构建以效果和能力培养为主导的实验教学模式

蔡佩君， 王晓萍， 王立强， 梁宜勇， 齐杭丽

(浙江大学 光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027)



构建以效果和能力培养为主导的实验教学模式

蔡佩君， 王晓萍， 王立强， 梁宜勇， 齐杭丽

(浙江大学 光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027)

针对传统实验教学中普遍存在的“重形式轻内容，重结果轻过程”导致学生学而无识的状况，提出了“以学生为中心、以提高实验效果和学生实践能力为目的”的实验教学理念，以具体课程实验教学为例，阐述了“层次化实验内容、引导式实验指导、过程化实验管理、多元化实验考核”的“教师顺学而导、学生学以致用”的实验教学模式。通过实践和探索，加强实验教学中学生的自我导向性和个人探究性，有效激发了学生在课程实验中的主动性、积极性和创造性，实现学生“从依赖辅导到独立设计、从被动接受到主动发现，从单纯模仿到个人(团队)创造”的转变。

实验教学模式； 层次化实验内容； 引导式实验指导； 过程化实验管理； 多元化实验考核

0 引 言

实验教学是工科院校培养学生实践能力、创新思维的一个重要环节[1]，课程实验贯穿于从大类课程到专业课程的整个大学学习过程，其课时和学分在培养方案的设置中占居一定比例。但相比于理论教学，课程实验往往被认为是依附于课堂教学的一种辅助和补充手段[2]；“重形式轻内容”，数量有余、深度不足的实验，难以将学生的收获从学而无识提升至探究、创新的高度；“重结果轻过程”，走过场、程式化的实验，难以引导学生深入思考主动探索而激发他们的创造力。因此要改变实验教学的现状，实现从依附性到相对独立性的转变、被动性到相对主动性的转变、单一性到相对多样性的转变[3]，迫切需要针对实验教学体系以及实验活动开展系统性研究。为了发挥课程实验灼见真知、善用知识的教学效果，笔者通过调研和分析，以问题为切入点，重点考虑“如何激发学生、如何引导学生、如何考核学生”三个问题，提出“以学生为中心、以提升实验效果为目的”的实验教学理念，并从实验内容、实验指导、实验管理和实验考核四个角度探索“顺学而导、学以致用”的实验教学模式。

1 实验教学的改革与实践

实验教学的总目标是培养学生理论联系实际、学以致用的实践和创新能力[4]。科学的实验教学需要具备多样开放的教学设计、收放适度的教学过程和公正全面的评价体系，才能取得理想的实验效果[5]。

1.1 实验教学的现状

实践教学在工科人才培养中发挥着举足轻重的作用。近年来，国内外许多高校在模拟电路、数字电路、微机原理及其他课程中对实践教学进行改革，采用课程项目设计等实践方式，并重点研究项目设计的过程实施，取得一定的成效[6-10]。这种以项目为载体的综合型开放式课程设计更适合实践性、应用性强的专业课程，通过课程项目让学生综合运用多门基础和专业课程知识，学会多学科知识的融会贯通。对于基础课程的实验环节，既要考虑其对理论知识的深化理解和学以致用，又要训练和培养学生的独立思考、探究乃至创新的能力，同时还要体现“因材施教”和“差异化培养”思想，使不同层次的学生都能通过“规定”和“自选”相结合的方式，从实验教学中得到能力的提升。因此开展课程实验教学的研究非常必要，我们认为实验教学应以学生为主体，以激发学生学习兴趣和学习积极性为导向，既要让学生掌握扎实的课程知识，又能根据“学情”引导学生培养自主探究能力，真正做到从“学”到“识”乃至“行”[11]。

为此，我们在毕业生和在校学生中，开展关于实验教学现状的问卷调查。总结和分析调查答卷，可以看到实验教学存在的几个“公认”弊端。①实验内容方面：实验数量多、内容单一，缺乏自主设计和探究型实验；②实验指导方面：实验步骤过于详细，缺乏独立思考；③实验考核方面：动手能力权重低、实验报告权重高，且实验报告抄写多，缺乏合理性。这些问题导致了学生应付做实验、认真“抄”报告的现象。绝大部分学生希望减少实验量，简化实验步骤，增加自主设计型实验内容。这也是当前高校实验教学普遍存在的问题[12]。

