以培養實踐能力為導向的物聯網工程專業實驗教學方法改革的探索與應用

賈博軒 徐輝 宮兵

摘要：實驗教學是應用型本科高校提升辦學質量、提升學生就業競爭力的有效教學模式，是培養學生實驗素養以及科學思維等應用能力的核心。為了更好地發揮實驗教學的作用，針對教學實踐中遇到的困難，作者結合多年實驗室管理和實驗教學的經驗，在滿足對工科學生能力培養目標以及有效提升學生實踐能力的前提下，推行了一系列具有針對性和可行性的改革措施，對實驗教學實施方法進行了探索并取得了顯著成效。文章以物聯網專業中“嵌入式系統綜合課程設計”這門課為例，對該實驗方法模式進行了系統的介紹。

關鍵詞：實驗教學;模式改革;物聯網工程

培養社會需要的實踐型、創新型人才是各高校應承擔的重要義務和使命。我院自2011年起開設物聯網工程專業，以學生發展為本、以實驗教學為術、以工程應用為主，重點培養學生嚴謹周密的工作作風、敢于創新的思維方式、團結協作的互助精神。實踐證明，為了培養高素質的應用型專業人才，實驗教學就是教學環節中的重要組成部分，是引導學生自覺進入知識探索和能力培養的重要方式。

現有的實驗教學模式已經有所改良，在改變傳統性實驗內容的同時，減少了驗證性實驗和重復性實驗，但仍然存在著一些不足。本文針對我院物聯網工程專業“嵌入式系統綜合課程設計”這門實驗課中存在的一些問題，結合我院現有的實際情況，圍繞培養學生的實踐和創新能力這一目標，推出了一系列的改革方法，并將其運用在實驗教學環節中，通過幾個學期的嘗試，取得了顯著的效果。這為學生創新意識的培養以及實踐能力的提高奠定了基礎，同時也為其他專業和課程的實驗教學改革提供了有效參考。

一、我院物聯網工程專業“嵌入式系統綜合課程設計”現有實驗教學方法的不足

（一）教師與學生之間缺少溝通

學生通常只有在上課期間才能與教師見面，而課后缺少交流的時間和機會，這使學生的一些問題得不到當場解決，從而使這些問題變為遺留性問題。同時，由于缺乏交流，教師難以具體了解學生對實驗原理、方法、現象的掌握情況，難以規范實驗操作，難以及時糾正錯誤，不利于教師對教學過程和效果的了解。并且實驗教學的質量難以評價，這阻礙了實驗教學水平的提高和學生實踐能力的培養，進而影響到教學質量和效果的提高。同時，有些動手能力較強的學生往往想進行拓展創新性實驗，但卻因為缺少交流也只是將一切都停留于想法而無法付諸行動。

（二）學生缺少自主學習的機會

實驗課上，通常都是教師講學生聽，教師做學生看，而學生自主學習的機會卻很少。學生常年處于被動接受教育的情況，無法培養主動參與、樂于探索、勤于動手的習慣，這大大影響了學生的學習成效和學習興趣。

（三）學生提問較少

傳統的實驗教學關注學生的共性教學，使學生達到共同的教育培養目標和人才培養質量，對學生的差異性不夠重視。教師在課上所講授的內容，多多少少會存在個別學生無法理解的情況，而學生有時不敢提問，在很大程度上會影響學生對實驗內容的掌握。如果學生對實驗原理和實驗方法缺少認識或有疑問，甚至會影響到學生的后續實驗，對教師實驗教學的開展很不利。

（四）實驗學時不足

由于實驗學時相對較少，很多學生出現實驗做不完的情況，特別是基于硬件平臺的綜合性實驗，例如本文所提到的“嵌入式系統綜合課程設計”這門課程。而課時外給予學生上機的機會又很少，于是降低了學生的實驗質量，影響學生實驗結果的展示和最后的實驗成績，最終無法滿足提高學生實際動手操作能力的需求。

二、改革實驗教學方法策略

基于對以上實驗教學模式不足的分析，我們改革并探索出了一些既滿足學生培養目標，也符合我院實際情況、具有可操作性的實驗教學方法。該方法具體如下：

（一）定期開展課下實驗研討小組會

為了增加教師與學生的交流機會，并且在不占用實驗學時的前提下，定期在實驗室開放時間開展課下實驗研討小組會，針對實驗內容以及實驗原理掌握情況等問題進行研討，答疑學生在實驗課中出現的問題。其中，重點討論實驗內容，檢查是否存在過于簡單或不明確的實驗，同時檢查學生實踐是否達標，是否突出了實驗的綜合性、創新性和技能性。教師可以按照本專業的教學目標和學生工程實踐能力的要求，更加合理地構建理論與實踐相對應的、能力與素質相匹配的實驗教學內容，合理地調整各個實驗的比重，對實驗內容進行定期更新。這種課下討論形式可以引導學生積極思考，探索新的實驗方法。同時，學生可以借此與教師商討自主開發的創新性實驗內容，教師可以幫助學生分析實驗的可行性、應用性，讓學生真正學以致用。例如：“嵌入式系統綜合課程設計”實驗箱有很多拓展模塊，有些學生對繼電器模塊感興趣，而現有實驗課幾乎不會涉及此處，學生通過與教師的交流，了解繼電器的工作原理，明白了如何控制4412cpu管腳的高低電平，后續查閱資料編程實現了繼電器的自動吸合。教師在此作為引導者，啟發學生思考，并且與學生探討、解決實驗過程中出現的實際問題，培養學生的實踐能力。最終有學生成功開發出了諸如不停車收費模擬系統、智能農業系統等創新型項目。

