“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

王幼林， 詹迪鈮， 雷治林

(吉林大學(xué) 通信工程學(xué)院， 長(zhǎng)春 130025)

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，創(chuàng)新型人才成為了推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的主體力量，社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求越來(lái)越迫切。面對(duì)這種發(fā)展新趨勢(shì)，高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段正在順應(yīng)潮流求新求變。在這方面，諸多高校都積極采取了改革措施，做出了具有特色的工作且卓有成效，在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放具體操作上提出健全實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的管理模式和運(yùn)行機(jī)制的整改措施；“以學(xué)生為主體，以能力培養(yǎng)為核心”的實(shí)踐教學(xué)理念，建立布局合理、配置優(yōu)化、資源共享、層次多樣、功能完備、高效開(kāi)放的新型實(shí)驗(yàn)室體系；實(shí)現(xiàn)充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在實(shí)踐教學(xué)方面的創(chuàng)新與服務(wù)的功能，從創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)過(guò)程形成、體系創(chuàng)立、平臺(tái)建設(shè)等方面探討工程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)效性；制定學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，開(kāi)展學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)，形成培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練的更加有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[1-6]。

1 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革概況

電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是工科院?；A(chǔ)訓(xùn)練的重要課程之一，因此，幾乎所有院校都開(kāi)展了各具特色的教學(xué)改革與課程建設(shè)，而這方面國(guó)內(nèi)幾所著名的高校所做出的成績(jī)具有典型的示范與啟迪效應(yīng)。清華大學(xué)開(kāi)設(shè)針對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程采用綜合論文的方式培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，通過(guò)4個(gè)層次的課程教學(xué)使學(xué)生做到自主創(chuàng)新[7]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)由技術(shù)基礎(chǔ)、科技創(chuàng)新、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)3個(gè)并列子平臺(tái)組成的教學(xué)體系，提出“打通共建”“捆綁式”的多功能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)理念，采取“分時(shí)”共享實(shí)驗(yàn)室優(yōu)質(zhì)資源的措施[8]。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)建教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱與“口袋”開(kāi)發(fā)板相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)施從易到難、從簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)到綜合復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生得以循序漸進(jìn)地進(jìn)行學(xué)習(xí)[9]。華中科技大學(xué)構(gòu)建責(zé)、權(quán)、利統(tǒng)一的課外科技創(chuàng)新教育管理機(jī)制，制定循序漸進(jìn)的課外科技創(chuàng)新教育培養(yǎng)方案，實(shí)施全方位的課外科技創(chuàng)新教育實(shí)踐[10]。湖南大學(xué)對(duì)電工電子實(shí)驗(yàn)中心的教學(xué)模式進(jìn)行全面的研究和探索，提出了5級(jí)遞階式教學(xué)模式的構(gòu)想[11]。

相比較而言，我校經(jīng)過(guò)多年的努力與積累也相應(yīng)開(kāi)展了電工電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，“主題實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是在通過(guò)不斷的總結(jié)與完善的基礎(chǔ)上提出的一個(gè)新理念。

