提高實驗教學(xué)質(zhì)量的探析與實踐

陳崇輝 鄧筠

[摘 要]課題組針對實驗教學(xué)存在的問題進(jìn)行了有效的總結(jié)提煉，提出“五個度”實驗教學(xué)方法，對實驗教學(xué)形成良性的閉環(huán)反饋，不斷提高學(xué)生對基礎(chǔ)實驗的興趣和參與程度;通過實施“四個階段”實驗教學(xué)層次，對實驗教學(xué)形成明顯梯度遞增，提升實驗教學(xué)的水平。實踐教學(xué)成果表明，“五度四階段”實驗教學(xué)對提升實驗教學(xué)質(zhì)量具有良好的作用。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)質(zhì)量;實驗教學(xué);參與度

[中圖分類號] G642.423[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）05-0112-03

在人才培養(yǎng)過程中，應(yīng)用型高等教育更為重視實踐教學(xué)，這有助于強(qiáng)化學(xué)生對于應(yīng)用技術(shù)的掌握[1]。實驗教學(xué)是整個教學(xué)體系的重要組成部分[2]，而實驗教學(xué)體系是實驗教學(xué)的綱領(lǐng)性文件，將直接決定實驗教學(xué)的質(zhì)量。為了持續(xù)不斷地提高實驗教學(xué)質(zhì)量，課題組投入時間和精力對實驗教學(xué)進(jìn)行了深入探索：從應(yīng)用型院校學(xué)生的視角，聚焦實驗教學(xué)中存在的典型問題，提煉實驗教學(xué)方法和手段，并對此進(jìn)行了思考和實踐。

一、實驗教學(xué)存在的問題

實驗教學(xué)是高校實踐育人的載體，是培養(yǎng)創(chuàng)新素質(zhì)的抓手，在人才培養(yǎng)體系中具有重要的作用[3]。實驗教學(xué)質(zhì)量是高校教學(xué)工作的生命線，是高校提升辦學(xué)層次的保證，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的基石。高校實驗教學(xué)的目標(biāo)主要是提高學(xué)生實踐動手能力、健全學(xué)生的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生初步解決實際工程問題的素養(yǎng)。實驗課程的參與主體是學(xué)生，應(yīng)緊緊圍繞引發(fā)學(xué)生動手興趣、提高學(xué)生動手能力的核心開展實驗教學(xué)工作[4]。目前，實驗教學(xué)雖然取得了一定的效果，但也還有不少問題。

（一）無法充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

實驗課程存在“重視設(shè)計性實驗、綜合性實驗、探索性實驗，輕視基礎(chǔ)性實驗、驗證性實驗”的問題，導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)對基礎(chǔ)性實驗、驗證性實驗不重視，沒有興趣等消極思想?；A(chǔ)性實驗、驗證性實驗是實踐動手訓(xùn)練的初級階段，為下一階段的實驗做準(zhǔn)備。不是每一個實驗都會呈現(xiàn)酷炫的實驗效果，也不是每一個實驗都是一次就一定能成功，更不是每一個實驗都會有結(jié)果，甚至實驗過程可能還存在一定的風(fēng)險，這些都是學(xué)生實驗過程中可能會遇到的攔路虎，都會削減學(xué)生的實驗興趣。

（二）課堂上學(xué)生參與不夠

實驗教學(xué)過程中存在實驗儀器設(shè)備、實驗裝置過于智能化、集成化，學(xué)生在實驗方面的參與投入程度不夠高的問題，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生實驗操作依賴，弱化了學(xué)生動手實踐的機(jī)會。如實驗裝置是固定的、現(xiàn)成的，學(xué)生幾乎不用怎么連線，就可以完成實驗數(shù)據(jù)的測量，學(xué)生難以得到有效訓(xùn)練;實驗方法、表格、內(nèi)容是確定的，學(xué)生幾乎沒有思考和發(fā)揮的空間，只能按部就班，學(xué)生難以手、腦并用地參與進(jìn)來。

（三）實驗教學(xué)難以達(dá)到較高的教學(xué)目標(biāo)