针对以上问题，我们提出了层次化实验内容、引导式实验指导、过程化实验管理和多元化实验考核的课程实验改革思路。下面以浙江大学光电系“微机原理与接口技术”课程实验为例，说明该项改革的具体实施方法。

1.2 层次化的实验内容

针对实验调查报告中学生提出的实验数量多、内容单一、缺少探究型实验的问题，我们摈弃了传统按部就班的验证型实验，设计了基础规范型、自主设计型和研究探索型的层次化实验内容。基础规范型实验属于简单的模块验证实验，提供实验步骤和实验原理说明，通过该实验可以帮助学生迅速理解和掌握理论知识，为进一步开展自主设计型实验奠定基础。自主设计型实验是要求学生对基础型实验进行功能的扩展并予以实现，这些功能通常需要学生深入思考和设计调试才能完成。研究探索型实验则突出学生的自我导向性学习，学生需要灵活应用并综合所学过的其它课程知识完成一个小系统的设计，通过这类实验将大大提高学生的综合实践与研究能力[13]。基础规范型实验是系统设计的基础，所占的内容比例较小；自主设计型实验是系统设计的过程提升，初步培养学生的扩展能力；研究探索型实验是系统设计的目标体现，全面提高学生的工程素养与研究能力。

基础规范型、自主设计型和研究探索型的层次化实验内容中，研究探索型实验属于开放性实验内容，作为“自选”内容，学生可以根据自身的学习情况自主选择，在实现的系统功能和实验结果方面也具有自主选择权，体现了“以人为本、因材施教”的培养理念。

表1展示了测速测频仪实验的层次化实验内容。该实验内容循序渐进，由简单到复杂，符合认知和学习规律。在扎实掌握定时器/计数器基本功能和应用的基础上，从系统完整性的角度出发，增加了输入设备(键盘)和输出设备(LCD显示)的功能扩展，最后将这些功能与实际应用相结合，大大提高了实验内容的趣味性。从心理学角度来看，将趣味性融入工科实验的趣味教学法可以使学生在轻松、愉悦的气氛中产生浓厚的学习兴趣，激发他们主动探索和创作的热情[14]。

表1 测速测频仪实验的实验内容一览表

1.3 引导式的实验指导

针对实验调查报告中学生提出的实验步骤过于详细，缺乏独立思考的问题，我们提出了以学生为主体，以问题为导向的引导式实验指导方式。要求教师“顺学而导”，主要体现在解决问题和设计方案两个方面。首先，在学生完成实验的过程中，当遇到问题时，教师不再是直接帮助学生解决问题，而是扮演一个引导者的角色，从理论知识点出发，针对不同学生的情况，提示和启发学生从某个知识点切入思考，寻找问题的关键所在和解决方案。其次，对于自主设计型和研究探索型实验，不再给出详细的实验步骤，而是通过实验思路引导和启发学生自主设计实验的实现方案。同一个实验内容，每位同学自主设计的实现方案各有不同之处，最终实现的系统功能也风格各异，充分展示了学生的自主创造性。

1.4 过程化的实验管理

传统的实验课流程通常是指导老师讲解实验内容，提供实验指导书；学生根据实验指导书提示流程完成实验，记录相关结果；然后课后完成实验报告[15]。学生应付式、走过场地完成实验，提交一份抄袭严重的实验报告，却依旧可以拿到实验高分。这种现象的主要原因就是实验管理过于单一，因此，我们提出过程化的实验管理方式。首先，提高实验预习要求，增加实验准入测试，要求学生在开始实验前必须参加准入测试，并达到基本测试要求。其次，教师对每次实验课上学生的表现作评价并记录，学生的表现主要体现在提出问题的深度、解决问题的能力和动手表现情况。有效记录每个学生的实验进展情况，对于进度较慢的同学起到及时督促的作用。最后，在完成情况和结果检查时，通过询问与该实验相关的问题和拓展性思考题来考察学生的思路与收获，并要求学生当场完成一个与实验内容相结合的实验测试卷。这种过程化的实验管理方式有效提高了学生对实验的重视程度，同时为多元化的实验考核方法提供了数据基础。

