探索實(shí)踐教學(xué)體系促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)

徐曉紅　張紅　劉斌

摘 要：文章以全國(guó)高等教育質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施為依據(jù)，分析了國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的特點(diǎn)。并依據(jù)協(xié)同理論，在結(jié)合控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室和機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，提出了培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的四要素： 創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新平臺(tái)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新文化。在教學(xué)實(shí)踐中圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)四要素，構(gòu)建了一套適應(yīng)自動(dòng)化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系，并說(shuō)明了四要素在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的協(xié)同效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)；協(xié)同效應(yīng)；創(chuàng)新人才培養(yǎng)四要素

中圖分類號(hào)：C961 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008 -3561 （2015）17-0006-02

一、引言

“十一五”規(guī)劃建設(shè)中，控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室和機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地在分析總結(jié)全國(guó)高等教育質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)上，不斷地探索高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，取得了豐碩的成果，摸索出一套行之有效的教學(xué)方法和手段，構(gòu)建了培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)創(chuàng)新型人才的實(shí)踐教學(xué)體系。本文以協(xié)同理論為基礎(chǔ)，開展教學(xué)實(shí)踐探索，提出高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的四個(gè)要素：創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新平臺(tái)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新文化，并分析了這四個(gè)要素在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的協(xié)同效應(yīng)。

二、高等教育質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目的啟示

教育部、財(cái)政部為貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院全面提高高等教育質(zhì)量的精神，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”，簡(jiǎn)稱“質(zhì)量工程”。這是繼“211工程”“985工程”之后，在高等教育領(lǐng)域?qū)嵤┑挠忠豁?xiàng)重要的高校教學(xué)改革與建設(shè)工程，是新時(shí)期深化高校教學(xué)改革，提高高校教學(xué)質(zhì)量的重大舉措。自動(dòng)化專業(yè)依托控制科學(xué)與工程國(guó)家一級(jí)學(xué)科優(yōu)勢(shì)資源，圍繞人才培養(yǎng)中心工作，大力加強(qiáng)質(zhì)量工程建設(shè)，取得了顯著成績(jī)。

三、構(gòu)建自動(dòng)化專業(yè)創(chuàng)新人才實(shí)踐教學(xué)體系

控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室是我校依托“控制科學(xué)與工程”國(guó)家一級(jí)學(xué)科而建立的公共服務(wù)體系實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室每年面向全校二千六百余人，承擔(dān)控制系列和計(jì)算機(jī)硬件系列課程實(shí)驗(yàn)四十門次。多年來(lái)，在自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中，該實(shí)驗(yàn)室緊密圍繞高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式到實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)管理模式，進(jìn)行了全方位的實(shí)踐性教學(xué)改革探索和實(shí)踐，并以實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思想為指導(dǎo)、需求為牽引，謀劃和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，使控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室從實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平到實(shí)驗(yàn)條件環(huán)境，都達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水準(zhǔn)，已成為我校培養(yǎng)、提高本科生特別是機(jī)電控制類專業(yè)本科生應(yīng)用計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)分析、解決實(shí)際問題的工程實(shí)踐能力、綜合設(shè)計(jì)能力和科技創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐基地。

1. 根據(jù)系列課程特點(diǎn)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)地位

實(shí)踐教學(xué)是課程教學(xué)的重要組成部分，是課堂教學(xué)的延伸。在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力方面，具有理論教學(xué)不可替代的作用。為此，自動(dòng)化專業(yè)在制定2009人才培養(yǎng)方案時(shí)，強(qiáng)化了控制系列課程的實(shí)踐教學(xué)地位，加大了實(shí)踐教學(xué)比重，并依托“211”工程一期建設(shè)和“十五”“十一五”建設(shè)成果已建成具有相當(dāng)規(guī)模、相當(dāng)水準(zhǔn)的公共教學(xué)服務(wù)體系實(shí)驗(yàn)室。

2. 構(gòu)建立體化、多層次的實(shí)踐教學(xué)體系

在加大人才培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)比重的基礎(chǔ)上，該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步從教學(xué)內(nèi)容和課程體系上加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建了一個(gè)立體化、多層次的實(shí)踐教學(xué)體系。所謂立體化是指實(shí)踐教學(xué)貫穿在控制系列和硬件系列課程教學(xué)的全過程和全方位，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合，基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程訓(xùn)練實(shí)踐和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)相補(bǔ)充。所謂多層次是指實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和方法逐次遞進(jìn)，針對(duì)不同的教學(xué)對(duì)象從原理和功能認(rèn)知性為主的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開始，遞進(jìn)到設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，再遞進(jìn)到研究探索性或綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而形成由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由被動(dòng)模仿到主動(dòng)設(shè)計(jì)，由基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)到提高性實(shí)驗(yàn)、再到研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等多個(gè)不同層次的實(shí)踐。經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，該實(shí)驗(yàn)室已逐步形成了與理論課程體系和課程內(nèi)容改革配套的，以設(shè)計(jì)性、綜合應(yīng)用性和研究探索性實(shí)驗(yàn)為主、原理和功能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新實(shí)踐結(jié)合的控制系列課程的創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)體系。

