“三維一體化”電工類實驗課程的學生創新能力培養研究

摘要：本研究旨在探索基于“三維一體”設計理念的電工電子技術實驗課程對學生自主創新能力的培養效果。通過結合理論知識、實踐操作和創新能力培養，我們設計了一套系統的實驗課程，旨在提升學生的綜合能力和創新思維。本研究采用混合式學習理論和建構主義學習理論作為理論基礎，利用問卷調查和實驗數據進行實證分析。結果表明“三維一體”實驗課程顯著提高了學生的自主創新能力，并且在教學效果和學生反饋上表現良好。

關鍵詞：電工電子技術；"三維一體；實驗課程；自主創新能力；教學改革

中圖分類號：TB"""""""文獻標識碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.04.085

1"引言

1.1"研究背景與意義

電工電子技術課程在工科教育中具有重要地位，不僅要求學生掌握扎實的理論知識，還需具備較強的實踐操作能力和創新能力。然而傳統的教學模式往往偏重理論知識的傳授，忽視了學生實踐能力和創新能力的培養。Graham指出，混合式學習通過整合線上和線下教學，能夠最大化學習效果，有助于提升學生的自主學習能力和創新能力[1]。因此探討一種有效的教學模式以提升學生綜合素質成為當前教育改革的重要課題。

1.2"研究目的與內容

本研究旨在基于“三維一體”設計理念，構建一套系統的電工電子技術實驗課程，并通過實證研究檢驗其對學生自主創新能力的培養效果。具體研究內容包括：

（1）"設計“三維一體”實驗課程；

（2）"探討實驗課程對學生創新能力的影響；

（3）"提出相應的教學改革建議；

2"“三維一體”實驗課程的設計理念

2.1"三維一體的特點及優勢

“三維一體”設計理念主要包括理論知識、實踐操作和創新能力培養三個方面。與傳統教學模式相比“三維一體”具有以下優勢：

（1）綜合性：課程設計涵蓋理論、實踐和創新三個方面，注重學生綜合能力的培養。

（2）互動性：通過實驗項目和小組討論，促進學生之間的互動與合作。

（3）個性化：根據學生的興趣和能力，提供多樣化的實驗項目和自主選擇的學習路徑。

Knowledge-Centered"Curriculum"Theory強調課程設計應以學習者為中心，關注個性化學習目標和自主學習能力的提升[2]。

2.2"課程設計思路

本研究以混合式學習理論和建構主義學習理論為基礎，設計了“三維一體”實驗課程。具體設計思路如下：

（1）理論知識傳授：在課程開始階段，通過線上課程和課堂講解相結合的方式，幫助學生掌握電工電子技術的基礎理論。線上課程提供豐富的學習資源，如視頻講解、電子教材和在線測試，方便學生自主學習和反復鞏固知識。課堂講解則側重于重點難點的解析和疑難問題的解答，確保學生對基礎理論有全面理解。

（2）實踐操作訓練：設置一系列實驗項目，讓學生在動手操作中加深對理論知識的理解。實驗項目涵蓋基礎電路實驗、信號處理、電子元件測量與應用等多個方面[3]。學生通過動手實踐，能夠更直觀地理解理論知識，培養實驗操作能力和問題解決能力。

（3）創新能力培養：在課程的后期，鼓勵學生自主設計實驗項目，并進行小組討論和創新展示。學生可以根據自己的興趣和實際問題，設計和實施創新實驗項目。通過這種方式，不僅可以培養學生的創新思維，還能提升團隊合作能力和項目管理能力。

2.3"課程實施步驟

課程實施包括以下步驟：

（1）準備階段：制定詳細的課程計劃，準備實驗設備和材料。教師需提前安排好實驗室資源，確保實驗設備的完備和安全。此階段還包括線上學習平臺的搭建和課程資源的準備。

（2）教學階段：線上課程與課堂講解相結合，進行理論知識的傳授。在課程初期，教師通過在線平臺發布學習資料和視頻課程，學生可根據自己的學習節奏進行學習。課堂上，教師對重點知識進行詳細講解，并結合實例幫助學生理解。