2 基于“主題實(shí)驗(yàn)”的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新模式

2.1 “主題實(shí)驗(yàn)”概念及創(chuàng)建初衷

傳統(tǒng)單一化固定內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，制約了學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的提高[12]，而“主題實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以教學(xué)大綱為依據(jù)，針對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的專(zhuān)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)命名的一個(gè)主題，進(jìn)一步采用自上而下，由淺入深，由側(cè)重理論論證向結(jié)合實(shí)際的方式設(shè)計(jì)一整套的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，采用以學(xué)生為主體設(shè)定問(wèn)題、規(guī)劃與選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的模式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的確定既要結(jié)合理論教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，還需要考慮到學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間大體上與實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)的對(duì)應(yīng)。然而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中這是一個(gè)比較難以把握的問(wèn)題，原由在于，學(xué)生實(shí)踐能力個(gè)體間的差別，而且這種差別往往還會(huì)比較大[13]。如，在針對(duì)特定難度的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生與實(shí)踐能力弱的學(xué)生所耗時(shí)間大相徑庭，前者用時(shí)短而后者則用時(shí)長(zhǎng)，后者甚至在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)有可能不能完成給定的內(nèi)容。較為簡(jiǎn)單的處理方法是：為使學(xué)生(如，一個(gè)班級(jí))都能完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在“量”的選擇方面往往會(huì)考慮到以實(shí)踐能力弱的學(xué)生為基準(zhǔn)。如此一來(lái)勢(shì)必導(dǎo)致實(shí)踐能力強(qiáng)的這部分學(xué)生降低了實(shí)驗(yàn)課效率，這無(wú)疑是一種損失。既然學(xué)生之間存在能力上的差異，那么改革后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式上就應(yīng)該充分考慮到這種差異[14]，給予學(xué)生一定的自由選擇內(nèi)容的空間。在具體操作時(shí)，能力強(qiáng)的學(xué)生可以選擇完成難度較大或者內(nèi)容多的實(shí)驗(yàn)，能力差的學(xué)生完成基本要求的內(nèi)容，使得在相同學(xué)時(shí)情況下，不同類(lèi)型的學(xué)生選擇適合自己能力的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以此都能獲得相應(yīng)的自我訓(xùn)練的最大能效。顯而易見(jiàn)，單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)模式不能兼顧所有的學(xué)生，探索出新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的“量”與多樣化上進(jìn)行設(shè)計(jì)勢(shì)在必行，而“主題實(shí)驗(yàn)”模式正是應(yīng)對(duì)這一系列問(wèn)題的有效舉措。

2.2 “主題實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式

一門(mén)理論課程至少有十幾個(gè)主要的知識(shí)點(diǎn)，選擇其中幾個(gè)重要的部分安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從課程的總學(xué)時(shí)分配上來(lái)看，一門(mén)課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)比例一般為4∶1左右，每次實(shí)驗(yàn)課程一般為2～4學(xué)時(shí)，通常實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)度與理論教學(xué)進(jìn)度同步，且內(nèi)容為理論教學(xué)部分中的重要知識(shí)點(diǎn)。

“主題實(shí)驗(yàn)”這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式就是根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)與要求，圍繞一個(gè)主題來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分解與分配，這種“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是擴(kuò)展式的，內(nèi)容包含是多方面的，也可以是一種問(wèn)題多種方法解決的形式，或者是深入研究的形式；其中也可以劃分出必做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以及選做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；學(xué)生可以按照自己的“需求”來(lái)選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在同樣學(xué)時(shí)的時(shí)間段，能力強(qiáng)的學(xué)生可以完成更多內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，能力差的學(xué)生只需完成教學(xué)要求的基本內(nèi)容，使得不同能力的學(xué)生都能充分利用好實(shí)驗(yàn)課堂的有效時(shí)間?！爸黝}實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容是多元化的、多模塊化的，問(wèn)題的分布與解決方法是多方位的，讓學(xué)生可以有選擇性的完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作。

2.3 “主題實(shí)驗(yàn)”教改中的關(guān)鍵點(diǎn)

“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式從根本上改變了以往那種內(nèi)容單一被動(dòng)式的教學(xué)理念與形式，益處顯而易見(jiàn)，但要獲得更多的效益提高實(shí)驗(yàn)效率則需要從諸多方面做工作，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，且具有較大的難度。主要關(guān)聯(lián)到幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)設(shè)施、教材建設(shè)、師資隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)操作等。

2.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)施

“主題實(shí)驗(yàn)”要求教學(xué)基本實(shí)驗(yàn)設(shè)施的設(shè)計(jì)上采用模塊化的系統(tǒng)方式，以方便學(xué)生選擇不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。模塊化系統(tǒng)方式最大優(yōu)勢(shì)在于：具有滿足改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)的功能，方便學(xué)生構(gòu)建多變的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置可以讓學(xué)生在自行構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)過(guò)程中靈活方便使用，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方面的創(chuàng)新，學(xué)生可以在改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)的過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行更加深入的探索與研究?？梢钥隙ǖ氖?，模塊化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備將成為今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向。

