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1.創新型實驗教學的概念
在過程控制實驗教學中,能激發學生自己提出問題,提出解決思路和方法,通過設計實驗并總結出合理的結論的教學過程?;谏鲜龈拍睿梢詮囊韵聨讉€方面理解:一是創新型實驗教學的基本特點是學生主動的有興趣的去設計并實施實驗,獲取過程控制的相關知識,而不是被動的完成;二是學生的主動性不是憑空而來,而是需要教師的激發引導,所以教師恰當的激發引導是創新型實驗教學的必要條件;三是開展創新型實驗的目的不僅僅是獲取過程控制的知識,更重要的是為了提高學生發現問題、解決問題的能力;四是開展創新型實驗并不意味著要放棄傳統經典實驗,傳統經典實驗是基礎,創新型實驗是補充和升華,兩者應該相互促進,共同幫助學生提高能力。對于獨立學院,“過程控制”課程創新型實驗教學有其特殊性:一是實驗教學形式可以更加靈活,充分調動獨立學院的辦學優勢;二是學生的思維自由發散,這樣更有利于創新能力的培養;三是由于獨立學院的教學經費、教學資源非常有限,所以必須充分利用過程控制實驗系統的部件,合理組織創新型實驗的開展。
2.實施原則
作為一門高校開設的課程,必須遵循一般的教學原則,符合一般的教學規律。除了遵循這些一般的規律外,獨立學院“過程控制”課程創新型實驗教學的實施還要遵循以下原則:
(1)符合獨立學院獨特的培養目標。由于獨立學院在定位上與普通本科高校不同,“過程控制”課程創新型實驗教學的開展首先要符合其獨特的專業培養目標,促進其實現技術應用型人才的培養目標。
(2)堅持學生主體性和教師主導性相結合的原則。由創新型實驗的概念可以知道,主動性是基本特點,而學生的主動性是由教師的合理激發引導產生的,因此必須堅持學生主體性和教師主導性相結合的原則。獨立學院學生的基礎沒有普通本科生好,所以教師的授課內容的選擇、深淺、講解方式至關重要。既要講清知識點,又能啟發學生的創新意識。
(3)堅持開放性原則。獨立學院的教學經費、教學資源非常有限,在過程控制創新型實驗教學的開展過程中,堅持開放性原則,既可以解決實驗資源不夠用的問題,又可以讓學生將自己的想法、猜想隨時帶去實驗室試做完成。
(4)堅持創新性原則。過程控制創新型實驗是一種探索型的實踐活動,既需要教師采用新穎的教學方式,又需要學生能在實驗活動中迸發出創新的火花。
二、“過程控制”課程創新型實驗教學的組織形式和實施過程
1.組織形式
在獨立學院的辦學環境下,“過程控制”課程的創新型實驗組織形式必須采用“分層次,分階段”的教學形式,不同階段有不同要求,使學生在實踐中不斷提高。“分層次”指的是按基礎和興趣將學生分成若干小組,在同一階段完成不同的實驗活動。“分階段”指的是小組根據不同階段完成不同的實驗活動。獨立學院的學生基礎參差不齊,在過程控制創新型實驗教學中,“分層次,分階段”的開展尤為重要。第一階段為基礎階段。小組人數固定,為四人,小組中兩人基礎較好,另兩人較差,目的是兩個基礎較差的學生向兩個基礎較好的學生學習,該階段主要是完成基礎性的實驗。實驗題目可以在基礎型實驗中選擇,如單閉環控制溫度、壓力、液位、流量等題目。
該階段要求小組的每位成員必須都能在實驗臺獨立操作完成80%的基礎性實驗,同時在LabView虛擬軟件中完成這些實驗,否則該成員不能進入第二階段。第二階段為興趣階段。可以根據興趣自由組成小組,每小組人數可以不同,該階段主要根據小組成員興趣實施實驗,實驗題目可以從興趣型實驗中選擇,也可以自主設計題目。興趣型實驗既包括在雙容水箱液位PID控制、模糊控制、神經網絡控制、模糊PID控制等實驗臺上完成的實驗,也包括在LabView虛擬軟件中完成的物料攪拌控制、鍋爐水溫—水壓—水位控制、風扇轉速—溫度控制等。興趣階段是教師引導學生創新型實驗的開始,這些題目的設定是為了幫助學生激發創新靈感。第三階段為創新型階段。不分組、不設時間提供開放的實驗室,學生隨時可以去實踐自己的想法。該階段最重要的是提供一些開放的環境讓學生去討論,讓學生充分的交流,產生創新思路。
2.實施過程
由上述組織形式的三個階段可以看出,第一、二階段是第三階段的前提,創新型階段是創新型實驗教學的核心階段。創新型階段的實施過程包括四個步驟:
(1)選定實驗課題。在獨立學院教學資源有限的情況下,選定實驗課題應該兼顧實用性、新穎性、可行性,同時還應該考慮學生的基礎能不能完成實驗課題。實用性也就是該實驗在現實控制工業中有沒有實用價值。新穎性是指目前該實驗課題有沒有被提出并設計過??尚行允侵笇W生選定的實驗題目能不能通過學校的實驗儀器或LabView等虛擬軟件操作完成。
(2)分析課題,提出實驗方案和方法,是過程控制創新型實驗的最重要環節。由于選定題目的新穎性,實驗課題的結論可能并不知道,因此首先要對實驗結論提出一個或幾個猜測,這有利于實驗方案的選擇和設計。然后收集各種可能實施的方案,綜合比較這些方案,根據現有實驗條件的可行性確定最佳的方案,根據確定的方案選擇合適的實驗方法。
(3)實施實驗。將選定的實驗方案方法付諸實際,此步驟與上述步驟需要反復交叉,方案的好壞要在實施實驗后才了解。例如:三容水箱液位控制實驗中可以采用PID控制、模糊控制、神經網絡控制的方案,但控制的好壞只有通過實施實驗后才了解。
(4)分析實驗結果,總結實驗結論。得到實驗數據后,綜合運用歸納、推理、對比等方法,總結出實驗結論。得到的結論既要符合過程控制理論基本原理,又要高于基本原理,將其升華到工程運用領域。在上述四個步驟中,教師的引導作用不可缺少。教師可以采用錄像、投影和幻燈機等媒體輔助過程控制創新型實驗教學,充分利用計算機技術來完成過程控制創新型實驗,如利用計算機處理實驗數據、用計算機采集實驗數據、用計算機仿真模擬實驗等。
三、總結
在獨立學院的教學環境下,按照以上方法開展“過程控制”課程的創新型實驗教學,取得了良好的效果。
作者:余發軍 李偉鋒 單位:中原工學院信息商務學院