基于“开放互助”的基础课实验教学模式研究与实践

郝国成， 王广君， 王 巍

(1. 中国地质大学(武汉) 机电学院， 湖北 武汉 430074；2. 中国地质大学(武汉) 自动化学院， 湖北 武汉 430074)

基于“开放互助”的基础课实验教学模式研究与实践

郝国成1， 王广君2， 王 巍1

(1. 中国地质大学(武汉) 机电学院， 湖北 武汉 430074；2. 中国地质大学(武汉) 自动化学院， 湖北 武汉 430074)

针对目前通信电子类专业基础课实验教学存在的“学时压缩”“填灌模式”和“内容固化”等问题，引入“开放”和“互助”实验教学思想和措施。“开放”是给学生提供基于兴趣、时间和资源的自由选择，“互助”是获取教辅人员的“软技能”无障碍传授。通过通信专业基础实验教学实践证明，在实验教学过程中，采用“开放互助”基础课实验教学模式改革，学生的实践动手能力得到显著提高，学生对专业的认知和兴趣有了较大程度的提升。

基础课实验教学模式； 通信电子类专业； 开放互助

基础课实验教学是高校通信电子类专业非常重要的实践环节，无论实验大纲的设置、实验内容的选取，还是具体的组织过程，都需要任课教师仔细斟酌和精心实施[1]。学生通过动手操作训练，把书本中原本黑白的、静态的、抽象的孤立知识点，通过计算机仿真和实验仪器转换为多彩的、动态的、形象的各种电路图和波形，既可以学习基本的仪器操作，又串联了书本的知识点，加深了对于本专业内容体系的理解，促进学生对专业基础知识的转化吸收[2]。目前通信电子类专业的基础课实验教学存在3个方面的问题：一是“学时压缩”，把时间的选择权交给学生的同时没有提供可选的内容；二是“填灌模式”，学生按部就班“整齐划一”，没有充分考虑学生的学力差异；三是“内容固化”，选题单一、训练不足，无法达到启发思维、激活兴趣的目的。本文提出“开放互助”的实验模式，通过“开放”和“互助”措施，提高通信电子类专业学生的动手操作技能，尝试解决由于“学时压缩”及“填灌模式”所带来的实验训练不足的问题。“开放”的实验教学可以给学生提供基于兴趣、时间和资源上的自由选择，“互助”的模式可以有效地提高实验过程中的“最大化收益”。教辅人员的 “软技能”无障碍传授是目前实验教学环节中比较容易忽视的，而学生自选的“互助”模式可在一定程度上解决这个问题。

1 国内基础课实验教学现状

国内高校在依托各自实验中心的基础上，分别采用了多种模式，强调基础的同时意识到创新能力培养的重要性[3]。电子科技大学电子技术实验中心实行 “理论基础+工程训练”，其核心理念是“知识能力、素质”并重，强调基础课实验的重要性，有意识地拓宽综合性实验的广域开拓性培养。华中科技大学电工基础实验教学中心，采用教师指导为辅、学生“自学+自研”的基础课实验模式，让学生尽可能独立地、主动地完成实验教学内容[4]。中山大学实验中心突出学生是自我训练的核心，设置2～3人为一组来完成实验的整个流程，教师以讲座形式加以辅导。由此可见，国内高校重视基础课实验的组织与实施，秉承入门级实验夯实基础、综合性实验提升能力、创新性实验开拓思维的主流理念。

但国内高校目前普遍存在一些困扰问题，例如课程学时的压缩、固化的实验内容、对学生缺少贴近的言传身教等，对于刚刚接触专业基础课的学生而言，很难通过套路化的实验课来理解和消化课本知识。

2 国外基础课实验教学模式

2.1 美国麻省理工学院(MIT)课程实验模式

国外优秀高校非常重视基础课程的实验教学,无论从课程设置、学时安排、实验室开放的时间、指导人员、评分模式、题目选择等都精心设计。注重基础，兼顾提高。以美国MIT为例，其“电路与电子学”课程的实验教学模式值得借鉴[5]，如图1所示。

