實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生成績的影響分析與教學(xué)創(chuàng)新模式研究

岳倩倩

(安徽三聯(lián)學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院,合肥 230601)

電子電氣專業(yè)為理工類專業(yè)，是國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢下，支撐現(xiàn)代科技創(chuàng)新發(fā)展的重要學(xué)科之一，該專業(yè)培養(yǎng)出的技術(shù)人才具有較強(qiáng)的專業(yè)性，為國內(nèi)電氣行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供重要保障，所以現(xiàn)階段的電子電氣專業(yè)教學(xué)，在高等教育中占據(jù)重要地位[1]。電子電氣專業(yè)學(xué)科的專業(yè)性極強(qiáng)，結(jié)合電氣工程、自動(dòng)化儀器、繼電保護(hù)以及PLC等內(nèi)容展開教學(xué)。為了促進(jìn)學(xué)生的畢業(yè)就業(yè)，高校逐漸完善實(shí)驗(yàn)室教學(xué)方案，通過實(shí)訓(xùn)課程學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生解決電氣工程領(lǐng)域中復(fù)雜問題的能力，為畢業(yè)就業(yè)提供真實(shí)的體驗(yàn)環(huán)境，有助于達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)可[2]。目前的電子電氣專業(yè)作為工業(yè)革命的后續(xù)發(fā)展內(nèi)容，與能源、交通、建筑、制造以及環(huán)境等領(lǐng)域息息相關(guān)，通過特征教學(xué)法“以學(xué)生為根本”的教學(xué)理念，建立了全新的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式[3]。但各個(gè)行業(yè)正處于不斷進(jìn)步的發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中，需要高校不斷創(chuàng)新電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式，滿足社會(huì)發(fā)展需要，培養(yǎng)更多滿足時(shí)代要求的學(xué)生，基于此研究電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)創(chuàng)新模式。

圖1 電子電氣專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室

1 電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)

1.1 實(shí)驗(yàn)室教學(xué)概況

電子電氣專業(yè)的主要課程包括電氣控制、PLC等，這些課程的最主要特點(diǎn)，就是具有極強(qiáng)的實(shí)踐性、較為先進(jìn)的技術(shù)性以及應(yīng)用的廣泛性。這些特點(diǎn)使得電子電氣專業(yè)教學(xué)只能依靠實(shí)驗(yàn)室的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)完成日常教學(xué)內(nèi)容，通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室研究吸引學(xué)生主動(dòng)提問、積極交流，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生相互幫助的團(tuán)隊(duì)精神[4]。目前的課程以實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為主，全部教學(xué)課程都被教師安排到如圖1所示的實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，教學(xué)通過配備元器件實(shí)物、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方式，為理論知識(shí)提供真實(shí)體驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生帶著教師提出的問題實(shí)驗(yàn)，通過不斷調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)得出不同條件下的結(jié)論，從而完成對理論知識(shí)的分析與理解。

1.2 實(shí)驗(yàn)室教學(xué)情景

針對目前的課程教學(xué)概況，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境多個(gè)角度，分析現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)情景。目前的電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容及模式，是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的核心要素。在目標(biāo)方面，將“協(xié)同化”和“深度化”作為培養(yǎng)學(xué)生面對實(shí)訓(xùn)教學(xué)的挑戰(zhàn)，從培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能方面入手，并形成專業(yè)的實(shí)踐思維。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容以“一體化”為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要求課程中、課程間以及課程后之間形成有序銜接的教學(xué)體系，保證教學(xué)內(nèi)容是不間斷的。教學(xué)模式以“混合性”、“活動(dòng)性”以及“開放性”為標(biāo)準(zhǔn)，其中“混合”就是將理論、實(shí)訓(xùn)以及日?；顒?dòng)融合起來，建立理論與實(shí)際結(jié)合的教學(xué)模式；“活動(dòng)”就是讓所有學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中都能夠參與實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成主動(dòng)研究、主動(dòng)記錄數(shù)據(jù)的習(xí)慣；“開放”就是在課程中以及課后讓學(xué)生之間分享實(shí)驗(yàn)成果，以討論、總結(jié)的方式讓學(xué)生聽取更多的實(shí)驗(yàn)意見，并學(xué)會(huì)區(qū)分其中正確的內(nèi)容和存在不足的觀點(diǎn)[5]。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)隊(duì)伍，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新模式的前提，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室技術(shù)人員與管理人員，是實(shí)驗(yàn)室正常、安全運(yùn)行的關(guān)鍵，目前學(xué)校主要配置專業(yè)技術(shù)教師以及管理人員，共同組成實(shí)驗(yàn)室教學(xué)隊(duì)伍。前者是教學(xué)的主力軍，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)向?qū)W生傳遞知識(shí)；后者是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的保障，維護(hù)實(shí)驗(yàn)室智能化設(shè)備的使用安全。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境影響教學(xué)效果，以往的電子電氣專業(yè)教學(xué)按照課程內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這種固定式的教學(xué)環(huán)境浪費(fèi)資源，所以在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)境上需要調(diào)整。綜合上述多個(gè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)情景，評價(jià)現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)成果。

