電氣實驗教學探索與實踐

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摘要：探索建立拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效機制，是當前教育改革的迫切要求。為了適應(yīng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，奉行以“學生為中心”的教學理念，以工科拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標，對電氣實驗教學進行改革，通過設(shè)置與當今科技發(fā)展和工程實際緊密結(jié)合的科技創(chuàng)新項目，鼓勵本科生嘗試設(shè)計和實踐個人感興趣的研究項目，培養(yǎng)科研實踐能力。經(jīng)實踐運行，取得良好的教學效果，學生的創(chuàng)新意識與工程實踐能力大幅提高，同時也給今后教學改革指明了方向。

關(guān)鍵詞：拔尖創(chuàng)新人才；電氣實驗教學；實踐能力

1完善教學內(nèi)容

教學改革項目組成員一直工作在理論教學和實驗教學一線，有著豐富的理論課教學、實驗教學及工程項目經(jīng)驗，將教學和實踐緊密結(jié)合，并前瞻當今科技發(fā)展前沿，引領(lǐng)教學方向。根據(jù)目前的教學內(nèi)容，結(jié)合當今科技發(fā)展狀況，設(shè)計制定出以培養(yǎng)研究型創(chuàng)新人才為目標的實驗教學體系。首先，以現(xiàn)有電氣技術(shù)實驗課程的內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合已經(jīng)實施的“電路分析”“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”理論課與實踐一體化研究型教學模式，整合基本教學內(nèi)容，設(shè)置了理論驗證性實驗、設(shè)計性實驗及綜合應(yīng)用性3大實驗?zāi)K，做到從易到難、從簡到繁，循序漸進，并具有知識性、趣味性，達到對理工科電類學生基本實踐技能培養(yǎng)的目的。例如，第一次課，由于學生第一次進實驗室，對儀器設(shè)備的使用還沒有掌握，對實驗電路的搭接還存在陌生感，不免會產(chǎn)生些許的緊張。為此，將內(nèi)容設(shè)置為“直流電路的構(gòu)建和測量”這種線路簡單、現(xiàn)象直觀的理論驗證性實驗，以建立學生的自信心，培養(yǎng)實驗興趣，為今后較為復雜的實驗內(nèi)容鋪墊好路。而“分立元件放大電路”“運放應(yīng)用”“組合電路及時序電路設(shè)計”“順序鎖”“數(shù)字化信號發(fā)生器”等設(shè)計性及綜合性實驗，目的是使學生將所學理論知識綜合運用到實踐，并逐漸提高實驗技能，對電氣實驗產(chǎn)生濃厚興趣，在設(shè)計電路、搭接線路、排查故障、解決問題的過程中，培養(yǎng)強烈的求知欲及創(chuàng)新意識。其次，也是更重要的，隨著高新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新、全面發(fā)展、高素質(zhì)復合型人才已成為當務(wù)之急。電氣技術(shù)實驗教學，充分利用實踐能力培養(yǎng)的機會，根據(jù)不同對象的專業(yè)背景，設(shè)計融合電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及行業(yè)流行技術(shù)的學科交叉創(chuàng)新訓練項目。例如，為生物醫(yī)學系的學生設(shè)計了“智能防霧霾口罩”實訓項目，為自動化及高等理工等學院的學生設(shè)計了“AGC放大器的設(shè)計與制作”“可設(shè)定的恒溫溫度控制器的設(shè)計”“可編程電源的設(shè)計與制作”“摩斯電碼通訊系統(tǒng)的設(shè)計”等實訓項目，培養(yǎng)學生工程意識及探究精神，啟發(fā)創(chuàng)新思維，進一步提升創(chuàng)新能力，初步具備開展科學研究的素質(zhì)，為今后從事科學研究打下堅實基礎(chǔ)。同時，為充分發(fā)揮潛力，鼓勵學生嘗試設(shè)計、實踐個人感興趣的研究項目，提升科研實踐能力。隨著實驗技能的不斷提高，學生對科學研究的興趣愈加濃厚，對新知識、新技術(shù)的獲取更加強烈。學生利用所學理論知識和專業(yè)技能，大膽嘗試自己平時好奇、向往而沒來得及實踐的一些想法，進行設(shè)計、實驗，通過不斷探究、創(chuàng)新去實現(xiàn)自己的夢想。以學生為主體，教師輔助，給予適當幫助和指導，突出個性化培養(yǎng)，達到自主創(chuàng)新自我實現(xiàn)的目的。自由項目的設(shè)立，使學生有強烈的獲得感，自信心倍增，充分發(fā)揮想象力，自主學習，挖掘創(chuàng)新思維，使他們的志向遠大，初步成為具有創(chuàng)新能力的科研工作者，為今后成為一流的學者和科學家奠定堅實基礎(chǔ)。電氣實驗教學體系，力爭使各個實驗內(nèi)容指標與國際工程認證接軌，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新國際化人才?；緦嶒瀮?nèi)容和創(chuàng)新實驗內(nèi)容的比例為1∶1。教學內(nèi)容的調(diào)整和優(yōu)化，大大提高了學生的積極性和創(chuàng)造性，使他們在實驗過程中勤于思考、勇于實踐，增強了工程實踐能力和創(chuàng)新精神[2-4]。