图1 麻省理工学院“电路与电子学”实验模式

(1) 实验内容。共4次实验, 3个基础实验加1个综合实验，可在学期内间隔完成。

(2) 实验组织形式。开放实验，实验时间学生可以自由安排。实验室有偿提供基础元器件和简单实验工具，学生可选择购买或找高年级学生借用。

(3) 助教辅导。实验室确保每天下午都有教学助理TA(teaching assistant)或者实验助理LA (lab assistant)在实验室辅导实验。

(4) 实验步骤。分预习、现场实验数据记录、实验数据整理与分析3个部分进行并评分。

(5) 实验评分。4个等级3 分制(3，2，1，0)。

(6) 实验成绩的作用。如果有未完成的实验或实验结果不合格，则该门课程不通过。

2.2 MIT基础实验模式的讨论

MIT对于基础实验的安排较为细致，基础与提高并重。如图1所示，开放的组织形式可使学生进行充分的准备，能够主动地安排好时间。实验内容既注重基础，也兼顾综合。每天下午都有TA或者LA来指导，能够及时地处理实验学生的各种突发性问题和困惑。3分制的成绩评定也值得借鉴。该模式的优势在于充分利用多种人力资源，比如研究生和高年级本科生，既可使高年级本科生温故而知新，也可在一定程度上成为低年级的榜样。面对面的交流，强化了实验效果，可以提升学生的学习动力。MIT基础实验课的“开放”和“互助”模式可以最大限度地提高学生的参与度，并且可以最大限度地发挥各种有效资源的利用，提高学生动手实验的效果。

该模式依然存在2方面的问题：

(1) 实验过程中缺乏模拟仿真的参与。实验学生可以携带笔记本电脑，现场采用电路仿真软件(如Multisim)进行对比分析，寻找实验过程中误差出现的原因，便于改进，加强对比分析和研究。

(2) 实验教师与任课教师剥离。二者合二为一可更有效地促进教师了解学生对课堂内容的掌握程度，及时调整课程进度和采取针对性的辅导。

由上述分析可以看出，国内外高校在基础课实验教学中，普遍存在一些问题，如“课程学时减少”“实验内容固化”“缺少模拟仿真”“指导教师参与不够”和“忽略学生需求”等。本文采用“开放互助”的实验改革模式来尝试解决这些问题。

3 “开放互助”实验模式的设计

3.1 重在基础，着眼创新

“创新是一个民族进步的灵魂, 是国家前进永不衰竭的动力”[6]，而创新的源泉除了独立丰富的思维，更扎根于牢固厚实的根基。高等教育新形势下，对基础课实验教学的认识也逐步更新和完善。我国最新的基础教育课程标准提出了素质教育的课程理念：“三维教学目标”,即“知识与技能”“过程与方法”“情感、态度与价值观”[7]。高校基础课教学，既要注重基础，又需兼顾综合，同时引入创新，尽可能地培养学生优秀的专业素质和激发学生探索未知世界的兴趣与潜能。

3.2 明确目标，强化责任

基础课实验教学的根本目标是培养学生的实验能力、基本实验仪器操作能力和培养创新思维。通过开展有效的基础课实验教学模式，循序渐进地培养学生过硬的基本功，“熟能生巧”，促进“创新”灵感和“原创”意识植入学生思维，实现育人的根本，达到教育的本源。教师需要充分认识实验教学的重要性，将实验教学与课堂教学摆在同等重要位置，增强责任和使命感，不应付了事，也不故步自封、因循守旧，能紧扣实验课程的培养目标，加强基础训练、增加自主环节，扎扎实实地打好实验基础[8-9]。

3.3 “开放”视域，自由选择

当前的教育环境发生了较大的变化，对学生的培养教育也面临新的挑战。面对的选择与诱惑太多，造成学生精力分散、注意力不集中。可采取增加课程吸引力、设置好实验的演示，而教学PPT需要丰富多彩及能更多地结合学生的体会。

(1) 时间的自由选择。选修课程与实验课冲突，学生难以兼顾。在提倡素质教育的当前，学生需要完成相当数量的辅修课学分才能达到毕业要求，因此几乎每次实验都有近乎1/3的学生时间有冲突。针对这一问题，采用“开放”的实验是非常必要的选择，公布实验地点、实验题目、实验器件、实验仪器等，由学生根据自身兴趣和时间安排进行选择。

(2) 题目的自由选择。目前的实验模式存在题目单一且内容固化的问题。教师需要细致考虑课程特点，对现有的实验教学内容进行改革，通过研究提出新模式下的实验流程，针对传统模式中存在过多的演示性、验证性、单一性的题目进行优化，设计开发出基础性、启发性和创新性渐进的实验，增多应用性较强的实验项目。也可将传统的实验项目进行筛选和优化，将本科基础电子实验划分成验证性、综合性、设计性及研究性4个不同层次的实验项目类型，循序渐进地培养学生的科学研究能力，挖掘其探索精神。

(3) 学力差异的错峰选择。在实验教学开展过程中，学生的学习能力或学习进度存在较大差异，注意将题目分门别类，给学生提供选择性多样的实验题目，兼顾基础与提高、验证与设计并存。鼓励学习能力强的学生选择更具挑战性的题目，充分发挥能力裕度；鼓励学生创新实验内容，促进学生能力的深度挖掘。

