创新型人才培养课程设计与实施

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摘要:本文以我校2016级测控专业学生的实践课———“一级项目(测控系统的设计与开发I)”为例，阐述了利用实践课对学生进行创新性培养的一些探索和取得的成果。包括通过选择合适的实验平台和教学内容，采取创新的教学方式和考核机制引导、推动学生进行机器人设计和实现的创新等。文中还总结了教学过程中遇到的一些问题，希望通过这些问题的改进使设计的课程更加有利于学生创新能力的培养。

关键词:创新性培养;实践课;教学方式

创新是社会进步和人类发展的基础［1］。中国经济发展新常态需要创新型人才。如何培养创新型人才和高层次人才的创新能力成为当今主要问题［2］。实践教学是高校培养创新人才的有效手段。近年来，各高校围绕大学生实践和创新能力的培养，在实践教学方面作了不少努力，尝试了一系列改革，也取得了一定的效果［3～4］。我校作为一所以实践教学而闻名的应用型本科院校也积极投入到应用型创新人才的培养中，其工学部测控技术与仪器专业更是大力推进创新性培养在实践课教学中的应用。其在2016级测控专业学生的实践课———“一级项目(测控系统的设计与开发I)”中，围绕学生创新意识的建立和创新能力的培养对教学进行精心设计，获得学生的肯定和好评。

