工科基础实验课程“递进式”教学模式的设计与实施

吴霞

摘要：从学生学情分析出发，以“电工电子实验”课程为案例，依据本科专业培养目标以及能力要求，反思实验课程出现的问题，将解决问题纳入课程的教学目标，从顶层开始对实验课程进行教学设计，重新布局，凝练教学内容，创设教学情境，运用网络媒体，改革课程教学方法与评价模式。形成能够促进全体学生达成课程教学目标，提升学生创新思维能力的“递进式”教学模式。

关键词：电工电子实验；教学目标；教学设计；递进式

高校工科基础实验课程是工科人才培养的重要组成部分，实验教学成败的关键在于能否有效地培养学生创造思维和行为能力，掌握创造活动的方法和规则。按照工程教育专业认证标准对工科人才提出的毕业要求，高校毕业生应具有沟通能力、合作能力、专业知识技能、终身学习能力及健全的世界观和责任感等。这些能力指标需要用一系列课程支撑，且每一類课程都应该对应毕业要求去设计课程目标。只有每一类课程的目标达成了，工程教育培养本科人才的目标才能达成。

依据工程教育指导思想，反思我校工科基础实验课的教学，存在以下几个问题：（1）学生独立学习能力没有得到有效激发，实验能力相对较弱。由于长期受应试教育影响，学生习惯于机械式学习，其学习习惯、能力没有得到很好地培养。（2）学生缺乏知识的集成能力，综合应用能力较弱。在实验教学内容设计上，缺少对学生大型综合实验项目的训练。学生对知识点的掌握常常处于碎片化状态，缺乏交叉知识的融合能力，学生完成单一的实验项目较容易，当开展综合项目研究时就会一筹莫展。（3）学生缺乏质疑能力。人人都有创新潜能，但这需要特殊的关注和培养。在实践教学活动中，缺乏培养学生批判性思维能力的情境设计。（4）部分学生以应付考试为学习目标。由于评价学生课业成绩以期末结果性考试为主，缺少对学生学习过程的评价，没有充分调动考试对学生学习的激励作用。

分析上述情况，学生在学习过程中出现的问题，是由于原有的实验教学设计不合理造成的。为此，改革课程的教学设计就显得尤为重要。我们在教学活动中设计了由浅入深、循序渐进的“递进式”教学模式培养学生综合能力，使实验教学改革落到实处，真正能够促进学生发展。以下是对我校“电工电子实验”课程“递进式”教学模式的改革与实践。

一、“递进式”教学模式设计的背景

1.学情分析

“电工电子实验”课程是我校面向所有工科专业学生开设的一门独立设置的校级公共基础实验课程，设为3个学分，每年约有1000余名本科生直接受益。从2012年开始，我校相继有安全工程、电子科学与技术、电子信息工程、测控技术与仪器四个专业通过了工程教育专业认证。目前有自动化专业、通信工程等专业正在申请受理。

随着时代发展，不同年代大学生的学习需要、学习行为、学习风格已经发生了重大变化。客观地分析学生认知特点、已有的能力状况和存在的学习问题，将对课程教学设计产生重要影响。为了充分了解学生的思维规律、知识表征等特点和学习程度，有的放矢地进行教学，以适应学生的多样性与变化性，2012年秋季，在课程改革初始，我们针对4个学院、5个不同专业的小班发放了200份调查问卷，收回有效问卷178份。其统计结果见表1、表2、表3。

从学生学情分析，3个表格统计结果表明：表1中，多数学生认为自己的电路综合能力即知识集成能力较弱，表明在课程教学设计层面上应该重点加强这方面的实训；表2中，学生认为影响实践能力因素依次是学生主体作用、实践兴趣、课程教学活动组织方式、课程内容、课业评价形式、同伴合作、实验设备的先进性、教材选用等；表3中，反映了学生喜欢选择哪种期末考试模式。从调查数据结果分析以及与学生面对面的访谈，多数学生认为大学的课业成绩评价应该是真实地反映学生的各项能力，而不仅是对知识掌握程度的考核。

