電氣類(lèi)本科生傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程改革需求

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摘要:實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)時(shí)高校電氣類(lèi)本科生專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的重要組成部分，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、科研創(chuàng)新思維的培養(yǎng)至關(guān)重要，傳統(tǒng)電氣專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程課時(shí)量較少、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，束縛了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和創(chuàng)新思維的提升。為了解決高校電氣類(lèi)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程存在的學(xué)生積極性不高、實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)難度大等問(wèn)題，本文從高校學(xué)生的角度，以電氣類(lèi)本科生為例，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程改革需求及其痛點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行深入分析，為高校本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)課程;高校學(xué)生;實(shí)踐動(dòng)手能力

一、緒論

一般的高校課堂教學(xué)通常采用傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方法，即任課老師將本專(zhuān)業(yè)課程的主要理論通過(guò)PPT演示和講授的形式傳遞給學(xué)生，學(xué)生通過(guò)課堂聽(tīng)講獲取知識(shí)。然而，理論教學(xué)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所學(xué)課程失去興趣，甚至出現(xiàn)學(xué)生在教師講課過(guò)程中曠課、逃課、打瞌睡等現(xiàn)象，同時(shí)，即使學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講，過(guò)于枯燥乏味的理論教學(xué)也難以吸引學(xué)生的關(guān)注、調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，若不能及時(shí)將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行結(jié)合，那么專(zhuān)業(yè)授課效率將大打折扣。目前，國(guó)內(nèi)大部分高校在理工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)中采用傳統(tǒng)課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方法［1-4］，也利用慕課等在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的新型教學(xué)模式完成了講課視頻共享、課程的課后作業(yè)練習(xí)、師生論壇互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等環(huán)節(jié)［5-7］。但在實(shí)際的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程中，這種方法的普及仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，工科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知能力和操作能力較低?；谏鲜銮闆r，筆者以電氣類(lèi)本科生實(shí)驗(yàn)課程為例，從高校學(xué)生需求出發(fā)，提取傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的共性短板問(wèn)題及挑戰(zhàn)，分析高校學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程改革的需求及對(duì)應(yīng)痛點(diǎn)問(wèn)題。

二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程改革面臨的挑戰(zhàn)

(一)課堂理論與實(shí)際驗(yàn)證聯(lián)系困難教師時(shí)常著眼于課堂教學(xué)過(guò)程，熱衷于對(duì)理論的詳細(xì)推導(dǎo)和闡釋?zhuān)雎粤藢?zhuān)業(yè)理論在實(shí)際中的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)。例如，電氣類(lèi)教師在教授電機(jī)學(xué)或電路理論課程時(shí)，通常會(huì)在理論課堂教學(xué)上花費(fèi)大量時(shí)間，電機(jī)學(xué)教師在講授直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩等理論知識(shí)時(shí)，除了借助演示文稿向?qū)W生展示最終推導(dǎo)獲得的公式外，還會(huì)借助板書(shū)形式演示電機(jī)中重要電氣量的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程，考慮到學(xué)生面對(duì)新知識(shí)理解不夠透徹和深入的問(wèn)題，教師會(huì)利用一個(gè)課時(shí)的時(shí)間，旁征博引電氣專(zhuān)業(yè)其他核心課程的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)所推導(dǎo)的公式進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。因此，理論課堂占用了相當(dāng)大的課時(shí)量，而分配給實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間就少之又少。此外，雖然在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程中，教師會(huì)在理論教授過(guò)程中穿插一些電機(jī)的實(shí)物圖片和火電站、水電站工作的視頻資料，但這些僅能夠?qū)W(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)起到引領(lǐng)和認(rèn)知的作用，不足以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新水平，仍需要開(kāi)設(shè)額外的實(shí)驗(yàn)課程。但由于理論課堂在教授電機(jī)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容時(shí)，僅對(duì)實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)和實(shí)驗(yàn)獲得的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，并沒(méi)有實(shí)際的操作指導(dǎo)，因此，學(xué)生在進(jìn)行電機(jī)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中無(wú)法提前做好準(zhǔn)備，而每個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間緊張，又是多人分組實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致很多學(xué)生難以獲得實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)和專(zhuān)業(yè)實(shí)踐動(dòng)手能力提升的時(shí)機(jī)，不利于培養(yǎng)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。

