实验教学多样化改革研究

张雅楠 吴 迪 张姗姗

大连海事大学信息科学技术学院 辽宁大连 116026

根据大连海事大学“造就业界精英、社会栋梁”的办学使命，课堂教学要突出对学生综合能力的培养。实验教学是培养大学生科学素质和综合能力的重要环节，其教学质量的好坏直接影响人才质量的高低[1]。因此本实验教学中心在制订2017级教学大纲时，对多门实验增加了学时，且将若干门专业课的实验环节独立设课，力求通过实践环节使学生巩固和加深对理论知识的理解，掌握基本的科学实验步骤、方法和技巧，锻炼分析和解决实际问题的能力[1,2]。为此，本中心成员总结多年教学经验，结合硬件条件和学生现状，分别从教学内容、教学手段和考核标准三方面对实验教学进行了多样化的改革探索。从而变实验辅导为实验引导，不断提高学生工程应用能力和自主创新能力。

1 实验内容多样化

传统的实验教学内容陈旧、固化、单一，不能充分发挥学生的主观能动性[3]。而多样化的实验内容，可以开拓学生的知识面，培养其创新能力。

1.1 单元实验

单元实验用来帮助学生获得基本的实验方法和仪器操作技能，巩固相关理论知识[4]。为了改善教学效果，在单元实验中针对重点和难点增加了比较、分析、讨论的环节。如低频电子线路实验中的运算放大器参数测试，着重讨论了增益带宽积(Gain-Bandwidth Product，GBWP)。这是一个用来衡量放大器性能的参数，表示增益和带宽的乘积，在频率足够大的时候，它是一个常数。所以设计实验内容时，安排不同的学生分别测量两个不同放大电路的增益和带宽，并要求学生对实验数据进行比较、分析，判断对错。通过该实验内容，使学生深刻认识放大器的增益和带宽的关系，为以后独立设计不同功能的放大电路打下基础。类似的实验内容还有观察和分析反馈类型对输入信号电压值的影响、计数器同步清零和异步清零的区别等。

实践动手能力的培养必须遵循从基本操作技能到综合设计能力的过渡[4]，所以在实验内容的分布上可以分成基本内容和扩展内容，做到循序渐进。例如在学生完成基本共发射极放大器实验后，可选做发射极带电阻的共射极放大电路实验，对比两组实验结果，认识不同放大电路的特性，从而在以后的综合设计中灵活运用。

1.2 课程设计

课程设计类实验可以锻炼学生对已学的、零散的知识进行重组→综合→分析→再综合，达到真正的举一反三；还能满足学生的个性发展，激发学生的自主创造能力[4]。所以这部分实验内容要充分考虑其设计性、综合性、开放性、实用性及趣味性。如篮球记分计时器设计，题目贴近日常生活，具有一定的趣味性，容易调动学生的积极性。而且实现方案多样化，如脉冲产生电路可以利用555定时器构成多谐振荡器，或用集成运算放大器输出方波；记分功能可以采用加/减法电路或可逆计数器。完整的设计过程还包括开关去抖、任意进制计数、数码显示、扬声器驱动等部分，既能够锻炼学生综合应用理论知识的能力，同时也明确了知识的工程应用，加强了学生的工程意识。

本中心教师设计的低频电子线路、数字系统与逻辑设计、EDA技术、单片机原理等课程的实验案例多次获得“全国电工电子基础课程实验教学案例竞赛”一等奖、二等奖、三等奖等奖项。

2 教学手段多样化

随着社会的发展和科技的进步，传统的以教师讲解为主的课堂教学已经无法满足学生的诉求，学生需要生动直观有深度的课堂激发自己的学习动力[4]。在实验课堂中引入多媒体课件、虚拟仿真、电子教室等信息化手段辅助教学，创设出多种教学情境，可以使学生的学习内容丰富多彩，更具有时代气息，使知识“活”起来，从而有效促进教师的教和学生的学。

