實驗室對學(xué)生成績的影響分析與教學(xué)創(chuàng)新模式研究

岳倩倩

(安徽三聯(lián)學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院,合肥 230601)

電子電氣專業(yè)為理工類專業(yè)，是國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢下，支撐現(xiàn)代科技創(chuàng)新發(fā)展的重要學(xué)科之一，該專業(yè)培養(yǎng)出的技術(shù)人才具有較強的專業(yè)性，為國內(nèi)電氣行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供重要保障，所以現(xiàn)階段的電子電氣專業(yè)教學(xué)，在高等教育中占據(jù)重要地位[1]。電子電氣專業(yè)學(xué)科的專業(yè)性極強，結(jié)合電氣工程、自動化儀器、繼電保護以及PLC等內(nèi)容展開教學(xué)。為了促進學(xué)生的畢業(yè)就業(yè)，高校逐漸完善實驗室教學(xué)方案，通過實訓(xùn)課程學(xué)習(xí)，加強學(xué)生解決電氣工程領(lǐng)域中復(fù)雜問題的能力，為畢業(yè)就業(yè)提供真實的體驗環(huán)境，有助于達到工程教育專業(yè)認證機構(gòu)的認可[2]。目前的電子電氣專業(yè)作為工業(yè)革命的后續(xù)發(fā)展內(nèi)容，與能源、交通、建筑、制造以及環(huán)境等領(lǐng)域息息相關(guān)，通過特征教學(xué)法“以學(xué)生為根本”的教學(xué)理念，建立了全新的實驗室教學(xué)模式[3]。但各個行業(yè)正處于不斷進步的發(fā)展進程當(dāng)中，需要高校不斷創(chuàng)新電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)模式，滿足社會發(fā)展需要，培養(yǎng)更多滿足時代要求的學(xué)生，基于此研究電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)創(chuàng)新模式。

圖1 電子電氣專業(yè)教學(xué)實驗室

1 電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)

1.1 實驗室教學(xué)概況

電子電氣專業(yè)的主要課程包括電氣控制、PLC等，這些課程的最主要特點，就是具有極強的實踐性、較為先進的技術(shù)性以及應(yīng)用的廣泛性。這些特點使得電子電氣專業(yè)教學(xué)只能依靠實驗室的實訓(xùn)平臺完成日常教學(xué)內(nèi)容，通過真實的實驗室研究吸引學(xué)生主動提問、積極交流，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生相互幫助的團隊精神[4]。目前的課程以實驗室教學(xué)為主，全部教學(xué)課程都被教師安排到如圖1所示的實驗室當(dāng)中，教學(xué)通過配備元器件實物、實驗項目等方式，為理論知識提供真實體驗環(huán)境。學(xué)生帶著教師提出的問題實驗，通過不斷調(diào)整實驗參數(shù)得出不同條件下的結(jié)論，從而完成對理論知識的分析與理解。

1.2 實驗室教學(xué)情景

針對目前的課程教學(xué)概況，從實驗教學(xué)目標(biāo)、實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)模式、實驗教學(xué)隊伍以及實驗教學(xué)環(huán)境多個角度，分析現(xiàn)階段的實驗室教學(xué)情景。目前的電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容及模式，是整個教學(xué)活動的核心要素。在目標(biāo)方面，將“協(xié)同化”和“深度化”作為培養(yǎng)學(xué)生面對實訓(xùn)教學(xué)的挑戰(zhàn)，從培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能方面入手，并形成專業(yè)的實踐思維。實驗室教學(xué)內(nèi)容以“一體化”為設(shè)計標(biāo)準，要求課程中、課程間以及課程后之間形成有序銜接的教學(xué)體系，保證教學(xué)內(nèi)容是不間斷的。教學(xué)模式以“混合性”、“活動性”以及“開放性”為標(biāo)準，其中“混合”就是將理論、實訓(xùn)以及日常活動融合起來，建立理論與實際結(jié)合的教學(xué)模式；“活動”就是讓所有學(xué)生在實驗室中都能夠參與實驗，養(yǎng)成主動研究、主動記錄數(shù)據(jù)的習(xí)慣；“開放”就是在課程中以及課后讓學(xué)生之間分享實驗成果，以討論、總結(jié)的方式讓學(xué)生聽取更多的實驗意見，并學(xué)會區(qū)分其中正確的內(nèi)容和存在不足的觀點[5]。實驗室教學(xué)隊伍，是實現(xiàn)創(chuàng)新模式的前提，因為實驗室技術(shù)人員與管理人員，是實驗室正常、安全運行的關(guān)鍵，目前學(xué)校主要配置專業(yè)技術(shù)教師以及管理人員，共同組成實驗室教學(xué)隊伍。前者是教學(xué)的主力軍，通過實驗教學(xué)向?qū)W生傳遞知識；后者是實現(xiàn)實驗室教學(xué)的保障，維護實驗室智能化設(shè)備的使用安全。實驗教學(xué)環(huán)境影響教學(xué)效果，以往的電子電氣專業(yè)教學(xué)按照課程內(nèi)容設(shè)計實驗環(huán)境，這種固定式的教學(xué)環(huán)境浪費資源，所以在實驗室教學(xué)環(huán)境上需要調(diào)整。綜合上述多個實驗室教學(xué)情景，評價現(xiàn)階段的實驗室教學(xué)成果。

