电类课程研究型教学模式与学生创新能力培养研究

2014-04-10张冬至刘润华任旭虎郝宁眉

实验技术与管理 2014年3期

张冬至，刘润华，王平, 任旭虎, 郝宁眉

(中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院，山东青岛 266580)

电类课程是国内外理工科专业的基础课程，包括电工电子学、电路分析、模拟电子技术、数字电子技术等在各高校电类及非电类专业均有开设。长期以来，电类课程的教学采用“书本+课堂教学+考试”的灌输式应试教育方式，课堂教学只注重结果而不注重学习过程的评价。无论是课堂教学，还是课程作业、实验报告及期末考试，对学习的考核只关注结果，学生自主学习和创新探究兴趣不高[1-2]。近年来电类课程教学改革正朝素质教育与创新教育的目标迈进。我校的电类课程逐步完成了模块化的课程体系改革，在教材建设、实验教学改革和教师教学水平等诸方面，取得了较好的成果[3-6]。但是由于传统教学模式和应试教育的束缚根深蒂固，在教育理念与教学模式上缺乏对学生科学思维的训练和学术探究热情的激发，致使学生知识面狭窄、综合素质和适应性不强，难以适应当前培养高素质创新型人才的教育目标。随着信息技术的迅猛发展，教学中对电类课程的要求越来越高，如何更好地调动学生的兴趣、扩展学生的知识面、激发学生探究知识的潜能和动力、提高实践应用能力、提高课堂学习效率等，已经成为摆在我们面前迫切需要改革的课题[7-10]。

教育部对当前的高等教育与人才培养模式改革非常重视，培养时代需要的高素质创新型人才已经成为全国高等教育的一项重要的战略任务。在2012年教育部颁布的“关于全面提高高等教育质量的若干意见”中指出：“ 创新教育教学方法，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，注重学习过程考查和学生能力评价”，“支持本科生参与科研活动，早进课题、早进实验室、早进团队。改革考试方法，注重学习过程考查和学生能力评价”。这一指导性文件，把改革培养模式和教学方法、培养大学生的创新能力放在了重要位置。研究型教学作为一种崭新的教学理念，它注重学生知识、能力和素质的全面发展，注重在以探索和研究为基础的教学过程中培养学生的研究能力与创新能力，重在培养学生的研究型思维和对学术规范的掌握，同时强调对学生个性化的尊重，注重学生的自由发展[11-13]。基于此，本文以研究型教学为导向对电类基础课从教学方法、教学手段、创新实践教学、多元化考核体系上进行改革和创新，着力解决人才培养和教育教学中的突出问题，努力构建研究型教学新模式，有效推进自主探究式学习，对于提高学生的学习兴趣、探究思维能力和创新型实践能力具有重要的意义。同时，通过电类课程教学模式改革的示范和辐射作用，对于其他课程的研究型教学和创新人才的培养具有很好的推动作用。

1 以学生为主体建构研究型教学方法

1.1 课堂教学采用“理论课+习题课+讨论课”的组织形式，推进实施研究型教学

课堂教学是学生学习的主战场，单一的课堂教学模式已不适应当前创新人才的培养。我们在研究型课堂教学模式中采用 “理论课+习题课+讨论或专题研讨课”的组织形式，推进研究型教学。理论课负责讲授电类元件特性、基本概念和基本分析方法，授课内容联系工程实际，体现少、精、宽、新的特点，充分利用黑板推导、实物演示、现场仿真、现场实验、Flash动画和视频录像等多种教学手段，有效地提高授课质量；习题课负责复习和巩固大课讲授的内容，采用分析型和综合型练习相结合，提高学生对问题的分析能力和工程设计意识；讨论或专题研讨课将若干电学领域中的重要知识点和生活中经常遇到的电现象用电学理论的分析方法进行分析和讨论，鼓励教师将科研过程中遇到的相关问题加以提炼，建立合理的电路模型，在课堂中组织学生进行讨论，用学过的电路原理的基本概念和方法加以解释，让学生了解所学基本理论的典型应用领域及最新科技前沿。多样化的课堂教学模式不仅可达到启发创新性思维的目的，而且可提升研究型教学的内涵。

