实验教学方案、实验项目设置层次化,实验技术重研究性和创新性
自动化实验教学中心将实验课程分为基础型课内实验、综合设计型专题实验、创新型项目设计三个教学层次。针对不同层次的实验教学内容,采用不同的教学方法。
基础型课内实验:以任课教师制定的实验指导书为依据进行实验,以验证所学专业课程的局部知识点。该层次以学生掌握课程知识点实验内容为标准,注重知识点的理解和记忆,是最基本的实验层次。
综合设计型专题实验:以综合性、开发性和自主性的系统设计能力作为实践能力培养的标准。灵活运用课程各知识点进行的综合实验,兼具部分开发能力的培养,强调的是知识点的评价、分析与应用,是针对本专业公共基础课程和专业基础课程的综合训练。通过专题实验不仅加深对理论知识的理解,而且通过理论知识的融会贯通与应用,建立“系统”的整体概念,领会系统分析和设计的思想,培养学生在实际应用中分析、解决问题的能力和创新意识。实验中心设置了10门专题实验供学生选择。
创新型项目设计:以研究性和创新性的系统设计能力作为实践能力培养的标准,自行确定设计目标,自行规划实验步骤,教师通过讲座、讨论对学生进行指导,对学生的设计、作品、报告做出点评并给出成绩。实验中心设置了智能车项目设计课程,为学生提供智能车实验平台,由学生自主进行创意规划与方案设计,通过亲自动手完成一个完整的智能车系统,学习并体会做科研项目所需的分析、设计、实现、调试、报告整个过程,调动学生的学习主动性,提高学生主动获取知识的能力,培养学生的实践能力、工程设计概念和创新意识。教师通过讲座、讨论对学生进行指导,对学生的设计、作品、报告做出点评并给出成绩。
实验中心还设置了智能机器人实验,其中集成了人形机器人、工业机器人、人工智能及人机交互多个领域的知识,学生可以在仿人机器人平台上进行综合开发和创新实验设计。利用可视化开发环境和C++或者Python编程软件开展基本机器人控制、机器人舞蹈、基于视觉的机器人物体跟踪、基于视觉的人脸识别、物体识别与抓取等类型实验,可以培养学生在多个机器人关键技术方面的工程能力。实验内容设置成多个模块,学生可以根据自身兴趣进行自由选择、自行设计具体实验目标和实验方法步骤。实验以小组为单位,采用合作开发模式,并在各个实验中设置开放式环节,鼓励学生自主创新,在培养动手能力的同时培养创新能力和团队合作能力。
教学组织实施开放化,建立以学生为中心的实验教学模式
实验中心的教学组织实施方式除了常规的定时、定人、定场地进行实验教学之外,还采用开放式实验教学,以学生为中心,为学生自主实验提供方便。具体而言,采取学生预约实验场地和实验设备,学生自行管理,专职教师和专职试验技术员监督,“设备开放、场地开放、器件开放、时间开放”等方式开放运行实验室。此外,学生也能够灵活预约教师指导时间,就实验相关技术问题与教师充分讨论。自动化实验教学中心8个实验室,包括传感与检测技术实验室、智能控制器开发训练实验室、工业自动化过程控制实验室、控制理论与控制系统实验室、嵌入式技术实验室、运动控制实验室、智能机器人控制实验室、智能车项目设计实验室,均设置为开放运行实验室。在实验课程进行期间,采用常规固定时间和预约时间两种方式运行。大大激发了学生的实验兴趣,提高了实验能力和效率。
具体实验教学过程中,在三个层次的实验包括基础型课内实验、综合设计型专题实验和创新型项目设计中,除部分课内实验外,均以小组为单位,采用学生自由组合、合作开发模式,鼓励学生自主创新,在培养动手能力的同时培养创新能力和团队合作能力。
以科研带动实验教学,以信息化仿真技术辅助实验,提高实验教学的先进性
作为人工智能的相关专业,自动化领域的发展日新月异,将前沿科学研究融入实验教学,并以信息化技术辅助实验教学,是自动化实验教学中心一贯的宗旨。在具体实验教学中,利用信息化仿真平台为学生提供离线实验环境,使学生可以灵活掌握时间进行实验练习和原理探索。例如,在智能机器人专题实验中,课程提供了Choregraphe仿真环境,学生可以通过仿真人形机器人进行实验原理摸索和程序编制,而编制完成的仿真程序可以方便地移植到实际的人形机器人中,为学生的实验完成提供了便利条件。此外,积极转换教师科研成果,为学生提供更具研究性的实验设备。例如,自动化实验教学中心教师自行研发了乒乓球机器人、象棋机器人、麻将机器人等设备,为学生开展探索性、创新性实验提供了更底层的平台和更加友好的接口。
考核方式综合化
实验考核综合考虑以下因素:学习态度和积极性情况、设备的电子元器件和电路分析准确性、调试结果及问题分析、实验完成情况、实验报告撰写情况等。对平时实验过程中表现突出的学生,适当给予加分。实验完成后,要求通过老师面对面的验收并回答教师的提问;最后根据实验验收情况和实验报告情况按评分标准给出最终成绩。例如,在智能车项目设计的考核中,由多位指导教师一起,对200名学生逐一考核、现场编程、现场提问、统一打分。