实验教学重在过程

吕念玲， 袁炎成， 黄晓梅， 殷瑞祥

(华南理工大学 电子与信息学院， 广东 广州 510641)

实验教学重在过程

吕念玲， 袁炎成， 黄晓梅， 殷瑞祥

(华南理工大学 电子与信息学院， 广东 广州 510641)

对实验教学的特点进行了系统的总结归纳，提出了实验教学重在过程的理念，并以高质量的教学过程打造为核心，阐述做好实验教学过程顶层设计、优化过程实施及倡导智能化过程管理的思考与实践。

实验教学； 过程管理； 内容优化； 资源支撑

实验实践教学是高等学校人才培养的重要环节，实验课是实验实践能力培养的主要形式。提升实验课教学质量的前提是对实验教与学特点的全面了解，是对教学内涵的深入挖掘[1]。本文对实验教学的独特性进行了分析、思考和实践。

1 实验教学的特点

实验课教学是在一定的实验资源支撑下，以实验项目为载体，通过让学生循环往复地学习、模仿和积累，训练学生掌握实验技能的过程。其根本目标不仅是完成实验项目要求的数据测试，而是在实验过程中学习实验的方法，养成规范操作的习惯，培养独立开展实验研究的能力。所以，实验课教学重在过程。

1.1 实践性

1958年英国科学家、哲学家迈克尔•波兰尼(Michael Polanyi))最早将人类知识分为2类，他认为可以用书面的文字、图标或公式表达出来的知识是言传知识，而非系统阐述的知识，像我们行为中的某些东西，就是隐性知识。人们可以从教科书学到各种知识，却无法将其连贯起来成为隐性知识，这一步是在具体实践过程中，尤其是失败中获得的[2]。实践技能的培养当属隐形知识获取范畴。就像光看书而不下水学不会游泳一样，单凭看实验指导书“看”不会实验，单靠演示教不会操作。必须由学生动手亲自参与实验全过程，才能获得操作体验并上升为自身的实践经验[3]，此过程，他人是无法替代的。因此，把实验课的重点从教师的讲台转向学生的实验台，充分用好设备环境，引导学生动手实践，是实验课设计的重要理念。

1.2 载体性

与一门实验课相关的实验内容可以有很多，但在学时条件的约束下，不可能做完所有的实验项目。学生的动手能力和做了多少个实验项目无关，但是与做过什么实验关系密切[4]。所以，有限的实验项目就成为教授学生实验方法的载体。对照培养目标，将实验理论的应用和实验技能的训练融入实验项目中，令每次实验课的目标明确、重点难点分布得当，每项操作训练都是可以举一反三的经典，才是好的实验课设计。

1.3 重复性

根据迈克尔·波兰尼的隐性知识理论，隐性知识获取是在“干中学”，是在试验、出错、纠正的循环往复过程中形成的。因此，实验能力的培养不是一蹴而就，是通过多重复、多循环的螺旋上升式课程教学模式达成的。实验教学以实验项目为载体，每个项目的内容相对独立。从实验课的小循环来看，实验项目之间要做到内容递进、内涵关联，在基础与拔高之间要有取舍，在重复强化与凝练提升方面要做平衡，确保每一次实验课都承前启后做好衔接。从创新能力培养的大循环来看，将实践能力培养贯穿于学生本科4年的教育教学全过程，在课程实验、课外创新实践、学科社团科技活动、学科竞赛以及产学研结合的综合实践等方面，落实实践能力培养的多维度、大循环。

1.4 资源依赖性

实验课对资源的依赖非常强，即实验教学往往需要在特定的地点(实验室)借助特定的工具(仪器设备)，才能完成对特定实验对象(元件、器件或系统)的研究。学生很难突破时空的制约，在实验室之外的宿舍和自习室得到完备的实验条件。课外实验实践教学的开展举步维艰，是目前不争的事实。近年来，虽然虚拟仿真实验软件研发不断进步，但其“仿”的效果，远不能替代从实验现场获取的“真”经验。