（3）實驗階段：學生分組進行實驗操作，教師提供指導和反饋。在這一階段，學生通過實際操作，驗證和鞏固所學理論知識。教師在實驗過程中進行指導，幫助學生解決實驗中遇到的問題，并提供及時反饋。

（4）創新項目階段：學生自主選擇和設計實驗項目，并進行項目實施和展示。每個小組需要獨立完成一個創新實驗項目，從項目選題、設計、實施到最終展示[4]，整個過程需要學生自主完成，教師提供必要的指導和資源支持。

（5）評價階段：通過項目展示和成果匯報，對學生的創新能力進行評價。評價標準包括項目的創新性、完成度、團隊合作和展示效果等多個方面。評價結果將作為課程成績的一部分，同時也為后續課程改進提供參考。

3"學生自主創新能力培養的方法

3.1"實驗項目選擇

實驗項目的選擇遵循以下原則：

（1）相關性：與課程內容密切相關，能夠鞏固理論知識。

（2）創新性：鼓勵學生進行自主設計和創新，開設結合工程案例的示范性實驗項目。逐漸替代傳統的實驗項目。

（3）可操作性：考慮學生的實際操作能力和實驗條件。

典型實驗項目包括：

（4）基本電路實驗：通過搭建和測量簡單電路，掌握基本電路理論。

（5）綜合設計性實驗項目：結合多個知識點，以工程背景為前提，進行復雜電路的設計、焊接和調試，最終形成作品。

3.2"實驗教學模式

實驗教學中，我們采用以下模式：

（1）分組實驗：學生分組進行實驗操作，培養團隊合作能力。

（2）項目式學習：鼓勵學生自主選擇實驗項目，并進行項目管理和展示。

（3）互動討論：通過小組討論和教師指導，促進學生之間的交流與合作。

結合建構主義學習理論，強調通過實驗和項目式學習，學生能夠通過探索和實踐自主構建知識，從而提升他們的創新能力和問題解決能力。

3.3"創新能力評價

創新能力的評價包括以下幾個方面：

（1）自主設計能力：學生在實驗項目中的自主設計和創新能力。通過觀察學生在項目選題和設計過程中的表現，評價其獨立思考和創新能力。例如，學生能否提出有創意的實驗項目，并設計出有效的實驗方案。

（2）問題解決能力：學生在實驗過程中遇到問題的解決能力。通過記錄學生在實驗過程中遇到的問題及其解決方法，評價其分析問題和解決問題的能力。特別是對復雜問題的處理能力，是評價的重要標準。

（3）團隊合作能力：學生在小組實驗中的合作與溝通能力。通過觀察學生在小組實驗中的表現，評價其團隊合作精神和溝通能力。重點關注學生在團隊中的角色分工、合作效率和溝通技巧。

（4）成果展示能力：學生對實驗成果的展示和表達能力。通過學生的項目展示和答辯，評價其成果展示能力和表達能力。重點關注學生能否清晰地闡述項目的創新點、實施過程和最終成果。

4"研究方法

4.1"實驗數據收集

數據收集采用問卷調查和實驗數據結合的方法。問卷調查主要針對學生的學習態度、實驗體驗和創新能力評價。具體步驟如下：

（1）問卷設計：根據研究目標設計問卷，主要包括學生對課程滿意度、自主學習能力、創新能力和團隊合作能力的評價。問卷設計遵循科學性和客觀性原則，確保調查數據的準確性和有效性。

（2）問卷發放與回收：在課程結束后，通過線上平臺發放問卷，并在規定時間內回收。為了確保較高的回收率，問卷發放前須向學生說明調查目的和重要性，保證匿名性和數據保密。

