電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)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(jī)制，是當(dāng)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(xué)生為中心”的教學(xué)理念，以工科拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對(duì)電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，通過設(shè)置與當(dāng)今科技發(fā)展和工程實(shí)際緊密結(jié)合的科技創(chuàng)新項(xiàng)目，鼓勵(lì)本科生嘗試設(shè)計(jì)和實(shí)踐個(gè)人感興趣的研究項(xiàng)目，培養(yǎng)科研實(shí)踐能力。經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行，取得良好的教學(xué)效果，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力大幅提高，同時(shí)也給今后教學(xué)改革指明了方向。
關(guān)鍵詞：拔尖創(chuàng)新人才；電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐能力
1完善教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)改革項(xiàng)目組成員一直工作在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)一線，有著豐富的理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，將教學(xué)和實(shí)踐緊密結(jié)合，并前瞻當(dāng)今科技發(fā)展前沿，引領(lǐng)教學(xué)方向。根據(jù)目前的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合當(dāng)今科技發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計(jì)制定出以培養(yǎng)研究型創(chuàng)新人才為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。首先，以現(xiàn)有電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合已經(jīng)實(shí)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(shí)踐一體化研究型教學(xué)模式，整合基本教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置了理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及綜合應(yīng)用性3大實(shí)驗(yàn)?zāi)K，做到從易到難、從簡(jiǎn)到繁，循序漸進(jìn)，并具有知識(shí)性、趣味性，達(dá)到對(duì)理工科電類學(xué)生基本實(shí)踐技能培養(yǎng)的目的。例如，第一次課，由于學(xué)生第一次進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)儀器設(shè)備的使用還沒有掌握，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的搭接還存在陌生感，不免會(huì)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(cè)量”這種線路簡(jiǎn)單、現(xiàn)象直觀的理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以建立學(xué)生的自信心，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)興趣，為今后較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容鋪墊好路。而“分立元件放大電路”“運(yùn)放應(yīng)用”“組合電路及時(shí)序電路設(shè)計(jì)”“順序鎖”“數(shù)字化信號(hào)發(fā)生器”等設(shè)計(jì)性及綜合性實(shí)驗(yàn)，目的是使學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)踐，并逐漸提高實(shí)驗(yàn)技能，對(duì)電氣實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生濃厚興趣，在設(shè)計(jì)電路、搭接線路、排查故障、解決問題的過程中，培養(yǎng)強(qiáng)烈的求知欲及創(chuàng)新意識(shí)。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(fù)合型人才已成為當(dāng)務(wù)之急。電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分利用實(shí)踐能力培養(yǎng)的機(jī)會(huì)，根據(jù)不同對(duì)象的專業(yè)背景，設(shè)計(jì)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(xué)科交叉創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目。例如，為生物醫(yī)學(xué)系的學(xué)生設(shè)計(jì)了“智能防霧霾口罩”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，為自動(dòng)化及高等理工等學(xué)院的學(xué)生設(shè)計(jì)了“AGC放大器的設(shè)計(jì)與制作”“可設(shè)定的恒溫溫度控制器的設(shè)計(jì)”“可編程電源的設(shè)計(jì)與制作”“摩斯電碼通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)及探究精神，啟發(fā)創(chuàng)新思維，進(jìn)一步提升創(chuàng)新能力，初步具備開展科學(xué)研究的素質(zhì)，為今后從事科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，為充分發(fā)揮潛力，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)、實(shí)踐個(gè)人感興趣的研究項(xiàng)目，提升科研實(shí)踐能力。隨著實(shí)驗(yàn)技能的不斷提高，學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣愈加濃厚，對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)的獲取更加強(qiáng)烈。學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)技能，大膽嘗試自己平時(shí)好奇、向往而沒來得及實(shí)踐的一些想法，進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，通過不斷探究、創(chuàng)新去實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。以學(xué)生為主體，教師輔助，給予適當(dāng)幫助和指導(dǎo)，突出個(gè)性化培養(yǎng)，達(dá)到自主創(chuàng)新自我實(shí)現(xiàn)的目的。自由項(xiàng)目的設(shè)立，使學(xué)生有強(qiáng)烈的獲得感，自信心倍增，充分發(fā)揮想象力，自主學(xué)習(xí)，挖掘創(chuàng)新思維，使他們的志向遠(yuǎn)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(xué)者和科學(xué)家奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，力爭(zhēng)使各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容指標(biāo)與國(guó)際工程認(rèn)證接軌，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新國(guó)際化人才?；緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比例為1∶1。教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和優(yōu)化，大大提高了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，使他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中勤于思考、勇于實(shí)踐，增強(qiáng)了工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神[2-4]。