2.3.2教材建設(shè)

“主題實(shí)驗(yàn)”教材的內(nèi)容應(yīng)該是更加廣泛、多層面的，針對(duì)特定主題可衍生、可擴(kuò)展；形式包括驗(yàn)證性的、設(shè)計(jì)性的、綜合性的、研究性的、應(yīng)用型的等，也可根據(jù)課時(shí)時(shí)間劃分出必做內(nèi)容與選做內(nèi)容。教材中包含啟發(fā)性與應(yīng)用性的內(nèi)容，旨在啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，并學(xué)會(huì)和掌握科學(xué)研究過(guò)程中實(shí)施實(shí)際操作的基本方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生結(jié)合理論教學(xué)對(duì)實(shí)際應(yīng)用的最好手段，有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是需要結(jié)合應(yīng)用內(nèi)容才能顯出更好的學(xué)習(xí)效果的。實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容應(yīng)該是豐富的，可以是一個(gè)題目有多種解決方案的，或者是對(duì)一個(gè)問(wèn)題會(huì)有不斷延伸、可供更進(jìn)一步深入研究的脈絡(luò)，也可以加入趣味型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.3.3師資能力

針對(duì)參與“主題實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)人員，在知識(shí)和技術(shù)水平方面則有更高的要求。對(duì)于傳統(tǒng)的單一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教學(xué)模式來(lái)說(shuō)，不論是實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的具體實(shí)施相對(duì)都要簡(jiǎn)單許多；而對(duì)于“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多樣化以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程又具縱深化，指導(dǎo)工作相對(duì)就變得復(fù)雜得多，對(duì)于節(jié)奏緊湊且快速的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)室人員必須在實(shí)驗(yàn)課前根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、耗材等進(jìn)行更加全面、充分的準(zhǔn)備，以確保學(xué)生在主題范圍內(nèi)選擇不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的情況下，各種實(shí)驗(yàn)都能順利進(jìn)行。要求實(shí)驗(yàn)教師要具有應(yīng)對(duì)各種隨機(jī)問(wèn)題的能力，以及指導(dǎo)各類(lèi)學(xué)生完成不同實(shí)驗(yàn)的技術(shù)能力、耐心與責(zé)任心。

2.3.4實(shí)驗(yàn)操作

作為基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生在基本操作技能方面的要求是不可或缺的，專(zhuān)業(yè)化、規(guī)范化的技能對(duì)工科類(lèi)學(xué)生終生受益，是未來(lái)從事各種技術(shù)工作的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；而后續(xù)的可拓展的實(shí)驗(yàn)則對(duì)進(jìn)一步提高學(xué)生的技能是大有裨益的，通常做法是，在確保不會(huì)出現(xiàn)事故以及不違反操作規(guī)程的情況下，允許學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的結(jié)論應(yīng)該也允許有一定的偏差，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探索性的研究。比如，在“主題實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容中，學(xué)生可以自己思考確定測(cè)量方案、自己計(jì)算選擇實(shí)驗(yàn)元件與參數(shù)、自己設(shè)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)表格等。

3 “主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式的實(shí)踐

3.1 教材與實(shí)驗(yàn)裝備

針對(duì)“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式涉及到諸多方面的工作要做，多年來(lái)集思廣益、發(fā)揮優(yōu)勢(shì)反復(fù)探索，使得“主題實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)初見(jiàn)成效。其中，最具特色的工作有編寫(xiě)滿足“主題實(shí)驗(yàn)”需要的教材，自主開(kāi)發(fā)與“主題實(shí)驗(yàn)”相適應(yīng)的模塊化的實(shí)驗(yàn)裝備。

