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(duì)于國(guó)家的科技創(chuàng)新有著舉足輕重的作用，直接決定著國(guó)家發(fā)展的命脈[1]。而在高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的過(guò)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(shí)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(guó)高等教育的深入發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外教育體系的改革，給我國(guó)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(guò)程中也確實(shí)在教學(xué)方法、教學(xué)方式、考核方式等方面存在很多問(wèn)題。傳統(tǒng)“重理論，輕實(shí)踐”的面對(duì)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(dòng)性不夠，這不利于開(kāi)展研究性教學(xué)，無(wú)法滿足當(dāng)前科技發(fā)展對(duì)高層次人才培養(yǎng)的要求[2]。

在這樣的現(xiàn)實(shí)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(shí)更能切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐能力和理論聯(lián)系實(shí)際能力的環(huán)節(jié))，在教學(xué)過(guò)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(kāi)展相關(guān)研究。這不僅是改變我國(guó)教育現(xiàn)狀的當(dāng)務(wù)之急，更是未來(lái)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)和終極目標(biāo)。

目前廣泛采用的先進(jìn)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(jìn)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(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革實(shí)踐的并不多見(jiàn)。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(duì)分課堂”理念[3-4]，對(duì)控制科學(xué)與工程專業(yè)和控制工程專業(yè)(以下簡(jiǎn)稱我專業(yè))相關(guān)課程進(jìn)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(duì)其學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力、研究問(wèn)題思路與方法的培養(yǎng)。在培養(yǎng)過(guò)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(duì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)與運(yùn)用知識(shí)的能力、獨(dú)立分析思考學(xué)術(shù)問(wèn)題的能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，以及未來(lái)步入社會(huì)與人溝通交流與團(tuán)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(wèn)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(shí)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(duì)學(xué)生批判思維和問(wèn)題意識(shí)的培養(yǎng)。在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有體現(xiàn)出學(xué)生是科學(xué)研究的主體，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的地位，學(xué)習(xí)和科研的積極主動(dòng)性較弱，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，較少學(xué)生會(huì)在課堂上主動(dòng)地“思”與“問(wèn)”[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(dòng)的時(shí)間較少，沒(méi)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(dòng)接受教學(xué)內(nèi)容的狀態(tài)。多數(shù)學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的積極性不高，在研究性、交互性、啟發(fā)性和開(kāi)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(duì)靈活，主要是試卷考試(開(kāi)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(méi)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(qiáng)，學(xué)生很難提升科研素養(yǎng)。

2 對(duì)分課堂教育模式及其應(yīng)用

2.1 對(duì)分課堂

對(duì)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(guó)本土特色的一種新型教學(xué)模式。這其中的對(duì)分，就是指在教與學(xué)過(guò)程中把課堂時(shí)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(jìn)行生生之間、師生之間的課堂討論。顯然，他強(qiáng)調(diào)“教師-學(xué)生”雙主體，強(qiáng)化審辯思維、溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新與創(chuàng)造能力的4C核心素養(yǎng)，注重過(guò)程性評(píng)價(jià)，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(shì)，將傳統(tǒng)的學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這是符合我國(guó)高校高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的中國(guó)方案[6]。

2.2 對(duì)分課堂模式在人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

考慮到對(duì)分課堂教學(xué)模式的先進(jìn)性，本文在河南省一級(jí)學(xué)科——控制科學(xué)與工程碩士點(diǎn)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(kāi)展教學(xué)改革研究，從而探索出一套適合工科專業(yè)高級(jí)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(guó)制造2025”背景下國(guó)家對(duì)控制類專業(yè)碩士生的需求，引進(jìn)、借鑒和吸收國(guó)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(yàn)，針對(duì)我專業(yè)零基礎(chǔ)調(diào)劑學(xué)生較多的現(xiàn)實(shí)和培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，課題組成員將英語(yǔ)課程、基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程進(jìn)行系統(tǒng)編排，穿插設(shè)置更多能夠滿足對(duì)分課堂培養(yǎng)要求、切實(shí)提高學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的課程，完善了滿足國(guó)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(gè)方面，構(gòu)建“兩條主線+一個(gè)重點(diǎn)”的課程體系。其中兩條主線是以矩陣論、隨機(jī)過(guò)程等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和系統(tǒng)知識(shí)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(jì)、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(jī)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(gè)重點(diǎn)是指在所有課程體系中穿插模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)、DSP原理與應(yīng)用、控制工程實(shí)踐、現(xiàn)代交流調(diào)速及應(yīng)用、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為貼合控制類專業(yè)實(shí)際應(yīng)用的課程，從而突出基于對(duì)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(guò)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(shì)，以專業(yè)課程《控制工程實(shí)踐》為例，課題組進(jìn)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(duì)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(guó)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展實(shí)際的內(nèi)容，對(duì)緊貼實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)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(chǎng)所從教室轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，將符合學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì)的內(nèi)容充實(shí)到課程實(shí)驗(yàn)中，比如增加了工業(yè)常用的直流電機(jī)控制及優(yōu)化、DSP硬件原理及其在溫度控制、電機(jī)控制當(dāng)中的應(yīng)用、物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)度等。