2改進教學方法和手段

通過對北京大學、清華大學、浙江大學、南京大學、哈爾濱工業(yè)大學，以及美國加州大學伯克利分校、澳大利亞悉尼大學等國內(nèi)外知名大學的調(diào)查研究，秉承知識傳授、素質(zhì)培養(yǎng)、工程實踐、科技創(chuàng)新的教學理念，在教學方法和教學手段上進行了改革。

2.1課程進度

以前，模擬電路實驗在一個學期上課，而數(shù)字電路的實驗在另一個學期上課，實驗教學和理論教學往往不同步，造成學生不能及時掌握和鞏固相應(yīng)理論知識。調(diào)整后，對于基本實驗內(nèi)容，根據(jù)不同專業(yè)需求，適時調(diào)整上課進度，將模擬電路實驗和數(shù)字電路實驗教學并軌，并在理論課的相關(guān)章節(jié)授課結(jié)束后，立即開展相應(yīng)實驗。理論講解與實驗交叉并行，達到理論指導實踐、實踐促進理論學習的目的，使得學生在短時間內(nèi)對所學知識融會貫通。對于綜合創(chuàng)新性實驗，根據(jù)實驗內(nèi)容及理論課學習安排，一方面可以適時穿插于基本實驗內(nèi)容之間；另一方面對于綜合性強、需要時間多的創(chuàng)新性實驗，還可以放在所有基本實驗結(jié)束后進行，這樣學生可以有更充分的時間研究和實踐。

2.2上課形式

課堂設(shè)置，基本實驗內(nèi)容仍然采取一人一組課上進行實驗，教師當堂檢驗結(jié)果，培養(yǎng)學生獨立完成任務(wù)、解決問題的能力。對于創(chuàng)新性實驗項目，采取分小組形式，每組3~4人，自愿組合，一方面完成教師制定的典型項目的設(shè)計、搭接、檢測；另一方面，可以根據(jù)興趣，設(shè)計個人感興趣的項目，制訂方案并實施完成?？梢岳谜n堂時間，還可以利用實驗室開放時間進行。以小組為單位進行項目的開題、實物制作、答辯、撰寫學習心得和小論文完成項目，可以培養(yǎng)學生自我學習、團隊協(xié)作、溝通交流、動手實踐、創(chuàng)新思維等多方面能力。教學方式，采取以學生為中心，有利于循序漸進提高能力、深入探究、激發(fā)創(chuàng)新的教學方法。

2.3探究式教學

實驗手冊，對于基本實驗內(nèi)容只有基本理論和簡單提示，去除一步又一步的實驗步驟，給學生更多融入創(chuàng)意的空間，靈活運用知識。學生通過實驗室有限的器材，用沒有給定的方法達到最終目標，可以用多種不固定的方法，并自主對比各種方法的優(yōu)缺點，從而鍛煉綜合能力，而不是跟著菜譜做菜的能力。對于創(chuàng)新項目，更是以“問題為中心”，以學生為主導，在教師的輔助下，自主探究并獨立完成，將所學的理論知識運用到實踐中。這是一個以學生為中心的課堂，學生在實踐中遇到問題與教師進行探討交流，激發(fā)學習興趣，提升實踐能力，提高創(chuàng)新能力[5-6]。

2.4啟發(fā)式教學

通過問題的引發(fā)和誘導，能夠進一步提升能動性，積極探討解決問題的方法，提高學習興趣，達到較好的教學效果[2]。根據(jù)學生情況設(shè)計引導問題，給學生一個思考的過程，采用多種形式實施啟發(fā)，努力營造一個知識探索的過程[7-8]。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是啟發(fā)式教學的目標[9]。例如，交通燈設(shè)計實驗，教師先在學生實驗之前演示效果，學生觀摩后感到非常貼近實際生活而好奇、感興趣，于是就開動腦筋進行軟件或硬件設(shè)計。這時教師擇機提出新的要求，或給出一些故障現(xiàn)象，進一步引導學生去分析問題，提高他們解決問題、排除故障的能力，激發(fā)自主創(chuàng)新意識。教學過程中還采用蘇格拉底式發(fā)問。教授新內(nèi)容或解答學生疑惑時，不直接給出問題的答案，而將問題分解為學生可以自發(fā)理解的一系列小問題，一一提問，從而引導學生自己找到答案。蘇格拉底認為，所有知識都已存在于學生中，教師需要做的是指引學生發(fā)掘自身的已有知識。多樣化的實驗內(nèi)容和不間斷的問題啟發(fā)，使學生開動腦筋，積極思考，內(nèi)心的潛力被不斷挖掘出來，提高了分析問題、解決問題的能力，同時也更加充滿自信。

