“主题实验”教学模式的研究与实践

2018-03-30王幼林詹迪铌雷治林

实验室研究与探索 2018年6期

王幼林，詹迪铌，雷治林

(吉林大学通信工程学院，长春 130025)

0 引言

随着科技的进步与发展，创新型人才成为了推动社会发展的主体力量，社会对创新型人才的需求越来越迫切。面对这种发展新趋势，高校的实验教学方法与手段正在顺应潮流求新求变。在这方面，诸多高校都积极采取了改革措施，做出了具有特色的工作且卓有成效，在实验室开放具体操作上提出健全实验室开放的管理模式和运行机制的整改措施；“以学生为主体，以能力培养为核心”的实践教学理念，建立布局合理、配置优化、资源共享、层次多样、功能完备、高效开放的新型实验室体系；实现充分发挥实验室在实践教学方面的创新与服务的功能，从创新型实践教学过程形成、体系创立、平台建设等方面探讨工程实践教学的实效性；制定学生创新性实验计划，开展学生创新能力训练、创新性实验和发明创造活动，形成培养学生创新能力训练的更加有效的实验教学模式[1-6]。

1 电工电子技术实验教学改革概况

电工电子技术实验课是工科院校基础训练的重要课程之一，因此，几乎所有院校都开展了各具特色的教学改革与课程建设，而这方面国内几所著名的高校所做出的成绩具有典型的示范与启迪效应。清华大学开设针对模拟电子技术基础课程采用综合论文的方式培养学生实践创新能力，通过4个层次的课程教学使学生做到自主创新[7]。哈尔滨工业大学构建了实验教学由技术基础、科技创新、专业实验3个并列子平台组成的教学体系，提出“打通共建”“捆绑式”的多功能实验室建设理念，采取“分时”共享实验室优质资源的措施[8]。中国地质大学构建教学实验箱与“口袋”开发板相结合的实验教学体系，实施从易到难、从简单实验到综合复杂实验，使学生得以循序渐进地进行学习[9]。华中科技大学构建责、权、利统一的课外科技创新教育管理机制，制定循序渐进的课外科技创新教育培养方案，实施全方位的课外科技创新教育实践[10]。湖南大学对电工电子实验中心的教学模式进行全面的研究和探索，提出了5级递阶式教学模式的构想[11]。

相比较而言，我校经过多年的努力与积累也相应开展了电工电子技术的实验教学改革，“主题实验”实验教学模式是在通过不断的总结与完善的基础上提出的一个新理念。

2 基于“主题实验”的电工电子实验教学的创新模式

2.1 “主题实验”概念及创建初衷

传统单一化固定内容的实验教学模式，制约了学生实践能力和综合素质的提高[12]，而“主题实验”实验教学模式是以教学大纲为依据，针对某一个知识点的专项实验命名的一个主题，进一步采用自上而下，由浅入深，由侧重理论论证向结合实际的方式设计一整套的系统性实验，采用以学生为主体设定问题、规划与选择实验内容的模式开展实验教学。

实验内容的确定既要结合理论教学的知识点，还需要考虑到学生完成实验所需的时间大体上与实验课学时数的对应。然而在实际运行过程中这是一个比较难以把握的问题，原由在于，学生实践能力个体间的差别，而且这种差别往往还会比较大[13]。如，在针对特定难度的一项实验内容时，实践能力强的学生与实践能力弱的学生所耗时间大相径庭，前者用时短而后者则用时长，后者甚至在规定学时内有可能不能完成给定的内容。较为简单的处理方法是：为使学生(如，一个班级)都能完成同一个实验内容，实验内容在“量”的选择方面往往会考虑到以实践能力弱的学生为基准。如此一来势必导致实践能力强的这部分学生降低了实验课效率，这无疑是一种损失。既然学生之间存在能力上的差异，那么改革后的实验内容的设置以及实验教学形式上就应该充分考虑到这种差异[14]，给予学生一定的自由选择内容的空间。在具体操作时，能力强的学生可以选择完成难度较大或者内容多的实验，能力差的学生完成基本要求的内容，使得在相同学时情况下，不同类型的学生选择适合自己能力的实验内容来完成实验任务，以此都能获得相应的自我训练的最大能效。显而易见，单一的实验内容的教学模式不能兼顾所有的学生，探索出新的实验教学方法，在实验内容的“量”与多样化上进行设计势在必行，而“主题实验”模式正是应对这一系列问题的有效举措。

