構建綜合一體化電工電子實驗教學體系

李建霞+鄭兆兆+張瑩

[摘 要] 隨著教學改革的不斷深入，實驗教學與理論教學在高等教育中占有同等重要的地位，如何提高實驗教學質量，提高學生綜合素質、創新能力以及社會適應能力，已經成為關注的熱點問題。本文從研究型的實驗課程體系和開放型的教學模式兩個方面對電工電子實驗教學進行改革，初步探討如何構建綜合一體化的實驗教學體系。通過本模式在燕山大學電子實驗中心的對比教學，結果表明該教學體系的實施可以達到很好的教學效果。

[關鍵詞] 綜合一體化；電工電子；實驗教學；研究型課程體系；開放式教學模式

[中圖分類號] G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）01-0095-03

0 引言

高等院校的實驗教學是培養學生實際動手能力和提高綜合素質的重要環節。實驗教學不僅可以傳授知識、驗證理論和掌握實驗技能，更重要的是可以促使學生探索未知知識，激發學生逆向思維，進行探究式學習，培養學生創新能力和獨立解決問題的能力。近年來，隨著高等學校教學改革的深入，實驗教學體系改革的研究和實踐已經成為高等學校教學改革研究的熱點。目前高校實驗體系主要存在以下問題：重理論輕實踐，實驗課程依托理論設課，沒有自主地位；重個案輕系統，針對單門理論課程設立實驗課程，針對專業特性，以大學科和交叉學科為基礎設課少，跨學科、跨層次的銜接性實驗體系少，課程和學科之間缺乏交叉融合；重動手輕動腦，實驗人員將實驗設備用法、實驗方法、實驗原理全部準備好，學生既不用動腦思考，也不用自己設計就可以完成實驗內容，根本談不上創新能力、科研能力、綜合素質等等[1-3]。針對這些問題，燕山大學電子實驗中心提出了構建綜合一體化的電工電子實驗教學模式，注重實驗教學和理論教學緊密結合，注重創新創業能力培養，注重科研能力和社會適應能力的培養，探索建立和完善跨學科、跨層次的銜接性實驗教學體系。

1 綜合一體化實驗教學體系的定位和內涵

北京航空航天大學劉念蔭教授早在1993年就提出了建立“理論教學和實驗教學一體化”的教學改革模式[4]，實行兩種教學方法相融合。即在理論教學中應用多媒體手段，使學生在學習枯燥的理論知識的同時，盡可能的將理論和實際結合起來。而在實驗教學中，堅持“培養技能和學習知識相結合”的原則，使學生在實際操作和對實驗現象的理解中，更好的理解和進一步的學習理論知識。一體化教學模式有利于學生知識的融會貫通和學生綜合能力的培養。綜合一體化實驗教學模式，在堅持理論和實驗相結合的基礎上，強調大學科中各個小學科知識的聯系、銜接、綜合。旨在建立一個理論教學和實驗教學緊密結合，多門專業課程交叉結合，學生實驗技能和實驗研究能力、工程適應能力相結合的實驗教學體系。

綜合一體化教學體系堅持培養應用型、復合型、綜合型創新人才的宗旨，依托“研究型的課程體系”和“開放型的教學模式”。研究型的課程體系以培養學生研究能力和創新能力為目標，通過教學過程的研究性，使學生深化系統的學科知識，綜合運用知識去分析問題、發現問題、解決問題。新的實驗課程體系，堅持以學生為本，以學生自主學習為重點，理論和實驗、教學和研究、學校和社會相結合，突出培養有較高綜合素質、創新意識和能力的綜合型人才。同時，建立開放性的實驗教學模式，所有的教學資源向學生開放，讓學生成為實驗的主體，實現學生自主實驗。

