差异晋级式实验教学模式探索与实践

余桂兰， 左敬龙

(广东石油化工学院 计算机与电子信息学院， 广东 茂名　525000)



差异晋级式实验教学模式探索与实践

余桂兰， 左敬龙

(广东石油化工学院 计算机与电子信息学院， 广东 茂名525000)

针对传统实验教学模式不能根据个体能力因材施教、缺乏激励的问题，提出差异晋级式实验教学模式:按知识点差异化课程教学内容、按学生层次差异化实验教学手段、按学习进展提供级别晋级机制，并实现动手能力强的学生指导其他学生，引发学生自主激励的学习新风气，保证学生创新能力的培养效果。

实验教学； 差异化教学； 晋级机制

教育部卓越工程师教育培养计划旨在培养一大批创新能力强、适应社会发展的高素质工程技术人才，该计划将创新能力培养提到了更深的层次，尤其对于信息类本科专业而言，培养具有实践创新能力的应用型人才是信息类本科专业培养的重要方向[1-5]。近年来，定位于应用型本科院校的普通高校在实践、实训、课堂教学上进行了许多卓有成效的改革与实践，特别是在创新能力培养方面进行了许多有益的尝试[6-8]，但是学生个体的兴趣爱好和潜在能力的差异，限制了常规设计性、综合性实验知识层次的深化，实验效果并不明显，研究性实验更是难以开展。

1　本科专业实验教学存在的问题

1.1实验课题固定单一

在实验设备够用的情况下，当前大部分课程的实验教学仍然采用统一安排的常规实验教学手段。为了兼顾绝大部分学生能够完成实验，在设置实验课题时，通常按照中等层次学生能力来设置实验内容，且要求比较固定单一。这样的内容安排，基础较差的学生完成实验会比较困难，且容易放弃，而基础较强的学生完成实验又觉得太过容易，逐渐失去兴趣，对学生的主动创新的激励较小。学生个体的能力差异与固定的实验教学内容形成了矛盾。

1.2实验方式手段单一

在应用型本科院校教学中，不仅要让学生掌握基本的知识点，而且还需要大力培养学生的创新能力，以便学生能够在毕业时获得较强的就业竞争力。实验教学和课堂教学采用的教学方式手段对学生创新能力的培养质量提升有很大的影响。

当前，普通应用型本科院校的单片机课程采用的实验仪器设备往往是两类，一类是以硬件实验箱为主，另一类是以软件仿真为主。前者主要是采用高度集成的单片机实验箱，有专门的实验指导书，只需要通过简单的导线连接来完成实验，实验时间主要花费在导线的连接和检查导线连接的可靠性上，实验编程比较简单。后者则通常是采用Protues、Keil[9]等仿真软件来实现，实验内容要求由教师给定，学生自主完成电路的设计和编程。由于学生受到前导课程相关基础知识的影响，个体能力差异较大。为了保证实验对象的覆盖面，要么实验内容极其简单，仿真实验电路由学生自行设计；要么实验内容稍难，实验电路由教师给出。

这两类分别以硬件实验箱和软件仿真的实验形式,均只能按照固有的实验方案来操作。限于学生能力层次的原因，在不提供差异化实验内容的前提下，实验内容会陷入单一和简单的困境，学生没有经历主动设计和思考的训练，对学生创新能力的提升极其有限。

此外，无论是硬件实验箱实验，还是软件仿真实验，实验总是受限于已经既定的硬件电路设计，学生不能自主更改电路设计，开发创意受到遏制，思路受限。同时，内容要求相同、监管手段缺失的实验也是导致高校实验抄袭现象的主要原因。

1.3教学内容与社会需求脱节

学生对课程的专注程度往往取决于兴趣爱好或对课程应用前景的期待，类似单片机这样的实践性较强的专业课程，学生一般都会有较大的动力去学习，但由于实验内容和实验手段的单一雷同，往往会无形中打击学生的学习积极性，逐步消磨学生的学习兴趣。