3. 以科研促進(jìn)教學(xué)條件、教學(xué)手段的建設(shè)

依托我校“控制科學(xué)與工程”國(guó)家級(jí)重點(diǎn)一級(jí)學(xué)科的科研優(yōu)勢(shì)，及時(shí)將科研成果以自研自制或自研定制的方式轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)資源，直接用于支持本科教學(xué)條件的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備教學(xué)手段的更新改造。以智能機(jī)器人系統(tǒng)和數(shù)字化、信息化武器裝備研制的成果為基礎(chǔ)，自行設(shè)計(jì)開發(fā)制造了與實(shí)驗(yàn)改革思路相配套的無(wú)人作戰(zhàn)機(jī)器人和微機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；從導(dǎo)彈、火炮的自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的基本原理出發(fā)，自行研制生產(chǎn)了小功率隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置；從磁懸浮列車技術(shù)的研制過程著手，自行研制生產(chǎn)了磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置；組合機(jī)器人裝置也是通過自研定制的方式開發(fā)研制。

4. 發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)成效，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

我校利用這些集成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合，分模塊開設(shè)實(shí)驗(yàn)；并從實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間、題目?jī)?nèi)容向?qū)W生全面開放實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以完成從實(shí)際的控制部件特性測(cè)試到系統(tǒng)模型分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試的各種實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生從原理認(rèn)知性為主的實(shí)驗(yàn)，向綜合性、設(shè)計(jì)性、研究探索性實(shí)驗(yàn)過渡，達(dá)到全面鍛煉提高工程實(shí)踐能力的目的。并建設(shè)了機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地，現(xiàn)已成為高年級(jí)本科生和研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基地。

我校還組織學(xué)生積極參與競(jìng)賽，開展課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。參加學(xué)科競(jìng)賽，做一些研究探索性實(shí)驗(yàn)或開展其他科技創(chuàng)新活動(dòng)，既是對(duì)那些學(xué)有余力又有興趣的學(xué)生的一種深度培養(yǎng)，也是對(duì)其他同學(xué)創(chuàng)新精神的一次教育，提高了學(xué)員的實(shí)際動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力。同時(shí)，對(duì)于指導(dǎo)教師檢視教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力也是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。這充分說(shuō)明了競(jìng)賽對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵作用。近年來(lái)，在經(jīng)過本實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練的學(xué)員中，有264人次相繼獲得學(xué)校、湖南省和全國(guó)各類大學(xué)生競(jìng)賽的一、二等獎(jiǎng)。

5. 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室全面開放

多年來(lái)，參照國(guó)外名校先進(jìn)理念，結(jié)合本單位實(shí)際，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理隊(duì)伍建設(shè)理念，構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室組織管理模式和實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行管理模式，確保了實(shí)驗(yàn)室全面開放，為創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)體系的全面實(shí)施提供了根本保證。堅(jiān)持實(shí)行了一種新的實(shí)驗(yàn)組織管理模式：以學(xué)術(shù)造詣深的知名教授領(lǐng)頭，負(fù)責(zé)頂層謀劃、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改革方案和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路；以教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、教學(xué)效果好的主講教師作為實(shí)施實(shí)驗(yàn)改革方案和組織實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的骨干；以專職實(shí)驗(yàn)教員作為實(shí)驗(yàn)過程指導(dǎo)和日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理的主力；運(yùn)用新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行管理模式：虛擬實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)預(yù)約、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際動(dòng)手、設(shè)備自動(dòng)管理、過程自動(dòng)監(jiān)控，大大緩解了實(shí)驗(yàn)室服務(wù)面廣、人多、量大和綜合性、設(shè)計(jì)性、自主性實(shí)驗(yàn)改革對(duì)實(shí)驗(yàn)資源要求更高、更開放之間的矛盾。保證了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

四、協(xié)同論指導(dǎo)下的四要素構(gòu)建與應(yīng)用

1. 運(yùn)用協(xié)同理論構(gòu)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)四要素

