基于任務(wù)導(dǎo)向與問題驅(qū)動的電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

耿 敏，艾清慧，孫艷茹，張婉妹

[中國石油大學(xué)(北京)信息科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102249]

0 引言

電工電子學(xué)是非電工科類專業(yè)學(xué)生獲得電工、電子技術(shù)以及電氣控制基本理論和技能的主要課程[1]。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是教學(xué)過程中的重要部分，是對理論學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)和提升，對學(xué)生從事工程實(shí)踐具有引導(dǎo)作用[2]。具備電工電子知識和技能，并以此為基礎(chǔ)解決工程問題已成為了工科院校本科生的重要素質(zhì)之一[3]。電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)已受到了高校教師的廣泛重視[4-7]，應(yīng)繼續(xù)深入分析課程存在的問題，剖析其產(chǎn)生原因，并探索改革措施，以完成教學(xué)目標(biāo)。

1 教學(xué)情況

1.1 內(nèi)容涉及面廣

電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及面廣，每個(gè)配套實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都對應(yīng)一個(gè)理論知識點(diǎn)，會涉及不同的實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法。學(xué)生要完成從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，解決出現(xiàn)的問題，提高自身的實(shí)踐操作能力和分析能力。目前，時(shí)間緊、任務(wù)重是電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的突出問題，學(xué)生既要建立系統(tǒng)知識框架，又要全面掌握電工電子技術(shù)。

1.2 兩個(gè)碎片化問題

電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程正面臨兩個(gè)碎片化問題，一是知識碎片化，二是時(shí)間碎片化，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中缺乏系統(tǒng)意識，對每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的作用以及電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的作用認(rèn)識不清。另外，學(xué)生很難有整塊的課余時(shí)間進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.3 動手能力薄弱

作為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，基本實(shí)驗(yàn)技能的提高和綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)是電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的首要教學(xué)任務(wù)，也是檢驗(yàn)教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)。但由于內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、缺乏專業(yè)背景等原因，學(xué)生的動手能力相對薄弱。學(xué)生一貫以做出正確的結(jié)果為目的去完成實(shí)驗(yàn)，會輕視實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，還會忽略對實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考。

2 基于任務(wù)導(dǎo)向與問題驅(qū)動的電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

2.1 結(jié)合任務(wù)建立知識體系框架

電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門專業(yè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程，必須立足于對基本實(shí)驗(yàn)方法和基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。學(xué)生對整個(gè)知識體系框架的掌握不容忽視，在教學(xué)中，要突出每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)及內(nèi)容的背景工程性、應(yīng)用綜合性、方法多樣性，將各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合到一個(gè)容易理解、結(jié)構(gòu)清晰、體系完整的綜合項(xiàng)目中，構(gòu)建出一個(gè)模塊化體系結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理清課程脈絡(luò)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。以綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目電機(jī)測速系統(tǒng)來作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程體系內(nèi)容的載體，現(xiàn)將系統(tǒng)劃分為四個(gè)模塊(電機(jī)運(yùn)行信號拾取、信號轉(zhuǎn)換及調(diào)理、定時(shí)采集及計(jì)數(shù)、測量結(jié)果譯碼顯示)，并將其與五個(gè)主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(三相異步電動機(jī)的控制、共射極單管放大電路、集成運(yùn)算放大器、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)、組合邏輯電路設(shè)計(jì))對應(yīng)，列舉出每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及的理論知識點(diǎn)，將各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)前后實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的融會貫通。

2.2 依托問題聯(lián)系各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

問題意識是實(shí)踐課程學(xué)習(xí)的動力和核心，實(shí)驗(yàn)水平及技能是隨著問題的發(fā)現(xiàn)和解決而逐步提高的。教師應(yīng)在課前設(shè)定預(yù)習(xí)問題，在課上啟發(fā)學(xué)生分析、解決問題，在課后鼓勵學(xué)生探索問題，讓問題成為學(xué)生學(xué)習(xí)的動力而不是障礙。預(yù)習(xí)能夠起到導(dǎo)入課程內(nèi)容、解決理論盲點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)、化解操作難點(diǎn)的作用。表1列舉了部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)思考題。

表1 部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)思考題

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生正確看待實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。學(xué)生對問題進(jìn)行縝密思考后，操作失誤的細(xì)節(jié)就會被發(fā)現(xiàn)，原因不明或是含糊不清的問題也能被準(zhǔn)確定位，復(fù)雜的問題則需教師指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行調(diào)試，如化整為零分塊調(diào)試、化繁為簡分步調(diào)試。問題的解決要以學(xué)生為主體，學(xué)生可利用所學(xué)知識自主解決，可通過小組討論協(xié)作解決，還可在教師引導(dǎo)下解決。

實(shí)驗(yàn)問題回顧總結(jié)是問題啟發(fā)式教學(xué)的最后一環(huán)，能夠有效避免學(xué)生今后在實(shí)驗(yàn)中再次出現(xiàn)低級錯(cuò)誤，能夠幫助學(xué)生梳理正確的實(shí)驗(yàn)步驟和方法，能夠從數(shù)理基礎(chǔ)、課程理論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)、設(shè)備操作等各方面幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏。

2.3 全面開放式教學(xué)及考核模式

開放硬件環(huán)境。實(shí)驗(yàn)環(huán)境是學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)保證，在學(xué)校的教學(xué)運(yùn)行時(shí)間段內(nèi)最大限度開放實(shí)驗(yàn)室能夠解決不同專業(yè)學(xué)生空余時(shí)間不一致的問題。

開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。設(shè)置階梯式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，確保學(xué)生既能掌握基本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法，又能循序漸進(jìn)地提高實(shí)驗(yàn)技能，樹立創(chuàng)新意識。

開放專業(yè)項(xiàng)目。結(jié)合教師科研經(jīng)歷設(shè)立專業(yè)拓展探索項(xiàng)目，幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)課程在專業(yè)體系中的定位。針對物探專業(yè)，可增設(shè)電位法裂縫監(jiān)測項(xiàng)目。針對石工專業(yè)，可增設(shè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井間測距項(xiàng)目。針對測井專業(yè)，可增設(shè)過套管電阻率測井項(xiàng)目。

開放式考核指標(biāo)。課程考核指標(biāo)具有導(dǎo)向作用，預(yù)習(xí)報(bào)告、預(yù)習(xí)題能夠考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備程度、操作規(guī)范性、對問題的處理能力、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄情況以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成度，旨在全面考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平。實(shí)驗(yàn)報(bào)告則考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析處理能力和總結(jié)探索能力。