2.1 交互式多媒体课件

将实验中的典型知识点、实验操作和测量过程做成交互式多媒体课件[5,6]，一方面便于学生自主学习，且在实验中遇到问题时可以随时参考；另一方面避免了教师反复讲解相同的内容，有充裕的时间和学生进行更深层次的交流及个性化的指导。笔者设计的“常用电子仪器的使用”多媒体课件，适用于低频电子线路、数字系统与逻辑设计、电子测量、船舶无线电等多门实验课程。内容包括任意波形信号发生器、数字存储示波器、交流毫伏表、高级数字电路教学实验系统和直流稳压电源的介绍，每种仪器都涉及基本使用方法、扩展功能及常见故障的解决方法和完整的使用说明书。可以通过按钮在各个仪器间随意切换学习，操作方便灵活。课件综合运用了文字、图片、音频、动画等多媒体素材，使教学更加生动和形象。且每一步都有人机交互过程，让使用者不会觉得枯燥。

本中心教师设计的“单级低频放大器实验”“微机原理与应用8251A应用实验”等课件，多次获得国家教育教学信息化大赛二、三等奖，辽宁省教育教学信息化大赛一、二等奖。

2.2 虚拟仿真

本中心承担的低频电子线路等实验教学内容抽象，学生对理论知识理解不透彻，导致实验过程中不能灵活运用理论知识分析实验现象。为解决遇到的问题，在实验开始时，教师可以采用虚拟仿真软件模拟实验条件或电路参数的改变[7,8]，将相应的理论结果展示给学生，使学生对实验原理有直观的认识。如进行数字系统与逻辑设计实验教学时，每次实验都会涉及新的集成电路，在教师引导学生复习其功能表和引脚图时，可以利用Multisim软件辅助完成。如介绍4位同步二进制加法计数器74LS163时，教师一边在仿真软件上拨动开关修改输入引脚的值，一边介绍相应的输出结果，使学生清晰地观察到74LS163的输入端对输出端的控制结果。

学生在实验前也可以利用软件对实验内容进行仿真，以更好地理解整个实验过程。但是也要提醒学生，仿真软件并不能完全模拟真实场景，仿真结果与实测结果存在一定差距，不能对其过度依赖而放弃真实的实验过程。

2.3 电子教室

电子教室被称为课堂上的互动助手，既实现了传统教学中教师和学生、学生和学生之间的交流，又符合多媒体教学效率高、互动性好的特点，是教学方法和教学手段重大的技术突破[9,10]。教师在实验开始后引导学生复习实验原理时，可以将自己的计算机屏幕广播给学生，使讲解更生动直观。将用到的多媒体课件或设计好的Multisim仿真电路传到每台学生机，以供学生随时参考。学生可以随时“举手”向教师提问。教师可以针对每项实验内容设置题库，包括经常遇到的电路故障、实验异常现象、常犯的错误和导致的结果，在学生完成实验后，利用电子教室作答并提交，以及时巩固实验成果。

3 考核标准多样化

以往的实验考核大多以实验结果为准，这种重结果、轻过程的评价体系，使得学生为了完成任务而进行实验甚至抄袭[11-13]，打击了学生的学习积极性和创造力。提高考核机制的多元化水平，应将学生的学习态度、平时的实验完成情况、实验报告的填写以及笔试结果综合到一起，实现系统性的考核，提高考核与评价的合理性。学习态度主要考查学生是否预习充分、有无迟到、实验时是否专心；平时的实验完成情况要充分考虑到基本内容、扩展内容的完成情况，实验过程的熟练程度，遇到问题的分析和解决过程，回答问题的准确性，对整个实验的建议或意见等；实验报告的填写包括实验前的预习和实验结束后的数据整理和总结。从而引导学生养成主动思考、主动实践的习惯。

4 结语

实践证明，多样化的实验内容能帮助学生更好地理解理论知识，使其意识到所学知识的实际作用，进一步激发了学生的学习兴趣。教学手段的丰富，能够吸引学生的注意力，激发学生的学习主动性。考核标准多样化、建立全面的考核制度，能够使学生对自身的学习情况有充分的认识，引导学生全面发展。因此，实验教学多样化改革取得了一定的效果，值得推广。