高校实验教学对学生执行力和创新力的培养作用——光电类实验课程教学过程探索

吕 晖，马晓红，赵华凤

（清华大学 电子工程系，北京 100084）

实验教学是提高学生综合运用知识解决实际问题的能力、培养学生创新能力的重要手段［1］，在高校人才培养中和理论教学占据着同等重要的地位，但是实验课在学生能力培养环节中究竟是怎样发挥作用的却鲜有被研究，这也是实验教学被扣了高帽却依旧被忽视的重要原因之一。本文将结合实验教学中具体的案例，浅析如何利用实验内容培养学生在实践中的执行力和创新力，以及目前所采用的设置预习课和讨论式教学2种具有很好教学效果的特色教学方法。

1 执行力和创新力培养在实验教学中的体现

1.1 执行力

现代社会对高校毕业生的动手实践能力提出了越来越高的要求［2－4］，同时动手实践能力也是实验课公认的培养目标之一。动手实践能力通常被理解为在实验中解决问题的能力，但这样的解释还是会让人困惑：“这究竟是怎样一种能力，怎样才能提高这种能力？”其实，一直被教育界热烈讨论的动手实践能力，可以理解为在实践过程中的执行力。这里“执行力”是借用人力资源管理专业的词汇，其核心是指集体或个人把上级的思路、观念、决策、规划付诸实施的能力［5］。当然，不同的行业、不同的人对“执行力”的理解和解释各不相同。在实验教学中，执行力可以理解为将笼统的实验目的细化为具体的实验目标的能力，通俗说也就是把大问题掰开揉碎成小问题的能力。

以光电子技术实验课中的“全息照相”实验为例，这个实验的总体目的是用物光和参考光2束相干光在全息干板上产生干涉，从而记录下被照物体的振幅和相位信息，光路图如图1所示。

学生初看这个实验通常会觉得很简单，将一束激光分成2束，其中参考光直接照射到干板上，物光先照射到被摄物体上，再反射到干板上，实验原理在理论课上学过，光路也很明了，只需要照着光路图摆好实验室提供的光学元件即可。有的学生在这种认知水平上就会开始动手做实验，但是当他们开始摆光路时就会发现很多问题，甚至出现实验做不下去的情况，有些学生即使按照光路图摆好光路，也无法成功照出全息照片。这就是在实验中缺乏执行力的体现。

实验中的执行力，就是指在知道实验的总体内容和目的后能一步一步深入地分析这个实验，将抽象目标化为具体问题并解决问题的能力。还是以全息照相实验为例，在有了光路图后，具有执行力的学生就会思考：这个实验的原理是用物光和参考光2束光产生干涉，那么让光束产生干涉必须满足频率相同、偏振方向相同、相位相同的相干条件，激光器发出的光进行分束后频率是相同的，那如何保证偏振方向相同？本实验中所用的激光器发出的光偏振方向是垂直于实验台的，那么要满足2束干涉光偏振方向相同，就要保证光束在经过任何一个光学元件后都是平行于实验台的。此时就会产生具体的问题，即怎么判断光束是否平行于实验台，如果不平行要怎样调节光学元件。再有，要想2束光相位相同就需要参考光和物光光程相等，那么怎样测量物光和参考光的光程，如果光程不相等要怎样调节光学元件的位置，在具体操作时要先调节什么后调节什么。如果学生在明白了实验内容和实验目的后能想到这些问题，并想出解决的办法，那就可以说具备了实践中的执行力。有了这种执行力也就具备了完成实验的能力。

1.2 创新力

实验教学作为高等教育教学体系的一个重要组成部分，是培养学生创新能力的重要环节［6－10］。创新的本意是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程，虽然创新的主体在一个“新”字，但是“新”要从何而来。万事都不可能是“无中生有”，而是“有中生新”。要想在一件事情上有所创新，必然要先在这件事情上打下深厚的基础，这种有根基的“新”才是有意义的“新”。所谓创新的能力即创新的根基，而实验教学所要给学生的正是“有中生新”的“有”，学生并不一定要在实验课上有具体的创新行为，但是要收获创新的根基，它既包括对科研基本方法的掌握，又包括对专业技术的正确理解。

那么实验课是怎样给学生这种创新根基的，这来源于学生对实验目的和实验技术的整体理解：这个实验要完成什么样的内容？采用什么样的方法手段？利用了器件的什么特性？达到什么样的目的？例如，光电子技术实验课中的光纤光栅特性与应用实验，这个实验需要学生在实验中测量并记录大量的数据，并由这些数据中解调出光纤光栅反射峰的位置。学生在做实验的时候往往会纠结于对一组一组数据的记录，然后用这些数据绘出光谱图。这样的做法并没有错误，但却失之于拙。根本原因在于学生并没有很好地理解实验要达到的目的和采用的方法、手段。这个实验的目的是用光纤光栅反射峰位置的变化来监测悬臂梁的弯曲程度，利用的是光纤光栅反射峰位置随着光纤光栅拉伸程度而改变的特性。如果明确了这样的目的，那么就可以先采用大步长快速地粗扫一遍光谱，得到反射峰的大致范围，然后再在这个小范围内采取小步长细致扫描，记录波长－光强数据组，从而得出反射峰的精确位置。由这个实验，学生可以掌握一种很重要的基本科研方法，就是先粗测后细测。

