“主題實驗”教學模式的研究與實踐

王幼林， 詹迪鈮， 雷治林

(吉林大學 通信工程學院， 長春 130025)

0 引 言

隨著科技的進步與發展，創新型人才成為了推動社會發展的主體力量，社會對創新型人才的需求越來越迫切。面對這種發展新趨勢，高校的實驗教學方法與手段正在順應潮流求新求變。在這方面，諸多高校都積極采取了改革措施，做出了具有特色的工作且卓有成效，在實驗室開放具體操作上提出健全實驗室開放的管理模式和運行機制的整改措施；“以學生為主體，以能力培養為核心”的實踐教學理念，建立布局合理、配置優化、資源共享、層次多樣、功能完備、高效開放的新型實驗室體系；實現充分發揮實驗室在實踐教學方面的創新與服務的功能，從創新型實踐教學過程形成、體系創立、平臺建設等方面探討工程實踐教學的實效性；制定學生創新性實驗計劃，開展學生創新能力訓練、創新性實驗和發明創造活動，形成培養學生創新能力訓練的更加有效的實驗教學模式[1-6]。

1 電工電子技術實驗教學改革概況

電工電子技術實驗課是工科院校基礎訓練的重要課程之一，因此，幾乎所有院校都開展了各具特色的教學改革與課程建設，而這方面國內幾所著名的高校所做出的成績具有典型的示范與啟迪效應。清華大學開設針對模擬電子技術基礎課程采用綜合論文的方式培養學生實踐創新能力，通過4個層次的課程教學使學生做到自主創新[7]。哈爾濱工業大學構建了實驗教學由技術基礎、科技創新、專業實驗3個并列子平臺組成的教學體系，提出“打通共建”“捆綁式”的多功能實驗室建設理念，采取“分時”共享實驗室優質資源的措施[8]。中國地質大學構建教學實驗箱與“口袋”開發板相結合的實驗教學體系，實施從易到難、從簡單實驗到綜合復雜實驗，使學生得以循序漸進地進行學習[9]。華中科技大學構建責、權、利統一的課外科技創新教育管理機制，制定循序漸進的課外科技創新教育培養方案，實施全方位的課外科技創新教育實踐[10]。湖南大學對電工電子實驗中心的教學模式進行全面的研究和探索，提出了5級遞階式教學模式的構想[11]。

相比較而言，我校經過多年的努力與積累也相應開展了電工電子技術的實驗教學改革，“主題實驗”實驗教學模式是在通過不斷的總結與完善的基礎上提出的一個新理念。

2 基于“主題實驗”的電工電子實驗教學的創新模式

2.1 “主題實驗”概念及創建初衷

傳統單一化固定內容的實驗教學模式，制約了學生實踐能力和綜合素質的提高[12]，而“主題實驗”實驗教學模式是以教學大綱為依據，針對某一個知識點的專項實驗命名的一個主題，進一步采用自上而下，由淺入深，由側重理論論證向結合實際的方式設計一整套的系統性實驗，采用以學生為主體設定問題、規劃與選擇實驗內容的模式開展實驗教學。

實驗內容的確定既要結合理論教學的知識點，還需要考慮到學生完成實驗所需的時間大體上與實驗課學時數的對應。然而在實際運行過程中這是一個比較難以把握的問題，原由在于，學生實踐能力個體間的差別，而且這種差別往往還會比較大[13]。如，在針對特定難度的一項實驗內容時，實踐能力強的學生與實踐能力弱的學生所耗時間大相徑庭，前者用時短而后者則用時長，后者甚至在規定學時內有可能不能完成給定的內容。較為簡單的處理方法是：為使學生(如，一個班級)都能完成同一個實驗內容，實驗內容在“量”的選擇方面往往會考慮到以實踐能力弱的學生為基準。如此一來勢必導致實踐能力強的這部分學生降低了實驗課效率，這無疑是一種損失。既然學生之間存在能力上的差異，那么改革后的實驗內容的設置以及實驗教學形式上就應該充分考慮到這種差異[14]，給予學生一定的自由選擇內容的空間。在具體操作時，能力強的學生可以選擇完成難度較大或者內容多的實驗，能力差的學生完成基本要求的內容，使得在相同學時情況下，不同類型的學生選擇適合自己能力的實驗內容來完成實驗任務，以此都能獲得相應的自我訓練的最大能效。顯而易見，單一的實驗內容的教學模式不能兼顧所有的學生，探索出新的實驗教學方法，在實驗內容的“量”與多樣化上進行設計勢在必行，而“主題實驗”模式正是應對這一系列問題的有效舉措。

