高校實驗教學(xué)對學(xué)生執(zhí)行力和創(chuàng)新力的培養(yǎng)作用——光電類實驗課程教學(xué)過程探索

呂 暉，馬曉紅，趙華鳳

（清華大學(xué) 電子工程系，北京 100084）

實驗教學(xué)是提高學(xué)生綜合運用知識解決實際問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段［1］，在高校人才培養(yǎng)中和理論教學(xué)占據(jù)著同等重要的地位，但是實驗課在學(xué)生能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)中究竟是怎樣發(fā)揮作用的卻鮮有被研究，這也是實驗教學(xué)被扣了高帽卻依舊被忽視的重要原因之一。本文將結(jié)合實驗教學(xué)中具體的案例，淺析如何利用實驗內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生在實踐中的執(zhí)行力和創(chuàng)新力，以及目前所采用的設(shè)置預(yù)習(xí)課和討論式教學(xué)2種具有很好教學(xué)效果的特色教學(xué)方法。

1 執(zhí)行力和創(chuàng)新力培養(yǎng)在實驗教學(xué)中的體現(xiàn)

1.1 執(zhí)行力

現(xiàn)代社會對高校畢業(yè)生的動手實踐能力提出了越來越高的要求［2－4］，同時動手實踐能力也是實驗課公認(rèn)的培養(yǎng)目標(biāo)之一。動手實踐能力通常被理解為在實驗中解決問題的能力，但這樣的解釋還是會讓人困惑：“這究竟是怎樣一種能力，怎樣才能提高這種能力？”其實，一直被教育界熱烈討論的動手實踐能力，可以理解為在實踐過程中的執(zhí)行力。這里“執(zhí)行力”是借用人力資源管理專業(yè)的詞匯，其核心是指集體或個人把上級的思路、觀念、決策、規(guī)劃付諸實施的能力［5］。當(dāng)然，不同的行業(yè)、不同的人對“執(zhí)行力”的理解和解釋各不相同。在實驗教學(xué)中，執(zhí)行力可以理解為將籠統(tǒng)的實驗?zāi)康募?xì)化為具體的實驗?zāi)繕?biāo)的能力，通俗說也就是把大問題掰開揉碎成小問題的能力。

以光電子技術(shù)實驗課中的“全息照相”實驗為例，這個實驗的總體目的是用物光和參考光2束相干光在全息干板上產(chǎn)生干涉，從而記錄下被照物體的振幅和相位信息，光路圖如圖1所示。

學(xué)生初看這個實驗通常會覺得很簡單，將一束激光分成2束，其中參考光直接照射到干板上，物光先照射到被攝物體上，再反射到干板上，實驗原理在理論課上學(xué)過，光路也很明了，只需要照著光路圖擺好實驗室提供的光學(xué)元件即可。有的學(xué)生在這種認(rèn)知水平上就會開始動手做實驗，但是當(dāng)他們開始擺光路時就會發(fā)現(xiàn)很多問題，甚至出現(xiàn)實驗做不下去的情況，有些學(xué)生即使按照光路圖擺好光路，也無法成功照出全息照片。這就是在實驗中缺乏執(zhí)行力的體現(xiàn)。

實驗中的執(zhí)行力，就是指在知道實驗的總體內(nèi)容和目的后能一步一步深入地分析這個實驗，將抽象目標(biāo)化為具體問題并解決問題的能力。還是以全息照相實驗為例，在有了光路圖后，具有執(zhí)行力的學(xué)生就會思考：這個實驗的原理是用物光和參考光2束光產(chǎn)生干涉，那么讓光束產(chǎn)生干涉必須滿足頻率相同、偏振方向相同、相位相同的相干條件，激光器發(fā)出的光進行分束后頻率是相同的，那如何保證偏振方向相同？本實驗中所用的激光器發(fā)出的光偏振方向是垂直于實驗臺的，那么要滿足2束干涉光偏振方向相同，就要保證光束在經(jīng)過任何一個光學(xué)元件后都是平行于實驗臺的。此時就會產(chǎn)生具體的問題，即怎么判斷光束是否平行于實驗臺，如果不平行要怎樣調(diào)節(jié)光學(xué)元件。再有，要想2束光相位相同就需要參考光和物光光程相等，那么怎樣測量物光和參考光的光程，如果光程不相等要怎樣調(diào)節(jié)光學(xué)元件的位置，在具體操作時要先調(diào)節(jié)什么后調(diào)節(jié)什么。如果學(xué)生在明白了實驗內(nèi)容和實驗?zāi)康暮竽芟氲竭@些問題，并想出解決的辦法，那就可以說具備了實踐中的執(zhí)行力。有了這種執(zhí)行力也就具備了完成實驗的能力。