然而实验的最终目的并不仅仅是让学生解调出反射峰位置进而监测悬臂梁的弯曲程度，而是要求学生能真正了解光纤光栅这个光学元件的特性，并认识到可以利用这种特性将它应用于传感领域。如果学生能认识到这一步，就可能会想：在这个实验中光纤光栅是对应力进行传感，它的反射峰是否还会随着别的参量变化？利用它的这种特性还能对什么参量进行传感？甚至，再扩展一点，有的学生可能会想到能否利用光纤光栅的反射特性制作光波分复用（WDM）器件、能否制作光纤激光器等，那么光纤光栅也可以在光通信领域应用了。如果学生能由这个实验想到上面扩展性的问题，这个实验就成功地为学生今后的科研打下了良好的创新基础，也就是说实验教学对学生创新力的培养体现在学生完成实验后能否从繁复的数据和精密的调节中跳脱出来，在对实验方法和实验技术的认知上有所改进和提升。

2 教学方法

实验教学对学生在实践中的执行力和创新力的培养作用，体现在实验教学过程中就是要求学生既能“扎下去”将笼统的实验目标逐步深入地拆解成可操作的具体实验步骤，又能“跳出来”在整体目标、技术手段和实验方法上提升对实验的认知水平。如何让学生先“扎下去”后“跳出来”，需要在教学方法和教学程序上进行研究。我们目前的光电子技术实验课采用了设置预习课和讨论式教学两大特色教学方法。

预习课设置的独特之处是学生要到实验室来进行预习。在实验室，学生可以看到实验中所要用到的所有仪器和元件，并且可以在不通电的情况下进行简单操作。学生在实验台前的预习中能形象地认识到将要进行怎样的操作，可能会遇到什么样的困难，自己还有什么地方不明白。预习课上还有一个关键的环节，就是教师向学生进行提问。提问的目的并不仅仅是要求学生通过预习给出正确答案，更是要通过问题来引导学生在实验中一步一步“扎下去”，通过问题引导学生自觉地、有意识地将大的实验目标拆解成具体的实验步骤，从而达到提升实践执行力的目的。

在预习以及正式实验过程中，本课程均采用讨论式教学。学生在实验中遇到的任何问题都可以向教师提问，而讨论式教学并不仅仅是教师回答学生的问题，它的本质是教师要由学生的问题和实验进度了解他在实验中的思路和对实验的认知水平，并通过提问和讨论的方式激发起学生内在的学习和创新潜能。另外，我们要求学生在实验过程中记录原始数据，并在实验完成后和教师就实验结果进行讨论和分析。在整个教学过程中，教师最好不给学生结论性答案，将指导重点放在启发学生自主思考和提出问题上。

3 结束语

由学生对光电子技术实验课的教学评估和课后反馈来看，以上2项教学方式可以很好地帮助学生在实验中先“扎下去”后“跳出来”。学生普遍反应上完光电子技术实验课后，自己的动手能力和实验信心提高了、科研视野和科研思路拓宽了，更有相当部分学生认为光电子技术实验课的内容就好像是微型科研，让他们改变了对“做实验”的看法和态度。

实验教学在高校人才培养体系上有着非常重的分量，不仅要引导学生利用课上学到的实验知识和实验方法解决身边的问题，也要把课堂上讲授的理论知识和现实生活中应用的具体例子相结合［11］。但是实验课究竟能给学生什么样的知识、素养和技能，要通过什么样的实验内容和教学手段才能最大限度发挥实验课的作用，还需要进行更多深入的研究和探索。

（References）

［1］郭大勇，宣华，胡和平.转变实验课培养模式，推动实验室开放型教学［J］.清华大学教育研究，2004，25（5）：98－100.

［2］熊薇，鲍鸿.以学生为本 完善实践教学体系［J］.实验室研究与探索，2009，28（6）：243－246.

［3］叶佩青，刘莉，吴志军，等.综合性实践类课程教学改革探索［J］.实验技术与管理，2005，22（2）：22－24.

［4］尹仕，肖看，刘志强.大学生科技创新基地育人模式的探索［J］.实验技术与管理，2008，25（4）：28－31.

［5］王春明.浅谈执行力的建设与实践［J］.经济师，2011（2）：246－247.

［6］张桂菊，肖才远.基于学生创新能力培养的机械类实验教学研究［J］.科技创新导报，2012（5）：165－167.

［7］李震，朱昌平，范新南，等.“3＋1”教学模式与学生创新实践能力的培养［J］.实验技术与管理，2007，24（1）：128－130.

［8］王京生.实验教学改革的探讨与创新［J］.科技创新导报，2010（14）：171.

［9］王海燕.高校实验室管理存在的问题和出路［J］.科技创新导报，2010（13）：212.

［10］杨宏伟.强化实践环节，促进研究性教学与素质教育相结合［J］.实验技术与管理，2007，24（1）：14－16.

［11］李金萍，陆玲，刘自强，等.数字图像处理课程实验教学改革探索［J］.科技视界，2012（7）：23－24.