蔡佩君， 王曉萍， 王立強， 梁宜勇， 齊杭麗

(浙江大學(xué) 光電科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310027)

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構(gòu)建以效果和能力培養(yǎng)為主導(dǎo)的實驗教學(xué)模式

蔡佩君， 王曉萍， 王立強， 梁宜勇， 齊杭麗

(浙江大學(xué) 光電科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310027)

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)中普遍存在的“重形式輕內(nèi)容，重結(jié)果輕過程”導(dǎo)致學(xué)生學(xué)而無識的狀況，提出了“以學(xué)生為中心、以提高實驗效果和學(xué)生實踐能力為目的”的實驗教學(xué)理念，以具體課程實驗教學(xué)為例，闡述了“層次化實驗內(nèi)容、引導(dǎo)式實驗指導(dǎo)、過程化實驗管理、多元化實驗考核”的“教師順學(xué)而導(dǎo)、學(xué)生學(xué)以致用”的實驗教學(xué)模式。通過實踐和探索，加強實驗教學(xué)中學(xué)生的自我導(dǎo)向性和個人探究性，有效激發(fā)了學(xué)生在課程實驗中的主動性、積極性和創(chuàng)造性，實現(xiàn)學(xué)生“從依賴輔導(dǎo)到獨立設(shè)計、從被動接受到主動發(fā)現(xiàn)，從單純模仿到個人(團隊)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變。

實驗教學(xué)模式； 層次化實驗內(nèi)容； 引導(dǎo)式實驗指導(dǎo)； 過程化實驗管理； 多元化實驗考核

0 引 言

實驗教學(xué)是工科院校培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新思維的一個重要環(huán)節(jié)[1]，課程實驗貫穿于從大類課程到專業(yè)課程的整個大學(xué)學(xué)習(xí)過程，其課時和學(xué)分在培養(yǎng)方案的設(shè)置中占居一定比例。但相比于理論教學(xué)，課程實驗往往被認(rèn)為是依附于課堂教學(xué)的一種輔助和補充手段[2]；“重形式輕內(nèi)容”，數(shù)量有余、深度不足的實驗，難以將學(xué)生的收獲從學(xué)而無識提升至探究、創(chuàng)新的高度；“重結(jié)果輕過程”，走過場、程式化的實驗，難以引導(dǎo)學(xué)生深入思考主動探索而激發(fā)他們的創(chuàng)造力。因此要改變實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，實現(xiàn)從依附性到相對獨立性的轉(zhuǎn)變、被動性到相對主動性的轉(zhuǎn)變、單一性到相對多樣性的轉(zhuǎn)變[3]，迫切需要針對實驗教學(xué)體系以及實驗活動開展系統(tǒng)性研究。為了發(fā)揮課程實驗灼見真知、善用知識的教學(xué)效果，筆者通過調(diào)研和分析，以問題為切入點，重點考慮“如何激發(fā)學(xué)生、如何引導(dǎo)學(xué)生、如何考核學(xué)生”三個問題，提出“以學(xué)生為中心、以提升實驗效果為目的”的實驗教學(xué)理念，并從實驗內(nèi)容、實驗指導(dǎo)、實驗管理和實驗考核四個角度探索“順學(xué)而導(dǎo)、學(xué)以致用”的實驗教學(xué)模式。

1 實驗教學(xué)的改革與實踐

實驗教學(xué)的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用的實踐和創(chuàng)新能力[4]?？茖W(xué)的實驗教學(xué)需要具備多樣開放的教學(xué)設(shè)計、收放適度的教學(xué)過程和公正全面的評價體系，才能取得理想的實驗效果[5]。

