基于對分課堂的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究

王海泉， 溫盛軍， 王璦琿， 徐其迎， 喻 俊， 路成剛， 史亞峰

(1.中原工學(xué)院 中原彼得堡航空學(xué)院， 河南 鄭州 450007； 2.中原工學(xué)院 電子信息學(xué)院， 河南 鄭州 450007)

以研究生為代表的高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，對于國家的科技創(chuàng)新有著舉足輕重的作用，直接決定著國家發(fā)展的命脈[1]。而在高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的過程中，課程教學(xué)不僅為高層次創(chuàng)新型人才從事研究工作奠定學(xué)科知識基礎(chǔ)，更重要的是培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)和研究的能力，直接影響他們的綜合素質(zhì)。

我國高等教育的深入發(fā)展以及國內(nèi)外教育體系的改革，給我國的高層次創(chuàng)新型人才教育思想和培養(yǎng)方式拓寬了思路，但在其不斷發(fā)展的過程中也確實在教學(xué)方法、教學(xué)方式、考核方式等方面存在很多問題。傳統(tǒng)“重理論，輕實踐”的面對面教學(xué)模式仍然普遍存在，受教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源的限制，學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度、主動性不夠，這不利于開展研究性教學(xué)，無法滿足當(dāng)前科技發(fā)展對高層次人才培養(yǎng)的要求[2]。

在這樣的現(xiàn)實情況下，如何改革和完善培養(yǎng)方式、課程教學(xué)形式(即在課程體系中如何充實更能切實提高學(xué)生實踐能力和理論聯(lián)系實際能力的環(huán)節(jié))，在教學(xué)過程中如何既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控的主導(dǎo)作用，還能更多體現(xiàn)研究性教育的特質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性和創(chuàng)造性，是我們亟需解決的，這就要求我們從課堂內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、考核方式等方面入手開展相關(guān)研究。這不僅是改變我國教育現(xiàn)狀的當(dāng)務(wù)之急，更是未來教育發(fā)展的必然趨勢和終極目標(biāo)。

目前廣泛采用的先進教學(xué)模式包括研討式、翻轉(zhuǎn)課堂、CDIO、主輔混合式等等。研究生課程教學(xué)的教學(xué)模式較多，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)圍繞研究生課程教學(xué)模式改革進行了諸多有益探索，但圍繞工科課程，成體系的從教學(xué)內(nèi)容、授課方式到綜合考核整個教學(xué)環(huán)節(jié)進行改革實踐的并不多見。本文從突出教師的引導(dǎo)作用、突出學(xué)生的主體地位、培養(yǎng)工科學(xué)生創(chuàng)新能力的角度出發(fā)，基于復(fù)旦大學(xué)教授張學(xué)新提出的“對分課堂”理念[3-4]，對控制科學(xué)與工程專業(yè)和控制工程專業(yè)(以下簡稱我專業(yè))相關(guān)課程進行教學(xué)改革研究。

1 高校高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

高層次創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，關(guān)鍵在于對其學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力、研究問題思路與方法的培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，不管是培養(yǎng)方案的制定還是課程教學(xué)，均需要突出的是對學(xué)生主動學(xué)習(xí)與運用知識的能力、獨立分析思考學(xué)術(shù)問題的能力、發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，以及未來步入社會與人溝通交流與團體協(xié)作能力的培養(yǎng)。

但是目前專業(yè)課程體系和課程環(huán)節(jié)還存在著諸多問題，不能很好地體現(xiàn)研究生培養(yǎng)的要求。

(1) 培養(yǎng)方案設(shè)置上，相關(guān)專業(yè)公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課所占學(xué)分比例較大，理論類課程比重較大，研究方法類課程較少，課程設(shè)置職業(yè)性不足，這就容易造成學(xué)生把握不了新的研究方法和研究手段，理論與實際應(yīng)用脫節(jié)[4]。

(2) 教學(xué)方法上“研究性”內(nèi)容不足。目前的研究生課程教學(xué)仍以課堂講授為主，忽視了對學(xué)生批判思維和問題意識的培養(yǎng)。在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中沒有體現(xiàn)出學(xué)生是科學(xué)研究的主體，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)的地位，學(xué)習(xí)和科研的積極主動性較弱，學(xué)習(xí)動力不足，較少學(xué)生會在課堂上主動地“思”與“問”[5]。

(3) 教學(xué)方式較為單一。采用“填鴨式”教學(xué)模式較多，教師與學(xué)生互動的時間較少，沒有形成共同研討的局面。學(xué)生在課堂上參與性較差，處于被動接受教學(xué)內(nèi)容的狀態(tài)。多數(shù)學(xué)生主動思考問題和解決問題的積極性不高，在研究性、交互性、啟發(fā)性和開放性方面比較缺乏。