協(xié)同理論是由德國(guó)斯圖加特大學(xué)哈肯教授在1971年提出的，其主要闡述了協(xié)同效應(yīng)、伺服原理和自組織原理。其中的協(xié)同效應(yīng)是指由于協(xié)同作用而產(chǎn)生的結(jié)果，是指復(fù)雜開放系統(tǒng)中大量子系統(tǒng)相互作用而產(chǎn)生的整體效應(yīng)或集體效應(yīng)。對(duì)千差萬(wàn)別的自然系統(tǒng)或社會(huì)系統(tǒng)而言，均存在著協(xié)同作用，協(xié)同效應(yīng)說(shuō)明了系統(tǒng)自組織現(xiàn)象的觀點(diǎn)。筆者在實(shí)踐探索中，意識(shí)到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是從創(chuàng)新意識(shí)啟蒙開始、通過在創(chuàng)新平臺(tái)上實(shí)施、逐步形成一種創(chuàng)新文化的過程。由此提出創(chuàng)新能力培養(yǎng)的四個(gè)要素：創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新平臺(tái)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新文化。創(chuàng)新人才培養(yǎng)的四個(gè)要素之間是相輔相成、互為包容的。創(chuàng)新意識(shí)發(fā)端于教師的課堂教學(xué)、學(xué)生的實(shí)踐體會(huì)、典型學(xué)生的示范效應(yīng)以及學(xué)生獲得的某些資訊；學(xué)生有了創(chuàng)新意識(shí)，還需要搭建一個(gè)不斷完善的創(chuàng)新平臺(tái)供學(xué)生實(shí)踐、學(xué)習(xí)和思考，這個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)的建設(shè)和完善需要教師、學(xué)生以及創(chuàng)新能力強(qiáng)的企業(yè)的共同參與才能完成；創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還需要一種整合的文化，這就是創(chuàng)新文化。由意識(shí)或理念的傳播，通過制度上的約定，強(qiáng)調(diào)教學(xué)改革的意志，形成教學(xué)組織相對(duì)持久的結(jié)構(gòu)和過程，產(chǎn)生新的價(jià)值觀和信念，這樣才會(huì)形成一種傳布在整個(gè)教學(xué)過程中的創(chuàng)新文化。更深層次的教學(xué)改革發(fā)生在核心任務(wù)和結(jié)構(gòu)的重組上。因此，從創(chuàng)新理念上升為創(chuàng)新文化，是教學(xué)各子系統(tǒng)產(chǎn)生協(xié)同作用的結(jié)果，這些協(xié)同作用最終通過創(chuàng)新文化的形成產(chǎn)生了實(shí)踐和理論教學(xué)的新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每一個(gè)教學(xué)單元都將成為一個(gè)創(chuàng)新能力小組，協(xié)同為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供服務(wù)。

2. 創(chuàng)新人才培養(yǎng)四要素協(xié)同效應(yīng)

亞太機(jī)器人大賽就是應(yīng)用上述四要素培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的典型案例。我校機(jī)器人代表隊(duì)參加了近十屆比賽，最好成績(jī)?yōu)閲?guó)內(nèi)選拔賽亞軍，被稱為“國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)強(qiáng)隊(duì)”。通過競(jìng)賽，培養(yǎng)了一批控制學(xué)科和機(jī)械學(xué)科的優(yōu)秀人才。首先，按比賽規(guī)則設(shè)計(jì)機(jī)器人是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的過程，不斷完善的比賽用機(jī)器人則是一個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在制作和調(diào)試比賽用機(jī)器人過程中表現(xiàn)出來(lái)，機(jī)器人隊(duì)每個(gè)小組成員、小組以及指導(dǎo)教師與學(xué)生之間相互協(xié)調(diào)和共同努力，逐步形成了一種影響整個(gè)競(jìng)賽過程的創(chuàng)新文化。四要素之間的協(xié)同效應(yīng)通過競(jìng)賽指導(dǎo)教師的引導(dǎo)，覆蓋了從理論到實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)，全面促進(jìn)了教學(xué)建設(shè)，完善了高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系。

五、結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)，是不可能一蹴而就的，需要與時(shí)俱進(jìn)地不斷進(jìn)行探索。筆者下一步準(zhǔn)備針對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的四個(gè)要素，結(jié)合控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室和本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的建設(shè)，增加實(shí)施學(xué)生創(chuàng)新能力教學(xué)改革的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高教師和學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，創(chuàng)建具有專業(yè)特色的綜合實(shí)踐性創(chuàng)新平臺(tái)，培育教學(xué)團(tuán)隊(duì)和學(xué)生群體的創(chuàng)新文化。

自動(dòng)化專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)既是時(shí)代的迫切要求，更是部隊(duì)專業(yè)建設(shè)的客觀需要。本文所提出分析的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的“四要素”還需要在實(shí)踐教學(xué)中不斷地深化和完善，為科技強(qiáng)軍培養(yǎng)更多的優(yōu)秀創(chuàng)新人才。

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