1.1 實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

實踐教學(xué)在工科人才培養(yǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。近年來，國內(nèi)外許多高校在模擬電路、數(shù)字電路、微機原理及其他課程中對實踐教學(xué)進行改革，采用課程項目設(shè)計等實踐方式，并重點研究項目設(shè)計的過程實施，取得一定的成效[6-10]。這種以項目為載體的綜合型開放式課程設(shè)計更適合實踐性、應(yīng)用性強的專業(yè)課程，通過課程項目讓學(xué)生綜合運用多門基礎(chǔ)和專業(yè)課程知識，學(xué)會多學(xué)科知識的融會貫通。對于基礎(chǔ)課程的實驗環(huán)節(jié)，既要考慮其對理論知識的深化理解和學(xué)以致用，又要訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考、探究乃至創(chuàng)新的能力，同時還要體現(xiàn)“因材施教”和“差異化培養(yǎng)”思想，使不同層次的學(xué)生都能通過“規(guī)定”和“自選”相結(jié)合的方式，從實驗教學(xué)中得到能力的提升。因此開展課程實驗教學(xué)的研究非常必要，我們認(rèn)為實驗教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為主體，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性為導(dǎo)向，既要讓學(xué)生掌握扎實的課程知識，又能根據(jù)“學(xué)情”引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)自主探究能力，真正做到從“學(xué)”到“識”乃至“行”[11]。

為此，我們在畢業(yè)生和在校學(xué)生中，開展關(guān)于實驗教學(xué)現(xiàn)狀的問卷調(diào)查?？偨Y(jié)和分析調(diào)查答卷，可以看到實驗教學(xué)存在的幾個“公認(rèn)”弊端。①實驗內(nèi)容方面：實驗數(shù)量多、內(nèi)容單一，缺乏自主設(shè)計和探究型實驗；②實驗指導(dǎo)方面：實驗步驟過于詳細，缺乏獨立思考；③實驗考核方面：動手能力權(quán)重低、實驗報告權(quán)重高，且實驗報告抄寫多，缺乏合理性。這些問題導(dǎo)致了學(xué)生應(yīng)付做實驗、認(rèn)真“抄”報告的現(xiàn)象。絕大部分學(xué)生希望減少實驗量，簡化實驗步驟，增加自主設(shè)計型實驗內(nèi)容。這也是當(dāng)前高校實驗教學(xué)普遍存在的問題[12]。

針對以上問題，我們提出了層次化實驗內(nèi)容、引導(dǎo)式實驗指導(dǎo)、過程化實驗管理和多元化實驗考核的課程實驗改革思路。下面以浙江大學(xué)光電系“微機原理與接口技術(shù)”課程實驗為例，說明該項改革的具體實施方法。

1.2 層次化的實驗內(nèi)容

針對實驗調(diào)查報告中學(xué)生提出的實驗數(shù)量多、內(nèi)容單一、缺少探究型實驗的問題，我們擯棄了傳統(tǒng)按部就班的驗證型實驗，設(shè)計了基礎(chǔ)規(guī)范型、自主設(shè)計型和研究探索型的層次化實驗內(nèi)容?；A(chǔ)規(guī)范型實驗屬于簡單的模塊驗證實驗，提供實驗步驟和實驗原理說明，通過該實驗可以幫助學(xué)生迅速理解和掌握理論知識，為進一步開展自主設(shè)計型實驗奠定基礎(chǔ)。自主設(shè)計型實驗是要求學(xué)生對基礎(chǔ)型實驗進行功能的擴展并予以實現(xiàn)，這些功能通常需要學(xué)生深入思考和設(shè)計調(diào)試才能完成。研究探索型實驗則突出學(xué)生的自我導(dǎo)向性學(xué)習(xí)，學(xué)生需要靈活應(yīng)用并綜合所學(xué)過的其它課程知識完成一個小系統(tǒng)的設(shè)計，通過這類實驗將大大提高學(xué)生的綜合實踐與研究能力[13]?；A(chǔ)規(guī)范型實驗是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，所占的內(nèi)容比例較??；自主設(shè)計型實驗是系統(tǒng)設(shè)計的過程提升，初步培養(yǎng)學(xué)生的擴展能力；研究探索型實驗是系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)體現(xiàn)，全面提高學(xué)生的工程素養(yǎng)與研究能力。