2.2 “主题实验”的教学模式

一门理论课程至少有十几个主要的知识点，选择其中几个重要的部分安排实验内容，从课程的总学时分配上来看，一门课程的理论与实验教学的课时比例一般为4∶1左右，每次实验课程一般为2～4学时，通常实验教学的进度与理论教学进度同步，且内容为理论教学部分中的重要知识点。

“主题实验”这种实验教学形式就是根据知识点的教学目标与要求，围绕一个主题来对实验教学内容进行分解与分配，这种“主题实验”教学模式的实验内容是扩展式的，内容包含是多方面的，也可以是一种问题多种方法解决的形式，或者是深入研究的形式；其中也可以划分出必做的实验内容，以及选做的实验内容；学生可以按照自己的“需求”来选择适合自己的实验内容，在同样学时的时间段，能力强的学生可以完成更多内容的实验，能力差的学生只需完成教学要求的基本内容，使得不同能力的学生都能充分利用好实验课堂的有效时间。“主题实验”内容是多元化的、多模块化的，问题的分布与解决方法是多方位的，让学生可以有选择性的完成实验内容的操作。

2.3 “主题实验”教改中的关键点

“主题实验”教学模式从根本上改变了以往那种内容单一被动式的教学理念与形式，益处显而易见，但要获得更多的效益提高实验效率则需要从诸多方面做工作，是一项系统工程，且具有较大的难度。主要关联到几个方面：实验设施、教材建设、师资队伍、实验操作等。

2.3.1实验设施

“主题实验”要求教学基本实验设施的设计上采用模块化的系统方式，以方便学生选择不同的实验内容来完成实验任务。模块化系统方式最大优势在于：具有满足改变实验参数的功能，方便学生构建多变的实验内容。而模块化的实验教学装置可以让学生在自行构建实验系统过程中灵活方便使用，有利于学生在实验方面的创新，学生可以在改变实验参数的过程中对实验内容进行更加深入的探索与研究。可以肯定的是，模块化的教学实验设备将成为今后实验教学改革的方向。

2.3.2教材建设

“主题实验”教材的内容应该是更加广泛、多层面的，针对特定主题可衍生、可扩展；形式包括验证性的、设计性的、综合性的、研究性的、应用型的等，也可根据课时时间划分出必做内容与选做内容。教材中包含启发性与应用性的内容，旨在启发学生运用所学知识解决实际问题，并学会和掌握科学研究过程中实施实际操作的基本方法。实验教学是学生结合理论教学对实际应用的最好手段，有些实验项目是需要结合应用内容才能显出更好的学习效果的。实验教材的内容应该是丰富的，可以是一个题目有多种解决方案的，或者是对一个问题会有不断延伸、可供更进一步深入研究的脉络，也可以加入趣味型的实验内容。

2.3.3师资能力

针对参与“主题实验”的教学人员，在知识和技术水平方面则有更高的要求。对于传统的单一实验内容教学模式来说，不论是实验前的准备工作，还是实验教学过程中的具体实施相对都要简单许多；而对于“主题实验”教学模式来说，实验内容多样化以及实验过程又具纵深化，指导工作相对就变得复杂得多，对于节奏紧凑且快速的实验过程，实验室人员必须在实验课前根据实验内容对实验设备、耗材等进行更加全面、充分的准备，以确保学生在主题范围内选择不同实验内容的情况下，各种实验都能顺利进行。要求实验教师要具有应对各种随机问题的能力，以及指导各类学生完成不同实验的技术能力、耐心与责任心。