3.4 “互助”共赢，深度培养

图2为“开放互助”实验模式的实施框图，重点在于“开放”和“互助”。

图2 “开放互助”的实验教学模式

“开放”较容易，更多地涉及“硬环境”，学生根据实验内容和自身的课程安排，合理地安排时间，做好预习准备和实验具体操作。而“互助”则相对困难，需要从几个方面考虑。

(1) 严格挑选“助教”，把关“互助”能力。“助教”的质量决定了辅导的效果。选择助教时注重动手能力和责任心，主要从硬件方向的研究生和高年级本科生中挑选，着重考虑有过全国大学生电子设计大赛经历的学生。作为同龄人的低年级学生，与这些年龄相近的“助教”更易打成一片，减少由于年龄差距带来的交流隔阂，能更好地促成“软技能”的无障碍传授。“互助”的含义还包括参加实验的学生之间的互相帮助和启发，鼓励相同题目的学生以PPT汇报的方式进行实验过程与心得体会交流。

(2) 组建专题小组，开展团队培训。需要对参与辅导的人员进行集中培训，讲解实验内容、步骤、实验仪器、元器件特点、电路搭建过程等细节，同时要强调实验过程中的注意事项以及安全问题等。对于本专业的研究生、高年级本科生、参加过全国大学生电子设计竞赛的学生，鼓励他们将个人的经验无私地传教给学弟学妹，有意识地带动他们成长。教师在前期开展硬件、软件技能集中培训的时候，同时组建辅导人员的系列专题小组，以培养具有传承性质的学生兴趣团队，在实验中以团队的形式指导实验。

(3) 教师全程参与，评教指导结合。指导教师须全程参与整个实验教学过程，以便掌握现场第一手资料，及时应对各种突发问题。这些问题不仅指学生实验或“互助”指导环节，还有可能源自实验室的保障，如电力、仪器损坏、元器件烧毁、实验箱故障等。同时，在实验过程中，教师不仅只是验收评分，需要更多地细致讲解和耐心引导，启发学生不局限于完成即可，而是尽量去思考问题解决背后的原因或原理。

3.5 硬件实现与软件仿真结合

在实验教学过程中，要求学生预先使用软件进行仿真，进入实验室搭建电路前做到心中有数。同时，引入计算机电路软件进行辅助设计和分析，也为后续专业课程和一些实习打好基础，做好准备。常用软件包括Altium Designer、OrCAD和Multisim等。目的是培养学生将电脑仿真、科学分析和实验室现场操作融于一体的动手实践模式，避免盲目实验和成功靠运气的侥幸心理，有利于端正学生参与实践训练的态度。

3.6 设置有效评分模式

实验总评成绩采用百分制，由3个权值累加构成：教师验收成绩50%，“助教”辅导成绩30%，实验报告10%，结题验收PPT汇报成绩10%。由相同题目的其他学生打分。在实验过程中，鼓励学生及时地对比、分析仿真结果和实验结果，在分析过程中发现问题，探讨异常出现的可能原因，并制订可行的解决方案，完善实验。实验结果首先自评，然后“助教”打分，最后指导教师验收。实验成绩出来后，学生若对成绩不满意，可以补做一次实验，若有较大改进或指标显著提高，则可更改一次成绩，最后以高分的实验成绩为准。

3.7 及时总结和反馈

实验教学过程中和实验结束后，指导教师要根据辅导研究生、高年级本科生和参加实验学生的反馈，及时地总结。总结内容包括题目的难度是否合适、实验方案是否达到了实验目的、元器件是否充分且能达到测试指标、实验结果与仿真结果的误差是否在合理区间、学生的疑惑与所提的问题是孤立的还是大面积的、课堂教学的相关知识点学生是否已经掌握、有哪些学生提出了不同的方案、存在困难的学生是哪些、完成实验的学生占比是多少等。指导教师通过收集问题反馈，灵活调整后续实验的有效开展以及决定是否有必要在课堂教学中有针对性地对某些问题加以详细讲解。

4 基于“开放互助”模式的课程实践

4.1 课程特点

该实验模式在我校通信专业本科基础课程“电路分析”教学过程中实施。“电路分析”所涵盖的内容较广，既有较容易理解的基础部分，也有难度较大的“一阶电路”“二阶电路”“阻抗和导纳”“正弦稳态”“耦合电感和理想变压器”等内容。实验内容须具有多样性的特点，既有简单的经典定理验证性内容，也有复杂电路模型的求解设计内容；既有根据指标要求自行设计电路的提高部分，也有根据功能需求设计原理框图、选择元件及独立搭建电路的发挥部分。内容多、题目多，要求也不同，授课对象为大一学生，多数学生的专业基础非常薄弱。