教师为了保证理论课程授课知识的完整性和系统性，过于强调教学知识点的全面覆盖，大部分授课方式还是以讲述知识点为主，授课用例很少涉及知识点的实际应用，与当前社会需求的热点技术没有联系，使得学生看不到应用前景。作为理论课程的实践环节，在实验手段和实验内容受限的情况下，课程的实验内容不可避免地千篇一律，学生不能自由发挥，也不能自由扩展，兴趣尽失。应用实践类课程由于源于一种专门的应用场景，关注的是某一种专门技术，如果应用和技术脱离了实际需求，全凭学生“自由想象”，学生在这种情况下学习专业类课程，其困难程度远远大于基础课程。随着时间的推移，一部分学生将因为投入的精力和自身能力的差异出现学习困难的现象。阻力越大，动力越小，失去激励作用的课堂教学和实验教学将无法全面培养具有较强实践创新能力的学生。

2　实验教学差异化晋级机制思考与探索

2.1差异化实验内容配合课程知识

实验是课程授课环节课时较少但作用大的重要教学环节，实验内容的安排力求与课程授课进度相匹配，并能综合考查学生的理论知识。根据学校教学规范，含有实验环节的课程，一般需要在课程教学大纲中明确实验内容的安排，教师在设计制定教学大纲中的实验内容时只能依赖于学生应当具有何种能力、需要考查何种知识点来进行设计,因此正式讲授时，一般也就按既定的实验内容落实实验环节。

专业课、专业基础课一般是安排在第3学期以后，在前导课程的学习中，由于个体兴趣方向和基础知识的掌握情况等各种原因，学生对新的专业课或专业基础课的了解掌握程度有较大的差异。比如在学习单片机课程时，有的学生已经预先了解了单片机芯片的基本情况、运作原理，并已经开始尝试进行单片机相关软件的开发，而有的学生则对单片机技术完全没有概念。在这种情况下，常规的教学方法、固定的实验内容使得一部分学生认为进度太慢、知识太浅，而另外一部分学生却认为进度太快、很难理解，出现两极分化的现象，这必然给基础较好的学生和基础较差的学生的学习积极性带来打击，影响课堂授课质量。

可以考虑将多个知识点融合在一个实验任务中，将最基本的任务要求作为起步验收条件，使得基础稍差的学生能够完成常规的实验要求，在此基础上，将近期要讲授的知识点融合在实验任务中，供学有余力的学生去完成，既能促使学生提前掌握新知识，激发学生主动学习意识，又可以拉开差距，激发学生进取心。

2.2灵活配备实验仪器设备，强化实验内容模块化

用常规单片机实验箱做实验，为了兼顾实验的覆盖面和实验箱的整体性，学生一般只能做简单的线路连接式验证型实验，很明显无法调动学生的积极性，也不能根据学生的个体差异进行针对性实验；而基于Protues的仿真性实验机动性较好，但难度稍大的实验模块需要全程由学生自行设计，实现效果各异，而不同个体能力的学生在内容要求相似的情况下容易相互照搬参考，同样不能适应不同个体能力学生的需求，也很难调动学生的积极性。此外，仿真性实验无硬件设备，无法在感官上帮助学生理解，对动手能力的提升成效极低，非常不利于实验质量的改善。

常规固定式验证性实验由于学生个体能力的差异，一方面会导致两个极端情况，学生的学习积极性下降，另一方面也极易造成抄袭作弊的现象。其原因在于固定式验证性实验的难度不偏不倚，对于能力较强的学生而言，完成实验不需要过多思考，完成实验的时间很短，容易使他们的实验情况被其他学生模仿参考；而由于时间短，学生在参考时交互太少，导致基础较差的学生只能简单抄袭而不知其所以然。随着课程内容的推进，抄袭现象愈发恶劣，分化严重。对于固定式综合性、设计性实验，也有类似的情况。