2 綜合一體化實驗教學體系的實現

2.1 建設研究型的實驗課程體系

新的課程體系改革教學內容，形成一套科學的研究型的層次性實驗課程體系，將整個大專業的實驗課程作為一個整體進行全面改革和規劃，打破原來學科、課程之間的界限，強調學科間的交叉和融合[2]。將基礎課程和專業課程實驗進行有機結合，注重開設綜合性、設計性、系列化的專題實驗。不僅要注重縱向知識的系統性，更要注重橫向知識的相互滲透。同時注意因材施教，提供多元化菜單式的實驗內容供學生選擇，實驗內容由基礎到綜合，再到創新和實際應用，有利于學生創造性思維能力的培養和最大限度的知識潛能開發。

分層次的實驗教學體系主要由基礎實驗、綜合型實驗和研究創新型實驗三部分內容組成。

1）基礎實驗針對各門理論課程單獨設課，主要包括驗證型實驗和一些簡單的設計型實驗。驗證型實驗主要針對課程的主要結論、主要理論進行驗證，加深學生對理論知識的理解和掌握，鍛煉學生的基本實驗技能，學習掌握基本的試驗方法、技能以及如何處理分析實驗結果的初步實驗能力。設計型實驗針對課程內的知識理論綜合設計，要求學生在單獨科目內融會貫通，有初步的設計、創新能力和解決問題的能力，為創新、創業綜合能力的培養打好基礎。基礎性實驗主要包括電路實驗、模擬電子實驗、數字電子實驗、控制理論實驗等。同時降低基礎實驗的比重，整合實驗內容，避免重復。

2）綜合型實驗主要針對專業內幾門學科綜合設課。課程以綜合實驗或者課程設計的形式，通過設計多重模塊教學平臺，強化學生的實踐動手能力和綜合設計能力。設計題目主要為綜合型和設計型，重點培養學生綜合分析、獨立設計、研究和解決問題的能力。綜合型實驗單獨設課，以學生為主體，教師起指導作用。課程中，教師給定實驗題目和實驗要求，要求學生在已有的實驗條件和實驗平臺上，自主查詢資料，自行設計方案，獨立完成實驗全過程，對實驗結果進行分析和處理。教師引導學生發現問題、思考問題、解決問題，同時給學生更多的時間和空間，充分挖掘學生的潛能。目前實驗中心開設的綜合實驗課程包括：EDA綜合實驗、單片機綜合實驗、數字信號處理綜合實驗等等。綜合型實驗課程的開設，為學生以后的創新型研究實驗打好了基礎，同時為畢業設計也做了充分準備。

3）研究創新型實驗包括研發型實驗和創業型實驗兩個部分的內容。兩種實驗針對學生特點因材施教，進行個性化的指導，學生可以根據自己的興趣愛好自行選擇。研發型實驗偏重于學生科研能力的培養，結合教師的科研項目，對相關領域的前沿問題或者研究熱點問題展開簡單研究。由教師提出理論性和技術性的課題，3～5個學生自主組成一個研究小組，自行查詢資料，然后設計實施方案，從中得出自己的結論和見解。這樣可以充分調動學生的主觀能動性，發揮學生的聰明才智，培養學生的創造性思維和自主創新的能力。創業型實驗利用校企合作創業基地，時刻緊跟市場和時代的變化，校企雙方共同將專業課程設計、畢業設計與企業的實際現場結合起來，使這些實驗、實踐環節面向生產一線，面向工程實際，從而培養學生的社會適應能力。同時使學生更好的了解社會，準確定位，積極創業，通過自己的實踐活動實現自己的夢想。

2.2 建設開放型的教學模式

開放式的實驗教學模式，是指在實驗教學中所有資源向學生開放，讓學生成為實驗的主體，實現學生的自主實驗，培養學生開放和自主學習的教學模式[3，5，6]。主要體現在教學計劃內的實驗時間開放、實驗內容開放、教學方式開放、實驗設備開放幾個方面。

1）實驗時間的開放。實驗室按照教學計劃內的相關實驗項目實行全天候開放，學生可以根據自己的具體情況選擇合適的時間到實驗室熟悉各種實驗儀器，完成相關的實驗操作。為了避免多名學生在同一時間“一窩蜂”出現，造成實驗老師和實驗設備不足的現象，燕山大學建立了網絡預約平臺，實現實驗室開放過程中的教學管理。通過網上預約，實驗教師可以合理的準備實驗、安排實驗室的開放時間，使得教師工作更有計劃性。從而避免學生做實驗時等待實驗設備或者教師指導不足的現象，提高了學生的學習效率。學生、教師和實驗室三者之間建立起了及時聯系。

