目，在學生中已取得了一定的影響。
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