基礎(chǔ)規(guī)范型、自主設(shè)計型和研究探索型的層次化實驗內(nèi)容中，研究探索型實驗屬于開放性實驗內(nèi)容，作為“自選”內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況自主選擇，在實現(xiàn)的系統(tǒng)功能和實驗結(jié)果方面也具有自主選擇權(quán)，體現(xiàn)了“以人為本、因材施教”的培養(yǎng)理念。

表1展示了測速測頻儀實驗的層次化實驗內(nèi)容。該實驗內(nèi)容循序漸進，由簡單到復(fù)雜，符合認(rèn)知和學(xué)習(xí)規(guī)律。在扎實掌握定時器/計數(shù)器基本功能和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)完整性的角度出發(fā)，增加了輸入設(shè)備(鍵盤)和輸出設(shè)備(LCD顯示)的功能擴展，最后將這些功能與實際應(yīng)用相結(jié)合，大大提高了實驗內(nèi)容的趣味性。從心理學(xué)角度來看，將趣味性融入工科實驗的趣味教學(xué)法可以使學(xué)生在輕松、愉悅的氣氛中產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們主動探索和創(chuàng)作的熱情[14]。

表1 測速測頻儀實驗的實驗內(nèi)容一覽表

1.3 引導(dǎo)式的實驗指導(dǎo)

針對實驗調(diào)查報告中學(xué)生提出的實驗步驟過于詳細，缺乏獨立思考的問題，我們提出了以學(xué)生為主體，以問題為導(dǎo)向的引導(dǎo)式實驗指導(dǎo)方式。要求教師“順學(xué)而導(dǎo)”，主要體現(xiàn)在解決問題和設(shè)計方案兩個方面。首先，在學(xué)生完成實驗的過程中，當(dāng)遇到問題時，教師不再是直接幫助學(xué)生解決問題，而是扮演一個引導(dǎo)者的角色，從理論知識點出發(fā)，針對不同學(xué)生的情況，提示和啟發(fā)學(xué)生從某個知識點切入思考，尋找問題的關(guān)鍵所在和解決方案。其次，對于自主設(shè)計型和研究探索型實驗，不再給出詳細的實驗步驟，而是通過實驗思路引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生自主設(shè)計實驗的實現(xiàn)方案。同一個實驗內(nèi)容，每位同學(xué)自主設(shè)計的實現(xiàn)方案各有不同之處，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能也風(fēng)格各異，充分展示了學(xué)生的自主創(chuàng)造性。

1.4 過程化的實驗管理

傳統(tǒng)的實驗課流程通常是指導(dǎo)老師講解實驗內(nèi)容，提供實驗指導(dǎo)書；學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書提示流程完成實驗，記錄相關(guān)結(jié)果；然后課后完成實驗報告[15]。學(xué)生應(yīng)付式、走過場地完成實驗，提交一份抄襲嚴(yán)重的實驗報告，卻依舊可以拿到實驗高分。這種現(xiàn)象的主要原因就是實驗管理過于單一，因此，我們提出過程化的實驗管理方式。首先，提高實驗預(yù)習(xí)要求，增加實驗準(zhǔn)入測試，要求學(xué)生在開始實驗前必須參加準(zhǔn)入測試，并達到基本測試要求。其次，教師對每次實驗課上學(xué)生的表現(xiàn)作評價并記錄，學(xué)生的表現(xiàn)主要體現(xiàn)在提出問題的深度、解決問題的能力和動手表現(xiàn)情況。有效記錄每個學(xué)生的實驗進展情況，對于進度較慢的同學(xué)起到及時督促的作用。最后，在完成情況和結(jié)果檢查時，通過詢問與該實驗相關(guān)的問題和拓展性思考題來考察學(xué)生的思路與收獲，并要求學(xué)生當(dāng)場完成一個與實驗內(nèi)容相結(jié)合的實驗測試卷。這種過程化的實驗管理方式有效提高了學(xué)生對實驗的重視程度，同時為多元化的實驗考核方法提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.5 多元化的實驗考核