1.3 實(shí)驗(yàn)室教學(xué)成果

采用考試成績分析模型，對5個(gè)不同的電子電氣專業(yè)班級的考試成績進(jìn)行分析。已知考試成績具有隨機(jī)性特征，利用模型隨機(jī)擬合的效果不是最佳，所以按升序?qū)λ谐煽冞M(jìn)行排序，然后擬合得到如表1所示的結(jié)果。

表1 電子電氣專業(yè)5個(gè)班級的考試成績擬合

采用y=alnx+b的形式進(jìn)行擬合，其中參數(shù)a代表成績變化速率，a越大越能說明班級成績差異越大；參數(shù)b表示級內(nèi)的最低分[6]。當(dāng)相關(guān)系數(shù)大于0.755時(shí)，屬于強(qiáng)相關(guān)性。根據(jù)表1顯示的數(shù)據(jù)可知，擬合后的對數(shù)相關(guān)系數(shù)均超過0.755，所以采用區(qū)間法加權(quán)評分函數(shù)模型A、綜合法加權(quán)評分函數(shù)模型B對上述成績建模，得到如表2所示的平均考試成績點(diǎn)值比。

表2 電子電氣專業(yè)5個(gè)班級的平均考試成績點(diǎn)值比

根據(jù)上述結(jié)果可知，點(diǎn)值比的差異率最大達(dá)到了10.28%，兩個(gè)模型之間的點(diǎn)值比差異盡管低于20%，但還是高于理想值8%，說明目前的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)能夠在一定程度上提升學(xué)生學(xué)習(xí)成績，但還有較大的提升空間，所以研究電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)創(chuàng)新模式。

2 電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)創(chuàng)新

2.1 實(shí)時(shí)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)化

根據(jù)調(diào)查可知，嘉興學(xué)院與科技公司合作，從2014年就已經(jīng)建立了“電氣工程實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)”。所以針對這一研究項(xiàng)目，建立融合多媒體資源與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型實(shí)驗(yàn)室教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)，在教師的指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立學(xué)習(xí)、互動(dòng)學(xué)習(xí)以及反饋學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)教學(xué)的優(yōu)勢。目前該平臺(tái)與電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)控制以及電機(jī)控制等課程關(guān)聯(lián)使用，在不限制使用時(shí)間、視頻互動(dòng)、實(shí)時(shí)通訊的條件下，完善了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)。其中在時(shí)間方面，學(xué)生可以隨時(shí)登錄平臺(tái)查詢教學(xué)內(nèi)容；視頻互動(dòng)和實(shí)時(shí)通訊方面，教師根據(jù)圖2所示的多屏監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程，利用通信軟件傳遞信息并實(shí)時(shí)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)訓(xùn)[7]。

圖2 多屏監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室

左上計(jì)算機(jī)為主控計(jì)算機(jī)，其他計(jì)算機(jī)為分機(jī)，通過主控計(jì)算機(jī)放大隨機(jī)監(jiān)控界面，通過分機(jī)反饋監(jiān)控學(xué)生的實(shí)時(shí)操作狀態(tài)。

