構(gòu)建綜合一體化電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

李建霞+鄭兆兆+張瑩

[摘 要] 隨著教學(xué)改革的不斷深入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)在高等教育中占有同等重要的地位，如何提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力以及社會(huì)適應(yīng)能力，已經(jīng)成為關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文從研究型的實(shí)驗(yàn)課程體系和開放型的教學(xué)模式兩個(gè)方面對電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，初步探討如何構(gòu)建綜合一體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。通過本模式在燕山大學(xué)電子實(shí)驗(yàn)中心的對比教學(xué)，結(jié)果表明該教學(xué)體系的實(shí)施可以達(dá)到很好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 綜合一體化；電工電子；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；研究型課程體系；開放式教學(xué)模式

[中圖分類號] G642.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）01-0095-03

0 引言

高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和提高綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以傳授知識、驗(yàn)證理論和掌握實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是可以促使學(xué)生探索未知知識，激發(fā)學(xué)生逆向思維，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和獨(dú)立解決問題的能力。近年來，隨著高等學(xué)校教學(xué)改革的深入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的研究和實(shí)踐已經(jīng)成為高等學(xué)校教學(xué)改革研究的熱點(diǎn)。目前高校實(shí)驗(yàn)體系主要存在以下問題：重理論輕實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)課程依托理論設(shè)課，沒有自主地位；重個(gè)案輕系統(tǒng)，針對單門理論課程設(shè)立實(shí)驗(yàn)課程，針對專業(yè)特性，以大學(xué)科和交叉學(xué)科為基礎(chǔ)設(shè)課少，跨學(xué)科、跨層次的銜接性實(shí)驗(yàn)體系少，課程和學(xué)科之間缺乏交叉融合；重動(dòng)手輕動(dòng)腦，實(shí)驗(yàn)人員將實(shí)驗(yàn)設(shè)備用法、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理全部準(zhǔn)備好，學(xué)生既不用動(dòng)腦思考，也不用自己設(shè)計(jì)就可以完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，根本談不上創(chuàng)新能力、科研能力、綜合素質(zhì)等等[1-3]。針對這些問題，燕山大學(xué)電子實(shí)驗(yàn)中心提出了構(gòu)建綜合一體化的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)緊密結(jié)合，注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，注重科研能力和社會(huì)適應(yīng)能力的培養(yǎng)，探索建立和完善跨學(xué)科、跨層次的銜接性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

1 綜合一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的定位和內(nèi)涵

北京航空航天大學(xué)劉念蔭教授早在1993年就提出了建立“理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化”的教學(xué)改革模式[4]，實(shí)行兩種教學(xué)方法相融合。即在理論教學(xué)中應(yīng)用多媒體手段，使學(xué)生在學(xué)習(xí)枯燥的理論知識的同時(shí)，盡可能的將理論和實(shí)際結(jié)合起來。而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，堅(jiān)持“培養(yǎng)技能和學(xué)習(xí)知識相結(jié)合”的原則，使學(xué)生在實(shí)際操作和對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解中，更好的理解和進(jìn)一步的學(xué)習(xí)理論知識。一體化教學(xué)模式有利于學(xué)生知識的融會(huì)貫通和學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。綜合一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在堅(jiān)持理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)大學(xué)科中各個(gè)小學(xué)科知識的聯(lián)系、銜接、綜合。旨在建立一個(gè)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合，多門專業(yè)課程交叉結(jié)合，學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)研究能力、工程適應(yīng)能力相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

綜合一體化教學(xué)體系堅(jiān)持培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、綜合型創(chuàng)新人才的宗旨，依托“研究型的課程體系”和“開放型的教學(xué)模式”。研究型的課程體系以培養(yǎng)學(xué)生研究能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，通過教學(xué)過程的研究性，使學(xué)生深化系統(tǒng)的學(xué)科知識，綜合運(yùn)用知識去分析問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。新的實(shí)驗(yàn)課程體系，堅(jiān)持以學(xué)生為本，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為重點(diǎn)，理論和實(shí)驗(yàn)、教學(xué)和研究、學(xué)校和社會(huì)相結(jié)合，突出培養(yǎng)有較高綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識和能力的綜合型人才。同時(shí)，建立開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，所有的教學(xué)資源向?qū)W生開放，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。

2 綜合一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的實(shí)現(xiàn)

