面向研究生國際化培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究

萬敏+陸寧云+王晶

摘要：我國高校對研究生國際化培養(yǎng)工作的重視程度愈來愈高，針對研究生課程的改革成果亦層出不窮。然而，與歐美發(fā)達(dá)國家的研究生教育相比，我國高校的研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在許多不足，這已成為研究生國際化培養(yǎng)的質(zhì)量短板。本文以南京航空航天大學(xué)研究生國際化培養(yǎng)課程《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》為例，探討歐美名校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，積極開展該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革和探索，總結(jié)出適合我國現(xiàn)階段研究生國際化培養(yǎng)需求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段，以期推動研究生國際化培養(yǎng)的改革進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：研究生；國際化培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0226-03

一、引言

隨著時代的發(fā)展，針對研究生教育國際化的改革工作已得到我國高等教育界的廣泛認(rèn)同。為適應(yīng)這一趨勢，南京航空航天大學(xué)（下文簡稱“南航”）自2008年起陸續(xù)開設(shè)了一系列研究生國際化培養(yǎng)課程，同步使用國外優(yōu)秀原版教材，聘請國外知名教授參與研究生課程的教學(xué)和管理，研究生國際化培養(yǎng)的效果已見成效。其中，《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》課程是南航研究生國際化培養(yǎng)體系中的精品課程，其建設(shè)過程中所取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)具有典型示范意義。

通過調(diào)研我國許多高?，F(xiàn)階段所開設(shè)的研究生國際化培養(yǎng)課程，我們發(fā)現(xiàn)這些課程的理論教學(xué)體系已逐步完善，符合國際化培養(yǎng)目標(biāo)的理論，教學(xué)改革也在逐步發(fā)展和實(shí)踐中。然而，與歐美發(fā)達(dá)國家的研究生教育相比，作為培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力和動手實(shí)踐能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，尚沒有得到相應(yīng)的重視和發(fā)展，這已成為研究生國際化培養(yǎng)的質(zhì)量短板。

目前，面向研究生國際化培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在一些不足，主要體現(xiàn)在如下方面。

1.普遍存在重理論，輕實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。雖然很多高校已開始研究生國際化培養(yǎng)課程，但極少開設(shè)相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。即使部分課程有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但實(shí)驗(yàn)課時一般被理論課時嚴(yán)重?cái)D壓，實(shí)驗(yàn)成績在學(xué)分上也沒有明顯體現(xiàn)。這導(dǎo)致研究生和任課教師都不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課程淪為一種形式教育。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方式較落后。對于已經(jīng)開始實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的部分研究生國際化培養(yǎng)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而非致力于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的設(shè)計(jì)型和開放型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式大多依然沿襲本科生時期的教學(xué)方式，將實(shí)驗(yàn)步驟詳細(xì)講解后再讓學(xué)生操作一遍，并沒有起到實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的作用。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)配套明顯不足。研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本都是依靠本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)來承擔(dān)，實(shí)驗(yàn)課師資人員的理論水平和英語授課水平嚴(yán)重制約著研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新。研究生課程所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較昂貴和先進(jìn)，再加上場地的限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問題也非常突出。研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)、提高研究生創(chuàng)新能力和國際化水平的重要途徑，隨著研究生國際化培養(yǎng)的深入開展，改革現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式刻不容緩。

二、部分國外名校的研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分析

國外著名大學(xué)均把實(shí)驗(yàn)教學(xué)放在非常重要的位置，形成了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。

1.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)在研究生培養(yǎng)中所發(fā)揮的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系相對比較完善，實(shí)驗(yàn)學(xué)時與理論學(xué)時的比例合理，幾乎所有的專業(yè)理論課程都設(shè)有包含實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)在成績中占的比例比較合理，且具有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核制度，同時對學(xué)生有實(shí)驗(yàn)課時學(xué)分的要求。譬如，美國亞利桑那大學(xué)的光學(xué)院開設(shè)了10余門實(shí)驗(yàn)課，要求所有碩士研究生必須修讀兩門實(shí)驗(yàn)課，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題能力的同時，也注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的培養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容關(guān)注學(xué)科前沿領(lǐng)域。雖然許多國外大學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程并沒有統(tǒng)一的，正式出版的教材，但其自編的實(shí)驗(yàn)教材能適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容和儀器的不斷更新狀況，重視新技術(shù)的應(yīng)用。研究生課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)特別注重知識和實(shí)踐的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有難度，有深度和有可探索性，甚至包括一些最新的科研成果。