1.2 創(chuàng)新力

實驗教學(xué)作為高等教育教學(xué)體系的一個重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)［6－10］。創(chuàng)新的本意是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程，雖然創(chuàng)新的主體在一個“新”字，但是“新”要從何而來。萬事都不可能是“無中生有”，而是“有中生新”。要想在一件事情上有所創(chuàng)新，必然要先在這件事情上打下深厚的基礎(chǔ)，這種有根基的“新”才是有意義的“新”。所謂創(chuàng)新的能力即創(chuàng)新的根基，而實驗教學(xué)所要給學(xué)生的正是“有中生新”的“有”，學(xué)生并不一定要在實驗課上有具體的創(chuàng)新行為，但是要收獲創(chuàng)新的根基，它既包括對科研基本方法的掌握，又包括對專業(yè)技術(shù)的正確理解。

那么實驗課是怎樣給學(xué)生這種創(chuàng)新根基的，這來源于學(xué)生對實驗?zāi)康暮蛯嶒灱夹g(shù)的整體理解：這個實驗要完成什么樣的內(nèi)容？采用什么樣的方法手段？利用了器件的什么特性？達到什么樣的目的？例如，光電子技術(shù)實驗課中的光纖光柵特性與應(yīng)用實驗，這個實驗需要學(xué)生在實驗中測量并記錄大量的數(shù)據(jù)，并由這些數(shù)據(jù)中解調(diào)出光纖光柵反射峰的位置。學(xué)生在做實驗的時候往往會糾結(jié)于對一組一組數(shù)據(jù)的記錄，然后用這些數(shù)據(jù)繪出光譜圖。這樣的做法并沒有錯誤，但卻失之于拙。根本原因在于學(xué)生并沒有很好地理解實驗要達到的目的和采用的方法、手段。這個實驗的目的是用光纖光柵反射峰位置的變化來監(jiān)測懸臂梁的彎曲程度，利用的是光纖光柵反射峰位置隨著光纖光柵拉伸程度而改變的特性。如果明確了這樣的目的，那么就可以先采用大步長快速地粗掃一遍光譜，得到反射峰的大致范圍，然后再在這個小范圍內(nèi)采取小步長細(xì)致掃描，記錄波長－光強數(shù)據(jù)組，從而得出反射峰的精確位置。由這個實驗，學(xué)生可以掌握一種很重要的基本科研方法，就是先粗測后細(xì)測。

然而實驗的最終目的并不僅僅是讓學(xué)生解調(diào)出反射峰位置進而監(jiān)測懸臂梁的彎曲程度，而是要求學(xué)生能真正了解光纖光柵這個光學(xué)元件的特性，并認(rèn)識到可以利用這種特性將它應(yīng)用于傳感領(lǐng)域。如果學(xué)生能認(rèn)識到這一步，就可能會想：在這個實驗中光纖光柵是對應(yīng)力進行傳感，它的反射峰是否還會隨著別的參量變化？利用它的這種特性還能對什么參量進行傳感？甚至，再擴展一點，有的學(xué)生可能會想到能否利用光纖光柵的反射特性制作光波分復(fù)用（WDM）器件、能否制作光纖激光器等，那么光纖光柵也可以在光通信領(lǐng)域應(yīng)用了。如果學(xué)生能由這個實驗想到上面擴展性的問題，這個實驗就成功地為學(xué)生今后的科研打下了良好的創(chuàng)新基礎(chǔ)，也就是說實驗教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新力的培養(yǎng)體現(xiàn)在學(xué)生完成實驗后能否從繁復(fù)的數(shù)據(jù)和精密的調(diào)節(jié)中跳脫出來，在對實驗方法和實驗技術(shù)的認(rèn)知上有所改進和提升。

2 教學(xué)方法

實驗教學(xué)對學(xué)生在實踐中的執(zhí)行力和創(chuàng)新力的培養(yǎng)作用，體現(xiàn)在實驗教學(xué)過程中就是要求學(xué)生既能“扎下去”將籠統(tǒng)的實驗?zāi)繕?biāo)逐步深入地拆解成可操作的具體實驗步驟，又能“跳出來”在整體目標(biāo)、技術(shù)手段和實驗方法上提升對實驗的認(rèn)知水平。如何讓學(xué)生先“扎下去”后“跳出來”，需要在教學(xué)方法和教學(xué)程序上進行研究。我們目前的光電子技術(shù)實驗課采用了設(shè)置預(yù)習(xí)課和討論式教學(xué)兩大特色教學(xué)方法。