1.2 课堂教学以学生为主体，实行融启发性、互动性、参与性于一体的教学方法

当前的电类基础课教学大多仍依赖于“满堂灌”的灌输式教学模式，以教师主动讲授，学生被动接受为主要特征，在教学过程中教师“满堂灌”的主导性地位尤为突出，而学生的主体性地位却被习惯性忽略。在这样的传统教学模式下，理论学习与实践应用脱节，学生发现问题和分析问题的能力不足，学生的参与性和互动性不够，教学效果往往很不理想，已远不能满足创新型人才培养的需要。倡导课堂教学以学生为主体，采用启发性、互动性、参与性等多种形式引导学生独立思考，培养学生由发现问题进而分析并归纳总结规律的探究式思维能力。在教学中尽量避免平铺直叙去介绍教学内容，而是通过提出问题、创设问题情境、提出假设，从探究式角度引导学生去思考、评价、验证与总结。例如讲解戴维南定理，可通过例题或作业习题采用电路等效变换的角度启发学生，将一个含源网络变换为一个电压源和电阻串联组合的形式，引导学生总结规律并得到戴维南定理的内容。

在教学中体现知识点被发现的过程，实施多引导、多讨论、互动参与的教学方式，可为学生营造一种良好的探究式思维训练的氛围。理论联系实际，应用现实实例印证、巩固和扩展所学到的基础知识，培养学生对所学知识的应用意识和潜在的思维创新能力。例如由平衡电桥学习引导学生利用电桥法实现电阻的测量、由串联谐振引入收音机的调频选台等，这样不仅可加深学生对基本概念的理解和基本分析方法的掌握，而且使学生产生强烈的求知欲，锻炼学生的研究型思维能力和学术视野。

1.3 设置仿真型作业和设计型作业，激发学生自主学习兴趣，加强开放思维训练

课程作业是培养和考察学生创新能力的重要环节，在研究型教学模式中我们采用多元化作业形式，注重实践性、设计性和开放性。课程作业设置计算分析型作业、仿真型作业和设计型作业等类型。其中，计算分析型作业主要通过精选的习题使得学生熟练掌握电学基本概念和分析方法；仿真型作业要求使用Multisim、Matlab、EDA、Protues等计算机软件对电类课程理论进行仿真分析，譬如文氏电桥、串联谐振、动态电路、运算放大器等内容设置自主仿真作业，一方面解决了学时少与教学内容多之间的矛盾，另一方面让学生掌握电路仿真软件，为课外科技活动和后续课程教学奠定良好基础；设计型作业培养学生的自主创新意识，如简单的LC滤波网络设计，由文化电桥构成的正弦波发生器设计、占空比可调的方波发生器设计等，引导学生灵活运用课堂所学知识，提高学生的学习兴趣，加强开放思维训练，并拓展其学术视野。加强对仿真型作业和设计型作业的考核，学生会主动为之投入大量的时间和精力，非常有利于激发学生的自主学习兴趣与学生创新能力的培养。

1.4 采用项目导向教学方法，构建开放学习环节，激发学生求知欲及创新精神

针对当前“教师讲，学生听”的被动教学模式，采用“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”的教学方法，将转变学生的消极学习方式，构建开放的学习环节，创造学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。根据教学目标将学习过程分解为以具体项目为导向的教学方案进行实施，项目的设计要有一定的综合性、可实现性以及实物性，即学生通过自己的努力最终完成有一定实际价值或功能的作品。例如测量放大器的设计、声控照明电路设计、恒温控制器的设计、油罐液位测量电路的设计、抢答记分电路设计等。项目根据其难易程度分成基础型项目和开放型项目。基础型项目包含每章大纲所要求的基础内容，需由学生各自独立完成，从而保障学生掌握扎实的理论基础。开放型项目由学生自主协作完成，每3～5名学生组成一个学习小组，各小组的题目不重复，以抽签的形式决定各组的题目，自主查找资料确定设计方案交教师审核，包括完整的电路图，设计计算，仿真结果和元器件清单等。审核通过后实施项目，到实验室在万能板上完成电路焊接和调试。项目完成后，以班级为单位自主组织答辩和项目评价，答辩小组由班长、课代表、学生代表等5～6人组成。各学习小组将项目实施情况制作PPT进行汇报，然后由答辩评委根据设计报告、仿真与实验结果、作品展示、口头讲述、回答提问等进行评分。

在电类基础课教学中采用项目导向教学方法，教师由主导变为引导，学生由被动学习变为自主学习，不仅可激发学生的学习兴趣和动力，而且可培养学生实事求是、严谨求实的工作作风。学生在项目完成的过程中，通过自主学习、方案设计、体验感悟、实践操作、自主评价等活动获得知识和技能，以小组合作的方式进行研究型学习活动，在不断解决实际问题中大大提高他们的学习能力、工程实践以及团结协作能力，这些正是现有教学模式下学生所欠缺的。