有些實驗教學(xué)停留在實驗只是實驗，學(xué)生僅僅是完成了相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的測量與處理，對于如何擬定實驗步驟、如何設(shè)計實驗解決問題，學(xué)生往往摸不著頭腦，至于怎樣能夠熟練地把實驗應(yīng)用于工程或解決實際問題，學(xué)生更是感到困難重重。從實驗指導(dǎo)書的實驗步驟，對接到工程項目測試流程，仍然是學(xué)生實驗學(xué)習(xí)過程中一個難以跨越的鴻溝，這是阻礙實驗教學(xué)質(zhì)量提升的重要因素。

二、“五個度”實驗教學(xué)方法

針對如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、如何提高學(xué)生實驗參與程度的問題，為了保證實驗教學(xué)質(zhì)量，課題組在實驗教學(xué)中進(jìn)行了探索，提出了“五個度”實驗教學(xué)方法，并經(jīng)過幾年的實踐，取得了良好的效果。

（一）課程開始之初引起學(xué)生的實驗期望度

任課教師在課程剛開始的第一節(jié)課，應(yīng)明確告知學(xué)生本門課程的具體要求、講授內(nèi)容、實驗安排等，讓學(xué)生充分了解該門課程的理論和實驗教學(xué)計劃，該門課程哪些章節(jié)是重點，哪些知識點是難點，哪些環(huán)節(jié)安排了對應(yīng)的實驗，讓學(xué)生對該門課程充滿期待，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)以及實驗期望度。學(xué)生實驗期望度可分為實驗基本期望和實驗潛在期望。實驗基本期望是指學(xué)生認(rèn)為理應(yīng)從實驗中得到收獲的基本需求;實驗潛在期望是指期望值超出基本期望的學(xué)生并未意識到而確實存在的需求。對于學(xué)生而言，基本期望和潛在期望并不是一成不變的，在課程進(jìn)行過程中，學(xué)生對所接受的知識越來越熟悉，學(xué)生基本期望和潛在期望的需求可能也就越來越高，但又要避免讓學(xué)生對課程產(chǎn)生過高的期望，以免降低后續(xù)的實驗感受度。

（二）實驗開始之前激發(fā)學(xué)生的實驗興趣度

學(xué)生實驗興趣度是指學(xué)生對實驗的主觀感興趣程度，常常取決于學(xué)生的主觀感覺，容易受到任課教師的導(dǎo)向指引。在臨近實驗課程開始之前，任課教師要求學(xué)生提前完成實驗預(yù)習(xí)報告，激發(fā)學(xué)生的實驗興趣度，讓學(xué)生熟悉實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗設(shè)備和實驗電路等;在配套的實驗指導(dǎo)書加入“已完成預(yù)習(xí)”和“未完成預(yù)習(xí)”調(diào)查，由實驗輔導(dǎo)教師檢查學(xué)生是否按要求完成實驗預(yù)習(xí)報告，并書面蓋章確認(rèn)，以此杜絕學(xué)生進(jìn)入實驗室做實驗之前不做實驗預(yù)習(xí)報告的情況。我們既要千方百計提高學(xué)生對實驗的興趣度，增加學(xué)生自主進(jìn)行實驗的欲望，又要通過一些約束手段，保證學(xué)生完成實驗預(yù)習(xí)，為學(xué)生進(jìn)入實驗室高質(zhì)量完成實驗做好充分準(zhǔn)備。

（三）實驗過程中切實提高學(xué)生的實驗參與度

學(xué)生實驗參與度是指學(xué)生在實驗方面的投入程度[5]，也就是說，學(xué)生進(jìn)入實驗室后，要讓學(xué)生有足夠的實驗操作可做，實驗過程中能得到有效的動手訓(xùn)練。為了解決實驗教學(xué)過程中存在實驗儀器設(shè)備、實驗裝置過于智能化、集成化，學(xué)生在實驗方面的參與投入程度不夠高的問題，應(yīng)堅持探索最深層次的學(xué)生實驗參與度，由學(xué)生自行動手搭建實驗系統(tǒng)，有效訓(xùn)練學(xué)生動手能力。

