拔尖型人才創(chuàng)新性實驗教學(xué)模式的研究與探索*

◆姜文聰 郭亮 劉潤華

1 引言

教育部關(guān)于“十二五”期間實施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見指出，提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強(qiáng)國的基本要求，是實現(xiàn)建設(shè)人力資源強(qiáng)國和創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵。我國教育的目標(biāo)是“培養(yǎng)數(shù)以億計的高素質(zhì)勞動者、數(shù)以千萬計的專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才”。如何在高等教育大眾化的背景下實施拔尖人才的培養(yǎng)戰(zhàn)略，提高教育的質(zhì)量，是當(dāng)前高等教育亟待解決的問題[1]。在教育改革體制下，制定多元化的人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)造就拔尖創(chuàng)新人才，是新形勢下教育的重要任務(wù)。

2 培養(yǎng)拔尖型人才的實驗教學(xué)理念與改革思路

實驗教學(xué)理念及培養(yǎng)目標(biāo)

1）實驗教學(xué)理念。“拓展知識、提升素質(zhì)、張揚(yáng)個性、激發(fā)潛能”是拔尖人才培養(yǎng)的主導(dǎo)思想。以學(xué)生為本，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力為核心，能力培養(yǎng)與素質(zhì)提升相輔相成，激勵個性，勇于探索貫穿始終的實踐教學(xué)理念，使實驗教學(xué)與時代的發(fā)展和社會需求相接軌[2]。

2）實驗教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。在當(dāng)前國家教育的多元化發(fā)展的時代，中國石油大學(xué)作為石油特色類高校，為石油、石化及相關(guān)工程領(lǐng)域輸送拔尖的科技人才是教育的一貫宗旨。以培養(yǎng)“技能扎實、作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)、思維開闊、勇于創(chuàng)新，德、智、體、美全面發(fā)展的高級專門人才”為實驗教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。

實驗教學(xué)改革思路及方案

1）實驗教學(xué)改革思路。目前實驗教學(xué)中心已將部分實驗課程單獨設(shè)課，構(gòu)建了“基礎(chǔ)實驗—設(shè)計實驗—綜合實驗”的多層次實驗教學(xué)體系，但以教師為主導(dǎo)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，按照實驗指導(dǎo)書中的步驟和方法完成實驗內(nèi)容的教學(xué)方式無法更好地發(fā)揮學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性[3]。實驗指導(dǎo)書中開設(shè)的實驗項目具有一定的局限性，無法更好地培養(yǎng)他們的工程實踐能力。就目前電子技術(shù)類的實驗課程的安排而言，實際項目的綜合訓(xùn)練較少，如果僅在實驗箱上做實驗，學(xué)生體會不到PCB設(shè)計、元件位置、參數(shù)、組裝、焊接對電路性能的影響。

因此，在實踐教學(xué)中，針對拔尖學(xué)生基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)的特點，構(gòu)建“以器件性能實驗為主線，功能實驗為擴(kuò)展，增加面向應(yīng)用、面向?qū)嵺`的研究性實驗”的新模式。

2）實驗教學(xué)改革方案，以電類專業(yè)實驗教學(xué)為例。

①建立完善以器件性能實驗為主線的“堆積木”式多層次實驗教學(xué)新模式。該模式類似于堆積木一般，從基本元件功能驗證實驗做起，層層深入，最終達(dá)到學(xué)生自主設(shè)計電路的目的。

②在實驗教學(xué)內(nèi)容上，樹立“理論與實際相結(jié)合”的理念，將模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)、電路分析多門課程的知識融會貫通，開設(shè)研究性實驗，即一些較復(fù)雜的完整的小型系統(tǒng)電路，讓學(xué)生自選題目，自行采購器件，由學(xué)生組內(nèi)合作或組間討論，完成所有的設(shè)計、焊接、調(diào)試過程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、自主能力、創(chuàng)新能力的目的。

③根據(jù)“拔尖班”基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)的特點，建立“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”“集中開放相結(jié)合”的教學(xué)管理方式。