2改進(jìn)教學(xué)方法和手段
通過對(duì)北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、南京大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)，以及美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校、澳大利亞悉尼大學(xué)等國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)的調(diào)查研究，秉承知識(shí)傳授、素質(zhì)培養(yǎng)、工程實(shí)踐、科技創(chuàng)新的教學(xué)理念，在教學(xué)方法和教學(xué)手段上進(jìn)行了改革。
2.1課程進(jìn)度
以前，模擬電路實(shí)驗(yàn)在一個(gè)學(xué)期上課，而數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)在另一個(gè)學(xué)期上課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)往往不同步，造成學(xué)生不能及時(shí)掌握和鞏固相應(yīng)理論知識(shí)。調(diào)整后，對(duì)于基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，根據(jù)不同專業(yè)需求，適時(shí)調(diào)整上課進(jìn)度，將模擬電路實(shí)驗(yàn)和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)驗(yàn)。理論講解與實(shí)驗(yàn)交叉并行，達(dá)到理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐促進(jìn)理論學(xué)習(xí)的目的，使得學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通。對(duì)于綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及理論課學(xué)習(xí)安排，一方面可以適時(shí)穿插于基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間；另一方面對(duì)于綜合性強(qiáng)、需要時(shí)間多的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，還可以放在所有基本實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行，這樣學(xué)生可以有更充分的時(shí)間研究和實(shí)踐。
2.2上課形式
課堂設(shè)置，基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍然采取一人一組課上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師當(dāng)堂檢驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)、解決問題的能力。對(duì)于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(xiàng)目的設(shè)計(jì)、搭接、檢測(cè)；另一方面，可以根據(jù)興趣，設(shè)計(jì)個(gè)人感興趣的項(xiàng)目，制訂方案并實(shí)施完成?？梢岳谜n堂時(shí)間，還可以利用實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間進(jìn)行。以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目的開題、實(shí)物制作、答辯、撰寫學(xué)習(xí)心得和小論文完成項(xiàng)目，可以培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流、動(dòng)手實(shí)踐、創(chuàng)新思維等多方面能力。教學(xué)方式，采取以學(xué)生為中心，有利于循序漸進(jìn)提高能力、深入探究、激發(fā)創(chuàng)新的教學(xué)方法。
2.3探究式教學(xué)
實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)于基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只有基本理論和簡(jiǎn)單提示，去除一步又一步的實(shí)驗(yàn)步驟，給學(xué)生更多融入創(chuàng)意的空間，靈活運(yùn)用知識(shí)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)室有限的器材，用沒有給定的方法達(dá)到最終目標(biāo)，可以用多種不固定的方法，并自主對(duì)比各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從而鍛煉綜合能力，而不是跟著菜譜做菜的能力。對(duì)于創(chuàng)新項(xiàng)目，更是以“問題為中心”，以學(xué)生為主導(dǎo)，在教師的輔助下，自主探究并獨(dú)立完成，將所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中。這是一個(gè)以學(xué)生為中心的課堂，學(xué)生在實(shí)踐中遇到問題與教師進(jìn)行探討交流，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升實(shí)踐能力，提高創(chuàng)新能力[5-6]。
2.4啟發(fā)式教學(xué)
通過問題的引發(fā)和誘導(dǎo)，能夠進(jìn)一步提升能動(dòng)性，積極探討解決問題的方法，提高學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到較好的教學(xué)效果[2]。根據(jù)學(xué)生情況設(shè)計(jì)引導(dǎo)問題，給學(xué)生一個(gè)思考的過程，采用多種形式實(shí)施啟發(fā)，努力營(yíng)造一個(gè)知識(shí)探索的過程[7-8]。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是啟發(fā)式教學(xué)的目標(biāo)[9]。例如，交通燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師先在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前演示效果，學(xué)生觀摩后感到非常貼近實(shí)際生活而好奇、感興趣，于是就開動(dòng)腦筋進(jìn)行軟件或硬件設(shè)計(jì)。這時(shí)教師擇機(jī)提出新的要求，或給出一些故障現(xiàn)象，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)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(shí)。教學(xué)過程中還采用蘇格拉底式發(fā)問。教授新內(nèi)容或解答學(xué)生疑惑時(shí)，不直接給出問題的答案，而將問題分解為學(xué)生可以自發(fā)理解的一系列小問題，一一提問，從而引導(dǎo)學(xué)生自己找到答案。蘇格拉底認(rèn)為，所有知識(shí)都已存在于學(xué)生中，教師需要做的是指引學(xué)生發(fā)掘自身的已有知識(shí)。多樣化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和不間斷的問題啟發(fā)，使學(xué)生開動(dòng)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(shí)也更加充滿自信。