2.5開放實驗室

課堂時間是有限的，經(jīng)常有部分學生沒有當堂完成實驗內(nèi)容，或者有些實驗現(xiàn)象還沒有搞清楚，想進一步研究和分析原因、觀察結(jié)果等。為此，安排了半開放和全開放實驗室。半開放就是充分利用實驗室資源，延續(xù)課堂教學時間，學生可以利用教師給其他班級上課時進入實驗室，進行自己未完成的實驗內(nèi)容，深入研究和分析現(xiàn)象，透徹理解原理。學生也可以進行自己感興趣的其他實驗內(nèi)容，實時與教師交流討論。為了確保學生有足夠的時間完成創(chuàng)新項目，教學中心的電子創(chuàng)新基地對學生實行自我管理，全面開放。除了教師定時指導外，還安排具有科技項目經(jīng)歷的優(yōu)秀學生承擔部分助教工作，幫助指導各小組完成項目的實物制作。

2.6賽課合一

為激勵學生的學習積極性，激發(fā)創(chuàng)新思維，實驗教學與學科競賽等科技活動相結(jié)合，從上課學生中選拔優(yōu)秀學生參加全國和北京市大學生電子設(shè)計競賽以及我校“馮如杯”科技競賽等實踐活動，進一步推動拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的力度。

2.7全英文授課

為培養(yǎng)高素質(zhì)國際化創(chuàng)新型人才，電氣實驗教學采用全英文授課，教師的講解、課件、指導書全部是英文，學生的實驗報告、項目報告、答辯等也全部用英文。通過一年左右的訓練，科技英文思維逐漸建立起來，為今后走向世界舞臺奠定基礎(chǔ)。

3更新考核評價體系

注重學生的學習過程，取消一錘定音的期末考試模式，制定基于過程的課程考核方法。成績考核包括基礎(chǔ)實驗和綜合創(chuàng)新實驗項目?；A(chǔ)實驗的考核內(nèi)容包括實驗操作、實驗方法、問題討論、任務(wù)完成、實驗報告書寫以及期末考查等。而創(chuàng)新項目包括開題、中期、結(jié)題答辯、實物作品、小論文及總結(jié)報告，并注重學生日常的學習過程和積累，將學生與教師面對面、郵件或其他方式的交流討論、開放實驗室的考勤、公益服務(wù)參與度等都計入考核內(nèi)容。

4實踐運行情況

基于拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的電氣技術(shù)實驗教學進行了4輪實踐，學生理論聯(lián)系實際的能力、靈活應(yīng)用各種專業(yè)知識的能力、人際交往能力、團隊協(xié)作能力，特別是自我學習及創(chuàng)新能力都得了全面提高，取得了非常好的效果。同時，學生的反饋和建議也讓教師深受啟發(fā)，促使教師在今后的工作中不斷思考改進教學方式、調(diào)整教學內(nèi)容，以跟上時代的步伐和學生的要求[10]。上述各項教學內(nèi)容和方法的實施，為學生搭建了全方位立體化教學平臺，為拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到積極推動作用。上課學生凸顯科技實踐創(chuàng)新能力，獲得了?！榜T如杯”、全國/北京市大學生電子設(shè)計競賽一、二等獎等多項科技實踐活動獎勵。

5結(jié)語

探索建立拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效機制，促進拔尖創(chuàng)新人才脫穎而出，是建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)中華民族偉大復興的歷史要求，也是當前教育改革的迫切要求。隨著全球化進程的加快，國家之間的競爭也日益加劇，而國力的競爭體現(xiàn)在人才的競爭上，對整個人才隊伍建設(shè)具有重要導向作用。培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才已經(jīng)成為一種國家的長期戰(zhàn)略[11]。教育改革任重道遠，我們還將在此基礎(chǔ)上，進一步探索電氣技術(shù)實驗教學模式，不斷完善教學體系，通過多種途徑、多種方式，改善教學方法和手段，力爭構(gòu)建與世界一流大學接軌的學習環(huán)境和知識結(jié)構(gòu)[12]，全面推進拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的綜合改革，為國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到積極推動作用。

作者：黃亞玲 唐瑤 肖瑾 孫丹 范昌波 吳星明 單位：北京航空航天大學