2 做好顶层设计

美国学者德鲁克(D.F.Durcke)认为技能是不可以用语言来解释的，它只能被演示证明它的存在。学习技能的唯一方法是领悟和练习[1]。实验技能这种隐形知识学习效果的高度个人化，知识体系的不规范化和不易传递化的特点，增强了实验课教学的难度和效果的不可控度。实验教学过程的形式是“散”的，即由学生自主完成实验，要做到“神”不散，即达到能力训练的目标，要通过教师在过程中的顶层设计和教学引导把握主节奏。

2.1 目标清晰

实践培养是系统工程，是通过计划内(实验课教学)及计划外(课外研学及学科竞赛等)等多途径、多环节、多循环模式实现的[5]。在大学4年实际能力贯通培养的大视野下，每一门实验都要有目标：一方面是在培养计划层面，即实验课要服务于实践能力培养整体目标；另一方面是在课程层面，即实验课要服务于本课程特有的实验理论与实践能力目标。每一门实验课要有定位，即属于公共实验、专业技术基础实验，还是属于专业领域实验，因为不同定位决定实验项目设计的侧重。目标清晰和定位准确的实验课，才能牢牢锁定实验过程的重点和方向[6]。

2.2 内涵关联

实践能力培养目标以一个个顺序进行的实验项目为载体，落实到课堂中。学生实践技能的学习是以认知和操作为基础，向掌握实验方法过渡，最终达到独立设计实验的目标，所以，实验课程的顶层设计是有规律可循的，教师要把握每个独立的实验项目之间，由认知、操作、方法到系统的难度进阶，做到互为铺垫、循序渐进，并注意处理好教学重点与难点，做到科学分配学时。内涵紧密相关的实验过程，“神”不散。

2.3 充分发挥载体作用

实验能力的培养，最终是服务于科学研究和工程实践的。所以，实验项目的首要属性是具有工程性，即实验项目具有工程应用背景、采用业界主流的实验技术与实验方法、可以有效解决科研或工程中的实际问题，并可紧密跟随业界进步、动态融入。将工程或科学研究的实际问题转化为实验项目，能有效提高实验教学水平。实验项目的第二个属性是载体性。实验项目选择有几个要点：一是测试任务多样、彼此关联紧密，满足学习测试方法的要求；二是使用的仪器多样，满足各种仪器操控的要求；三是具有较强的可调整性和可观测性，更适用于训练学生动手能力；四是留有学生思考和发挥的空间，鼓励实验探索。

3 优化实施过程

实验过程中学生自主完成实验，但蕴藏于实验项目中的技术内涵、方法内涵和教学内涵，需要借助适当的手段在教学过程中予以明确呈现。

3.1 强化薄弱环节

对于教学过程中发现的薄弱环节要采取适当的方式予以强化。学生在电子线路实验中对电路不正常的工作状态束手无策，原因是排除故障的能力薄弱，为此专门开发了2个难度系数不同的故障排查专项训练实验，将理论教材上开路、短路、偏置不正常及元器件损坏、变值等抽象描述，用实物实验方式呈现，引导学生用FAMC排障流程检查电路，锁定故障点。经过2个阶段的针对性强化，学生在后续设计性实验过程中的表现令人惊喜，参与过排障实验训练的学生完成实验的速度普遍比没有做过排障训练的学生快。

3.2 采用灵活多样的授课方式

实验的学习过程是高度个人化的，学生理解不一、悟性不一、进度不一、效果不一。教师在教学过程中要善于利用实验环境做适时的提点，起到事半功倍的教学效果。常用的授课方法有：

(1) 课前讲授。实验课学时有限，应尽可能把时间留给学生，放在实验操作上。课前讲授应简练，控制在20 min以内为宜。课前讲授的主要内容包括实验安全提示、实验的工程应用背景以及难点或容易出错的地方。

