基于探究式學習的《電路分析》實驗教學改革

王琪，徐國清，王力

（1.南陽理工學院計算機與信息工程學院，南陽473000；2.南陽理工學院土木工程學院，南陽473000）

0 引言

《電路分析》是通信電子類專業的專業基礎課，對專業學習影響深遠，且《電路分析》是一門實踐性較強的課程，良好的教學效果能促進學生對知識的理解掌握，因而實驗教學在本課程教學中有至關重要的作用[1]。然而，傳統的實驗教學方法存在教和學分離，實驗內容陳舊，教學方法單一等問題，使得學生的學習積極性不高，對實驗內容理解不深入，不能發揮出實驗教學真正的作用。而探究式學習運用科學研究方法，強調學生自主學習，能夠很好地解決這一問題，基于此，本文設計一種基于探究式學習的實驗教學方法，能夠激發學生學習興趣，在學到知識的同時培養分析和解決問題的能力。

1 存在的問題

傳統實驗教學由教師講授，學生按照實驗指導書及教師講解的步驟完成實驗[2]。這種模式，首先存在的問題是，學生的實驗操作和原理分離，教和學分離。大部分學生課前不預習，僅按照給定的實驗步驟得出實驗結果，而為什么這么做學生并不清楚。學生僅僅成了操作熟練工，而高校教育希望培養的是有思維有探索精神的人才。其次，實驗教學方法單一。教學方法多采用教師講授或演示，師生之間缺乏溝通，教學思維固化。且教師花費大量的時間成為了學習的主體而學生的學習自主性無法發揮。最后，實驗內容缺乏靈活性，限制了學生的思考空間。由于電路分析知識較為固定使得實驗內容一成不變，內容缺乏新意，學生互相依賴缺乏深入的思考，不能靈活運用理論知識解決實驗問題。

2 基于探究式學習的實驗教學方法

探究式學習創建研究場景，學生自主的學習和分析研究對象，制定研究方案，通過實驗、操作、分析、再實驗的過程，理解并探索知識[3]，很好地解決傳統實驗教學出現的問題。首先，學生研究對象的某一現象，必然要研究對象的原理，則能解決教和學分離的問題。其次，探究式學習以學生為主體教師為輔的形式，解決了實驗教學方法單一的問題，改變了教師講授-學生操作的固定模式。學生為主體的教學方法更靈活，可結合任務驅動，分組討論，學生演示，教師引導等多種教學方法。最后，由于探究式學習是研究性的學習，雖然電路分析原理固定，但分析研究的方法及場景可以是多種的，因此，不同的學生可以根據自己的研究制定不同的方案，經過數據分析總結后學生甚至可以深入思考得到更多的方案，并不會受固定實驗內容的限制，這就解決了傳統實驗教學中實驗內容死板的問題。綜上，本文結合實驗課程及探究式學習方法的特點，設計了一種基于探究式學習的實驗教學方法，包括“問題引入”、“啟發分析”、“小組探究制定方案”、“協作交流執行方案”、“演示與評價”五個方面，如圖1 所示。

圖1 基于探究式學習的實驗教學課程設計

2.1 問題引入

傳統教學通常直接給出實驗目標和方法[4]，本文方法中教師通過問題引入引導學生思考引出實驗目標，進而分析實驗方法。這一環節教師主要工作是創設情境。引導學生思考情境發生的原因，如何去驗證原因，從而確定實驗目標，涉及以下兩個關鍵點。

（1）根據實驗教學目的，創設學習情境，通過問題，任務等多種手段建立與學習對象相關的學習情境，從而引導學生循序漸進的探究學習對象。例如，驗證性的實驗，目標是驗證某一電路定理，可列舉生活中的現象，提問其中包含的電路定理，提問如何去驗證或者通過實驗實現。

（2）教師可采用多種教學方法，例如討論法，令學生進行分組討論情境，教師在最后隨機提問。這樣，學生完成此項任務必須對原理做好課前復習課中思考，從而避免了實驗和操作分離的問題。

2.2 啟發分析

為了使探究式學習更好地運用在實驗教學中，需教師對實驗目標進行啟發性的分析。教師提出豐富的分層性的問題，以便學生逐步探究實驗對象。例如，實驗目標是驗證KCL 定律，提問“如何證明這一定律，實驗中是否可隨機找出若干電路測量？若在隨機的電路中KCL 定律都符合，是否驗證了此定律？”再進一步提問“隨機如何滿足？電路是怎樣的電路？”上例中問題循序漸進，層層遞進，引導學生一步步思考，有利于培養學生自主學習能力以及分析解決問題的方法。