可以考虑由教师设计扩展性较强的最小系统板，并安排不同的学生完成不同的功能模块，使学生个体可以独立更新模块，获得成就感，激发主动性。同时，教师在前期应设立一套能够合理检测学生模块的功能实现装置。动手能力强的学生设计模块进行实验，能力稍弱的学生采用现成的模块进行实验。通过强弱帮带效应，学生个体之间形成合作关系，培养团队合作意识。

2.3实施层次晋级机制

对实验项目、实践训练层次设置显式的级别概念，随着课程的演进和学生对课程知识的实际掌握情况，建立层次晋级机制。也就是说，不仅仅针对能力较强的学生设定更高、更难级别的训练层次，激励其追求更高级别的上进意志，也鼓励能力较弱的学生发挥主观能动性，积极向自己挑战，掌握更多的知识。这种层次晋级机制借鉴游戏中的等级概念，能在潜意识中督促上进，以达到学生自主学习、相互激励的目的。

教师在开始一门课程的讲授时，事先确定好一套实验任务完成的验收标准，明确不同层次级别的定位要求和评价标准，引导学生根据自己的实际情况选择和定位。随着时间的推移，鼓励学生完成更深层次的实验任务，并设定一定的鼓励机制，让学生增强信心，挑战自我。

由于不同个体的学生心理接受能力不一样，教师在执行层次式的实验任务和晋级机制时要留意晋级机制给学生的心灵激励效果，防止学生出现逃避心理，更要防止学生因晋级产生的逆反心理。

2.4实现多级别项目实训联动

传统课程教学往往基于学科体系式的教材知识结构来进行知识点讲授，并辅以实验指导、课程设计环节来加强，但是由于信息技术的不断进步，教材内容无法按照实际技术进展实时更新，其操作的指导性不强。即便是教师将项目需求带入课堂教学，由于体系结构的限制，学生在学习前期无能力切入、后期无时间切入，仍然是实践与理论脱节，阻碍了学生学习的兴趣，无法有效拓展学生创新实践能力。

在实践多级别项目联动时，应充分考虑学生个体可以给科研项目实际带来的奉献，不再拘泥于固定实验内容的要求，鼓励学生带着实际科研项目的模块功能要求，自由发挥。同样的，学生的实际完成情况也不要拘泥于是否对实际科研项目带来实际帮助，科研项目的引入只是激励学生参与实践的动力，而非目的。可以通过多种不同级别的项目实训进行联动，充分发掘学生个体的创新能力，以学生表现出的创新能力的程度作为考核学生完成实验任务的检验标准，实现务实的学生创新能力培养。

3　实践差异化晋级机制，培养个体创新能力

3.1差异化实验内容配合课程知识

通过设置差异化[10-13]实验内容，形成一套难度相异的实验方案，满足各种层次的学生需求，并在实验指导中有针对性地完成实验指导，使得实验内容能够匹配学生个体能力，尤其是减弱基础较差的学生的学习压力，提高基础较强的学生对课程的新奇心，为后继实践能力训练做好铺垫。

以单片机课程为例，首先对学生的硬件基础、软件基础进行调研，掌握学生的基础能力情况。然后配合课程知识，设置针对不同层次学生的差异化实验内容。最后，按能力情况将学生分为3个群组，分别配备不同级别的实验仪器设备，并安排对应级别的实验内容。随着教学进程的推进，每一个实验模块可重新进行一次学生群组的划分，允许优秀学生进入高一层次实验群组，促进和提升学生的积极性。

3.2配备差异化实验仪器设备

改革初期，可由教师拟定几套难度各异的系统板设计方案，通过分组的形式，让学生自行采购元器件，进行简单的设计和焊接，给学生动手机会，培养学生能力，并最终能够形成多种功能配置不一样的单片机开发板。上一级学生的训练开发板还可以作为下一级学生实验的实验板。有软件仿真形式、有普通开发板形式、有自行设计焊接的开发板形式，形成了多种不同层次的实验方式和实验手段。