2.1 建設(shè)研究型的實(shí)驗(yàn)課程體系

新的課程體系改革教學(xué)內(nèi)容，形成一套科學(xué)的研究型的層次性實(shí)驗(yàn)課程體系，將整個(gè)大專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程作為一個(gè)整體進(jìn)行全面改革和規(guī)劃，打破原來學(xué)科、課程之間的界限，強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的交叉和融合[2]。將基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，注重開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性、系列化的專題實(shí)驗(yàn)。不僅要注重縱向知識的系統(tǒng)性，更要注重橫向知識的相互滲透。同時(shí)注意因材施教，提供多元化菜單式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容供學(xué)生選擇，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由基礎(chǔ)到綜合，再到創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用，有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)和最大限度的知識潛能開發(fā)。

分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系主要由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)三部分內(nèi)容組成。

1）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)針對各門理論課程單獨(dú)設(shè)課，主要包括驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和一些簡單的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)主要針對課程的主要結(jié)論、主要理論進(jìn)行驗(yàn)證，加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，鍛煉學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)習(xí)掌握基本的試驗(yàn)方法、技能以及如何處理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的初步實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)針對課程內(nèi)的知識理論綜合設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在單獨(dú)科目內(nèi)融會(huì)貫通，有初步的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力和解決問題的能力，為創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)綜合能力的培養(yǎng)打好基礎(chǔ)。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要包括電路實(shí)驗(yàn)、模擬電子實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)、控制理論實(shí)驗(yàn)等。同時(shí)降低基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的比重，整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，避免重復(fù)。

2）綜合型實(shí)驗(yàn)主要針對專業(yè)內(nèi)幾門學(xué)科綜合設(shè)課。課程以綜合實(shí)驗(yàn)或者課程設(shè)計(jì)的形式，通過設(shè)計(jì)多重模塊教學(xué)平臺(tái)，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)題目主要為綜合型和設(shè)計(jì)型，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、獨(dú)立設(shè)計(jì)、研究和解決問題的能力。綜合型實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，以學(xué)生為主體，教師起指導(dǎo)作用。課程中，教師給定實(shí)驗(yàn)題目和實(shí)驗(yàn)要求，要求學(xué)生在已有的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，自主查詢資料，自行設(shè)計(jì)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)全過程，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和處理。教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，同時(shí)給學(xué)生更多的時(shí)間和空間，充分挖掘?qū)W生的潛能。目前實(shí)驗(yàn)中心開設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)課程包括：EDA綜合實(shí)驗(yàn)、單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)、數(shù)字信號處理綜合實(shí)驗(yàn)等等。綜合型實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，為學(xué)生以后的創(chuàng)新型研究實(shí)驗(yàn)打好了基礎(chǔ)，同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)也做了充分準(zhǔn)備。

3）研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)包括研發(fā)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)業(yè)型實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分的內(nèi)容。兩種實(shí)驗(yàn)針對學(xué)生特點(diǎn)因材施教，進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好自行選擇。研發(fā)型實(shí)驗(yàn)偏重于學(xué)生科研能力的培養(yǎng)，結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，對相關(guān)領(lǐng)域的前沿問題或者研究熱點(diǎn)問題展開簡單研究。由教師提出理論性和技術(shù)性的課題，3～5個(gè)學(xué)生自主組成一個(gè)研究小組，自行查詢資料，然后設(shè)計(jì)實(shí)施方案，從中得出自己的結(jié)論和見解。這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和自主創(chuàng)新的能力。創(chuàng)業(yè)型實(shí)驗(yàn)利用校企合作創(chuàng)業(yè)基地，時(shí)刻緊跟市場和時(shí)代的變化，校企雙方共同將專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)與企業(yè)的實(shí)際現(xiàn)場結(jié)合起來，使這些實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)面向生產(chǎn)一線，面向工程實(shí)際，從而培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力。同時(shí)使學(xué)生更好的了解社會(huì)，準(zhǔn)確定位，積極創(chuàng)業(yè)，通過自己的實(shí)踐活動(dòng)實(shí)現(xiàn)自己的夢想。

2.2 建設(shè)開放型的教學(xué)模式

開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所有資源向?qū)W生開放，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生開放和自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式[3，5，6]。主要體現(xiàn)在教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間開放、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放、教學(xué)方式開放、實(shí)驗(yàn)設(shè)備開放幾個(gè)方面。