④勇于奉獻(xiàn)的教學(xué)團(tuán)隊是方案實施的護(hù)航者，發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊的凝聚力與協(xié)作精神。

3 建立拔尖型人才的實驗教學(xué)體系與內(nèi)容

實驗教學(xué)體系 建立完善以器件性能實驗為主線的“堆積木”式多層次實驗教學(xué)新模式，即基本元件性能測試實驗、功能模塊實驗、綜合及研究性實驗三個層次。三個層次循序漸進(jìn)、由淺入深，將理論應(yīng)用于實踐。基本元件性能測試實驗為基礎(chǔ)性實驗，主要完成常用器件及芯片的測試功能；功能模塊實驗主要完成常用典型性電路的設(shè)計及測試；綜合、研究性實驗具備一定的實際應(yīng)用性的，包含較廣泛的內(nèi)容或涉及多門電類專業(yè)課程的知識點。該實驗教學(xué)體系的改革可更好地培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題以及解決實際問題的能力，并且為學(xué)生參加大學(xué)生科技競賽等活動奠定了基礎(chǔ)。

實驗教學(xué)內(nèi)容 根據(jù)拔尖型人才的特點，設(shè)立與學(xué)生實際相符合的、具有良好教學(xué)效果的實驗內(nèi)容體系。

1）基本元件性能測試實驗。傳統(tǒng)教學(xué)往往是教師把各種器件的原理及應(yīng)用采用灌輸?shù)姆绞絺魇诮o學(xué)生，導(dǎo)致學(xué)生對基本器件的感受不深刻，不了解器件的性能，在自主設(shè)計電路中不知如何選擇器件。基本元件性能測試實驗包括二極管、穩(wěn)壓二極管、三極管、運(yùn)算放大器、功率放大器等基本元器件的特性曲線測試實驗。

2）功能模塊實驗。以基本功能器件為基礎(chǔ)，構(gòu)建簡單的功能模塊實驗，如二極管整流電路實驗、運(yùn)算放大器運(yùn)算電路實驗、三極管級聯(lián)放大電路實驗、功率放大器實驗、振蕩電路實驗等。

3）綜合、研究性實驗。以功能電路為基本模塊，以“堆積木”的方式，組裝成具有一定應(yīng)用背景的實用電路。如溫度電橋信號調(diào)理電路綜合實驗，信號產(chǎn)生、調(diào)理與功率放大電路綜合實驗等。該系統(tǒng)電路均由學(xué)生自選題目，自行設(shè)計、焊接、調(diào)試完成。

4 完善拔尖型人才的實驗教學(xué)方法與手段

實驗教學(xué)方法 根據(jù)拔尖型人才基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)的特點，建立“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”“集中開放相結(jié)合”的教學(xué)管理方法。

1）基本元件性能測試實驗，采用集中管理的方式。要求掌握常用電子元器件的特性與使用，以及基本電子線路的驗證與測試。對于此類實驗內(nèi)容固定，任務(wù)較簡單，采用集中管理的方式，以教師為主導(dǎo)，集中授課的方式進(jìn)行。教師在課堂上講解本課程的實驗要求、實驗方法、儀器設(shè)備的使用和操作程序等，學(xué)生采用軟件仿真與實際操作相結(jié)合的實驗方法進(jìn)行理論數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果之間的對比與驗證。

2）功能模塊電路實驗，采用半集中、半開放的方式。要求學(xué)生能夠靈活運(yùn)用知識設(shè)計功能電路，由于不同層次的學(xué)生實驗?zāi)芰Α⒄J(rèn)知程度各有差異，實驗內(nèi)容可分成必做部分與選做部分，教學(xué)方式采用半集中、半開放的方式。對于規(guī)定時間內(nèi)沒有完成的實驗或?qū)x做內(nèi)容有興趣的學(xué)生，安排一定的開放時間。