1.3 實驗室教學(xué)成果

采用考試成績分析模型，對5個不同的電子電氣專業(yè)班級的考試成績進行分析。已知考試成績具有隨機性特征，利用模型隨機擬合的效果不是最佳，所以按升序?qū)λ谐煽冞M行排序，然后擬合得到如表1所示的結(jié)果。

表1 電子電氣專業(yè)5個班級的考試成績擬合

采用y=alnx+b的形式進行擬合，其中參數(shù)a代表成績變化速率，a越大越能說明班級成績差異越大；參數(shù)b表示級內(nèi)的最低分[6]。當(dāng)相關(guān)系數(shù)大于0.755時，屬于強相關(guān)性。根據(jù)表1顯示的數(shù)據(jù)可知，擬合后的對數(shù)相關(guān)系數(shù)均超過0.755，所以采用區(qū)間法加權(quán)評分函數(shù)模型A、綜合法加權(quán)評分函數(shù)模型B對上述成績建模，得到如表2所示的平均考試成績點值比。

表2 電子電氣專業(yè)5個班級的平均考試成績點值比

根據(jù)上述結(jié)果可知，點值比的差異率最大達到了10.28%，兩個模型之間的點值比差異盡管低于20%，但還是高于理想值8%，說明目前的實驗室教學(xué)能夠在一定程度上提升學(xué)生學(xué)習(xí)成績，但還有較大的提升空間，所以研究電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)創(chuàng)新模式。

2 電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)創(chuàng)新

2.1 實時互動教學(xué)平臺的優(yōu)化

根據(jù)調(diào)查可知，嘉興學(xué)院與科技公司合作，從2014年就已經(jīng)建立了“電氣工程實驗室實時互動教學(xué)平臺”。所以針對這一研究項目，建立融合多媒體資源與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型實驗室教學(xué)互動平臺，在教師的指導(dǎo)下實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、獨立學(xué)習(xí)、互動學(xué)習(xí)以及反饋學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，充分發(fā)揮了實驗室實時教學(xué)的優(yōu)勢。目前該平臺與電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)控制以及電機控制等課程關(guān)聯(lián)使用，在不限制使用時間、視頻互動、實時通訊的條件下，完善了實驗室教學(xué)。其中在時間方面，學(xué)生可以隨時登錄平臺查詢教學(xué)內(nèi)容；視頻互動和實時通訊方面，教師根據(jù)圖2所示的多屏監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測實驗過程，利用通信軟件傳遞信息并實時指導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn)[7]。

圖2 多屏監(jiān)測實驗室

左上計算機為主控計算機，其他計算機為分機，通過主控計算機放大隨機監(jiān)控界面，通過分機反饋監(jiān)控學(xué)生的實時操作狀態(tài)。

2.2 融合虛擬仿真實驗系統(tǒng)的優(yōu)化

現(xiàn)階段的虛擬仿真的實驗室教學(xué)平臺，主要包括信息化管理平臺和實驗教學(xué)平臺兩部，但是，缺少針對學(xué)生設(shè)置的虛擬化學(xué)習(xí)功能。本研究中，在電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)中引入了虛擬仿真實驗系統(tǒng)，一方面減少部分實驗課程中的硬件使用數(shù)量，緩解資金壓力和教學(xué)設(shè)備數(shù)量緊張的問題，還可以增強實驗過程的可視化效果。比如在同步發(fā)電機并網(wǎng)實驗中，可以讓教師演示一次實驗操作流程，然后學(xué)生可以利用MATLAB等虛擬仿真實驗系統(tǒng)，構(gòu)建對應(yīng)的仿真實驗?zāi)Ｐ头治霾⒕W(wǎng)沖擊電流的變化規(guī)律。對于一些具有一定危險性的實驗室教學(xué)，例如高電壓技術(shù)課程，教師可以搭建系統(tǒng)模型，學(xué)生可根據(jù)系統(tǒng)模型的運行狀態(tài)，比較不同環(huán)境特征下的高電壓技術(shù)特征，并且利用仿真軟件反復(fù)實驗，不再受真實實驗條件的限制。針對電子電氣專業(yè)的課程名稱，選擇了合適的虛擬仿真平臺，如表3所示[8]。

