尹光明， 張 瑩

(東北大學 信息科學與工程學院，沈陽 110004)

0 引 言

實踐教學是人才教育的重要環(huán)節(jié)，與理論教學形成相互支撐的統(tǒng)一整體，是實踐理論、驗證理論和發(fā)展理論的關鍵。實踐教學對培養(yǎng)學生科學實驗能力，工程實踐能力，掌握高新技術能力，科技創(chuàng)新能力具有關鍵作用[1-4]。只有腳踏實地，扎實推進實踐教學改革，才能有效解決阻礙實踐教學發(fā)展的諸多問題，穩(wěn)步提高實踐教學質量。

然而,實驗教學中僅少部分同學能夠獨立完成實驗，大部分同學跟著做、抄著做，還有少部分同學基本不會做。實驗報告類同性大,實驗成績缺乏公平，實驗數(shù)據(jù)造假等問題普遍存在。這些問題的根本原因就在于學生沒有獨立自主完成實驗內容，嚴重影響了實驗教學質量。而這些問題長期未能得到很好的解決，是因為對獨立自主缺乏本質性的了解，僅僅認為是學生的獨立性不高，自覺性不高。其實不然，更大的原因在于實驗教師缺乏有效的實驗方法去疏導、引導學生掌握正確的實驗技能，獨立完成實驗。經過長時間艱苦的摸索，發(fā)現(xiàn)獨立自主(Independence)與流程優(yōu)化(Process optimization)、故障診斷(Fault diagnosis)具有緊密的內在聯(lián)系，并據(jù)此提出了IPF實驗方法。經教學驗證，該方法有效地解決了上述諸多問題，基本改變了實驗教學的面貌。

1 獨立自主是實驗教學的核心

1.1 要求獨立自主完成實驗，學生才能重視實驗課程

長期以來，相對于理論教學，學生輕視實驗教學是不爭的事實。究其原因是因為實驗課程比較容易“蒙混”過關。實驗教學大體可分為預習，實驗室做實驗，整理實驗報告這3個過程。

預習，到現(xiàn)在還沒有好的方法去檢驗學生的預習情況。學生寫了預習報告就算是預習了嗎？顯然不一定。預習報告可以抄寫。上課提問預習情況倒是好方法，但是時間有限，總共能提問幾個同學？而且一個實驗內容能有多少個不同的問題提問學生？上課前網絡答題預習內容，就能保證學生不作弊？有的學生甚至找優(yōu)秀同學替自己答題。

實驗室做實驗，學生是可以互相討論，研討的。實驗過程中互相切磋，研究實驗難點是值得提倡的事情。但問題是有多少學生獨立思考，冥思苦想而解決不出來的時候與同學探討呢？經過長時間的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，有不少同學具有投機心理，即投入最少的成本獲得最大的利益。稍有不懂的地方，不假思索直接求救于同學。因此，實驗過程中人聲鼎沸，學生竄來竄去的現(xiàn)象并不少見。表面上的研討，其實是作假的溫床。有的學生大可不急，遲早會有優(yōu)秀的學生率先做出實驗結果，到時照抄著做就可以了。這樣怎能培養(yǎng)學生的工程實踐能力？

實驗報告，已經是公認的“雞肋”了。一個班的實驗報告基本上是五六個版本，很難見到每個學生個性化的分析和結果。實驗室做實驗的時候，實驗數(shù)據(jù)就是五六個版本，實驗報告自然而然也就是了。其背后的含義不言而喻。實驗報告是實驗數(shù)據(jù)的整理和分析過程，是培養(yǎng)學生分析數(shù)據(jù)，驗證理論，撰寫科技論文能力的重要途徑，如果學生得不到嚴格撰寫實驗報告的訓練，甚至造假實驗數(shù)據(jù)，其后果不堪設想?，F(xiàn)今國內學術界造假成風，是否與基礎訓練缺乏有關？

解決上述問題的核心就是嚴格要求學生獨立完成實驗內容，禁止學生走動和探討問題。因為只能靠自己，學生不做充分的預習是做不出實驗結果的，自然就沒有了檢不檢查預習的問題；因為獨立完成實驗，實驗數(shù)據(jù)也是互相獨立的，撰寫實驗報告也是相對獨立的。隨之，學生不得不重視實驗教學，不投入精力去做實驗，實驗成績是不好拿到手的。

