综合实验教学中如何培养学生的动手能力

【摘 要】在教学改革中，实验课教学也要不断改革与创新。本文结合网络工程专业开设的综合实验课程，探讨了为培养应用型人才在安排课程方面的一些指导思想，包括如何提高实验课的理论指导和技术操作水平、培养学生的创新能力、训练学生的基本实验技能、巩固基本概念以及提升学生的综合素质方面的一些做法和考虑。

【关键词】大型综合实验 应用型人才 实验技能 教学改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）16-0062-02

随着教育改革的深入，如何通过各个环节达到培养适应21世纪发展需要的应用型人才，是教学实验所面临的重要问题。所谓大型综合实验是在高年级安排的实习课程中具有一定量的专业知识的综合实验。通过综合实验来培养学生的应用能力，在教学中发挥学生的主观能动性，是培养应用型人才的科学实验平台。

针对上述问题，结合我校近年来陆续开设了园区网组建综合实验、协议分析综合实验、微型计算机控制系统设计综合实验等多门综合实验课程。本文结合这些综合实验谈谈实验安排的指导思想和课程教学方面的一些体会。

一 给学生留有发挥空间，培养他们的创新能力

在园区网组建综合实验课程中，我们选择中型网络构建一个通用、开放的教学和实验平台，除了那些涉及网络技术、交换技术、路由技术等基础知识的控制模块、通信模块、交互模块以外，还涉及服务器系统、分布式数据库等研究的前沿课题。使学生可以在这个平台上实现和检验所学习的理论，探索和研究新的方法，培养促进学生的资料阅读及综合能力、总体设计及实验能力。课程内容便于因材施教，给学生深入钻研以及发挥创造性的空间。

要实现实验课程教学从知识型到应用型的转变，就要实现课程从以教师为主体到以学生为主体的转变，如何安排大型综合实验课，是较重要的一环。园区网组建综合实验就是以学生为主体，让学生自主地去学习，根据如何设计优秀的园区网“交换”和“路由”，如何架构网络拓扑，进行局域乃至全局的通信。由学生自己提出问题、制订解决问题的方案，再去解决问题。教师对学生的研究进行启发式的指导。

在基于linux系统的协议分析综合实验设计中，隶属传输层的协议控制的设计是关键，选择合适的协议控制对带宽占用的高效性有直接影响。目前现有协议控制的方式大多数采用UDP协议的SOCKET套接字函数来实现，它结构简单，便于软件系统实现。但存在控制力度不足的缺点，很难正确反映流量数据包的分布关系。实际上多数网络流量是突发性的，呈正态分布或类似概率分布函数关系。在协议分析中，当协议规则确定后，管理控制系统的性能在很大程度上取决于管理数据包在整个网络传输系统中所占的优先级。目前常用的优先级分配方法有二进制退避算法、静态优先级分配法、专家经验法等，而实现优化的优先级分配算法，存在着运算精度与速度和管理系统本身复杂度之间的矛盾，即精度提高，会使软件开发成本很高，编程复杂度加大，如何解决好这对矛盾，使两者兼顾，我们提出目标，引导学生研究，创新更精确、简单的数学方法及结构实现方法，达到简单网络管理控制的最佳效果。在课程设计中我们强调学生的主体地位，教师讲清题目意义、给出部分参考资料，提出基本要求和研究目标。学生自主查阅相关资料、设计算法和结构、设计实验方案、处理实验数据、分析实验结果、进行实验研究，让学生更充分地思考与研究。在这一过程中，教师下功夫组织好讨论课，在讨论课上发现有创新性的思想和方法，鼓励他们并进行引导，使闪亮的火花能结出硕果。师生之间、生生之间相互交流、相互讨论、相互启发，常常会得到意想不到的收获。学生在教师的引导下在NS2和MATLAB上分别仿真实现了运用查表法、二进制二分搜索“逼近”法以及线性插补法等实现任意网络流量情况下的高效管理。经常有学生在相应会议和国内刊物上发表相关文章，学生普遍反映得到了一次极好的学习和锻炼机会。

二 巩固基本概念，提高实验技能

综合实验的另一个训练目标就是巩固基本概念，提高基本技能。因此，在综合实验中要注意安排各个环节巩固学生的基本概念，并训练学生学习网络通断测试仪、协议开发模拟平台、思博伦测试仪等现代网络技术构建和开发的基本仪器和工具。