通过配备差异化的实验仪器设备，可以解决不同层次学生对实验内容的不同要求，可以极大地调动学生的积极性，避免了内容单一的问题。同时，改造后的仪器设备具有方便的扩展特性，使得学生可以自主为仪器设备扩展功能，在动手能力、创新能力方面给学生最大的启迪。对仪器设备的改造主要以添加功能模块为主，引导学生在常规验证型实验的基础上进行硬件设计。不同层次的群体面对的实验仪器复杂度不同，他们可以根据自身的情况进行设备改造，并对改造的情况形成简要文档，在同等群组中形成细分差异，促进和提升学生的进取心和创新意识。

3.3多层次实践训练环节

通过设置差异化的实验内容、多层次的实践训练项目，使得较易项目蕴含于较难项目中，为其一部分，即便强弱两级学生存在“参考”现象，也因内容的差异化，使得“参考”现象本身就是一个知识的传授与转移，即由能力较强的学生指导能力较弱的学生，形成学导机制。由于是一对一的指导，指导效果明显强于常规教学方法，形成了强弱帮带效应。

不同群组面向的仪器复杂度不同，但通过交互，有助于低层次群组获得更多的创新灵感，同时也给高层次群组带来更多的设计细节考虑。通过不同群组的多层次实践训练环节，形成的强弱帮带效应对学生的自主创新和相互协助带来了良好的动力。

3.4实施层次晋级机制

在层次晋级中，激励学生自主提升个体能力，对学生心理进行调研，了解层次晋级机制在学生的心理、人格层面上的影响，并结合不同层面的实验情况进行综合分析。教师可因此获得下一次改革的直接参考依据，对教学方法的改革研究也颇有裨益。

3.5多级别项目实训联动

通过差异化的实验内容设置、多层次的实践训练项目，实现个体创新能力最大化培养。将实际项目按照课程进度分解出不同级别、不同深度的项目实训，既确保实训项目按照教材大纲覆盖基本的课程内容要求，又将实际应用技术引入高级别项目实训。这种低至基本课程要求、高至实际应用技术的全覆盖设置，可充分满足专业各类层次的学生训练，确保每个学生个体均可在个人能力范围内得到最大限度的能力培养。

4　结语

实验教学效果与学生创新能力的培养有直接关联。通过细分学生个体能力，实现教学内容与实践训练相配合、实践内容与学生能力相匹配，按照学生能力与兴趣实施多层次实践训练，培养学生个体创新能力。按照差异化内容的设置，提供或设计不同层次级别的仪器设备给学生，允许学生根据需要进行自主的设备改造，同时辅以层次晋级机制，激励学生主动进行实践训练，达到学生提升个体创新能力的培养目的，提升就业竞争力。

References)

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Research and practice of experimental teaching mode based on differences and promotion

Yu Guilan, Zuo Jinglong

(College of Computer and Electronic Information, Guangdong Institute of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

In order to solve those problems which are that the traditional experimental teaching mode can’t be individualized according to the individual ability and lack of motivation, a new mode of differences and promotion is proposed. This paper proposes the following several measures: ① Teaching content is divided in accordance with the knowledge point difference; ② Experimental teaching methods should be divided according to students’ level difference; ③ A mechanism should be provided to carry out in accordance with the level of promotion of academic progress; ④ A new atmosphere of high manipulative ability should be formed to help others and students self-enhancement; and ⑤The cultivation effect of innovation ability of students can be ensured.

experimental teaching； differences teaching； promotion mechanism

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.050

2015- 06- 10修改日期：2015- 07- 16

2013广东省高教改革项目 (2013287)；2012广东省高教改革项目(2012258)；2012广东省高教实验室管理委员会基金项目 (GDJ2012070)

余桂兰(1975—)，女，广东饶平，硕士，高级实验师，研究方向为无线网络、智能计算、实验室改革与管理

E-mail：yugl660@qq.com

G642.0

B

1002-4956(2016)1- 0191- 04

左敬龙(1975—)，男，湖北广水，硕士，副教授，电信学院副院长，研究方向为物联网技术、虚拟机迁移策略、高等教育管理．