2.课程教学目标

教学目标是教学活动的出发点和归宿。它指教学活动主体事先确定的在具体教学活动中所要达到的教学结果和标准。它规定了当教学活动结束时，学生在教师指导下所取得的变化。“电工电子实验”课是工科学生进入专业技术课程领域学习的第一门实验基础类课程，是基础课与专业课的搭桥课，是培养学生分析问题、形成逻辑思维方法、掌握工程基本技能的重要阶段。依据工程教育专业认证工科专业培养目标，表4矩阵中列出了我校“电工电子实验”课对测控技术与仪器专业学生毕业要求能力的支持度矩阵表。

为此，结合学校办学定位、工科专业人才培养方案、基础实验课对毕业要求能力支持度、学生存在的问题以及学情分析，我们设定“电工电子实验”课教学目标是通过本课程的实践，加强对学生实践技能训练，培养学生独立的工程实践应用能力；要求学生运用电路相关理论，进行电路设计及实践并撰写科技小论文；加强学生团队合作精神培养，要求具有实事求是的科学态度和具有质疑性、创新性的思维能力。

二、“电工电子实验”课程的教学设计

1.教学理念

著名教育家泰勒撰写的《课程与教学的基本原理》一书强调，制订任何课程及教学计划都必须回答的问题，即（1）力求达到何种教育目标？（2）要为学生提供怎样的教育经验才能达到这些教育目标？（3）如何有效组织这些教育经验？（4）如何才能确定这些教育目标正在得以实现？

围绕课程教学目标，本着解决前面所述学生学习存在的问题，我们构建了“递进式”的教学模式。从项层开始对实验课进行教学环节和路径设计，凝练教学内容，创设教学情境，恰当运用网络媒体，改革课程教学方法与评价模式，落实“以学生为中心”的理念，培养学生创新思维能力，旨在面向全体学生实现课程教学目标的达成。

工程教育专业认证的标准是面向专业的全体学生，即每一位学生。这就要求我们在教学设计环节中，对提高所有学生的工程应用能力的教学环节格外重视。

2.教学活动的具体实施

我们将教学活动进行内容选择与顺序安排，建立“递进式”实践教学体系（见表5）。教学设计将整个课程分成三个阶段完成，即：基础阶段通过验证性实验培养学生的独立学习能力；提高阶段通过设计、综合性实验培养学生综合应用能力；创新阶段通过项目的申请过程以及研发，培养学生创新思维能力。整个教学设计过程由简单到复杂，每个阶段环环相扣，学生能力“递进式”提高。

在设计课程实践活动中，着重设计学生怎样去解决实际电路的问题，而且也能获得如何解决问题的指导。就传统教学而言，在学习交互方面，缺少对整个学习过程的监控、指导与帮助，学生只能在课堂上面对面与教师交流，师生几乎没有课外互动。这种现实要求必须提出一种新颖的教学设计，使学生在不便和教师建立联系时也能获得学习支持，从而促进学生的课外学习活动。在课程初期，增加了导学课程，建立知识传递的导航图，强调课程独立学习的重要性，阐述课程教学目标并布置实验任务及课程教学计划。教师就如何开展“递进式”教学，演示学习活动及互动方式，课程学习方法、课程学习资源如网络BB平台等做了详细的介绍，让全体学生参与课程学习中。在“互联网+”时代大环境下，教师在导学课就与学生建立了班级微信群，教师可用微信语音答疑解惑，学生还可以实时发布小视频与教师交流，完全解决了师生课外进行教学互动的时域难题。

在基础阶段，开展以验证性实验项目为主的学生独立学习的教学模式。学生可进入微信公众号，用手机扫描二维码观看微课视频，在课外利用碎片化时间进行课前的预习。进入实验室后，教师首先用小测验形式检测学生预习效果，并由学生现场互评，其成绩记为平时成绩。并鼓励一些对电路设计有兴趣的学生参加学校社团选拔，吸收到学校“求是电子学会”继续更深层次的培训。