(二)實(shí)踐操作能力實(shí)現(xiàn)效果有限電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)教師在科研工作中通常以仿真分析形式對(duì)所研究理論進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，可在短時(shí)間內(nèi)獲得可行性分析結(jié)果和正確性驗(yàn)證報(bào)告，仿真分析過(guò)程可在課堂上得到展示，但仿真過(guò)程由計(jì)算機(jī)完成，學(xué)生僅能掌握仿真現(xiàn)象，實(shí)踐動(dòng)手能力難以得到提升。此外，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)調(diào)試中會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程卻需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程難以在課堂教學(xué)中進(jìn)行展示，課時(shí)安排也存在較大困難。

(三)方法創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)參數(shù)修正困難教師在課堂上演示的仿真均基于專(zhuān)業(yè)基本理論及概念，學(xué)生在掌握基本理論和基礎(chǔ)性仿真操作后，期望改變仿真模型和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)程序中的控制參數(shù)或電氣參數(shù)，觀測(cè)和學(xué)習(xí)不同參數(shù)下對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，用于驗(yàn)證學(xué)生自己所提出的創(chuàng)新方法的可行性和合理性。但是，由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜度高、調(diào)試難度大，導(dǎo)致學(xué)生難以通過(guò)修改仿真參數(shù)快速獲得實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，創(chuàng)新性方法無(wú)法及時(shí)得到驗(yàn)證，限制了學(xué)生的創(chuàng)新思路，大多數(shù)學(xué)生僅通過(guò)仿真驗(yàn)證自己的思想，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的即時(shí)性難以保證。

三、高校學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程改革需求分析

(一)豐富的理論配套仿真模型和實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證平臺(tái)學(xué)生在通過(guò)課堂聽(tīng)講等形式獲得包括概念、結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性、應(yīng)用等方面的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，然而，課堂理論僅直接展示最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生無(wú)法從視覺(jué)上感知現(xiàn)象的變化過(guò)程，因此需要通過(guò)仿真模型在線(xiàn)展示電路中電壓、電流等電氣量的變化過(guò)程，從視覺(jué)上充分體會(huì)專(zhuān)業(yè)理論的趣味性，通曉理論知識(shí)的合理性，因此，亟須解決與專(zhuān)業(yè)理論對(duì)應(yīng)的集成一體化的仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

(二)取代復(fù)雜調(diào)試過(guò)程，即時(shí)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)生在仿真分析的基礎(chǔ)上，希望進(jìn)一步獲得實(shí)際的實(shí)驗(yàn)效果，如果教師需要在每個(gè)課時(shí)內(nèi)為學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，需要提前幾個(gè)月將實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)試完成;同時(shí)，不同理論所涉及電路結(jié)構(gòu)和原理不同，逐一展示難度大，因此，亟須開(kāi)發(fā)一套調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)呈現(xiàn)仿真和實(shí)驗(yàn)效果的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

(三)電力電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備開(kāi)源式仿真模型，控制方法在線(xiàn)可調(diào)學(xué)生在了解和掌握基本的仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)上，希望提升自己的創(chuàng)新思維能力，此時(shí)要求教學(xué)平臺(tái)的仿真模型參數(shù)可調(diào)、仿真系統(tǒng)對(duì)學(xué)生完全開(kāi)放，學(xué)生可基于已有仿真模型，自行設(shè)置模型參數(shù)，還可對(duì)仿真系統(tǒng)中的控制部分進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和改善。因此，亟待研制出面向全體學(xué)生的開(kāi)源型仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問(wèn)題探索能力。