（二）采用實驗課翻轉課堂

基礎教育課程改革中，將翻轉課堂這種教學方式引入到理論教學中，而我們將翻轉課堂應用于實驗課教學。在保證用電安全的前提下，教師將一部分任務分配給參與翻轉課堂的學生，以學生作為學習的主體。學生通過課下時間采用自主分析、探索、實踐、質疑、創造等方式來實現學習目標，在實驗課上將這些成果以及任務講授給其他同學以及任課教師。如：在“嵌入式系統綜合課程設計”這門課上，教師安排學生講解嵌入式傳感器節點的工作原理、傳感器節點如何與Zigbee通信等。學生從認識實驗箱和各個模塊開始，翻閱實驗指導手冊、動手實踐實驗、整理實驗數據到最后實驗課上通過自己的方式給大家講解，完成了一個自主學習過程。在實踐中發現，采用這種方式可以有效地提高學生搜集和處理信息的能力、主動獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，并且激發了學生強烈的學習興趣，使學生愿意去學和樂于去探索。在翻轉課堂中，我們發現學生對實驗的講解、對程序的分析、對試驗箱的操作，都比教師一味的講、讓大家被動接受的情況掌握的要扎實的多。并且，通過這種方式，學生主體頭腦中的知識信息庫被充分地調動起來，知識系統被充分地組織，使學習主體的目標價值得到了充分地張揚，達到主動學習、主動鍛煉、主動發展與提高的目的。與此同時，教師要強化學法指導，學生暫時成為講授者，但在學生自主學習的過程中教師要當好“引路人”。

（三）開設微信“答疑群”

實驗教師以班級為單位建立微信“答疑群”。課上或是實驗室開放過程中，學生上機時遇到的問題可以通過此方式向教師提問，教師可以及時回答學生疑問。微信群的建立避免了學生在課上不敢提問或沒時間提問題的情況。同時教師可以將一些有代表性的問題在實驗課上再進行講解和對知識點再次鞏固。這種“答疑群”的建設使教師可以有效地密切關注學生的學習情況，引導學生思考，及時解答學生的困惑，明確教學難點，對教學中的薄弱處進行深刻強化。該方法也使得教學活動不再局限于課時內、課堂內，實驗教學突破了時間和空間的限制，這為基礎實驗教學成效的改善提供了可靠支撐，使學生更加主動地去思考、去實踐驗證，進而實現最佳實驗教學效果。此外，學生提高了發現問題的思辨能力和養成了善于提問的習慣。

（四）有效開展實驗室開放

本著以學生為中心的原則，我院物聯網工程專業實施筆者之前提出的“多元化的實驗室開放策略”，每周至少進行6學時的實驗室開放，給予學生充分的課下實踐時間。通過實驗室開放，可以增強學生的實際動手操作能力，使學生的實踐能力得到充分的訓練和提升。鼓勵學生在完成基本實驗任務的基礎上，拓展開發創新項目。同時，在實驗室開放期間，實驗教師也參與其中，積極與學生們討論，幫助學生做好任務規劃，一同探索前沿知識和技術，充分調動學生積極性和主動性。

三、結語

實驗教學是課程教學計劃的重要組成部分，對于培養學生的實踐能力具有理論教學無法替代的作用。為進一步提高實驗教學質量、提升學生實踐能力，結合我院實際課程情況以及學生的實際問題，本文對實驗教學方法進行了探索性的改革。這些改革可以有效地彌補目前諸如“嵌入式系統綜合課程設計”實驗課上的不足，更好地轉化學生學習方式，為其他實驗教學活動的推進提供了有效參考。隨著科技的發展，實踐教學的方法也要隨著社會生態環境以及技術水平的提高而有所改變，我們要按照先進性和科學性、自主性和創新性相結合的原則，不斷更新實驗教學理念，勇于嘗試新的教學方法，通過改革探索更科學的實驗教學方式，以期達到更好的實驗教學效果，提高學生實驗的積極性和主觀能動性，為社會培養高質量的實踐型、創新型人才。

參考文獻：

[1]范雯.基于實驗教學模式下的我國高等教育經驗與改革前景[J].科技經濟導刊（產學研究與實踐），2018，26（8）：119-120.

[2]白秀娟.高校傳統實驗教學模式改革的必要性[J].高校實驗室工作研究，2018， （2）：11-12.

[3]王炳英.加強實驗教學模式改革提高學生創新實踐能力[J].石油人力資源，2018， （4）：83-86.

[4]楊炎，宋方茗.改革實驗教學模式培養大學的實際動手能力[J].教育教學論壇，2018，（44）：275-276.

[5]賈博軒，徐輝，宮兵.多元化的實驗室開放模式助推實驗教學改革——以物聯網工程專業為例[J].黑龍江教育（理論與實踐） ，2019，（7-8）：110-111.

編輯/姜雯