2.3 制定方案

學生根據實驗目標自主設計實驗方法和內容。其關鍵是電路圖，不同學生對問題的解決思路不同，設計的實驗電路圖就不同，可避免學生互相依賴，提高參與性，同時克服了電路實驗內容千篇一律的問題。分為以下兩步：

（1）教師通過前期觀察，根據學生的知識和分析水平合理分組，相似學生分為一組，避免差異過大學生一組，以盡可能使小組中全員參與方案的制定。

（2）學生以小組為單位進行自主學習，自主探究，并進行小組交流，最終制定出小組實驗方案。在《電路分析》實驗中，實驗方案主要包括實驗電路圖和實驗步驟，例如，疊加定理的證明，首先需設計一電路圖，此電路的元件、數量及電路結構需學生根據疊加定理概念自主探究后討論確定，然后根據電路制定出實際測量步驟，最后數據整理分析從而證明定理。這其中實驗電路和步驟是發散性的，不唯一的，且是對原理理解的基礎上才能完成的，這使得學生在探究實驗方法的過程中加深了對知識的理解，在小組成員設計出不同電路圖的過程中，思維碰撞交流，能夠培養學生的探索精神。

2.4 執行方案，協作交流

在實驗之前，教師必須明確說明實驗中注意事項，例如上電和連線的先后順序。

學生根據小組制定的方案選擇元器件，搭建實際電路，測量并觀察元件上的特性變化。也可用仿真軟件先進行仿真，仿真結果理想時再搭建電路，方便學生調整電路圖。

學生分工完成實際電路搭建測量和分析。通過協作交流的方式嘗試解決執行方案中遇到的問題。實驗主體為學生，形成實驗-分析-實驗的良性循環，最終得出實驗結論。教師在適當的時候做出引導。

2.5 演示與評價

學生通過仿真軟件或實際電路來演示，將演示列入實驗考核成績中的一項。一方面，學生經過自我探究式學習獲得的結果通過演示可以獲得成就感，引起學生學習的興趣，且演示和觀看他人演示的過程中可以對比總結。教師需引導學生對結果進行分析，并根據實驗結果聯系實際問題，對學習對象進行剖析。另一方面，教師通過提問和交流的方式，了解學生實驗的過程，有利于對每個學生進行實驗監督，促進學生的參與性，同時在交流過程中能夠進一步理解實驗原理。

3 實施效果分析

學習效果是評價教學方法有效的重要指標之一，學生期末總成績也可反映實驗教學的效果[5]。因此，本文通過比較教學方法改進前后學生的實驗表現，實驗報告冊質量，實驗成績及期末總成績這四個方面的不同，驗證本文方法的有效性。

本文方法在我校18 級通信2 班進行了試用，與改進前的16、17 級通信學生進行比較，教學效果良好。首先，實驗表現上，基于探究式學習的實驗方法需要學生主動探索知識分析原因制定方案，學生的參與性高，因此18 通信2 班的學生實驗積極性更高，課堂較活躍，學生之間有激烈討論和反復操作。然后，從實驗報告的質量上比較，改進的教學方法需學生自主探究制定實驗方案及電路圖，因此，改進后的學生實驗報告質量得到很大提高，實驗方案靈活多變，分析詳細，條理清楚，且很多學生報告中實驗分析總結能夠體現在實驗過程中遇到的問題及解決思路，這正是實驗教學真正希望學生學習到的能力。其次，實驗成績，實驗成績中包括平時實驗表現和實驗報告成績，各占50%，比較了18 級學生和未改革前16、17 級學生成績，改革后實驗成績大大提高了。最后，實驗效果也表現在學生是否掌握了知識，最直觀的體現就是期末成績，比較后發現改革后學生的平均成績，及格率、優良率都有了提高。

4 結語

經對比分析，基于探究式學習的《電路分析》實驗教學方法，能夠明顯地提高教學及學生學習效果。解決了傳統《電路分析》實驗教學中存在的問題，有利于培養學生自主學習的能力，讓學生在發現和解決問題中獲得成功的喜悅，提高學生學習的積極性，同時能夠提高學生的探索研究能力，提高教學效果。