教材得到學(xué)校的教材建設(shè)項(xiàng)目的支持，同時(shí)還被列為“國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材配套教材”出版，教材打破了傳統(tǒng)單一化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的框架，將諸多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照“主題實(shí)驗(yàn)”的邏輯關(guān)系進(jìn)行了整合與擴(kuò)充。該部實(shí)驗(yàn)教材經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的教學(xué)檢驗(yàn)，成效顯著，達(dá)到了預(yù)期設(shè)想的效果。

為了適應(yīng)“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)形式的應(yīng)用，除了購(gòu)買(mǎi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備全部是模塊化的形式外，還自主開(kāi)發(fā)具有“可擴(kuò)展功能的模塊化實(shí)驗(yàn)裝置”，該實(shí)驗(yàn)裝置功能齊全，包羅了針對(duì)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的全部主題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)施任意組合，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)更加合理，使用更加方便，學(xué)生使用時(shí)“上手快”，特別適合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用。

3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h3>

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，“主題實(shí)驗(yàn)”模式真正體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念，學(xué)生課前認(rèn)真準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，根據(jù)自己確定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇實(shí)驗(yàn)裝置模塊，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成實(shí)驗(yàn)操作全部過(guò)程。學(xué)生在完成自己預(yù)先準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，如果還有剩余時(shí)間，可以在主題范圍內(nèi)再增加其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不同層次的學(xué)生都能夠充分有效的利用實(shí)驗(yàn)課堂的時(shí)間。

這方面的教學(xué)案例很多，在此僅以三相交流電動(dòng)機(jī)控制為例。如，以往的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及形式劃分：實(shí)驗(yàn)(A)，三相交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制；實(shí)驗(yàn)(B)，三相交流電動(dòng)機(jī)的順序控制；實(shí)驗(yàn)(C)，三相交流電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)控制。過(guò)去在實(shí)驗(yàn)教材的編制上，通常是根據(jù)理論教學(xué)要點(diǎn)分割成互相獨(dú)立的3項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，往往都是根據(jù)當(dāng)前學(xué)期的情況預(yù)先選定其中一個(gè)項(xiàng)目實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師的教案以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備也僅僅按照這個(gè)選擇進(jìn)行準(zhǔn)備。而目前的“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式進(jìn)行了形式的變革，教材是把以(A)(B)(C) 3個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容歸納為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以考慮選擇不同的內(nèi)容來(lái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，模塊化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以使完成3個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的搭建與電路轉(zhuǎn)化變得十分便捷。

相比較而言，“主題實(shí)驗(yàn)”模式在具體操作中顯現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。以往的實(shí)驗(yàn)課形式通常按照2學(xué)時(shí)(90 min)安排實(shí)驗(yàn)，對(duì)于一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行操作，實(shí)踐能力強(qiáng)的同學(xué)最快45 min即可完成實(shí)驗(yàn)工作，由于內(nèi)容固定且無(wú)擴(kuò)展，因此剩余時(shí)間浪費(fèi)；而能力弱的同學(xué)即便90 min都用完，也許依舊還有不能結(jié)束工作的。而作為“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式由于有了可擴(kuò)展性，對(duì)于那些能力強(qiáng)的同學(xué)，可以進(jìn)一步“給自己找事情做”，完成更多的自主實(shí)踐內(nèi)容[15]，充分利用剩余時(shí)間再進(jìn)行更深入、更全面的實(shí)踐訓(xùn)練。

4 結(jié) 語(yǔ)

“主題實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想的變化，學(xué)生在選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，也是對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目認(rèn)真思考的過(guò)程，學(xué)生在選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的過(guò)程中也是在培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，學(xué)生在一個(gè)主題實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇有一定的自由度，從多角度、多種方法來(lái)理解和掌握實(shí)驗(yàn)的原理，經(jīng)過(guò)自己認(rèn)真思考后完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作，這無(wú)疑大大提高了實(shí)驗(yàn)課程的效果，對(duì)進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐能力乃至消化吸收理論知識(shí)具有高效的促進(jìn)作用。

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