3.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展成熟。不少國外著名高校都已開發(fā)并共享了基于互聯(lián)網(wǎng)的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提供多媒體課件、補(bǔ)充閱讀材料、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、工業(yè)應(yīng)用案例等資源的下載和互動交流。其中，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)提供了極大的便利。以控制類相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，美國密歇根大學(xué)專門開發(fā)了控制虛擬實(shí)驗(yàn)室，如圖1所示，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用MATLAB和Simulink仿真軟件進(jìn)行自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了常見的古典和現(xiàn)代控制設(shè)計(jì)技術(shù)，如PID控制、根軌跡、頻率特性以及狀態(tài)空間、數(shù)字控制；控制對象包括定速巡航、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)位置、磁懸浮、倒立擺、飛機(jī)俯仰控制。美國田納西大學(xué)開發(fā)了基于LabVIEW的遠(yuǎn)程化工控制實(shí)驗(yàn)室（“無國界實(shí)驗(yàn)室”），如圖2所示，提供了許多典型化工控制對象的仿真系統(tǒng)。

三、《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

在研究生國際化培養(yǎng)的大趨勢下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)如果想要在教育國際化的進(jìn)程中充分發(fā)揮作用，就必須隨著理論教學(xué)也進(jìn)行國際化培養(yǎng)的改革和完善，借鑒國外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和理念，積極、大膽地改革和創(chuàng)新，不斷探索科學(xué)可行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。南航《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》課程在多年的建設(shè)過程中，積極開展了該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革和探索，在借鑒歐美名校先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，嘗試了一些適合我國現(xiàn)階段研究生國際化培養(yǎng)需求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段，具體總結(jié)如下。

1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體國際化。教師和學(xué)生是教學(xué)的主體，而教師在教學(xué)過程中占主導(dǎo)地位。積極鼓勵教師出國學(xué)習(xí)深造，增加邀請海外學(xué)者、專家進(jìn)行訪問和講學(xué)的比例，通過教師的“走出去”和“引進(jìn)來”，能夠有效提高師資隊(duì)伍的國際化水平，學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)模式。在《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》課程的建設(shè)過程中，南航和法國格勒諾布爾國立綜合理工學(xué)院（INPG）的Ioan D.Landau教授（該課程選用教材的第一著者）建立了緊密的合作關(guān)系。Landau教授積極參與了該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，在INPG錄制了大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像，在南航親自擔(dān)任該課程配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。該課程通過直接“引進(jìn)來”國外的著名學(xué)者專家，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)了國際化。目前，該課程也積極組織有條件的研究生前往法國INPG進(jìn)行短期交流訪問，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“走出去”這一目標(biāo)。endprint

2.引進(jìn)國際化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識并積極開展創(chuàng)新研究的能力，而不僅僅是理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包含綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以若干具體應(yīng)用對象為基本實(shí)驗(yàn)單元，包括熱風(fēng)機(jī)控制、電機(jī)位置和轉(zhuǎn)速控制、柔性傳動控制、360度機(jī)械臂控制、鍍鋅過程的鋅鍍層厚度控制等。每個單元的實(shí)驗(yàn)都要求學(xué)生掌握數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須的四大步驟：系統(tǒng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模型辨識與校正、控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。課程配套網(wǎng)站（http：//dcs.nuaa.edu.cn/index.asp）上提供了系統(tǒng)模型、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、源程序、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)視頻等資源，可供學(xué)生們在線學(xué)習(xí)、提問并討論。

3.豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段。借鑒國外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，充分發(fā)掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)內(nèi)容的靈活性和趣味性。實(shí)驗(yàn)課前，鼓勵學(xué)生調(diào)研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所涉及的具體應(yīng)用對象的相關(guān)背景，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)Landau教授準(zhǔn)備的大量精彩的實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻。實(shí)驗(yàn)課后，借助課程網(wǎng)站的互動平臺，通過師生互動交流，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論教學(xué)的密切連接。

4.改革實(shí)驗(yàn)考核手段?！稊?shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》課程的實(shí)驗(yàn)考核不僅僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報告，也注重考核學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的動手實(shí)踐能力和分析解決問題的能力。若涉及到小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作，也要考慮到學(xué)生溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，以期培養(yǎng)出具有國際化視野的優(yōu)秀研究生。

四、結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，以工程實(shí)踐為目的的工科研究生專業(yè)課程，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要。面向研究生國際化培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，應(yīng)緊隨國際先進(jìn)的教學(xué)理念和方法，不僅使學(xué)生不僅深入理解了理論知識，更培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。南航研究生國際化培養(yǎng)課程《數(shù)字控制理論與設(shè)計(jì)》已深入開展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索和實(shí)踐工作，總結(jié)了適合我國現(xiàn)階段研究生國際化培養(yǎng)需求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段，以期推動研究生國際化培養(yǎng)的改革進(jìn)程。

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