四、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程改革痛點(diǎn)分析

(一)教師講授要求高，現(xiàn)有課時(shí)量難以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求由于學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)仿真軟件和實(shí)驗(yàn)條件均不熟悉，因此，將課堂理論教學(xué)內(nèi)容以仿真模型的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，仍存在較大難度;在向?qū)W生演示與理論相關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，需要向?qū)W生解釋仿真和實(shí)驗(yàn)與理論正確性之間的關(guān)聯(lián)，而大部分學(xué)生對(duì)“實(shí)踐驗(yàn)證理論”的概念非常模糊，因此，教師對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)闡釋面臨巨大挑戰(zhàn);除課堂理論教學(xué)課時(shí)外，教師需要單獨(dú)安排課時(shí)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這對(duì)教師和學(xué)生來(lái)講實(shí)現(xiàn)難度大。

(二)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度與學(xué)生接受程度與難以匹配仿真模型與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相融合是汲取了“半實(shí)物”仿真的核心思想，其包括硬件在環(huán)和軟件在環(huán)實(shí)驗(yàn)，教師演示仿真模型直接轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需要對(duì)“半實(shí)物”概念進(jìn)行詳細(xì)闡釋?zhuān)紤]到學(xué)生學(xué)習(xí)程度參差不齊，并非所有學(xué)生均能夠接受這種實(shí)驗(yàn)操作理念，導(dǎo)致演示過(guò)程產(chǎn)生極大難度;其次，理論教學(xué)中涉及的電路結(jié)構(gòu)等基本概念，在實(shí)驗(yàn)演示時(shí)學(xué)生的思維無(wú)法直接從課本中的電路簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)化為裝置實(shí)物圖，因而需要教師首先對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置元器件進(jìn)行介紹，并結(jié)合課本簡(jiǎn)圖一一對(duì)照講授，如此開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)課程便加大了教師的講課難度，對(duì)于講授時(shí)間和課時(shí)安排也提出極大挑戰(zhàn);同時(shí)，實(shí)時(shí)仿真和實(shí)驗(yàn)演示涉及硬件在環(huán)操作理念，還需向?qū)W生講授如何實(shí)現(xiàn)仿真模型的程序轉(zhuǎn)化，在演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)考慮如何提升學(xué)生實(shí)踐操作能力等，這些都加重了教師的講課負(fù)擔(dān)，也對(duì)學(xué)生的知識(shí)獲取能力提出考驗(yàn)。

(三)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)難度大仿真模型的開(kāi)源性為學(xué)生提供了自主創(chuàng)新的平臺(tái)，然而，如何使用仿真軟件、如何修改控制器參數(shù)、修改時(shí)若出現(xiàn)仿真報(bào)錯(cuò)應(yīng)如何解決，這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了學(xué)生對(duì)仿真模型控制方法的改善和創(chuàng)新;其次，教學(xué)平臺(tái)開(kāi)源性、可調(diào)性的主要體現(xiàn)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)存在較大誤區(qū)，在理解教學(xué)平臺(tái)哪些結(jié)構(gòu)開(kāi)源、哪些結(jié)構(gòu)固定不變、哪些關(guān)鍵環(huán)節(jié)可調(diào)等問(wèn)題方面，教師與學(xué)生的互動(dòng)溝通仍存在一定難度。因此，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升方面，教學(xué)平臺(tái)能否較好解決此類(lèi)問(wèn)題，仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

五、結(jié)論

針對(duì)目前大部分高校實(shí)驗(yàn)課程存在的理論講授時(shí)間長(zhǎng)、學(xué)生興趣調(diào)動(dòng)難度大等問(wèn)題，筆者以電氣類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程為例，深入分析高校學(xué)生對(duì)目前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程改革的需求，并對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程在發(fā)展和優(yōu)化過(guò)程存在的主要痛點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析和探索，本文研究有助于培養(yǎng)高校本科生實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新思維能力，為高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供思路。

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作者：岳雨霏 賈奧祺 張宇辰 唐欣 單位：長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院