2.2 融合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)化

現(xiàn)階段的虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺(tái)，主要包括信息化管理平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)兩部，但是，缺少針對學(xué)生設(shè)置的虛擬化學(xué)習(xí)功能。本研究中，在電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中引入了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，一方面減少部分實(shí)驗(yàn)課程中的硬件使用數(shù)量，緩解資金壓力和教學(xué)設(shè)備數(shù)量緊張的問題，還可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程的可視化效果。比如在同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中，可以讓教師演示一次實(shí)驗(yàn)操作流程，然后學(xué)生可以利用MATLAB等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，構(gòu)建對應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头治霾⒕W(wǎng)沖擊電流的變化規(guī)律。對于一些具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，例如高電壓技術(shù)課程，教師可以搭建系統(tǒng)模型，學(xué)生可根據(jù)系統(tǒng)模型的運(yùn)行狀態(tài)，比較不同環(huán)境特征下的高電壓技術(shù)特征，并且利用仿真軟件反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不再受真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件的限制。針對電子電氣專業(yè)的課程名稱，選擇了合適的虛擬仿真平臺(tái)，如表3所示[8]。

表3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與適合的電子電氣專業(yè)課程

電子電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為更多教學(xué)內(nèi)容提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的安全性。

2.3 完善實(shí)驗(yàn)室教學(xué)體系

圍繞著電子電氣專業(yè)的所有課程，整合實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容，通過改革與建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)制度，將以往按照固定學(xué)科內(nèi)容安排的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行調(diào)整，通過與校外企業(yè)合作，建立能夠反映更多課堂教學(xué)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用平臺(tái)，利用一體化的平臺(tái)夯實(shí)電子電氣專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練并培養(yǎng)學(xué)生具備綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的能力，最后以這些為基礎(chǔ)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、探索實(shí)驗(yàn)結(jié)論。根據(jù)上述觀點(diǎn)建立一個(gè)具有遞進(jìn)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)體系，即由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練發(fā)展為專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，最后發(fā)展為專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，以實(shí)操的方式培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力[9]。對電子電氣專業(yè)課程進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)不同方向或不同部分的課程內(nèi)容，利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行延伸，通過電工電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)的結(jié)合使用，滿足多樣化的教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)專業(yè)發(fā)展以及就業(yè)方向的實(shí)際需求，調(diào)整實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的智能設(shè)備，并針對不同類別的實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)室，為不同的教學(xué)提供針對性的學(xué)習(xí)環(huán)境。新的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)將電工教學(xué)、電子教學(xué)以及電工電子教學(xué)，安排到電工電子實(shí)驗(yàn)室公共平臺(tái)當(dāng)中；將電力電子教學(xué)、電機(jī)教學(xué)、自動(dòng)控制教學(xué)，安排到學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)中；將繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電網(wǎng)、自動(dòng)化儀表與控制等教學(xué)，安排到具有專業(yè)特色的教學(xué)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)中。按照上述教學(xué)體系分開教學(xué)，完成不同的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)任務(wù)。

2.4 加強(qiáng)監(jiān)管實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)節(jié)

電氣工程學(xué)科涉及到的教學(xué)內(nèi)容較多，因此授課教師以及聽課學(xué)生也很多，所以在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)過程中，對于教學(xué)環(huán)節(jié)的要求較為嚴(yán)格，其中在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，針對每一年度所學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，需要特別制定實(shí)驗(yàn)室課程教學(xué)目標(biāo)和管理制度，主要包括學(xué)生的日常實(shí)訓(xùn)安排、實(shí)訓(xùn)開始之前的理論分析、實(shí)驗(yàn)室課堂的互動(dòng)交流與合作。同時(shí)為了保障實(shí)驗(yàn)室的安全性，對于教師與學(xué)生的職責(zé)也作出了明確要求，包括對教師教學(xué)能力的要求、專業(yè)技能的要求；對學(xué)生操作能力的要求、課堂紀(jì)律的要求。通過明確各自所需承擔(dān)的責(zé)任，將實(shí)驗(yàn)室的使用風(fēng)險(xiǎn)降至最低。同時(shí)，學(xué)校在每一學(xué)期中都隨機(jī)選擇任意時(shí)間組成聽課小組，通過隨機(jī)的聽課抽查檢驗(yàn)教師與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與日常學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)質(zhì)量的提升[10]。由于電子電氣專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)時(shí)對于實(shí)踐能力的要求較高，所以在創(chuàng)新日常實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段的同時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)電子電氣實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)技能、提高動(dòng)手能力，另一方面培養(yǎng)良好的工作態(tài)度與個(gè)人觀念，為后續(xù)就業(yè)安排培養(yǎng)德智體全面的人才。通過反復(fù)鞏固式的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，為學(xué)生不斷提供實(shí)訓(xùn)場地，通過監(jiān)管不同年級學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)交流合作。