表3 虛擬仿真實驗系統(tǒng)與適合的電子電氣專業(yè)課程

電子電氣專業(yè)實驗室教學(xué)，利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)為更多教學(xué)內(nèi)容提供實驗環(huán)境，并增強了實驗室教學(xué)的安全性。

2.3 完善實驗室教學(xué)體系

圍繞著電子電氣專業(yè)的所有課程，整合實驗室教學(xué)內(nèi)容，通過改革與建設(shè)新的實驗室教學(xué)制度，將以往按照固定學(xué)科內(nèi)容安排的實驗項目、實訓(xùn)課程進行調(diào)整，通過與校外企業(yè)合作，建立能夠反映更多課堂教學(xué)內(nèi)容的實驗室應(yīng)用平臺，利用一體化的平臺夯實電子電氣專業(yè)的基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練并培養(yǎng)學(xué)生具備綜合性實驗訓(xùn)練的能力，最后以這些為基礎(chǔ)，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗內(nèi)容、探索實驗結(jié)論。根據(jù)上述觀點建立一個具有遞進性質(zhì)的實驗室教學(xué)體系，即由基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練發(fā)展為專業(yè)基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練，最后發(fā)展為專業(yè)綜合性實驗訓(xùn)練，以實操的方式培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力[9]。對電子電氣專業(yè)課程進行總結(jié)，根據(jù)不同方向或不同部分的課程內(nèi)容，利用實驗教學(xué)平臺進行延伸，通過電工電子實驗平臺、學(xué)科基礎(chǔ)實驗平臺與互動教學(xué)平臺的結(jié)合使用，滿足多樣化的教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)專業(yè)發(fā)展以及就業(yè)方向的實際需求，調(diào)整實驗室內(nèi)的智能設(shè)備，并針對不同類別的實驗設(shè)置不同的實驗室，為不同的教學(xué)提供針對性的學(xué)習(xí)環(huán)境。新的實驗室教學(xué)將電工教學(xué)、電子教學(xué)以及電工電子教學(xué)，安排到電工電子實驗室公共平臺當(dāng)中；將電力電子教學(xué)、電機教學(xué)、自動控制教學(xué)，安排到學(xué)科基礎(chǔ)實驗平臺當(dāng)中；將繼電保護、電力系統(tǒng)自動化、電網(wǎng)、自動化儀表與控制等教學(xué)，安排到具有專業(yè)特色的教學(xué)互動實驗平臺當(dāng)中。按照上述教學(xué)體系分開教學(xué)，完成不同的實驗室教學(xué)任務(wù)。

2.4 加強監(jiān)管實驗室教學(xué)環(huán)節(jié)

電氣工程學(xué)科涉及到的教學(xué)內(nèi)容較多，因此授課教師以及聽課學(xué)生也很多，所以在實驗室教學(xué)過程中，對于教學(xué)環(huán)節(jié)的要求較為嚴格，其中在實驗室教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，針對每一年度所學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，需要特別制定實驗室課程教學(xué)目標(biāo)和管理制度，主要包括學(xué)生的日常實訓(xùn)安排、實訓(xùn)開始之前的理論分析、實驗室課堂的互動交流與合作。同時為了保障實驗室的安全性，對于教師與學(xué)生的職責(zé)也作出了明確要求，包括對教師教學(xué)能力的要求、專業(yè)技能的要求；對學(xué)生操作能力的要求、課堂紀律的要求。通過明確各自所需承擔(dān)的責(zé)任，將實驗室的使用風(fēng)險降至最低。同時，學(xué)校在每一學(xué)期中都隨機選擇任意時間組成聽課小組，通過隨機的聽課抽查檢驗教師與學(xué)生的實驗室教學(xué)與日常學(xué)習(xí)能力，促進實驗室教學(xué)質(zhì)量的提升[10]。由于電子電氣專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)時對于實踐能力的要求較高，所以在創(chuàng)新日常實驗室教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段的同時，設(shè)計一個電子電氣實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面強化學(xué)生的專業(yè)技能、提高動手能力，另一方面培養(yǎng)良好的工作態(tài)度與個人觀念，為后續(xù)就業(yè)安排培養(yǎng)德智體全面的人才。通過反復(fù)鞏固式的實驗室教學(xué)，為學(xué)生不斷提供實訓(xùn)場地，通過監(jiān)管不同年級學(xué)生的實驗室教學(xué)，加強實訓(xùn)交流合作。