在为学生开设的微型计算机控制系统设计综合实验中，目标是设计一个微型计算机控制系统，最终使该系统能实现单回路闭环控制和四通道数据采集。课程要求学生设计、调试微型计算机控制系统的硬件和软件。

该实验主要针对部分学生中还存在着重理论、轻实践的倾向，一般课程的实验内容比较单一，实验学时比较少，教师们也普遍反映学生的基本概念不太清楚、动手能力较差，学生们接触计算机硬件的机会较少，基本实验技能较弱。我们通过实验培养学生的动手能力，提高学生的综合设计和实验调试能力。如在系统设计中，不提供程序框图、不提供参数，让学生根据实测受控对象的参数设计系统，运用所学积分离散PID算法编写程序，学生通过动手编制、调试，对系统进行分析，学会如何选定采样周期、如何调试整个系统，学生们反映收获很大。有的学生在实验报告中说：“PID算法我学了三遍，每个字母代表什么总是记不清，做完这次课程设计，才真正理解了PID。”

我们在实验的交换机实验板中预留了一些选项，提供给学生设计思考，促进学生巩固基本概念。如模拟电路和数字电路共地点的选择问题，首先让学生必须牢记系统中各个电路模块必须共地，其次让学生在实验中体会应该怎样选择共地点，在模拟与数字电源之间、A/D电路的模拟地与数字地之间等，预留实验选择点，使学生通过选择比较，对“在系统中对信号精度要求较高的电路处共地”有所体会。又如微处理器的总线具有三态功能，在系统设计中对处理器的总线往往需要添加地址锁存器和数据驱动器，微计算机技术的基本概念之一是添加驱动器以后要使总线继续保持三态功能。为此，我们在驱动器的控制逻辑部分增加选择项，促使学生考虑总线驱动以后如何控制总线的三态。

通过实验，强化了理论知识，得到了一定的工程训练，提高了基本实验技能，一些简单的问题能迎刃而解。

三 力求实验的实用性、趣味性和竞技性，培养学生的团队精神

实验过程中实用性、趣味性和竞技性也是调动学生学习积极性的重要因素。园区网组建综合实验、协议分析综合实验和微型计算机控制系统设计分别是完整的系统，这些系统完成以后，具有实用价值。不少同学自己动手完成微型计算机控制系统，实现对电机的速度与转矩的高品质控制以后兴奋不已，激动地说：“我们低年级时参观过××研究所的计算机控制系统，如今我们亲自实现了。”有些学生用较少的二层交换机冗余设计实现了园区网在恶劣环境下的传输稳定性，撰写的文章被国际会议录取，深情地说道：“给自己留下深刻的影响，鞭策我继续努力学习，刻苦钻研。”

在讨论课中开展设计方案讨论，让学生们进行方案比较，充分发挥学生的想象力和聪明才智，是激发学生积极性的措施之一。在协议分析应用教学中，我们始终上好讨论课，讨论课是学生最踊跃的交流环节。教师在课上选择几个比较有特点的设计方案，由学生讲解。教师再引导学生进行探索优化，往往都能推出有创造性的方案，也极大地提高了学生的学习热情。

先后开设的综合实验，都需要两个以上学生配合完成。特别是园区网组建综合实验，每组学生完成自己的区域拓扑、交换和路由等规划决策以后，还要和队中队友协调，制定整体安全策略。课程结束时，要安排实际网络攻防对抗，除了激发学生的学习兴趣以外，还可以锻炼学生的组织能力、协作能力和培养团队精神，促进学生素质全面发展。

四 结束语

我们经过不断的努力和探索，在实验教学改革方面做了一些有益的尝试，增强了学生上实验课的兴趣和自觉精神。大型综合性实验是学生从单纯书本学习转变到学习如何进行科研与开发的第一步，课程的开设提高了学生科学实验的兴趣和探索解决难题的能力，培养了学生的独立思考和分析解决问题的能力，有利于培养21世纪需要的具有创新能力的应用型人才。

参考文献

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[3]章森.建设教学实践基地，促进教学改革和学生能力培养[J].实验技术与管理，2003（6）：155～158