(4) 考核方式難以保證教學(xué)質(zhì)量。目前研究生課程考核相對靈活，主要是試卷考試(開卷與閉卷)與撰寫課程論文。筆試存在突擊復(fù)習(xí)的情況，學(xué)生可能沒有全面理解課程內(nèi)容。專業(yè)課程多數(shù)以撰寫課程論文為主，存在部分學(xué)生抄襲、偷懶等現(xiàn)象，約束性不強，學(xué)生很難提升科研素養(yǎng)。

2 對分課堂教育模式及其應(yīng)用

2.1 對分課堂

對分課堂(Presentation-Assimilation-Discussion Class)，也稱為 PAD 課堂，是復(fù)旦大學(xué)心理系教授張學(xué)新于 2014 年所提出的具有鮮明中國本土特色的一種新型教學(xué)模式。這其中的對分，就是指在教與學(xué)過程中把課堂時間一分為二，一部分留給教師課堂講授，另一部分留給學(xué)生進行生生之間、師生之間的課堂討論。顯然，他強調(diào)“教師-學(xué)生”雙主體，強化審辯思維、溝通能力、團隊協(xié)作、創(chuàng)新與創(chuàng)造能力的4C核心素養(yǎng)，注重過程性評價，能夠融合傳統(tǒng)講授式授課方式和研討式教學(xué)模式的優(yōu)勢，將傳統(tǒng)的學(xué)生被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動學(xué)習(xí)。這是符合我國高校高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的中國方案[6]。

2.2 對分課堂模式在人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

考慮到對分課堂教學(xué)模式的先進性，本文在河南省一級學(xué)科——控制科學(xué)與工程碩士點中圍繞培養(yǎng)方案的修改、課程內(nèi)容和教學(xué)方法的改革等要素，開展教學(xué)改革研究，從而探索出一套適合工科專業(yè)高級創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新模式。

2.2.1 人才培養(yǎng)方案改革

結(jié)合在“中國制造2025”背景下國家對控制類專業(yè)碩士生的需求，引進、借鑒和吸收國內(nèi)外其他高校相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置和教學(xué)經(jīng)驗，針對我專業(yè)零基礎(chǔ)調(diào)劑學(xué)生較多的現(xiàn)實和培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才的目標(biāo)，課題組成員將英語課程、基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程進行系統(tǒng)編排，穿插設(shè)置更多能夠滿足對分課堂培養(yǎng)要求、切實提高學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的課程，完善了滿足國家戰(zhàn)略需求、符合我專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的課程培養(yǎng)體系。

以控制科學(xué)與工程學(xué)術(shù)型碩士生培養(yǎng)方案為例，從公共課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課三個方面，構(gòu)建“兩條主線+一個重點”的課程體系。其中兩條主線是以矩陣論、隨機過程等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和系統(tǒng)知識類為基礎(chǔ)，以非線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制與狀態(tài)估計、導(dǎo)航與制導(dǎo)控制等為主干的更偏向微觀應(yīng)用的控制理論類課程；以自然辯證法、系統(tǒng)建模與仿真為基礎(chǔ)，以機器人技術(shù)、科研方法論、自主智能系統(tǒng)、系統(tǒng)科學(xué)與工程等為代表的宏觀系統(tǒng)科學(xué)類課程。一個重點是指在所有課程體系中穿插模式識別與機器學(xué)習(xí)、DSP原理與應(yīng)用、控制工程實踐、現(xiàn)代交流調(diào)速及應(yīng)用、工業(yè)控制計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為貼合控制類專業(yè)實際應(yīng)用的課程，從而突出基于對分課堂的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。

2.2.2 課程內(nèi)容改革

結(jié)合相關(guān)專業(yè)碩士培養(yǎng)目標(biāo)和修改過的培養(yǎng)方案，以及我校其他院系相關(guān)專業(yè)和課程的優(yōu)勢，以專業(yè)課程《控制工程實踐》為例，課題組進行了課程內(nèi)容和教學(xué)方法的改革研究。

在教學(xué)內(nèi)容上，對原有教材重新編排，適當(dāng)刪減了原教材中脫離當(dāng)前我國自動化技術(shù)發(fā)展實際的內(nèi)容，對緊貼實際應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容進行了重新設(shè)計和編排，出版了《蜂群算法原理及其應(yīng)用》《TMS320F28335原理及其在電氣工程中的應(yīng)用》2本教材，在此基礎(chǔ)上將授課場所從教室轉(zhuǎn)移到實驗室，將符合學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢的內(nèi)容充實到課程實驗中，比如增加了工業(yè)常用的直流電機控制及優(yōu)化、DSP硬件原理及其在溫度控制、電機控制當(dāng)中的應(yīng)用、物流倉儲系統(tǒng)調(diào)度等。