1.手動擋位實驗儀器設(shè)備優(yōu)先于自動擋位。評判實驗儀器“先進(jìn)”或“不先進(jìn)”的標(biāo)準(zhǔn)不在于單臺價錢的多或少，也不在于智能化程度的高或低，只要能讓學(xué)生更多地參與動腦、動手的就是好儀器。比如模擬示波器優(yōu)先于數(shù)字示波器，正是因為模擬示波器沒有AUTO SET功能，因此帶來了更強(qiáng)的可操控性，更適合基礎(chǔ)實驗教學(xué)使用。

2.分立元器件組成的實驗電路優(yōu)先于集成電路組成的實驗電路。衡量一個實驗項目“好”與“不好”的標(biāo)準(zhǔn)，在于是否能留出足夠?qū)W生思考和發(fā)揮的空間。具體措施有：測試任務(wù)多樣化，彼此關(guān)聯(lián)緊密，滿足學(xué)習(xí)測試方法的要求;使用的儀器不單一，滿足各種儀器操控的要求;實驗現(xiàn)象可見，滿足可調(diào)整、可觀測、引發(fā)思考的要求。

3.實物實驗優(yōu)先于虛擬實驗或演示實驗。演示實驗，以視頻演示或教師示范為主，但學(xué)生基本不參與實驗操作，不適宜經(jīng)常大量使用。仿真虛擬實驗，即以計算機(jī)為主要實驗設(shè)備，在機(jī)器上完成實驗項目，減少了許多必要的動手機(jī)會，不適宜安排過多學(xué)時。硬件實物實驗，要求學(xué)生動手進(jìn)行實驗系統(tǒng)的構(gòu)建，需要接線，需要操作實驗裝置或儀器設(shè)備才能完成?；A(chǔ)類實驗，以實物操作實驗任務(wù)的含量作為實驗參與度的重要標(biāo)志。

4.一人一組優(yōu)先于多人一組。受限于實驗儀器設(shè)備臺套數(shù)不足以及實驗人數(shù)多的現(xiàn)狀，一些實驗項目以小組為單位進(jìn)行，每組少則兩三人，多則十幾人，往往導(dǎo)致只有部分學(xué)生動手的局面。實驗室應(yīng)讓學(xué)生有更多的動手操作機(jī)會，最大限度地提高學(xué)生的實驗參與度，強(qiáng)調(diào)實驗操作的規(guī)范性、獨(dú)立性，強(qiáng)化學(xué)生實驗技能的綜合運(yùn)用能力。實驗教師應(yīng)隨時進(jìn)行指導(dǎo)，糾正學(xué)生不正確的操作動作，使每個學(xué)生都能掌握一套過硬的實驗操作技能。

（四）實驗結(jié)束后關(guān)注學(xué)生的實驗感受度

學(xué)生實驗感受度是指學(xué)生對實驗質(zhì)量的主觀感受程度。如果基本期望得不到滿足，學(xué)生就會產(chǎn)生不滿情緒的感受，但基本期望的滿意水平對激發(fā)學(xué)生興趣度效果不大[5];潛在期望得不到滿足，學(xué)生一般不會有不滿的感受，但是如果得到了滿足就會讓學(xué)生感到愉悅，點燃下一次實驗的強(qiáng)烈欲望。實驗內(nèi)容的難易程度、實驗設(shè)備的故障率高低、測量實驗數(shù)據(jù)的誤差大小、教師指導(dǎo)實驗的能力強(qiáng)弱，甚至教師的一個表情一句話語，都會直接影響學(xué)生的實驗感受度。同時，學(xué)生對實驗的期望程度的高低也會影響學(xué)生的感受，期望值高，實驗質(zhì)量不一定高，感受度容易偏低;期望值低，反而會覺得實驗質(zhì)量高，從而感受度偏高。要使學(xué)生對實驗感受良好，只有不斷深入了解學(xué)生的各種各樣的心理活動，并且在實驗結(jié)束后實驗教師批改學(xué)生實驗報告時，了解學(xué)生實驗完成情況，關(guān)注學(xué)生的實驗感受，匯總學(xué)生普遍反饋的實驗過程中遇到的問題，以及時調(diào)整教學(xué)安排，完善實驗教學(xué)效果，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

