面向“新工科”人才培养的自动控制元件实验教

一 引言

为主动应对新一轮产业变革和科技革命，支撑服务创新驱动发展等国家战略，2017年2月以来，教育部相继发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索新形势下工程教育的中国模式和中国经验，旨在适应以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济发展，对深化我国工程教育改革、建设工程教育强国、服务和支撑我国经济转型升级具有重大意义[1,2]。自动控制元件是高等工科院校仪器科学与技术、光学工程等工程学科的一门学科基础课程，旨在从光机电一体化工程设计的角度介绍自动控制元件的基本知识、工作原理、特性分析和实现方法，因而学生能够更准确地掌握复杂控制工程问题的解决思路，对于运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，并通过文献研究分析复杂工程问题的思维方式有所锻炼，从而起到掌握工程基础知识、提高问题分析能力以及培养自主学习意识的目的。该课程以电磁理论为基础，研究不同控制电机的结构、原理、特性及应用，具有原理抽象、理论性强的特点，大多数学生难以理解与掌握，从而造成学习兴趣不大、厌学情绪高等现象，迫切需要高品质实验课程的开设[3]。

二 自动控制元件实验教学的现状

（一）重知轻行

自动控制元件课程具有较强的理论性，首要的理论是电磁转换原理和机电转换原理; 其次是电路中的有关原理、自控原理、磁性材料的电磁性能、以及测试系统中的相关知识等。为了让学生尽可能掌握各个知识点，在总学时为48学时的自动控制元件课程中，理论教学占42学时，而实验课时仅占6学时。理论和实验教学学时差别巨大，无形在学生脑海里中造成一种实验教学只是一种形式或理论教学附属品的不良印象，认为了解或知晓相关理论即可，实验可有可无，导致学生重知轻行。

（二）模式单一

现有自动控制元件课程的教学均采用理论教学讲授各种控制元件的基本原理及特性，实验教学验证理论的教学模式，如直流电机的工作及机械特性、步进电机的转速与脉冲频率实验等。实验目的大多是以验证性实验为主，仅仅只为通过实验使得学生能直观地看到相关理论的具体呈现，但对如何应用所学理论知识来分析、解决实际问题并未涉及，缺乏设计性、综合性和创新性。因此，这种单一的实验教学模式主要培养的是学生的实验操作技能，与工程实践联系不太紧密，不利于学生工程实践能力的培养；并且由于缺乏对实验技术和独立实验能力的训练，也不利于学生创新能力的培养[4]。

（三）“复制”现象突出

现有自动控制元件的实验教学中，一般多是老师先按照实验讲义，将实验线路连接好并对实验项目逐一演示一遍。学生沿着老师的演示步骤重新将线路连接完毕，按照讲义中预设的测试项目及操作，将结果对应填入表格中。这种学生“复制”老师的实验教学均是老师为主体，而学生成了听实验、看实验、抄实验。它强调的是教师的“教”，而不是学生的“学”，抑制了学生的主观能动性，无法激发学生做实验的积极性和主动性，既不利于学生工程实践能力的培养，也不利于学生的创新思维和能力的培养。

三 实验教学改革措施

新工科的“新”，主要体现在工程教育的新理念、学科专业的新结构等，其中新结构就包括了对现有工科专业的改革和创新，使其体现并满足工程教育的新要求[5]。针对自动控制元件课程的实验教学，从未来的发展趋势来看，以学生为中心，强调学生学习兴趣的建立，强调发挥学生的自主意识和主动学习、主动实践能力，学习的内容、学习的方式，由学生自己决定[6]；强调创新能力、综合能力的培养，让学生不仅掌握知识、工程技能，还强调工程师的“集成作用”，跨学科的知识、人际能力、团队精神、工程伦理责任、终身学习的能力等[7]；因材施教、个性化培养，关注学生不同特点和个性差异，发展每一个学生的优势潜能；强调创造性，增加课程选修及考核的灵活性[8-11]。为此，采取以下几方面的措施。

（一）转观念

实现由重理论轻实践向理论和实践并重转变；根据自动控制元件课程的实际情况，提高实验教学和理论教学的学时之比或实验课单独设课，以提高学生对实验教学环节的重视程度。突破原有实验教学必须在固定地点、固定时间内完成固定实验内容的观念，实现时间上从课内向课外延伸、空间上从教室到图书馆及实验室拓展、内容上从实验讲义向最新科研成果的扩充。实现由“主动教”到“主动学”的教学理念转变，切实体现以学生为主体地位，从而激发学生的学习兴趣，充分发挥其主观能动性，为其工程意识、工程实践能力和创新能力的培养提供保证。

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