1.2 獨立自主做實驗，才能準確評估學生實驗能力

如果實驗不是獨立完成的，是很難科學評估學生的實驗能力。預習很難分出層次，實驗過程互相討論、互相傳抄，實驗報告類同性大，怎能評出公平的分值呢？而失去了公平的教學，能引起學生的重視，引起學生的興趣嗎？對此學生也有很大的意見。因為優(yōu)秀的學生得不到好的實驗分值，而作弊的學生卻游刃有余。

實驗課上要求學生獨立自主完成實驗，指導教師在實驗過程和結果驗收中可以考察每個學生對實驗原理的掌握程度、基礎理論的清晰程度、實驗操作的規(guī)范程度、故障問題的解決能力、實驗結果的準確程度，科學公平地評價學生的實驗能力。獨立得出原始實驗數(shù)據(jù)，杜絕了實驗報告造假的可能性。

1.3 實驗設備要符合獨立自主做實驗的要求

科學、規(guī)范的實驗教學離不開高質量的實驗教學設備[5-7]。作為優(yōu)質的教學資源，性能優(yōu)異的實驗設備在科學實驗、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、提高工程實踐能力方面起到舉足輕重的作用[8-12]。

獨立自主做實驗對實驗設備提出了很高的要求。學生獨立做實驗必然會有一個摸索，犯錯，糾正，再犯錯，再糾正這樣一個過程。這是求知中的必然過程。實驗設備要支撐這樣的過程，并且要保證學生的人身安全和數(shù)據(jù)的精度。

電子實驗室原有的實驗設備并不能滿足獨立自主做實驗的要求。2010年起，經過3年多的研發(fā)，制備了70臺綜合電子實驗箱。經過幾年運行，驗證了設備的適用性能,因此再增加了70臺，有力地保證了獨立自主實驗教學的開展。并根據(jù)這一過程的提煉，指出了高校購置實驗設備應遵守的原則即安全性、精確性、可靠性、可擴展性[13]。

2 流程優(yōu)化是實驗教學的必要途徑

獨立自主做實驗，僅要求學生獨立完成實驗內容，是得不到很好的效果的。其中重要的一個原因是實驗流程優(yōu)化不夠充分，學生難以用現(xiàn)有的資料獨立完成實驗內容。

現(xiàn)有的實驗指導書都以內容為主線分塊編寫的，即實驗目的、實驗設備、實驗內容、實驗原理、實驗步驟、實驗報告要求、預習要求為內容編寫。這樣寫有助于學生理解實驗內容，但實際實驗過程是一步一步按流程完成的，是要把實驗內容按流程分散開來的。根據(jù)現(xiàn)有的實驗資料，學生應具有很好的自學能力和綜合分析能力才能獨立完成實驗內容。原先一個班級只有少部分學生能夠獨立完成實驗內容，也證實了這一推斷。因此，指導教師應該把實驗流程優(yōu)化以后形成文件，提供給學生。

流程優(yōu)化應該把整個實驗過程分成若干步驟，每個步驟應包含該步驟應完成的實驗內容，實驗設備及操作方法，應注意的事項，實驗結果的合理分析，學生經常碰到的故障問題及解決方法等內容。指導教師要根據(jù)常年累月積累的大數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化實驗流程并形成文件。流程文件要達到大部分學生根據(jù)這一文件基本上都能完成實驗內容的標準。但也要注意不能把實驗所有的細節(jié)、難點提供給學生，這樣不利于培養(yǎng)學生獨立思考，分析問題，解決問題的能力。流程優(yōu)化文件將會體現(xiàn)指導教師的業(yè)務能力。

流程優(yōu)化文件有利于實驗技術的傳承。實驗教師的素質決定了實驗教學的質量，進而決定了所培養(yǎng)人才的質量。實驗教學不同于理論教學，有其獨特的一面。實驗教學中不但包含大量的理論知識，還包含指導教師常年累月積累的經驗知識。這些經驗是實驗教學寶貴的技術財富。因為指導教師轉崗，退休，他們所具有的豐富的經驗知識無形中流失，繼任的指導教師又得從零開始積累經驗。而這種經驗很難在短時間內獲得。根據(jù)以往的經驗，沒有5年以上的實驗教學經歷，難說有什么經驗知識。如果把優(yōu)秀實驗教師豐富的經驗知識寫入到流程優(yōu)化文件，對實驗技術的傳承有不可估量的積極作用。