在提高阶段，开展以设计性实验项目为主的小组合作式教学模式。教学活动以小组为单位，将教学班级分成5～6个小组，教师基于公平公正原则，采取“組内异质，组间同质”进行分组。在设计小组合作学习的任务时，尽量设计由小组成员共同完成和个人独立完成相结合的任务，并安排适度的竞争环节，让学生有意识地参加竞争，与社会现实联系在一起；对于问题探究式的实验项目，培养学生质疑性思维能力，开展翻转课堂的教学活动。实验教学中，有些实验结果会出现与学生掌握的理论课知识相悖的现象，需要教师引导学生发现问题并解决问题。通过翻转课堂的讨论，用恰当的实验方法消除误差，学生在实践的过程中探究并解决问题，提升了能力。并要求学生以建设者的角色，设计与拍摄实验微课视频，并进行小组之间的评比，以激发学生学习的兴趣；同时，加强综合性实验项目的实训强度。在教学活动中，提供多种较复杂的、需要学生运用多个知识点综合起来解决多层次的实验任务，系统地培养学生综合应用能力，使知识形成网络化。并且将教学活动从课内拓展到课外，学生可在课外完成电路仿真、焊接，在实验室开放时间进行电路调试。通过综合项目的训练，学生将所学的知识单元串接起来，锻炼了知识的融合能力。

在创新阶段，开展可持续发展的研究性学习。为部分课堂内“吃不饱”的学生提供拓展性项目化管理的学习内容。教师有针对性地对中等偏上的学生进行直接指导，指导学生进行各类项目申请，如校、省、国家级项目等，要求参加项目的学生必须公开发表1篇科技论文或申请1项专利，在此过程中培养学生创新能力。对于优秀的学生，在课程结束之后，鼓励他们向更高层次进军，诸如参加各类学科竞赛等。

3.建立实验课教学资源库

为了给学生创造丰富的学习平台，我们把传统以教科书为主的纸质资源向网络资源（网络BB平台、微课视频、网络云盘资料、微信群交流、微信公众号）及实验室硬件资源进行转变，如图1所示。在建设教学资源库过程中，重点建立了教学视频、微课视频以及学生课前预习提示库、电路仿真案例库、实验项目案例库，为学生独立学习提供良好的教学载体与资源。

4.评价与反馈

教师最主要的教学行为之一，就是按照预先设计的要求，对学生学习成果进行及时反馈与评价，真正发挥课程考试对学生的激励作用。通过采取双重的评价模式即过程性评价与期末结果性评价两者相结合，完成学生最后课业的评价，其课业考试的评价体系见图2。

过程性评价包括教学设计的各个教学活动环节，需合理分配每个环节的成绩比例。如学生在小组合作学习过程的贡献度、参与度等每个教学阶段均有评价指标点，评价学生学习成长轨迹，动态跟踪学生学习成果，此过程的评价占课程总成绩50%；期末结果性评价推出了三种考试方法，让学生根据自己的学习能力进行选择，此过程的评价占课业总成绩50%。

“电工电子实验”课经过4年多教学设计的改革与实践，笔者有几点深切的体会：第一，真实有效的教学设计必须设定合适可行的教学目标。要特别重视教学活动的设计，应该设计出师生问的交互活动和学生独立的学习活动实验情境。第二，教学活动是教师和学生共同构成的。在实施过程中，应该把每个学生作为教学设计与开发的主体，成为课程的建设者。第三，在课程教学设计的内容改革进程中，会占用学生很多课外时间，学生难免会抱怨，这就需要教师从心理上对学生进行正确引导，使每位学生成为教学改革最大受益者。第四，在“互联网+”时代，课程资源库的设计与开发要注重开放与共享。因为教学活动的受众已经不仅仅是高校师生，还包括更多的社会学习者。课程开放的覆盖面越大，受益人越多，课程就会建设得越好，形成良性循环。