2 全方位多层次建构实践教学新模式

实践教学是工程型创新人才培养的重要途径。目前实践教学基本上都依据专业教学计划来组织教学工作，实践方式大多采用教师先讲，学生按照教师的布置或者指导书上的步骤，按部就班，完成实践操作。学生虽然参与了实践教学活动，但实质上是处于被动接受的状态，其学习的主动性、积极性受到一定的限制。在这种模式下，虽然也强调实践能力的培养，但这种能力是被当作技能并以“知识”的形式加以传授，从而导致学生缺乏“创造性”应用能力的培养。针对这种现状，我们探索了一种全方位多层次的实践环节教学模式，打破了传统实验模式在时、空、资源和内容上的限制，实现了自主研究、开放型的实验教学新模式。

(1) 实施多元化实验教学模式探索。在传统验证性实验的基础上，设置开放性、设计性与综合性实验。验证性实验是依据教学大纲要求进行预先设计的低层次性实验，适用于基础训练阶段，但不利于学生创新能力的培养。实验的开放性体现在实验选题相对开放、实验室在时间和仪器上开放、实验人员的组合开放；设计性体现在实验的内容由学生自主设计、独立完成实验，如要求学生应用运算放大器的相关知识，独立设计用于求解动态电路的模拟计算电路和各元件的参数，并独立完成实验；综合性体现在一个实验的内容可以覆盖电路原理的多个知识点，可以采取实物实验、虚拟仪器和计算机仿真相结合的综合方法，要求学生根据确定的选题编写实验指导书，最终完成该实验并写出实验报告。多元化实验教学模式可有效训练学生的科研能力，激发学生的研究兴趣。

(2) 现场实验和仿真实验相结合。随着计算机的普及和电子设计开发工具的不断发展，将Multisim、Matlab、EDA、Protues、VHDL、Verilog等各种实用的仿真软件及开发工具引入实践教学。学生在宿舍、机房等地均可利用计算机仿真软件开展仿真实验，将仿真实验与现场实验相结合，适应现代研究型教学的发展要求。

(3) 实验教学由封闭型向开放型转化。实验室自制一些简易的通用实验设备或实验箱，发放给学生自主管理，让他们在相当大的范围内选择完成实验的时间和地点,自主开展实验。采用实验室内外相结合的开放模式，将实验课由封闭型向开放型转化，既增加了学生的动手机会、提高了学生学习的积极性，又减轻了实验室紧张的状况，拓展研究型教学的内涵。

(4) 实施“因材施教”的个性化培养模式。引导并组织具有电子设计特长的学生参加大学生电子设计大赛、机器人竞赛、飞思卡尔智能车竞赛、大学生创新训练实验、“挑战杯”科技创新活动，根据学生的兴趣实施因材施教，让学生得到更多更广泛的实验机会，培养高素质的创新型拔尖人才。积极引导大学生参与竞赛项目及教师科研项目，锻炼工程实践能力并积累实践创新经验，将学到的知识转化为科研创新能力。

3 建立多元科学有效的考核评价体系

科学有效的考核形式与评价体系是激励学生进行研究型学习的指挥棒。传统的考核方式主要考核学生的理论知识，一般通过期末闭卷考试对学生进行考核，忽视了对学生实践创新能力的考核。在研究型教学模式中，我们采用全方位多元化的考核方法，引导学生自主学习和探究式学习，克服死记硬背、考前突击的弊端，注重研究能力和创新能力的考核。在评价考核体系上，我们采用考核成绩由平时考核成绩、仿真与设计作业成绩、实践与项目考核成绩、期末考试成绩组成。平时考核包括平时作业，小测验、课堂讨论课表现等，占总成绩的15%；设置仿真与设计作业，有利于拓展课堂知识、培养学生自学能力，占总成绩的10%；实践与项目考核包括对设计题目的方案论证、设计报告、实践制作、口头讲述与答辩等，占总成绩的25%，如在设计竞赛或创新实验环节表现突出，给予酌情加分。期末考试环节以考查设计能力和综合分析能力为考试重点，减少选择题、填空题和判断题等传统应试题型，采用必做题、选做题、设计分析题、开放拓展题等模块加强创新能力考核，占总成绩的50%。为避免学生硬背公式和应付考试，可采用半开卷方式，即允许学生用一张A4纸记录备考内容带入考场，此举更具有人性化，有助于学生对知识的理解而非死记。采用过程考核、项目考核与期末考试相结合的综合评价模式替代期末考试一锤定音模式，可以多方位、多角度地对学生的知识水平、实践能力和创新能力进行科学有效的评价。

4 结束语

近年来，我们在电类课程的模块化课程体系改革的基础上，对研究型教学模式进行了有益探索与实践，取得一定的成效。目前，围绕电类课程，我们已形成一支结构合理、开拓创新的国家级教学团队，已建成1门国家级精品课“电工电子学”，2门省级精品课“电子技术基础”与“电路分析”。通过电类课程研究型教学模式改革的示范和辐射作用，对于其他课程的研究型教学和创新人才的培养具有很好的推动作用。

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