(2) 同步操作。对于比较复杂的仪器操作，在一人一组的实验条件下，教师一边讲述操作步骤，学生一边操作仪器，师生共同观察实验现象。这种紧密的协同与交流的授课方式，强化操作步骤的条理性与规范性，难点解读的覆盖率100%，令学生深刻印象。

(3) 分组讨论。选择实验过程中的难点及特殊的实验现象，或没有现成答案的实验问题，组织学生小组对问题进行分析，并由小组自行设计实验解决问题。实验过程中，教师要抽丝剥茧地引导学生思考导致问题产生的可能性，引导学生用实验的方式观察、探究。

(4) 即时讲评。实验现场发现不规范的操作，及时叫停、纠正；对实验过程出现的共性问题和典型实验现象，可以现场讲评。有一些实验现象是难以复制的，实验的问题要在实验进行的当下解决才有效果。

3.3 提高实验参与度

采用高参与度的实验形式。实验参与度是指学生在实验方面的投入程度。工科实验以实物操作实验任务的含量作为实验参与度的重要标志。演示实验，学生的实验参与度几乎是零；实物实验，学生的参与度比虚拟实验高。由学生自行动手进行实验系统构建，比使用固定实验装置更锻炼学生的动手技巧和严谨作风。尽可能创建一人一组开展实验的环境，让学生有更多的动手机会。

3.4 营造无处不学习的氛围

在实验课上要尽力为激发学生实验探究兴趣创造条件和氛围[7]。不给学生现成的答案，只要是不影响安全，就鼓励学生自己动手实验，只要实验条件允许，就创造实验条件满足学生一探究竟的愿望。

实验室使用功能简单的仪器，坚持多种型号配置。实验室拥有同款仪器，摆放起来整齐划一，令人赏心悦目，同时维护和教学的工作量都可下降，但学生因此缺少了与不同型号仪器打交道的机会。学习使用不同品牌和型号的仪器，本身就是实验课训练的内容之一。在教学实验室里，评判实验仪器的“好”与“不好”的标准不在于价格的贵、贱，不在乎智能化水平的高、低，能让学生更多地参与动手操作的，就是好仪器。基础实验阶段越简单越好，用简单仪器测量复杂指标，实验能力就训练出来了[8]。

4 强化过程管理

目前，高校实验课教学管理过程存在一些问题，主要体现在以下2点：

(1) 缺少与预习重要性相匹配的检测手段与管理措施。实验预习是实验过程的重要环节，学生在实验预习阶段的投入直接影响实验质量，所以，实验课开始前，教师要对预习情况做检查。目前，普遍采用的方法是翻阅预习报告，从预习报告撰写质量判断预习质量。到位的实验准备是有深度的预习，体现在学生对预习知识的融会贯通，具有能解决实验中出现问题的基本能力。这些应存在于学生脑子里的知识，单凭翻阅预习报告是看不出的。所以，实验室常会看到预习报告工整并抄了好几页而仍然不会处理实验问题的学生。实验准备得好与不好都能做实验，学生实验学习的积极性与主动性普遍不高[9]。

(2) 对过程的监控与对过程信息的掌握不足。实验课堂通常是实验主讲教师与实验辅导教师辅导学生的操作、答疑、纠错、处理突发问题、检查数据、验收实验，对于代做实验、抄袭数据的情况难以杜绝。实验教学重在过程，教学内容和教学方法应根据实验现场的状态及时做调整，调整的依据就来自实验现场每个学生的实验操作是否规范、步骤设计是否合理、关键测试项目出错率有多高等大数据的研判。现行实验过程的监控完全依靠教师人力承担，信息获取的数量小、涉面窄，影响教师对教学现状(学情)的准确判断。