2.5 創(chuàng)新實驗室教學(xué)多元化

實驗室多應(yīng)用于日常教學(xué)課程當(dāng)中，在學(xué)生的日常學(xué)習(xí)過程中，能夠為學(xué)生開放的實驗室少之又少，所以可以根據(jù)學(xué)生在實驗室教學(xué)過程中的具體表現(xiàn)，向其中一部分可靠的同學(xué)開放部分安全性較高的實驗室，讓學(xué)生在完成后續(xù)作業(yè)的過程中，能夠通過自主訓(xùn)練完成研究內(nèi)容，預(yù)期開放的實驗室包括智能儀器實驗室、PLC控制實驗室，這些實驗室的日常操作相對安全，可以向部分能力較強的學(xué)生開放。另外，教學(xué)結(jié)束后，可以利用實驗室開展課后競賽，讓學(xué)生利用實驗室完成電子電氣相關(guān)內(nèi)容的比賽，為實驗室教學(xué)增添趣味性，吸引更多學(xué)生認清實驗室教學(xué)的重要性，將更多精力放到學(xué)習(xí)當(dāng)中[11]。最后還可以開展對實驗項目的申報，通過學(xué)生與教師的通力合作，研究某一項實驗內(nèi)容，最大程度地激發(fā)學(xué)生的專業(yè)自信心，并針對實驗項目設(shè)置實施梯隊，通過教師的指導(dǎo)、優(yōu)秀學(xué)生的帶領(lǐng)，全面研究實驗內(nèi)容，將書本上的理論知識落實到實踐操作當(dāng)中。

2.6 規(guī)范管理實驗室設(shè)備及文檔材料

實驗室的教學(xué)設(shè)備，是一切實訓(xùn)活動的根本，要滿足實驗室創(chuàng)新模式，需要加強對實驗室設(shè)備的規(guī)范管理，只有設(shè)備安全才能為實驗室教學(xué)安全提供一份保障。要求現(xiàn)階段的設(shè)備管理重點關(guān)注兩個方面：首先是對設(shè)備的日常管理，包括設(shè)備分類存放、按需出庫入庫。其次是對設(shè)備的日常維護。維護需要多方面共同實現(xiàn)：第一，要求教師向?qū)W生傳達正確的使用方式，并了解設(shè)備的存放標(biāo)準以及準確位置；第二，要求學(xué)生認真學(xué)習(xí)，正確掌握每一種實驗室設(shè)備的使用方式，并了解不同設(shè)備的使用環(huán)境的安全要求，并及時記錄；第三，要求管理人員定期對電子電氣設(shè)備進行全面檢查，包括對設(shè)備本身的零部件檢查和通電檢查，一些管理人員無法維修的故障設(shè)備，一定要及時申報聯(lián)系廠家，委派專業(yè)人員進行維修；第四，在每學(xué)期開始和結(jié)束的時候，組織專門的隊伍對各個實驗室、實驗設(shè)備進行全面檢查，確定每一學(xué)期開始和結(jié)束的實驗室設(shè)備是安全的，若發(fā)現(xiàn)故障問題及時解決，防止出現(xiàn)教學(xué)課程開始實驗室設(shè)備卻無法使用的情況[12]。然而實驗室中還包含了大量的文檔材料，需要教師針對不同的教學(xué)內(nèi)容進行分類，并按照時間存放，便于后續(xù)教學(xué)的直接使用。

3 結(jié)語

優(yōu)秀的實驗室教學(xué)模式，為電子電氣專業(yè)教學(xué)提供更可靠的教育保障，為培養(yǎng)專業(yè)性技術(shù)人才提供支持，是今后物理、化學(xué)以及計算機等實踐要求較為嚴格的專業(yè)完善教學(xué)模式的重要參考。今后可以將“互聯(lián)網(wǎng)+”“線上教學(xué)”“慕課”“監(jiān)測平臺”等更多先進技術(shù)與實驗室教學(xué)結(jié)合，創(chuàng)新實驗教學(xué)模式，促進教育的多樣化發(fā)展。