1创新性培养措施

“一级项目(测控系统的设计与开发I)”是测控技术与仪器专业的一级项目课程之一，其教学对象为该专业一年级学生，教学时间安排在一年级的夏季学期，此时学生已进入大学学习了两个学期，但学习的都是通识课程，还未接触专业课程的内容。在这种情况下，要引导建立学生的创新意识，培养他们的创新能力，我们在实验平台、课程内容、教学方式、考核机制几个方面进行了特别设计。1．1选择合适的实验平台。测控系统是既“测”又“控”的系统，依据被控对象被控参数的检测结果，按照人们预期的目标对被控对象实施控制［5］。测控系统非常多，小到基于单片机的测温仪，大到包含若干测控站(包括必要的测量船和测控飞机)和一个测控中心组成的，通过通信网络相互联接而构成的航天测控网，都是测控系统。而对没有接触到测控专业课程的学生，选择合适的测控系统作为其实验平台，就尤其重要。这个实验平台要求既能让学生对测控系统有所认识，又能让学生有实际动手操作的机会，而不是因专业知识的缺乏而无从下手。基于此，我们选择了积木式机器人套件作为本课程的实验平台。机器人的核心控制器、各种传感器都和外围处理电路固化为一个个整体，做成积木，直接通过连接线相连就可实现信号的传递，而不用再考虑传感器信号的滤波、放大、整形，控制器的输出驱动等问题;机器人的编程采用图形化语言，图形直观易懂，编程简单易学;而且机器人也是目前学生的兴趣点所在，极易激发他们的学习热情。事实也证明，学生对这个实验平台非常感兴趣，让机器人按照自己的设想动作，成为他们在这门课中的最重要的目标，以致很多同学废寝忘食的进行着机器人的设计和调试。1．2设置合理有趣的教学内容。本课程目的让学生在搭建机器人的过程中，使学生建立起工程项目的概念，培养学生的创新意识，更加明确后续专业基础和专业课的学习目的。因此，课程内容的设置上没有把重点放在某几个传感器的工作原理，或控制器的编程这些具体而繁杂的内容上，而是从工程项目整体出发设计课程内容，着重培养学生的动手实践能力，并在此过程中，推动学生建立创新意识。我们把48个课时的课程分成三个主题，每个主题又由知识讲解、动手实践、小竞赛和总结四个环节构成，具体安排如表1所示。授课过程中，根据学生的实际情况，各个传感器的工作原理不必讲得很透彻，而是够用即可，主要让学生在动手实践中加深领会和贯通。然后通过一个个小竞赛激发出学生内心的好胜心和求知欲，使其主动探索各个元器件的最大化使用方法。最后的总结对于学生学习的升华非常关键，通过聆听别人的想法和做法，对比自己的方案，自我总结自己在哪些方面还可以做更好的改进，从而迸发出新的思维火花。很多学生就是在后面的竞赛中借鉴别人的成功经验而使得自己的设计更完美。1．3改革传统教学方式。合理、恰当的教学方式是课程教学成功的关键。传统的教学方式是教师在课堂上传授知识，学生的课堂参与度不高，难以达到培养学生创新意识的效果［6］。我们本着够用即可的原则，减少理论知识的讲解，让学生采取团队合作的方式去学习，去由被动学习转为主动学习。1)团队合作许多创新不是个人单打独斗就能实现的，它需要一个团队的共同努力［7］。团队合作是未来社会至关重要的技能之一。在本课程的教学中，我们将学生每四人分成一个组，每组成员在一起共同学习，共同设计实施自己组的机器人。在共同学习中，组员之间相互取长补短，查漏补缺，增加个人的知识积累，填补个人的知识漏洞;在共同设计实施机器人中，各小组自行根据各自组员的特长决定每人负责的工作内容，然后通过组员间的通力合作共同完成竞赛考核。这样的教学方式，尽管缩短了教师讲授知识的时间，但学生的学习没有打折扣，反倒因学生之间这种平辈的交流，使得学习的气氛更加轻松愉悦，使得内向的学生更易吸收知识;学生之间对竞赛细节的反复讨论、推敲使得他们对知识的理解更加透彻;同学的陪伴和支撑也使得一个个新奇有效地点子出现在他们的作品中。2)主动学习与传统教学的被动学习不同，本门课程中采取两种方式引导学生主动学习。一是留有充足的时间让学生自己动手实践，在实践中发现问题、解决问题，进而掌握知识。如在循迹小车的实验中，学生们就发现按照提供的范例，小车无法沿直线前进，这是产品本身的缺陷造成的，但学生们经反复实验后采取调整两侧轮子的速度差的方法，解决了这个问题;二是通过竞赛进一步激发学生综合运用所学知识创造性地解决问题，让外在的知识转化为学生自身内在的能力。很多学生在高涨的热情支撑下，下课后仍继续学习，继续实践。还有的学生设计的机器人达到要求后，又受其他组的启发，继续改进自己组的作品，以使其更加完善。1．4设立新的考核机制。课程考核机制的设置是否合理直接关系到能否提高学生学习的主动性，是课程教学成功与否的关键［6］。传统的考核方式多以考试为主，以交报告为辅。我们设计了一种全新的考核方式，通过这种新的考核方式引导学生积极投入到本课程的学习和实践中，推动他们以团结协作的方式，以创新的方式完成课程中提出的任务。具体评分标准为每位学生的最终成绩包含两部分:小组成绩(占45%)和个人成绩(占55%)。小组成绩由三次竞赛成绩和规定任务完成情况构成:每次竞赛成绩各占总成绩的10%;规定任务占总成绩的15%。而个人成绩则由平时成绩(15%)、实训报告(20%)和组员互评(20%)组成:平时成绩由教师根据学生出勤情况给出;实训报告由教师根据学生课程结束时提交的报告给分;组员互评由每组4名学生根据组员在组中的贡献给出，最终取4个成绩的平均值。此外，我们还设置一项加分项，即创新创意项，即如果某组的作品虽然速度可能不是最快的，但是教师和学生共同认定其最有创新创意，则该小组可获得额外10分加分。这套评分机制一经公布，让那些想偷懒的学生打消了偷懒的念头，让那些想应付的学生也在其他组员的推动下积极投入设计和实践中。更重要的是，产品的创新可获得额外加分，也激发了学生们的创新热情，而不是照搬教程的范例。

2创新性培养成果

有需求才有创新，课程中我们设计用竞赛的方式创造出需求———让学生运用实验平台提供的所有器材，完成竞赛任务。学生在这种需求的驱动下，通过主动学习，开动脑筋，也确实呈现出了很多让人意想不到的好方法，好创意。如同样的走迷宫机器人，几乎每组所选择的传感器都不完全一致，外部机械构造也不一样。某小组采用机械构造的创新来实现避障，而另一小组则完全采用算法创新进行避障。还有一组结合多传感器做到全自动避障，可以完全不考虑迷宫的复杂度。而在取物机器人的设计中，学生们发现范例中的机器人手爪太长，影响机器人行进中的平衡，于是自己设计合适的手爪;而为了达到机器人速度与取物的稳定性之间的平衡，有的组采用轮式机器人，有的组采用履带式机器人，总之每组的机器人外形上各不相同，但都能完成规定的竞赛任务。图1示出学生的一些作品。