2.2 “主題實驗”的教學模式

一門理論課程至少有十幾個主要的知識點，選擇其中幾個重要的部分安排實驗內容，從課程的總學時分配上來看，一門課程的理論與實驗教學的課時比例一般為4∶1左右，每次實驗課程一般為2～4學時，通常實驗教學的進度與理論教學進度同步，且內容為理論教學部分中的重要知識點。

“主題實驗”這種實驗教學形式就是根據知識點的教學目標與要求，圍繞一個主題來對實驗教學內容進行分解與分配，這種“主題實驗”教學模式的實驗內容是擴展式的，內容包含是多方面的，也可以是一種問題多種方法解決的形式，或者是深入研究的形式；其中也可以劃分出必做的實驗內容，以及選做的實驗內容；學生可以按照自己的“需求”來選擇適合自己的實驗內容，在同樣學時的時間段，能力強的學生可以完成更多內容的實驗，能力差的學生只需完成教學要求的基本內容，使得不同能力的學生都能充分利用好實驗課堂的有效時間。“主題實驗”內容是多元化的、多模塊化的，問題的分布與解決方法是多方位的，讓學生可以有選擇性的完成實驗內容的操作。

2.3 “主題實驗”教改中的關鍵點

“主題實驗”教學模式從根本上改變了以往那種內容單一被動式的教學理念與形式，益處顯而易見，但要獲得更多的效益提高實驗效率則需要從諸多方面做工作，是一項系統工程，且具有較大的難度。主要關聯到幾個方面：實驗設施、教材建設、師資隊伍、實驗操作等。

2.3.1實驗設施

“主題實驗”要求教學基本實驗設施的設計上采用模塊化的系統方式，以方便學生選擇不同的實驗內容來完成實驗任務。模塊化系統方式最大優勢在于：具有滿足改變實驗參數的功能，方便學生構建多變的實驗內容。而模塊化的實驗教學裝置可以讓學生在自行構建實驗系統過程中靈活方便使用，有利于學生在實驗方面的創新，學生可以在改變實驗參數的過程中對實驗內容進行更加深入的探索與研究。可以肯定的是，模塊化的教學實驗設備將成為今后實驗教學改革的方向。

2.3.2教材建設

“主題實驗”教材的內容應該是更加廣泛、多層面的，針對特定主題可衍生、可擴展；形式包括驗證性的、設計性的、綜合性的、研究性的、應用型的等，也可根據課時時間劃分出必做內容與選做內容。教材中包含啟發性與應用性的內容，旨在啟發學生運用所學知識解決實際問題，并學會和掌握科學研究過程中實施實際操作的基本方法。實驗教學是學生結合理論教學對實際應用的最好手段，有些實驗項目是需要結合應用內容才能顯出更好的學習效果的。實驗教材的內容應該是豐富的，可以是一個題目有多種解決方案的，或者是對一個問題會有不斷延伸、可供更進一步深入研究的脈絡，也可以加入趣味型的實驗內容。

2.3.3師資能力

針對參與“主題實驗”的教學人員，在知識和技術水平方面則有更高的要求。對于傳統的單一實驗內容教學模式來說，不論是實驗前的準備工作，還是實驗教學過程中的具體實施相對都要簡單許多；而對于“主題實驗”教學模式來說，實驗內容多樣化以及實驗過程又具縱深化，指導工作相對就變得復雜得多，對于節奏緊湊且快速的實驗過程，實驗室人員必須在實驗課前根據實驗內容對實驗設備、耗材等進行更加全面、充分的準備，以確保學生在主題范圍內選擇不同實驗內容的情況下，各種實驗都能順利進行。要求實驗教師要具有應對各種隨機問題的能力，以及指導各類學生完成不同實驗的技術能力、耐心與責任心。