1）實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開放。實(shí)驗(yàn)室按照教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)行全天候開放，學(xué)生可以根據(jù)自己的具體情況選擇合適的時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室熟悉各種實(shí)驗(yàn)儀器，完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。為了避免多名學(xué)生在同一時(shí)間“一窩蜂”出現(xiàn)，造成實(shí)驗(yàn)老師和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的現(xiàn)象，燕山大學(xué)建立了網(wǎng)絡(luò)預(yù)約平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室開放過程中的教學(xué)管理。通過網(wǎng)上預(yù)約，實(shí)驗(yàn)教師可以合理的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間，使得教師工作更有計(jì)劃性。從而避免學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)等待實(shí)驗(yàn)設(shè)備或者教師指導(dǎo)不足的現(xiàn)象，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。學(xué)生、教師和實(shí)驗(yàn)室三者之間建立起了及時(shí)聯(lián)系。

2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開放。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開放主要表現(xiàn)在綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為必做和選作兩部分。根據(jù)專業(yè)的不同、學(xué)生能力和興趣的不同，設(shè)有多重實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生可以自行選擇選作部分內(nèi)容。對一些比較復(fù)雜、具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)，可以分組完成，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

3）教學(xué)方式的開放。采取多種形式的教學(xué)方法，建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔導(dǎo)平臺(tái)。實(shí)行學(xué)生為主體，學(xué)生學(xué)習(xí)和教師講授、輔導(dǎo)相結(jié)合的模式。教師只是把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)知識、操作規(guī)范、儀器使用給學(xué)生做簡單介紹。同時(shí)，為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，結(jié)合多媒體網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器以及學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)所用到的設(shè)計(jì)軟件及其使用方法做成視頻教學(xué)軟件，這些教學(xué)軟件兼具“視、聽、像”，圖文并茂，使得學(xué)生可以較短時(shí)間掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，既提高了學(xué)習(xí)效率，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，擁有個(gè)人電腦的學(xué)生越來越多，這就為教學(xué)提供了很大的方便。學(xué)生可以在課下自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，在電腦仿真、軟件仿真成功以后，再來實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種教學(xué)模式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的靈活性，也提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用率。

4）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開放。整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，針對性的建立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)針對基礎(chǔ)性試驗(yàn)，老師會(huì)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)器件。綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提供不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后根據(jù)學(xué)生個(gè)體需要，再提供不同的實(shí)驗(yàn)元件，滿足學(xué)生的多元化設(shè)計(jì)要求。

從燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院09級選出兩個(gè)班級作為綜合一體化電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的教學(xué)實(shí)驗(yàn)班級。通過4年對比教學(xué)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)班級學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的積極性和重視程度相對較高，從“被實(shí)驗(yàn)”變?yōu)椤耙獙?shí)驗(yàn)”，將理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的程度更高，很多同學(xué)會(huì)提出自行設(shè)計(jì)的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者實(shí)驗(yàn)想法，同時(shí)，會(huì)自主查詢很多資料來解釋自己的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，自主學(xué)習(xí)的能力和解決問題的能力明顯提升。由于理論和實(shí)驗(yàn)的相互滲透結(jié)合，實(shí)驗(yàn)班級學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對理論知識能夠更好的進(jìn)行消化理解，使得理論學(xué)習(xí)的效果更好，考試及格率相對較高。很多從大一一入學(xué)就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新小組的學(xué)生，動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力更是突出，參加國內(nèi)各種大學(xué)生競賽都取得了很好的名次。由于較高的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)班級學(xué)生的就業(yè)能力相對于別的班級學(xué)生而言更有競爭力。同時(shí)良好的研究實(shí)踐能力也為研究生的教育奠定了很好的基礎(chǔ)，導(dǎo)師們普遍反映實(shí)驗(yàn)班級考入研究生的學(xué)生基礎(chǔ)素質(zhì)比別的班級學(xué)生有一定優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

研究型的實(shí)驗(yàn)課程體系，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究開發(fā)實(shí)踐的結(jié)合，提高了學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。開放式教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和靈活性，學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力進(jìn)一步提高。通過多種途徑解決問題，學(xué)生的研究能力也得到了鍛煉。通過燕山大學(xué)電子實(shí)驗(yàn)中心近4年的教學(xué)實(shí)踐，取得了理想的教學(xué)效果。多名學(xué)生積極參加課外科學(xué)競賽，在國家電子競賽、國家計(jì)算機(jī)競賽中取得了一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。就業(yè)方面，就業(yè)率有了很大提高，就業(yè)質(zhì)量也有了很大進(jìn)步。事實(shí)證明，綜合一體化的教學(xué)體系在學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、研究能力和社會(huì)適應(yīng)能力方面都收到了預(yù)期的良好效果，值得進(jìn)一步推廣和完善。

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