2.3.4实验操作

作为基础性的实验，对于学生在基本操作技能方面的要求是不可或缺的，专业化、规范化的技能对工科类学生终生受益，是未来从事各种技术工作的坚实基础；而后续的可拓展的实验则对进一步提高学生的技能是大有裨益的，通常做法是，在确保不会出现事故以及不违反操作规程的情况下，允许学生自主设计实验步骤，实验过程的结论应该也允许有一定的偏差，鼓励学生进行探索性的研究。比如，在“主题实验”内容中，学生可以自己思考确定测量方案、自己计算选择实验元件与参数、自己设计测量数据表格等。

3 “主题实验”教学模式的实践

3.1 教材与实验装备

针对“主题实验”教学模式涉及到诸多方面的工作要做，多年来集思广益、发挥优势反复探索，使得“主题实验”的实验教学初见成效。其中，最具特色的工作有编写满足“主题实验”需要的教材，自主开发与“主题实验”相适应的模块化的实验装备。

教材得到学校的教材建设项目的支持，同时还被列为“国家级规划教材配套教材”出版，教材打破了传统单一化实验教学体系的框架，将诸多的实验内容按照“主题实验”的逻辑关系进行了整合与扩充。该部实验教材经过几年来的教学检验，成效显著，达到了预期设想的效果。

为了适应“主题实验”教学形式的应用，除了购买的实验设备全部是模块化的形式外，还自主开发具有“可扩展功能的模块化实验装置”，该实验装置功能齐全，包罗了针对数字电路实验的全部主题实验内容，学生可根据实验内容实施任意组合，该实验设备结构更加合理，使用更加方便，学生使用时“上手快”，特别适合创新实验内容使用。

3.2 实验模式

经过多年的教学实践，“主题实验”模式真正体现了以学生为本的教学理念，学生课前认真准备实验内容，进入实验室后，根据自己确定的实验内容选择实验装置模块，构建实验系统，完成实验操作全部过程。学生在完成自己预先准备的实验内容后，如果还有剩余时间，可以在主题范围内再增加其他实验内容，不同层次的学生都能够充分有效的利用实验课堂的时间。

这方面的教学案例很多，在此仅以三相交流电动机控制为例。如，以往的实验内容及形式划分：实验(A)，三相交流电动机的正反转控制；实验(B)，三相交流电动机的顺序控制；实验(C)，三相交流电动机Y-Δ启动控制。过去在实验教材的编制上，通常是根据理论教学要点分割成互相独立的3项实验项目。在具进行实验教学时，往往都是根据当前学期的情况预先选定其中一个项目实施实验教学，教师的教案以及实验设备也仅仅按照这个选择进行准备。而目前的“主题实验”教学模式进行了形式的变革，教材是把以(A)(B)(C) 3个项目的实验内容归纳为一个实验项目，学生可以考虑选择不同的内容来完成实验任务，模块化的实验设备可以使完成3个实验内容的搭建与电路转化变得十分便捷。

相比较而言，“主题实验”模式在具体操作中显现出了巨大的优势。以往的实验课形式通常按照2学时(90 min)安排实验，对于一项内容进行操作，实践能力强的同学最快45 min即可完成实验工作，由于内容固定且无扩展，因此剩余时间浪费；而能力弱的同学即便90 min都用完，也许依旧还有不能结束工作的。而作为“主题实验”教学模式由于有了可扩展性，对于那些能力强的同学，可以进一步“给自己找事情做”，完成更多的自主实践内容[15]，充分利用剩余时间再进行更深入、更全面的实践训练。

4 结语

“主题实验”教学模式体现了实验教学思想的变化，学生在选择实验内容的同时，也是对实验项目认真思考的过程，学生在选择实验内容的过程中也是在培养自己独立思考的能力，学生在一个主题实验中对实验内容的选择有一定的自由度，从多角度、多种方法来理解和掌握实验的原理，经过自己认真思考后完成实验内容的选择，再进行实验实际操作，这无疑大大提高了实验课程的效果，对进一步提升学生的实践能力乃至消化吸收理论知识具有高效的促进作用。

参考文献(References)：

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