（3）實驗數據記錄：在實驗過程中，記錄學生的實驗成績、項目設計和展示情況。通過實驗報告、項目方案和展示視頻等形式，收集學生在實驗和創新項目中的表現數據。

（4）數據整理與編碼：對收集到的問卷數據和實驗數據進行整理和編碼，便于后續的統計分析。數據整理過程中，需確保數據的完整性和一致性，剔除無效數據和異常值。

4.2"統計分析

統計分析采用描述性統計和推斷性統計相結合的方法。具體步驟如下：

（1）描述性統計：對問卷調查和實驗數據進行初步分析，計算數據的均值、標準差和分布情況。通過描述性統計，了解學生對課程的總體評價和不同教學模式對學生能力的影響。

（2）相關性分析：采用皮爾遜相關分析，探討各變量之間的關系。例如，分析學生的自主學習能力與創新能力之間的相關性，探討其內在聯系。

（3）比較分析：采用t檢驗或方差分析，比較不同教學模式[5]對學生創新能力的影響。例如，比較傳統教學模式與“三維一體”教學模式下學生創新能力的差異，驗證“三維一體”教學模式的有效性。

（4）回歸分析：采用多元回歸分析，探討影響學生創新能力的主要因素。例如，分析自主學習能力、團隊合作能力和實驗成績對創新能力的影響，為課程設計和改進提供參考依據。

5"研究結果與討論

5.1"數據分析結果

通過對調查和實驗數據的分析，結果表明：

（1）學生對“三維一體”實驗課程的總體滿意度較高。

（2）實驗課程顯著提高了學生的自主創新能力。

（3）不同教學模式對學生創新能力的影響存在顯著差異。

結合研究結果分析混合式學習對學生創新能力的提升作用。

5.2"研究發現

研究發現，“三維一體”實驗課程在提升學生自主創新能力方面具有顯著效果。具體表現為：

（1）學生滿意度高：問卷調查結果顯示，大多數學生對“三維一體”實驗課程表示滿意，認為課程設計合理，教學效果顯著。特別是在創新能力和團隊合作能力的培養方面，學生給予了較高的評價。

（2）自主學習能力提升：通過線上學習和自主選擇實驗項目，學生的自主學習能力得到了顯著提升。大多數學生表示，能夠更主動地進行學習和探索，學習效率明顯提高。

（3）創新能力顯著增強：實驗數據分析結果顯示，“三維一體”實驗課程顯著提高了學生的創新能力。學生在項目設計、實驗操作和成果展示方面表現出了較強的創新思維和實踐能力。

（4）團隊合作能力提升：通過分組實驗和項目合作，學生的團隊合作能力得到了顯著提升。學生表示，在小組實驗中能夠更好地與團隊成員進行溝通和協作，提高了團隊合作效率。

結合研究學者的研究結果，分析混合式學習對學生創新能力的提升作用。

5.3"改進建議

根據研究結果提出以下改進建議：

（1）加強教師培訓：提升教師在混合式教學中的設計與實施能力教師對整個環節都必須清楚。

（2）優化實驗項目：根據學生反饋，優化實驗項目的內容和難度，增加趣味性實驗項目。

（3）增加互動環節：通過線上討論和線下輔導，提高學生的參與度和互動性，在互動環節制定考核機制，調動學生的積極性。

6"結論

本研究基于“三維一體”設計理念，構建了一套系統的電工電子技術實驗課程，并通過實證研究驗證了其在培養學生自主創新能力方面的有效性。研究表明，混合式學習和建構主義學習理論為實驗課程的設計與實施提供了重要指導，通過理論與實踐的有機結合，能夠顯著提升學生的創新能力。未來研究可以進一步探索不同教學模式對學生綜合能力培養的影響，并結合最新的教育技術，優化實驗課程的設計與實施。

參考文獻

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[3]李嚴，殷樹娟，李涵，等.基于OBE的微電子工藝課程實驗設計[J].集成電路應用，2024，41（05）：9293.

[4]楊特育，王俊.新工科背景下電工電子基礎實驗教學模式實踐探索[J].遵義師范學院學報，2023，25（02）：102105.

[5]許國騰.大數據背景下管理定量分析課程教學改革創新探討[J].現代商貿工業，2023，44（15）：210213.