以《控制工程實(shí)踐》為例，在規(guī)定的36個(gè)教學(xué)學(xué)時(shí)中的課程當(dāng)中，安排的理論課程占8學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)占28個(gè)學(xué)時(shí)，分別從DSP硬件(A/D、D/A)和MATLAB軟件(M文件及編程、SIMULINK、RTW自動(dòng)代碼生成)的角度對(duì)控制工程涉及的基礎(chǔ)軟硬件知識(shí)進(jìn)行講解和學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上以電機(jī)對(duì)象、溫度控制對(duì)象(對(duì)象由學(xué)生根據(jù)自己的擅長(zhǎng)進(jìn)行自主選擇)完成對(duì)其的建模、分析和PID控制器設(shè)計(jì)、DSP硬件實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生自主進(jìn)行內(nèi)容重難點(diǎn)的分析以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)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(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。

利用這些實(shí)例，完成被控對(duì)象建模、控制算法設(shè)計(jì)、全數(shù)字仿真驗(yàn)證、算法在控制器硬件中的軟件實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)全仿真等一系列完全貼近工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的控制系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，學(xué)生反復(fù)實(shí)踐“做中學(xué)”，形成獲取知識(shí)(自主學(xué)習(xí))、共享知識(shí)(團(tuán)隊(duì)合作)、應(yīng)用知識(shí)(解決問(wèn)題)、總結(jié)知識(shí)(技術(shù)創(chuàng)新)和傳播知識(shí)(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(shí)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(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，將整個(gè)授課過(guò)程分為講授、內(nèi)化吸收和討論3個(gè)環(huán)節(jié)，每節(jié)課一個(gè)實(shí)驗(yàn)主題，老師在課程開(kāi)始的10分鐘之內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求的布置，以及注意事項(xiàng)的講解。之后的65分鐘交給學(xué)生，由他們自行分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、分工和實(shí)施，并在最后15分鐘內(nèi)由教師進(jìn)行驗(yàn)收和指導(dǎo)。在課程內(nèi)容和學(xué)生的自身知識(shí)積累的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成與授課內(nèi)容相關(guān)的研究型課題或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考與創(chuàng)新，從而將學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，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?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)的不少課程涉及到復(fù)雜的理論和計(jì)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(shí)際，陷入了聽(tīng)課、作業(yè)、筆試的層層包圍。為了更好地檢驗(yàn)對(duì)分課程教學(xué)模式對(duì)學(xué)生水平提高的作用，更真實(shí)地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)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(duì)傳統(tǒng)考試方式進(jìn)行改革，引入答辯式考核方式，從專業(yè)知識(shí)的理解能力、表達(dá)能力、文獻(xiàn)查詢以及閱讀歸納能力等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合考核，同時(shí)也通過(guò)答辯準(zhǔn)備過(guò)程，督促學(xué)生深入理解基本概念、原理，提高其知識(shí)的綜合運(yùn)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(yàn)的硬件類課程授課教師(DSP或ARM)、實(shí)驗(yàn)室教師、具有豐富的教學(xué)過(guò)程管理經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)秘書；之后每組成員口頭匯報(bào)整個(gè)項(xiàng)目的完成情況，答辯組重點(diǎn)圍繞定義、定理和判據(jù)等基礎(chǔ)知識(shí)(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(jì)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)(如系統(tǒng)時(shí)域下和頻域下的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性的判斷方法等)、控制理論與工程實(shí)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(duì)象數(shù)學(xué)模型等)進(jìn)行考核，遇到本組無(wú)法解決的，由全班同學(xué)一起對(duì)其中的關(guān)鍵點(diǎn)和存在的問(wèn)題進(jìn)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(shí)驗(yàn)，便于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)也能夠鍛煉學(xué)生的總結(jié)和表達(dá)能力。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)分課堂模式是以強(qiáng)調(diào)“教師-學(xué)生”雙主體性、注重過(guò)程性評(píng)價(jià)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(duì)培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的改進(jìn)實(shí)踐表明，對(duì)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(duì)知識(shí)的個(gè)性化需求、適應(yīng)新時(shí)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(dòng)性、有效保證高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。