3 故障診斷是實驗教學必要的方法

學生不能獨立完成實驗，另一重要的原因是學生故障診斷能力薄弱。作為初學者，學生在實驗過程中會碰到千奇百怪的故障問題，簡單的故障問題或許能解決，但故障稍一復雜就無所適從，毫無辦法。這不能歸咎于學生。這種現(xiàn)象關系到實驗教學中長期忽略的一個問題——故障診斷能力的培養(yǎng)問題。理論教學中不會涉及到故障診斷方面的知識，唯有實驗指導教師在長期的實驗教學中積累經驗，提煉成知識體系傳授給學生，才是唯一的出路。

故障診斷需要學生精通實驗原理。精通實驗原理才能從紛亂的實驗現(xiàn)象中找到大概的解決問題的方向，不然都不知從哪里著手。熟悉實驗設備操作，才能避免低級的操作失誤。但這些遠遠不夠，還需要很多課本以外的擴展知識。舉一例子，數(shù)電實驗中經常會碰到競爭冒險的問題，在教材中這一內容一筆帶過，并且沒有提出很好的解決方法。學生在實驗中碰到此類問題，連最優(yōu)秀的同學都毫無頭緒，一籌莫展。指導教師應該把此類問題作為課題去研究，并把研究成果寫進流程優(yōu)化文件，供學生學習、參考。涉及到模擬電子的故障診斷，比數(shù)字電子復雜得多。復雜模擬系統(tǒng)的故障診斷方法是世界性的難題[14-16]，說明實驗教學中的故障診斷方法需要實驗指導教師投入精力去研究，探索。

4 IPF實驗方法在電子實驗教學中的實踐

IPF實驗方法在我校國家電工電子教學示范中心的電子實驗教學中得到了成功應用。

首先指導教師根據(jù)長期的實驗教學中積累的大數(shù)據(jù)，編寫了流程優(yōu)化文件。該文件根據(jù)實驗流程的每一步驟包含了實驗內容、實驗設備操作方法、電子器件的技術指標，數(shù)據(jù)的精度要求，易出現(xiàn)的故障問題及解決方案等內容。該文件要根據(jù)每一課堂出現(xiàn)的問題，指導教師不斷加以優(yōu)化。學生在課堂上根據(jù)流程文件獨立完成實驗內容。

實驗課堂上嚴格禁止學生走動，禁止討論問題，有問題可以跟指導教師直接交流。指導教師根據(jù)學生的問題可以判斷該學生預習沒有、對實驗原理掌握沒有、基本操作熟悉沒有、流程文件仔細閱讀理解沒有。并且把這些反應到實驗成績上。完成實驗的學生經驗收合格，應安靜離開實驗室，禁止指導其他同學做實驗。實驗課堂成績主要評估規(guī)定時間里完成實驗的質量，即實驗操作科學規(guī)范、實驗數(shù)據(jù)完整準確。實驗驗收每個同學給一次機會，如果驗收時實驗有誤，該生不但要修改，而且要排到最后檢查，并且反映到實驗成績上。這一舉措意義在于避免學生粗心大意，培養(yǎng)嚴謹認真、求真務實的科學實驗的精神。學生重復犯錯、重復檢查，將會大大增加指導教師的工作量。

剛開始，學生極不適應。實驗想“蒙混”過關的同學原形畢現(xiàn)。第1節(jié)課每個班大概有10名左右的同學在規(guī)定時間里完成實驗內容，實驗課不得不延長0.5 h。指導教師進行了詳盡的解釋，并指導學生如何適應這種新的實驗方法。第2節(jié)課大概有1/2的同學符合要求，但到了第3節(jié)課以后基本上有2/3以上的同學能夠獨立完成實驗。沒有完成實驗的同學也要區(qū)別對待，有的同學實驗原理清楚、操作規(guī)范，但遇到了學生難以解決的疑難問題；而有的同學則一竅不通。

實踐表明，用IPF實驗方法指導學生做實驗，學生完全能夠有能力獨立自主完成實驗。實驗教學質量得到了質的改善，并取得了3方共贏的效果。學生重視起實驗教學了，自主學習能力明顯提高，而且得到了公平合理、科學規(guī)范的實驗成績；流程文件包含了大量有效的實驗方法，實驗教師減少了大量的低層次、多重復的工作內容，而專注于疑點、難點問題的解決；學校未投入多少經費的條件下，教學質量得到質的飛躍。

5 結 語

科學的發(fā)展依賴于獨立思考。學生不能獨立自主完成實驗，一切實驗教學改革將顯得蒼白。IPF實驗方法有效地解決了這一難題。經驗證，該方法具有良好的可操作性，并在電子實驗教學中得到了成功實踐。IPF實驗方法具有在其他實驗教學中推廣的價值。