3教学中出现的问题

创新性培养在“一级项目(测控系统的设计与开发I)”这门课程取得了教学上的成功和学生们的认可。课程结束后，我们要求学生在实践总结中对本课程提出意见和建议，也对学生发放了满意度调查表，从学生的反馈来看，整个教学过程中主要存在如下一些问题:(1)教师人数不足。这门课学生40人，安排一个主讲教师，两个辅助教师。但相对于课程饱满的任务，教师人数稍显不足。而教师人数的不足，导致不能及时对学生的问题给予解答，不能及时判断学生们的创新思维是否可行，是否合理，进而使有些小组的竞赛方案出现明显的不合理，但没能及时修正。此外，由于学生们的热情高涨，教师不得不在课余时间依然留在实验室陪伴自愿“加班”的学生，以确保实验仪器不丢失。因此，笔者强烈建议这种课程再添加一些助教，来及时解答学生面对的问题，及时检查学生的方案，和确保实验仪器不丢失等。(2)竞赛场地不规范。有些学生反馈竞赛场地不规范，使得他们的竞赛成绩有差别。因此建议加大对竞赛场地的资源投入，比如建造小型的固定的质量好的竞赛场地，而不是简单的利用一些书籍和纸壳搭建出来的。课程进入常规化运行后，会对实验教具进行统一制作以解决这个问题。(3)课时数不足。也许是机器人这个课题太吸引学生啦，所以本课程使学生们很开心也很兴奋，他们希望可以有更多的课时，可以学到更多的知识和技能，让他们有更多的机会创新和创造属于自己的设计或产品。所以大部分学生们在调查表中反映课时太少，希望增加本课程的课时。对这个问题我们的解决方案是引导学生后续多参加学生创新活动。

4结语

创新的一个重要来源就是实践，因此实践课和实践教学被各大高校认为是实现创新能力培养和团队合作的重要途径和具体实现的方法［8］。尽管我校2016级测控专业的实践课———“一级项目(测控系统的设计与开发I)”在实施中还存在着一些问题，但是不能否认我们在该班进行的创新性培养是成功的。此课程极大地激发了学生的创新热情，在当年的上海市和本校的大学生创新项目申报中，该班学生成功申请到15项项目。我们会根据学生们的满意度调查表和反馈的意见建议来进一步改进后续实践课程和其他年级的实践课程安排。希望可以通过这种创新性的实践课来主动培养学生们的创新性思维和主动学习以及团队合作的能力，进而为祖国培养更多的拔尖创新人才。

参考文献:

［1］韩韧．谈物理教学中的创新教育［J］．鞍山:鞍山师范学院学报，2003．04．5(2):54-56．

［2］黄菊文，乔俊莲等．加强实践教学内涵建设培养创新性拔尖人才［J］．天津:实验室科学，2017．02．20(1)．

［3］孙伟民．大力加强实践教学提高人才培养质量［J］．北京:中国大学教学，2006(3)．

［4］杨晋，王小荣等．工科院校工程实践教学体系的探索与实践［J］．北京:实验技术与管理，2008(7)．

［5］孙传友，孙晓斌．测控系统原理与设计［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2007．

［6］张镱议，徐辰华等．基于CDIO的“电力市场营销原理”教学改革研究［J］．石家庄:教育教学论坛，2016．01．3．

［7］马月婷，张德等．影响高科技企业创新能力的文化价值观研究［J］．北京:中国软科学，2007．06．

［8］W．WangandD．J．Wang．JournalofAnhuiNormalUniversity，AMShenJournalofAnhuiNormalUniversity．2010．

作者:王素娟 张希靓 单位:上海第二工业大学