預(yù)習(xí)課設(shè)置的獨特之處是學(xué)生要到實驗室來進行預(yù)習(xí)。在實驗室，學(xué)生可以看到實驗中所要用到的所有儀器和元件，并且可以在不通電的情況下進行簡單操作。學(xué)生在實驗臺前的預(yù)習(xí)中能形象地認(rèn)識到將要進行怎樣的操作，可能會遇到什么樣的困難，自己還有什么地方不明白。預(yù)習(xí)課上還有一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，就是教師向?qū)W生進行提問。提問的目的并不僅僅是要求學(xué)生通過預(yù)習(xí)給出正確答案，更是要通過問題來引導(dǎo)學(xué)生在實驗中一步一步“扎下去”，通過問題引導(dǎo)學(xué)生自覺地、有意識地將大的實驗?zāi)繕?biāo)拆解成具體的實驗步驟，從而達到提升實踐執(zhí)行力的目的。

在預(yù)習(xí)以及正式實驗過程中，本課程均采用討論式教學(xué)。學(xué)生在實驗中遇到的任何問題都可以向教師提問，而討論式教學(xué)并不僅僅是教師回答學(xué)生的問題，它的本質(zhì)是教師要由學(xué)生的問題和實驗進度了解他在實驗中的思路和對實驗的認(rèn)知水平，并通過提問和討論的方式激發(fā)起學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新潛能。另外，我們要求學(xué)生在實驗過程中記錄原始數(shù)據(jù)，并在實驗完成后和教師就實驗結(jié)果進行討論和分析。在整個教學(xué)過程中，教師最好不給學(xué)生結(jié)論性答案，將指導(dǎo)重點放在啟發(fā)學(xué)生自主思考和提出問題上。

3 結(jié)束語

由學(xué)生對光電子技術(shù)實驗課的教學(xué)評估和課后反饋來看，以上2項教學(xué)方式可以很好地幫助學(xué)生在實驗中先“扎下去”后“跳出來”。學(xué)生普遍反應(yīng)上完光電子技術(shù)實驗課后，自己的動手能力和實驗信心提高了、科研視野和科研思路拓寬了，更有相當(dāng)部分學(xué)生認(rèn)為光電子技術(shù)實驗課的內(nèi)容就好像是微型科研，讓他們改變了對“做實驗”的看法和態(tài)度。

實驗教學(xué)在高校人才培養(yǎng)體系上有著非常重的分量，不僅要引導(dǎo)學(xué)生利用課上學(xué)到的實驗知識和實驗方法解決身邊的問題，也要把課堂上講授的理論知識和現(xiàn)實生活中應(yīng)用的具體例子相結(jié)合［11］。但是實驗課究竟能給學(xué)生什么樣的知識、素養(yǎng)和技能，要通過什么樣的實驗內(nèi)容和教學(xué)手段才能最大限度發(fā)揮實驗課的作用，還需要進行更多深入的研究和探索。

（References）

［1］郭大勇，宣華，胡和平.轉(zhuǎn)變實驗課培養(yǎng)模式，推動實驗室開放型教學(xué)［J］.清華大學(xué)教育研究，2004，25（5）：98－100.

［2］熊薇，鮑鴻.以學(xué)生為本 完善實踐教學(xué)體系［J］.實驗室研究與探索，2009，28（6）：243－246.

［3］葉佩青，劉莉，吳志軍，等.綜合性實踐類課程教學(xué)改革探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2005，22（2）：22－24.

［4］尹仕，肖看，劉志強.大學(xué)生科技創(chuàng)新基地育人模式的探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25（4）：28－31.

［5］王春明.淺談執(zhí)行力的建設(shè)與實踐［J］.經(jīng)濟師，2011（2）：246－247.

［6］張桂菊，肖才遠.基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械類實驗教學(xué)研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（5）：165－167.

［7］李震，朱昌平，范新南，等.“3＋1”教學(xué)模式與學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)［J］.實驗技術(shù)與管理，2007，24（1）：128－130.

［8］王京生.實驗教學(xué)改革的探討與創(chuàng)新［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（14）：171.

［9］王海燕.高校實驗室管理存在的問題和出路［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（13）：212.

［10］楊宏偉.強化實踐環(huán)節(jié)，促進研究性教學(xué)與素質(zhì)教育相結(jié)合［J］.實驗技術(shù)與管理，2007，24（1）：14－16.

［11］李金萍，陸玲，劉自強，等.數(shù)字圖像處理課程實驗教學(xué)改革探索［J］.科技視界，2012（7）：23－24.