（五）課程結(jié)束后反饋學(xué)生的實驗滿意度

學(xué)生實驗滿意度是指參與實驗的學(xué)生對實驗過程各環(huán)節(jié)以及實驗收獲等內(nèi)容的主觀判斷滿意程度。滿意是由于客觀情況符合或超過主觀預(yù)期而產(chǎn)生的一種積極的心理狀態(tài)[6]。滿意的情緒能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)向著更好的方向發(fā)展，體現(xiàn)出實驗課程取得和達(dá)到了一定效果[6]。實驗滿意度反映實驗室各個環(huán)節(jié)實際實驗效果給學(xué)生的感受度與學(xué)生實驗之前預(yù)期的期望度之間的匹配程度，這個數(shù)據(jù)主要通過學(xué)校教務(wù)處的教學(xué)評價系統(tǒng)得出，學(xué)生可對該門任課教師進(jìn)行評分，可以提出意見，幫助教師改善教學(xué)方法，提高實驗教學(xué)質(zhì)量[7]。

三、“四個階段”實驗教學(xué)層次

針對如何提升實驗教學(xué)水平的問題，我校在實驗教學(xué)中對“四個階段”實驗教學(xué)層次進(jìn)行了探析，主要包含認(rèn)知階段、操作階段、方法階段和系統(tǒng)階段，使實驗教學(xué)形成明顯層次梯度，以提升實驗教學(xué)質(zhì)量。“四個階段”實驗教學(xué)經(jīng)過幾年的實踐，效果明顯。

（一）認(rèn)知階段

認(rèn)知階段主要是對實驗的認(rèn)識了解，在實驗課前主要通過參考實驗指導(dǎo)書完成實驗預(yù)習(xí)的方式實現(xiàn)，在實驗課堂上主要通過實驗教師講授與演示完成。由于本階段尚未涉及學(xué)生的“動手”，因此本階段的主要教學(xué)內(nèi)容是實驗?zāi)康?、原理、器材、?nèi)容以及注意事項等，典型的教學(xué)特征是“學(xué)生預(yù)習(xí)——教師講授——學(xué)生聽課”。實驗預(yù)習(xí)是實驗開始之前激發(fā)學(xué)生的實驗興趣度的主要途徑之一。如果學(xué)生不按要求完成實驗預(yù)習(xí)，對該次實驗一無所知，只是為實驗而實驗，貿(mào)貿(mào)然進(jìn)行實驗，就容易導(dǎo)致實驗儀器設(shè)備受損，教師有權(quán)拒絕這樣的學(xué)生進(jìn)入實驗室。此階段的實驗講授與演示不宜占用過多的時間，一般控制在該次實驗時間的1/3以內(nèi)，在做好實驗安全提醒的前提下，針對實驗內(nèi)容重點給予實驗方法的點撥，盡量把寶貴的實驗時間留給學(xué)生下一階段的動手操作。

（二）操作階段

操作階段主要在實驗室完成，學(xué)生設(shè)計實驗方案，使用儀器設(shè)備測量、記錄實驗數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律，形成實驗結(jié)論。此階段由學(xué)生親自動手操作來完成，典型的教學(xué)特征是“教師指導(dǎo)——學(xué)生動手操作”。實驗指導(dǎo)應(yīng)以啟發(fā)為主，對于實驗中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生以實驗的方式尋找答案，不應(yīng)直接告知學(xué)生錯誤點，更加不適宜動手幫學(xué)生解決問題。只要不涉及人身安全和不損壞儀器設(shè)備，就不應(yīng)給予學(xué)生過多的實驗限制，不應(yīng)束縛學(xué)生操作方法的可能性，應(yīng)允許學(xué)生犯錯，應(yīng)鼓勵學(xué)生對未知實驗結(jié)果可能性進(jìn)行探索。操作階段和認(rèn)知階段并不是完全隔離的兩個階段，更多時候是交叉進(jìn)行或同步進(jìn)行，目前大部分學(xué)生實驗都能達(dá)到這個層次?；A(chǔ)性實驗是檢驗課程中某單一理論或者原理的實驗[8]，即基本實驗方法或基本技術(shù)操作的基礎(chǔ)認(rèn)知性實驗，是學(xué)生在認(rèn)知階段和操作階段最適合的實驗項目類型。