2.5開放實(shí)驗(yàn)室
課堂時(shí)間是有限的，經(jīng)常有部分學(xué)生沒有當(dāng)堂完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或者有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還沒有搞清楚，想進(jìn)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(shí)驗(yàn)室。半開放就是充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，延續(xù)課堂教學(xué)時(shí)間，學(xué)生可以利用教師給其他班級(jí)上課時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行自己未完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，深入研究和分析現(xiàn)象，透徹理解原理。學(xué)生也可以進(jìn)行自己感興趣的其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)時(shí)與教師交流討論。為了確保學(xué)生有足夠的時(shí)間完成創(chuàng)新項(xiàng)目，教學(xué)中心的電子創(chuàng)新基地對(duì)學(xué)生實(shí)行自我管理，全面開放。除了教師定時(shí)指導(dǎo)外，還安排具有科技項(xiàng)目經(jīng)歷的優(yōu)秀學(xué)生承擔(dān)部分助教工作，幫助指導(dǎo)各小組完成項(xiàng)目的實(shí)物制作。
2.6賽課合一
為激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)創(chuàng)新思維，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽等科技活動(dòng)相結(jié)合，從上課學(xué)生中選拔優(yōu)秀學(xué)生參加全國(guó)和北京市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽以及我?！榜T如杯”科技競(jìng)賽等實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步推動(dòng)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(guó)際化創(chuàng)新型人才，電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用全英文授課，教師的講解、課件、指導(dǎo)書全部是英文，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目報(bào)告、答辯等也全部用英文。通過一年左右的訓(xùn)練，科技英文思維逐漸建立起來，為今后走向世界舞臺(tái)奠定基礎(chǔ)。
3更新考核評(píng)價(jià)體系
注重學(xué)生的學(xué)習(xí)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(jī)考核包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)的考核內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)方法、問題討論、任務(wù)完成、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫以及期末考查等。而創(chuàng)新項(xiàng)目包括開題、中期、結(jié)題答辯、實(shí)物作品、小論文及總結(jié)報(bào)告，并注重學(xué)生日常的學(xué)習(xí)過程和積累，將學(xué)生與教師面對(duì)面、郵件或其他方式的交流討論、開放實(shí)驗(yàn)室的考勤、公益服務(wù)參與度等都計(jì)入考核內(nèi)容。
4實(shí)踐運(yùn)行情況
基于拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了4輪實(shí)踐，學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、靈活應(yīng)用各種專業(yè)知識(shí)的能力、人際交往能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，特別是自我學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力都得了全面提高，取得了非常好的效果。同時(shí)，學(xué)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(jìn)教學(xué)方式、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以跟上時(shí)代的步伐和學(xué)生的要求[10]。上述各項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容和方法的實(shí)施，為學(xué)生搭建了全方位立體化教學(xué)平臺(tái)，為拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到積極推動(dòng)作用。上課學(xué)生凸顯科技實(shí)踐創(chuàng)新能力，獲得了?！榜T如杯”、全國(guó)/北京市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽一、二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)科技實(shí)踐活動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)。
5結(jié)語
探索建立拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效機(jī)制，促進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才脫穎而出，是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的歷史要求，也是當(dāng)前教育改革的迫切要求。隨著全球化進(jìn)程的加快，國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)也日益加劇，而國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)體現(xiàn)在人才的競(jìng)爭(zhēng)上，對(duì)整個(gè)人才隊(duì)伍建設(shè)具有重要導(dǎo)向作用。培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才已經(jīng)成為一種國(guó)家的長(zhǎng)期戰(zhàn)略[11]。教育改革任重道遠(yuǎn)，我們還將在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不斷完善教學(xué)體系，通過多種途徑、多種方式，改善教學(xué)方法和手段，力爭(zhēng)構(gòu)建與世界一流大學(xué)接軌的學(xué)習(xí)環(huán)境和知識(shí)結(jié)構(gòu)[12]，全面推進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的綜合改革，為國(guó)家創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到積極推動(dòng)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(xué)