2.5 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室教學(xué)多元化

實(shí)驗(yàn)室多應(yīng)用于日常教學(xué)課程當(dāng)中，在學(xué)生的日常學(xué)習(xí)過程中，能夠?yàn)閷W(xué)生開放的實(shí)驗(yàn)室少之又少，所以可以根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)過程中的具體表現(xiàn)，向其中一部分可靠的同學(xué)開放部分安全性較高的實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在完成后續(xù)作業(yè)的過程中，能夠通過自主訓(xùn)練完成研究內(nèi)容，預(yù)期開放的實(shí)驗(yàn)室包括智能儀器實(shí)驗(yàn)室、PLC控制實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室的日常操作相對安全，可以向部分能力較強(qiáng)的學(xué)生開放。另外，教學(xué)結(jié)束后，可以利用實(shí)驗(yàn)室開展課后競賽，讓學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室完成電子電氣相關(guān)內(nèi)容的比賽，為實(shí)驗(yàn)室教學(xué)增添趣味性，吸引更多學(xué)生認(rèn)清實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的重要性，將更多精力放到學(xué)習(xí)當(dāng)中[11]。最后還可以開展對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的申報(bào)，通過學(xué)生與教師的通力合作，研究某一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最大程度地激發(fā)學(xué)生的專業(yè)自信心，并針對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置實(shí)施梯隊(duì)，通過教師的指導(dǎo)、優(yōu)秀學(xué)生的帶領(lǐng)，全面研究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將書本上的理論知識(shí)落實(shí)到實(shí)踐操作當(dāng)中。

2.6 規(guī)范管理實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及文檔材料

實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)設(shè)備，是一切實(shí)訓(xùn)活動(dòng)的根本，要滿足實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新模式，需要加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的規(guī)范管理，只有設(shè)備安全才能為實(shí)驗(yàn)室教學(xué)安全提供一份保障。要求現(xiàn)階段的設(shè)備管理重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)方面：首先是對設(shè)備的日常管理，包括設(shè)備分類存放、按需出庫入庫。其次是對設(shè)備的日常維護(hù)。維護(hù)需要多方面共同實(shí)現(xiàn)：第一，要求教師向?qū)W生傳達(dá)正確的使用方式，并了解設(shè)備的存放標(biāo)準(zhǔn)以及準(zhǔn)確位置；第二，要求學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)，正確掌握每一種實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用方式，并了解不同設(shè)備的使用環(huán)境的安全要求，并及時(shí)記錄；第三，要求管理人員定期對電子電氣設(shè)備進(jìn)行全面檢查，包括對設(shè)備本身的零部件檢查和通電檢查，一些管理人員無法維修的故障設(shè)備，一定要及時(shí)申報(bào)聯(lián)系廠家，委派專業(yè)人員進(jìn)行維修；第四，在每學(xué)期開始和結(jié)束的時(shí)候，組織專門的隊(duì)伍對各個(gè)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確定每一學(xué)期開始和結(jié)束的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備是安全的，若發(fā)現(xiàn)故障問題及時(shí)解決，防止出現(xiàn)教學(xué)課程開始實(shí)驗(yàn)室設(shè)備卻無法使用的情況[12]。然而實(shí)驗(yàn)室中還包含了大量的文檔材料，需要教師針對不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，并按照時(shí)間存放，便于后續(xù)教學(xué)的直接使用。

3 結(jié)語

優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式，為電子電氣專業(yè)教學(xué)提供更可靠的教育保障，為培養(yǎng)專業(yè)性技術(shù)人才提供支持，是今后物理、化學(xué)以及計(jì)算機(jī)等實(shí)踐要求較為嚴(yán)格的專業(yè)完善教學(xué)模式的重要參考。今后可以將“互聯(lián)網(wǎng)+”“線上教學(xué)”“慕課”“監(jiān)測平臺(tái)”等更多先進(jìn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)結(jié)合，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，促進(jìn)教育的多樣化發(fā)展。