2）實驗內容的開放。實驗內容的開放主要表現在綜合實驗模塊和研究創新型實驗模塊上。實驗項目分為必做和選作兩部分。根據專業的不同、學生能力和興趣的不同，設有多重實驗題目，學生可以自行選擇選作部分內容。對一些比較復雜、具有挑戰性的實驗，可以分組完成，提高學生的團隊合作能力。

3）教學方式的開放。采取多種形式的教學方法，建立網絡教學輔導平臺。實行學生為主體，學生學習和教師講授、輔導相結合的模式。教師只是把相關的實驗知識、操作規范、儀器使用給學生做簡單介紹。同時，為了培養學生的自主學習能力，結合多媒體網絡化教學，將教學內容、實驗儀器以及學生設計實驗時所用到的設計軟件及其使用方法做成視頻教學軟件，這些教學軟件兼具“視、聽、像”，圖文并茂，使得學生可以較短時間掌握基本實驗技能，既提高了學習效率，又調動了學生的積極性。隨著信息技術的不斷發展，擁有個人電腦的學生越來越多，這就為教學提供了很大的方便。學生可以在課下自行設計實驗電路，在電腦仿真、軟件仿真成功以后，再來實驗室進行硬件實驗驗證，這種教學模式提高了學生學習的靈活性，也提高了實驗設備的應用率。

4）實驗設備的開放。整合實驗教學資源，針對性的建立基礎實驗平臺、綜合實驗平臺和研究實驗平臺。基礎實驗平臺針對基礎性試驗，老師會準備好實驗設備和實驗器件。綜合實驗平臺和研究實驗平臺會根據實驗內容提供不同的實驗設備，然后根據學生個體需要，再提供不同的實驗元件，滿足學生的多元化設計要求。

從燕山大學電氣工程學院09級選出兩個班級作為綜合一體化電工電子實驗教學體系的教學實驗班級。通過4年對比教學發現，實驗班級學生對實驗的積極性和重視程度相對較高，從“被實驗”變為“要實驗”，將理論和實驗結合的程度更高，很多同學會提出自行設計的一些實驗項目或者實驗想法，同時，會自主查詢很多資料來解釋自己的實驗現象，自主學習的能力和解決問題的能力明顯提升。由于理論和實驗的相互滲透結合，實驗班級學生在實驗中對理論知識能夠更好的進行消化理解，使得理論學習的效果更好，考試及格率相對較高。很多從大一一入學就進入實驗室創新小組的學生，動手實踐能力和創新能力更是突出，參加國內各種大學生競賽都取得了很好的名次。由于較高的動手能力和創新能力，實驗班級學生的就業能力相對于別的班級學生而言更有競爭力。同時良好的研究實踐能力也為研究生的教育奠定了很好的基礎，導師們普遍反映實驗班級考入研究生的學生基礎素質比別的班級學生有一定優勢。

3 結束語

研究型的實驗課程體系，促進了實驗教學與研究開發實踐的結合，提高了學生獨立動手能力與創新能力的培養。開放式教學模式的實現，提高了學生的學習主動性和靈活性，學生獨立分析問題、解決問題的能力進一步提高。通過多種途徑解決問題，學生的研究能力也得到了鍛煉。通過燕山大學電子實驗中心近4年的教學實踐，取得了理想的教學效果。多名學生積極參加課外科學競賽，在國家電子競賽、國家計算機競賽中取得了一等獎、二等獎等獎項。就業方面，就業率有了很大提高，就業質量也有了很大進步。事實證明，綜合一體化的教學體系在學生的動手能力、創新能力、研究能力和社會適應能力方面都收到了預期的良好效果，值得進一步推廣和完善。

參考文獻

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[6]王明彥.構建研究性實驗教學體系的思考和實踐[J].中國大學教學，2009，（3）：75-77.