以《控制工程實踐》為例，在規(guī)定的36個教學(xué)學(xué)時中的課程當(dāng)中，安排的理論課程占8學(xué)時，實踐教學(xué)占28個學(xué)時，分別從DSP硬件(A/D、D/A)和MATLAB軟件(M文件及編程、SIMULINK、RTW自動代碼生成)的角度對控制工程涉及的基礎(chǔ)軟硬件知識進行講解和學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上以電機對象、溫度控制對象(對象由學(xué)生根據(jù)自己的擅長進行自主選擇)完成對其的建模、分析和PID控制器設(shè)計、DSP硬件實現(xiàn)和驗證過程。在實驗過程中，讓學(xué)生自主進行內(nèi)容重難點的分析以及實驗項目的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，以培養(yǎng)學(xué)生成為高水平創(chuàng)新型人才所必須的創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作精神、領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通能力和語言表達能力。

利用這些實例，完成被控對象建模、控制算法設(shè)計、全數(shù)字仿真驗證、算法在控制器硬件中的軟件實現(xiàn)和系統(tǒng)全仿真等一系列完全貼近工業(yè)實際應(yīng)用的控制系統(tǒng)項目的設(shè)計工作，學(xué)生反復(fù)實踐“做中學(xué)”，形成獲取知識(自主學(xué)習(xí))、共享知識(團隊合作)、應(yīng)用知識(解決問題)、總結(jié)知識(技術(shù)創(chuàng)新)和傳播知識(溝通交流)的能力。

2.2.3 教學(xué)方式改革

在教學(xué)方式上，以新編寫的、貼近我專業(yè)實際應(yīng)用的內(nèi)容為基礎(chǔ)，發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)與監(jiān)控的主導(dǎo)作用，并充分激發(fā)研究生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性，將整個授課過程分為講授、內(nèi)化吸收和討論3個環(huán)節(jié)，每節(jié)課一個實驗主題，老師在課程開始的10分鐘之內(nèi)進行實驗任務(wù)和要求的布置，以及注意事項的講解。之后的65分鐘交給學(xué)生，由他們自行分組進行實驗的設(shè)計、分工和實施，并在最后15分鐘內(nèi)由教師進行驗收和指導(dǎo)。在課程內(nèi)容和學(xué)生的自身知識積累的基礎(chǔ)上，通過完成與授課內(nèi)容相關(guān)的研究型課題或?qū)嶒瀮?nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考與創(chuàng)新，從而將學(xué)習(xí)、研究、實踐有機結(jié)合起來，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

2.2.4 考核方式改革

在考核方式上，因為相關(guān)專業(yè)的不少課程涉及到復(fù)雜的理論和計算推導(dǎo)，傳統(tǒng)考核方式(閉卷筆試或大作業(yè))使學(xué)生把精力都放在死記硬背相關(guān)理論上，而忽視了理論聯(lián)系實際，陷入了聽課、作業(yè)、筆試的層層包圍。為了更好地檢驗對分課程教學(xué)模式對學(xué)生水平提高的作用，更真實地對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行考核，督促學(xué)生更深入理解復(fù)雜專業(yè)理論，課題組提出對傳統(tǒng)考試方式進行改革，引入答辯式考核方式，從專業(yè)知識的理解能力、表達能力、文獻查詢以及閱讀歸納能力等方面對學(xué)生進行綜合考核，同時也通過答辯準(zhǔn)備過程，督促學(xué)生深入理解基本概念、原理，提高其知識的綜合運用能力。

答辯式考核首先確定由5人組成的答辯專家組成員，包括學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)組成員、任課教師、具有工程經(jīng)驗的硬件類課程授課教師(DSP或ARM)、實驗室教師、具有豐富的教學(xué)過程管理經(jīng)驗的教學(xué)秘書；之后每組成員口頭匯報整個項目的完成情況，答辯組重點圍繞定義、定理和判據(jù)等基礎(chǔ)知識(如系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件、根軌跡的分析方法等等)、設(shè)計關(guān)鍵點和難點(如系統(tǒng)時域下和頻域下的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性的判斷方法等)、控制理論與工程實際應(yīng)用能力(如怎么去除反饋環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的高頻噪聲干擾、如何從記錄的系統(tǒng)頻域特性曲線出發(fā)建立對象數(shù)學(xué)模型等)進行考核，遇到本組無法解決的，由全班同學(xué)一起對其中的關(guān)鍵點和存在的問題進行討論。這種考核方式不僅能有效地督促學(xué)生認(rèn)真完成實驗，便于教師對實驗完成情況進行檢驗，同時也能夠鍛煉學(xué)生的總結(jié)和表達能力。

3 結(jié)語

對分課堂模式是以強調(diào)“教師-學(xué)生”雙主體性、注重過程性評價為核心理念的一種新型教學(xué)模式，契合了以碩士生為代表的高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求。對培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的改進實踐表明，對分課堂教學(xué)模式能夠尊重研究生的主體地位、充分考慮研究生對知識的個性化需求、適應(yīng)新時期研究生培養(yǎng)的新要求、保證教師的主體地位、充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性、有效保證高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。