2.3.4實驗操作

作為基礎性的實驗，對于學生在基本操作技能方面的要求是不可或缺的，專業化、規范化的技能對工科類學生終生受益，是未來從事各種技術工作的堅實基礎；而后續的可拓展的實驗則對進一步提高學生的技能是大有裨益的，通常做法是，在確保不會出現事故以及不違反操作規程的情況下，允許學生自主設計實驗步驟，實驗過程的結論應該也允許有一定的偏差，鼓勵學生進行探索性的研究。比如，在“主題實驗”內容中，學生可以自己思考確定測量方案、自己計算選擇實驗元件與參數、自己設計測量數據表格等。

3 “主題實驗”教學模式的實踐

3.1 教材與實驗裝備

針對“主題實驗”教學模式涉及到諸多方面的工作要做，多年來集思廣益、發揮優勢反復探索，使得“主題實驗”的實驗教學初見成效。其中，最具特色的工作有編寫滿足“主題實驗”需要的教材，自主開發與“主題實驗”相適應的模塊化的實驗裝備。

教材得到學校的教材建設項目的支持，同時還被列為“國家級規劃教材配套教材”出版，教材打破了傳統單一化實驗教學體系的框架，將諸多的實驗內容按照“主題實驗”的邏輯關系進行了整合與擴充。該部實驗教材經過幾年來的教學檢驗，成效顯著，達到了預期設想的效果。

為了適應“主題實驗”教學形式的應用，除了購買的實驗設備全部是模塊化的形式外，還自主開發具有“可擴展功能的模塊化實驗裝置”，該實驗裝置功能齊全，包羅了針對數字電路實驗的全部主題實驗內容，學生可根據實驗內容實施任意組合，該實驗設備結構更加合理，使用更加方便，學生使用時“上手快”，特別適合創新實驗內容使用。

3.2 實驗模式

經過多年的教學實踐，“主題實驗”模式真正體現了以學生為本的教學理念，學生課前認真準備實驗內容，進入實驗室后，根據自己確定的實驗內容選擇實驗裝置模塊，構建實驗系統，完成實驗操作全部過程。學生在完成自己預先準備的實驗內容后，如果還有剩余時間，可以在主題范圍內再增加其他實驗內容，不同層次的學生都能夠充分有效的利用實驗課堂的時間。

這方面的教學案例很多，在此僅以三相交流電動機控制為例。如，以往的實驗內容及形式劃分：實驗(A)，三相交流電動機的正反轉控制；實驗(B)，三相交流電動機的順序控制；實驗(C)，三相交流電動機Y-Δ啟動控制。過去在實驗教材的編制上，通常是根據理論教學要點分割成互相獨立的3項實驗項目。在具進行實驗教學時，往往都是根據當前學期的情況預先選定其中一個項目實施實驗教學，教師的教案以及實驗設備也僅僅按照這個選擇進行準備。而目前的“主題實驗”教學模式進行了形式的變革，教材是把以(A)(B)(C) 3個項目的實驗內容歸納為一個實驗項目，學生可以考慮選擇不同的內容來完成實驗任務，模塊化的實驗設備可以使完成3個實驗內容的搭建與電路轉化變得十分便捷。

相比較而言，“主題實驗”模式在具體操作中顯現出了巨大的優勢。以往的實驗課形式通常按照2學時(90 min)安排實驗，對于一項內容進行操作，實踐能力強的同學最快45 min即可完成實驗工作，由于內容固定且無擴展，因此剩余時間浪費；而能力弱的同學即便90 min都用完，也許依舊還有不能結束工作的。而作為“主題實驗”教學模式由于有了可擴展性，對于那些能力強的同學，可以進一步“給自己找事情做”，完成更多的自主實踐內容[15]，充分利用剩余時間再進行更深入、更全面的實踐訓練。

4 結 語

“主題實驗”教學模式體現了實驗教學思想的變化，學生在選擇實驗內容的同時，也是對實驗項目認真思考的過程，學生在選擇實驗內容的過程中也是在培養自己獨立思考的能力，學生在一個主題實驗中對實驗內容的選擇有一定的自由度，從多角度、多種方法來理解和掌握實驗的原理，經過自己認真思考后完成實驗內容的選擇，再進行實驗實際操作，這無疑大大提高了實驗課程的效果，對進一步提升學生的實踐能力乃至消化吸收理論知識具有高效的促進作用。

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