1.5 多元化的实验考核

实验调查报告显示，目前许多课程的实验考核评价方式不够科学合理，主要表现在两个方面。①实验成绩权重较低，一般仅占课程成绩的10%～15%；②实验成绩中实验报告的权重太高，实验成绩主要取决于实验报告，而实验报告存在严重的抄袭与雷同现象，无法反应学生真正的实践技能，也因此无法激发学生的实践积极性。与实验管理过程化相对应，我们制定了多元化的实验考核方法，各部分组成及比例见表2(实验占课程成绩的30%)。其内容包括：Proteus实验是考核学生在没有硬件支持时的仿真能力，作为系统设计的重要工具之一，占有一定的分数；实验预准入测试情况、实验过程表现情况和实验完成情况综合了学生整个实验过程及实验结果的表现，该部分成绩与老师平时详细记录的每一位学生的情况相关；实验测试卷既是实验操作结果的补充方式，也是督促学生独立完成实验的重要手段；实验报告与传统的实验报告有所不同，不再是大篇幅地描述实验内容，而是简要地介绍自主设计型实验和研究探索型实验的设计思路、关键问题的解决方案。从我们制定的多元化实验考核方法可以看出，课程实验的成绩与学生实验过程息息相关，学生不再忽视实验，有利于提高学生完成实验的质量。

表2 多元化实验考核方法

2 实验改革的成效

“层次化实验内容、引导式实验指导、过程化实验管理和多元化实验考核”的课程实验改革方法，在“微机原理与接口技术”课程中已实施两届，从对该项改革成效的调查来看，达到了教师和学生的预期效果。许多学生提到该实验改革的三大优点，并期待其他实验课程也能予以采用。①基础规范型、自主设计型和研究探索型的层次化实验内容难度档次分明，实验方式多样化，能够促进学生的自主性、研究性学习，同时实现了差异性培养，因材施教；②实验过程监管到位，实验准入测试、实验测试卷等方式利于学生巩固所学的知识，并认真、独立完成实验；③实验考核合理，每次实验提问都比较切中要害，能够检验出学生是否真的参与设计过程，打分合理、公平公正并能够拉开档次。

学生对实验改革实施效果的评价细节见图1～3。图1为学生对多层次实验内容的评价，80%以上的学生认可这种实验内容的设置，并对研究探索型实验的作用持乐观态度。图2展示了实验过程多项改革举措的成效，从实验气氛、学生能力培养、实验测试卷效果等多个方面体现了实验中学生的重视程度、认真程度和掌握程度。图3展示了实验考核方式的公平性和合理性，从图中可以看出实验结果检查时加入的现场问题考核具有必要性，实现对每位学生实验的合理评价。

图1 学生对实验内容的评价

图2 学生对实验过程及实验效果的评价

图3 学生对实验考核方式的评价

实验教学模式改革基本解决了传统实验教学中学生走过场应付实验、老师按步骤指导和实验评价方式简单而失差异性的几大问题。层次化的实验内容充分发挥了学生的自主设计能力，开放的研究探索型实验内容充分体现了学生的自我导向性选择，实现了学生从依赖辅导到独立设计、从单纯模仿到个人(团队)创造的转变；引导式的实验指导启发和要求学生独立思考并寻找问题的解决途径，实现了学生从被动接受到主动发现的转变；过程化的实验管理和多元化的实验考核有效改变了学生对实验的态度，实验考核的公平性和合理性反哺式地促进了学生独立、自主、有效地完成实验、追求实效。

3 结 语

实验教学是大学优秀人才尤其是创新性人才培养必不可少的一个环节。提高对实验教学的重视程度，并开展系统性的实验教学研究和改革，应是高校教学改革的重要内容之一。教师应秉着“顺学而导”的理念，从“告诉”学生做什么、怎么做实验，转变为“引导”学生自主选择做什么，探究什么，如何解决问题。学生应秉着“学以致用”的目标，从被动的模糊学习转变为主动的创新探究，从理解掌握课程知识向在学中做、做中学、学中用的不断提高转变。本文阐述的课程实验教学模式，以层次化实验内容为基础，引导式实验指导为方法，通过合理的实验过程管理手段，实现公平公正的多元化实验考核和评价，体现了“以学生为中心、以提升实验效果为目的”的实验教学理念。实践表明，在高校教学中重视和发挥实验教学的作用，对培养有想象力、洞察力的创新性人才具有很好的促进作用。

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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

全国高校光电信息科学与工程专业教育教学热点难点第二批教研项目(2014[010]-12)

蔡佩君(1988-)，女，福建泉州人，硕士，工程师，主要从事光电实验教学研究。

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

G 642.0

A

1006-7167(2016)04-0186-04