（三）方法階段

方法階段的重點是學(xué)會自擬實驗步驟，解決實際的測試問題，能夠把實驗任務(wù)由測試任務(wù)書抽象的文字?jǐn)⑹觯嬲鋵嵉綄嶒炁_上的具體操作步驟中?？茖W(xué)、完備的實驗方案設(shè)計，嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的實驗操作步驟，是方法階段不可或缺的兩個重要條件，此階段典型的教學(xué)特征是“教師輔導(dǎo)——學(xué)生動手+思考+設(shè)計”。教師輔導(dǎo)從表面上看作用有所減弱，但更要求教師做到有的放矢，做到精準(zhǔn)化輔導(dǎo)，提高輔導(dǎo)的質(zhì)量。這個階段的學(xué)生動手中有思考，思考中有動手，但最重要的還是要學(xué)會設(shè)計實驗方案，解決實際的測試問題。綜合性實驗是由多項實驗任務(wù)組成，經(jīng)過系列的實施程序，最終得到某種結(jié)果的實驗[8];設(shè)計性實驗是給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)的教學(xué)實驗。這兩種實驗是學(xué)生在方法階段最適合的實驗項目類型。

（四）系統(tǒng)階段

系統(tǒng)階段以自行設(shè)計實驗課題為主。良好的實驗設(shè)計主要表現(xiàn)在合理安排實驗程序，恰當(dāng)?shù)亟鉀Q研究者所要解決的問題，此階段典型的教學(xué)特征是“教師輔助——學(xué)生思考+設(shè)計+創(chuàng)新”。教師在教學(xué)活動中，應(yīng)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)造活動以及提供條件幫助學(xué)生完成產(chǎn)品的開發(fā)與研制，培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計、實驗規(guī)劃等系統(tǒng)設(shè)計和聯(lián)調(diào)能力。此階段的主導(dǎo)者是學(xué)生，從系統(tǒng)的角度看，學(xué)生必須具備獨(dú)立思考的能力，具備系統(tǒng)設(shè)計的能力，具備對知識融會貫通、合理運(yùn)用及實踐創(chuàng)新的能力[9]。探索性創(chuàng)新實驗主要指大學(xué)生參與的，通過申報、立項、提供經(jīng)費(fèi)資助的國家級、省級、校級的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目等科研創(chuàng)新實驗，是學(xué)生在系統(tǒng)階段最適合的實驗項目類型。

四、實驗教學(xué)效果

我校電工電子實驗中心承擔(dān)省校級高等教育教研和科研項目任務(wù)，并把工程實際問題提煉后作為學(xué)生的實驗內(nèi)容，規(guī)范實驗方案，教會學(xué)生實施實驗，鍛煉學(xué)生科學(xué)處理數(shù)據(jù)的能力。本中心以培養(yǎng)學(xué)生主動實踐為目標(biāo)，通過“五個度”實驗教學(xué)法對實驗教學(xué)形成良性的閉環(huán)反饋，不斷完善基礎(chǔ)實驗項目的設(shè)計，發(fā)揮其在展示實驗設(shè)計方法、規(guī)范實驗過程方面的核心作用，提高學(xué)生對基礎(chǔ)實驗的興趣和參與程度，確?；A(chǔ)實驗高質(zhì)量地完成;通過“四個階段”實驗教學(xué)層次使實驗教學(xué)形成明顯梯度。我們還編寫出版與實驗儀器設(shè)備相配套的實驗指導(dǎo)教材，使用多樣化的實驗教學(xué)方法，使實驗教學(xué)達(dá)到較高的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)高水平的實驗技術(shù)人才。

建立科學(xué)的實驗教學(xué)體系，使我校學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力普遍獲得明顯提升。近年來，我們組織、指導(dǎo)學(xué)生參加各類科技競賽活動，獲得多項國家級、省市級獎項，為一大批學(xué)生后續(xù)實驗項目及工程訓(xùn)練奠定了良好的工程素養(yǎng);指導(dǎo)學(xué)生開展國家級、省級、校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，也取得了良好的創(chuàng)新實踐成績，培養(yǎng)部分具有初步主持開展項目能力的高水平學(xué)生;帶領(lǐng)學(xué)生申請專利，引導(dǎo)學(xué)生樹立尊重知識、崇尚科學(xué)和保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的意識，全面提升學(xué)生的綜合能力。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]