實驗調(diào)查報告顯示，目前許多課程的實驗考核評價方式不夠科學(xué)合理，主要表現(xiàn)在兩個方面。①實驗成績權(quán)重較低，一般僅占課程成績的10%～15%；②實驗成績中實驗報告的權(quán)重太高，實驗成績主要取決于實驗報告，而實驗報告存在嚴(yán)重的抄襲與雷同現(xiàn)象，無法反應(yīng)學(xué)生真正的實踐技能，也因此無法激發(fā)學(xué)生的實踐積極性。與實驗管理過程化相對應(yīng)，我們制定了多元化的實驗考核方法，各部分組成及比例見表2(實驗占課程成績的30%)。其內(nèi)容包括：Proteus實驗是考核學(xué)生在沒有硬件支持時的仿真能力，作為系統(tǒng)設(shè)計的重要工具之一，占有一定的分?jǐn)?shù)；實驗預(yù)準(zhǔn)入測試情況、實驗過程表現(xiàn)情況和實驗完成情況綜合了學(xué)生整個實驗過程及實驗結(jié)果的表現(xiàn)，該部分成績與老師平時詳細記錄的每一位學(xué)生的情況相關(guān)；實驗測試卷既是實驗操作結(jié)果的補充方式，也是督促學(xué)生獨立完成實驗的重要手段；實驗報告與傳統(tǒng)的實驗報告有所不同，不再是大篇幅地描述實驗內(nèi)容，而是簡要地介紹自主設(shè)計型實驗和研究探索型實驗的設(shè)計思路、關(guān)鍵問題的解決方案。從我們制定的多元化實驗考核方法可以看出，課程實驗的成績與學(xué)生實驗過程息息相關(guān)，學(xué)生不再忽視實驗，有利于提高學(xué)生完成實驗的質(zhì)量。

表2 多元化實驗考核方法

2 實驗改革的成效

“層次化實驗內(nèi)容、引導(dǎo)式實驗指導(dǎo)、過程化實驗管理和多元化實驗考核”的課程實驗改革方法，在“微機原理與接口技術(shù)”課程中已實施兩屆，從對該項改革成效的調(diào)查來看，達到了教師和學(xué)生的預(yù)期效果。許多學(xué)生提到該實驗改革的三大優(yōu)點，并期待其他實驗課程也能予以采用。①基礎(chǔ)規(guī)范型、自主設(shè)計型和研究探索型的層次化實驗內(nèi)容難度檔次分明，實驗方式多樣化，能夠促進學(xué)生的自主性、研究性學(xué)習(xí)，同時實現(xiàn)了差異性培養(yǎng)，因材施教；②實驗過程監(jiān)管到位，實驗準(zhǔn)入測試、實驗測試卷等方式利于學(xué)生鞏固所學(xué)的知識，并認(rèn)真、獨立完成實驗；③實驗考核合理，每次實驗提問都比較切中要害，能夠檢驗出學(xué)生是否真的參與設(shè)計過程，打分合理、公平公正并能夠拉開檔次。

學(xué)生對實驗改革實施效果的評價細節(jié)見圖1～3。圖1為學(xué)生對多層次實驗內(nèi)容的評價，80%以上的學(xué)生認(rèn)可這種實驗內(nèi)容的設(shè)置，并對研究探索型實驗的作用持樂觀態(tài)度。圖2展示了實驗過程多項改革舉措的成效，從實驗氣氛、學(xué)生能力培養(yǎng)、實驗測試卷效果等多個方面體現(xiàn)了實驗中學(xué)生的重視程度、認(rèn)真程度和掌握程度。圖3展示了實驗考核方式的公平性和合理性，從圖中可以看出實驗結(jié)果檢查時加入的現(xiàn)場問題考核具有必要性，實現(xiàn)對每位學(xué)生實驗的合理評價。