4.1 促进深度预习

设计开发了实验预习在线检测系统，该系统通过人脸识别与检测基础软件引擎、基于浏览器的网络身份管理软件系统，浏览器数据架构、预习题库与预习检测软件和智能电源系统设计，实现以下功能：

(1) 学生进实验室刷脸登录，进行针对某一实验项目的预习检测。

(2) 系统自动随机生成预习测试卷，供测试使用。

(3) 学生提交测试卷，系统自动评分。

(4) 满足分数条件(通过)的，实验台得电；不满足分数条件(未通过)的，实验台不可得电。

(5) 记录学生测试次数及每次得分数，按照教师设定的评价标准自动计算预习环节的成绩。

通过实验现场的在线测试，将学生的预习向理解实验内涵、解决基本实验问题的深层次上引导。

4.2 “互联网+”助力过程监控

“互联网+”理念和教育教学的深度融合，为实验教学改革提供新思路；信息技术的不断进步，为实验教学管理提供新途径[10]。为进一步提高实验过程管理质量，我们已购置了网络实验设备套件，包括可编程电源、任意波形信号发生器、数字示波器和台式万用表，构建起仪器互联和数据互通的互联网实验室基本条件。目前，我们正着手开发“电工电子互联网实验平台”，将现有网络实验设备的功能发挥到最大。主要实现学生实验全过程认证、自动预习检测、实验台智能供电，以及关键测试点数据采集、上传、比对和分析等功能。借助人脸识别技术解决实验认证的难题，并通过对来自实验现场的大数据分析，为教学与学习行为及时而有效地进行调整提供依据。

5 结语

实验教学需要内容优化、资源支撑和过程管理三位一体的协调运作。实验教学重点在于过程，把握实验教学的特点、挖掘项目载体的内涵，把教学目标和教学理念落实在一个个实验项目的整体设计上。同时，要强化互联网思维与高等教育教学的融合应用，借助信息技术和互联网工具，以智能、高效的过程管理支撑教学质量的不断提升。

References)

[1] 余建潮，叶秉良.面向创新人才培养的实验教学内涵式发展策略[J].实验室研究与探索,2014，33(6):182-185.

[2] 刘文明.现代知识观念下理论与实践关系探讨[D].天津：天津大学, 2012.

[3] 何若宏.实验课教学特点之探讨[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2000(2):53-55.

[4] 王刚盛.挖掘实验内涵培养创新能力[J].化学教学,2015(1):21-23.

[5] 和学新，王宏英.制定课程实验目标的方法论思考[J].河北师范大学学报(教育科学版),2002(1): 116-120.

[6] 和学新.课程实验目标的价值、构成及其表述[J].天津市教科院学报，2003(10):3-7.

[7] 李瑞洁，王玲，以创新为先导营造大学物理实验氛围[J].中国电力教育，2006(增刊2):339.

[8] 戴玉蓉,钱锋.以研学能力为目标,营造实验中心的研究性氛围[J].实验技术与管理，2012，29(4):11-13.

[9] 王鲁云,张明君.实验课教学过程管理模式改革与探索[J].实验技术与管理，2013，30(6):102-104.

[10] 郭文平，陈盈.基于翻转课堂的网络工程实验设计[J].实验技术与管理，2015，32(5):35-38.

Focusing on process for experimental teaching

Lü Nianling，Yuan Yancheng， Huang Xiaomei， Yin Ruixiang

(School of Electronic and Information Engineering, ,South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

This paper summarizes the characteristics of experimental teaching systematically, and puts forward the idea of experimental teaching. Taking the high quality teaching process as the core, this paper expounds on the thinking and practice of the top level design, optimization process implementation and intelligent process management.

experimental teaching； process management； content optimization； resource support

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.038

2016-12-20

2016年广东省高等教育教学研究与改革项目(2016-83)

吕念玲(1970—)，女，广东广州，硕士，高级实验师，研究方向为电工电子实验教学.

E-mail：nllv@scut.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0154-03