3）綜合、研究性實驗，采用開放管理的方式。該類實驗題目較大，綜合性較強(qiáng)，并且需要學(xué)生查閱相關(guān)資料，補(bǔ)充一些新的知識才能完成最終的設(shè)計。教學(xué)方式采用開放管理，實驗內(nèi)容、實驗時間、實驗室器件均對學(xué)生開放。學(xué)生可根據(jù)自己的能力及興趣選擇相關(guān)題目，以自主學(xué)習(xí)的方式完成設(shè)計。實驗室對學(xué)生開放，學(xué)生可使用實驗室的儀器設(shè)備以及元器件，在實驗室完成焊接、調(diào)試過程。

實驗教學(xué)手段 根據(jù)“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”“集中開放相結(jié)合”的教學(xué)管理方法，采用開放式教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段。

1）開放式教學(xué)。在開放式實驗教學(xué)管理系統(tǒng)中，學(xué)生可以通過預(yù)約的方式，自主選擇實驗室及實驗時間來完成實驗，并預(yù)約使用實驗室的設(shè)備及相關(guān)器件或工具，使學(xué)生在實驗活動中由被動變?yōu)橹鲃樱浞职l(fā)揮其主觀能動性。

2）多媒體教學(xué)。實驗課程中的授課部分已全部采用多媒體教學(xué)，多媒體課件和視頻錄像的使用，增強(qiáng)了實驗講解的直觀性并擴(kuò)大了課堂的信息量，結(jié)合現(xiàn)場實驗的教學(xué)使學(xué)生更好地理解了實驗原理及相關(guān)設(shè)備儀器的操作方法[4]。

3）網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)。教學(xué)中心開發(fā)的虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗平臺使學(xué)生能夠?qū)崟r地參與實驗教學(xué)，既為實際操作提供了良好的先前指導(dǎo)，又增強(qiáng)了實驗效果，同時也可緩解實驗設(shè)備及實驗時間不足等問題。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗仿真系統(tǒng)、實驗故障診斷系統(tǒng)幫助學(xué)生更靈活便捷地分析及解決實際問題。

實驗考核方法 根據(jù)實驗教學(xué)規(guī)律，針對不同層次的實驗采取不同的考核方法。

1）對于第一層次基本元件性能測試實驗：成績評定由預(yù)習(xí)報告（20%）、實驗操作（40%）、實驗數(shù)據(jù)（20%）和實驗報告（20%）四部分組成。

2）對于第二層次功能模塊電路實驗：成績評定由方案設(shè)計、軟件仿真、基礎(chǔ)實驗、拓展實驗和實驗報告五部分組成，各占20%。

3）對于第三層次綜合、研究性實驗：成績評定由設(shè)計報告（40%）、仿真與硬件調(diào)試（40%）和研究內(nèi)容（20%）三部分組成。

5 結(jié)束語

在拔尖型人才實驗教學(xué)中，新的模式可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能，發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新性，更好地開展因材施教。教學(xué)中心開放性的實驗教學(xué)體系，良好的實踐環(huán)境，先進(jìn)的實驗儀器與設(shè)備，規(guī)范的實驗管理手段，以及勇于奉獻(xiàn)的實驗教學(xué)隊伍，為實驗教學(xué)改革的開展提供了優(yōu)越的平臺。

但在實驗教學(xué)改革的初期階段仍然存在一些問題，如實驗教學(xué)與理論教學(xué)的進(jìn)度一致問題。隨著教育多元化發(fā)展，社會需求對拔尖型人才會提出更高的要求。但隨著教學(xué)改革的不斷深入，會不斷更新與完善教學(xué)模式，與時代發(fā)展相接軌。

[1]王偉祖.大眾化教育階段拔尖人才培養(yǎng)模式的改革與實踐[J].紡織教育,2010,27(1):18-20.

[2]王建華.工科生物專業(yè)研究型人才實驗教學(xué)模式探索與實踐[J].科學(xué)咨詢:決策管理,2010(4):109-111.

[3]劉潤華,劉廣孚,任旭虎.“電工電子學(xué)”國家級精品課程的建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2011,33(5):13-14.

[4]張建仁.土木類“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)的改革與實踐[J].中國電力教育,2011(1):76-77.