圖1 學(xué)生對實驗內(nèi)容的評價

圖2 學(xué)生對實驗過程及實驗效果的評價

圖3 學(xué)生對實驗考核方式的評價

實驗教學(xué)模式改革基本解決了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中學(xué)生走過場應(yīng)付實驗、老師按步驟指導(dǎo)和實驗評價方式簡單而失差異性的幾大問題。層次化的實驗內(nèi)容充分發(fā)揮了學(xué)生的自主設(shè)計能力，開放的研究探索型實驗內(nèi)容充分體現(xiàn)了學(xué)生的自我導(dǎo)向性選擇，實現(xiàn)了學(xué)生從依賴輔導(dǎo)到獨立設(shè)計、從單純模仿到個人(團隊)創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變；引導(dǎo)式的實驗指導(dǎo)啟發(fā)和要求學(xué)生獨立思考并尋找問題的解決途徑，實現(xiàn)了學(xué)生從被動接受到主動發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變；過程化的實驗管理和多元化的實驗考核有效改變了學(xué)生對實驗的態(tài)度，實驗考核的公平性和合理性反哺式地促進了學(xué)生獨立、自主、有效地完成實驗、追求實效。

3 結(jié) 語

實驗教學(xué)是大學(xué)優(yōu)秀人才尤其是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)必不可少的一個環(huán)節(jié)。提高對實驗教學(xué)的重視程度，并開展系統(tǒng)性的實驗教學(xué)研究和改革，應(yīng)是高校教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。教師應(yīng)秉著“順學(xué)而導(dǎo)”的理念，從“告訴”學(xué)生做什么、怎么做實驗，轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑?dǎo)”學(xué)生自主選擇做什么，探究什么，如何解決問題。學(xué)生應(yīng)秉著“學(xué)以致用”的目標(biāo)，從被動的模糊學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膭?chuàng)新探究，從理解掌握課程知識向在學(xué)中做、做中學(xué)、學(xué)中用的不斷提高轉(zhuǎn)變。本文闡述的課程實驗教學(xué)模式，以層次化實驗內(nèi)容為基礎(chǔ)，引導(dǎo)式實驗指導(dǎo)為方法，通過合理的實驗過程管理手段，實現(xiàn)公平公正的多元化實驗考核和評價，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心、以提升實驗效果為目的”的實驗教學(xué)理念。實踐表明，在高校教學(xué)中重視和發(fā)揮實驗教學(xué)的作用，對培養(yǎng)有想象力、洞察力的創(chuàng)新性人才具有很好的促進作用。

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Construction of Effect-and Ability-Oriented Experimental Teaching Mode

CAIPei-jun,WANGXiao-ping,WANGLi-qiang,LIANGYi-yong,QIHang-li

(College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

Traditional experiment teaching values form and result, and ignores content and process. Facing on the situation, experimental teaching idea that takes students as the center, enhances experiment results and students’ practice ability as the purpose is put forward. With a course as an example, this paper expounded the experimental teaching mode which has features of hierarchical experiment content, heuristic experiment instruction, process management, and diversified experiment assessment. Through practice and exploration, this mode has strengthened students’ personal exploration and self oriented learning, effectively stimulated the initiative, enthusiasm and creativity. It has realized three transformations of students: from dependence on counseling to independent design, from passive acceptance to initiative discovery, from pure imitation to personal create.

experimental teaching mode; hierarchical experiment content; heuristic experiment instruction; process management of experiment; diversified experiment assessment

2015-05-21

全國高校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)教育教學(xué)熱點難點第二批教研項目(2014[010]-12)

蔡佩君(1988-)，女，福建泉州人，碩士，工程師，主要從事光電實驗教學(xué)研究。

Tel.：15988132515；E-mail：caipeijun@zju.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)04-0186-04