4.2 实施效果

针对“电路分析”课程特点，采用基于“开放互助”的实验教学模式。教师除了课堂内外的细致讲解，还增加了学长的帮扶和经验传授，实行由易到难、循序渐进的策略。鼓励学生之间讨论、方案论证、相互帮助与大胆质疑，秉承“开放”的心态和“互助”的精神，由“学会”到“学透”。

在实验开展过程中，“互助”团队的辅导起到了预期效果。进行实验的低年级学生对学长或学姐，敢于提问，可以无阻碍地进行交流和学习，大大提高了效率，学生的收获大。而参与指导的高年级学长坦言，这样的临场发挥绝不是已掌握知识点的无效重复，更多的是获得了“旧”知识的新感悟。有些学生“猝不及防”的提问，使原本没有考虑过的问题暴露了出来，激发了思考和兴趣，促进了对实验内容及对应知识点的再理解，增加了对知识体系的融会贯通和更深的认识，堪称双向的“指导”，彼此的收获都被放大。

该实验模式经过几届学生的实践，效果较为理想，达到了预期，提高学生对课程知识内容掌握的同时，大幅度减少了懒、抄、混等不良现象。绝大部分学生能够针对自身的时间、精力安排，选取难度适合、覆盖必修内容要求的题目，完成度达到课程考核要求。有部分优秀的学生在完成课内要求的内容后，自行改进实验方案，采用独立新颖的实验电路，提高了性能指标。更有部分学生表现出了浓厚的专业兴趣，自行组建团队，积极要求参加教师的科研课题。

4.3 重视3个实施环节

开展“开放”和“互助”的实验模式过程中，需要遵循科学性、可行性、先进性、整体优化的指导原则，合理设置通信电子类专业基础课实验教学模式，切实根据自身条件和资源，设计科学的、符合自己特色的方法和方案，培养学生严谨的科学思维和独立的创新精神，提高学生实践能力和综合素质，促进学生早日成为学业精专且有思辨能力的独立个体[10]。该模式需要重视3个实施环节。

(1) 实验的组织要充分。采用面向学生的开放实验平台模式，做好实验室管理、器材保障、网络提前预约、题目预先公布等一系列无缝链接。

(2) 实验的分类要明确。从基本的验证性认知实验到高层次的设计、研究性实验，留给各层次的学生必要的选择余地，激发部分优秀拔尖且学有余力的学生进一步钻研的兴奋点。

(3) 实验的过程要严谨。修订或选用有针对性的实验教材，设计新颖有吸引力的实验内容或电子课件，引入对内容熟悉的“互助”人力资源，制定有效的评分制度，提高实验的成效，使学生获得最大的教学内容的理解和动手能力的培养。同时，利用好电路设计软件进行预先的仿真和科学分析，是完成好实验内容和加深知识点理解的有效方式。

5 结语

基于“开放互助”的基础课实验教学模式亦可推广至其他课程。该模式可有效地促进学生主动思考问题，增加了与教师、学长的探讨机会，客观上也能够帮助学生的性格培养，克服部分大学生不善表达和交流的缺点，萌发平等探讨科研问题的嫩芽。因而，对学生而言，它不仅可以帮助他们加深领悟理论知识、熟练实验环节、提高硬件或程序的设计能力等。更重要的是，通过“开放”与“互助”，可以在一定程度上缓解由于课程学时的减少所带来的对教学内容的理解不充分，通过主动的选择达到多层面弱化被动填灌式僵化思维的禁锢，有利于培养具有高端思维素养的创新型人才，达到高等教育培养学生的目标。

References)

[1] 王晓红,徐立芳,赵小丽.开放实验室,实现优质教育[J].实验技术与管理,2008,25(1):152-154.

[2] 杨云,倪勇.电子创新基地建设与创新人才培养模式实践[J].实验室研究与探索,2010,29(10):342-344.

[3] 胡小波.本科实验教学中创新人才培养体系的研究与实践[J].实验技术与管理,2010,27(6):120-125.

[4] 张伟.华中科技大学培养拔尖创新人才的案例研究[D].武汉:华中科技大学,2007.

[5] 于歆杰,朱桂萍,刘秀成.麻省理工学院教育教学考察报告(三)：“电路与电子学”课程教学法篇[J].电气电子教学学报,2004,26(5):6-10.

[6] 廖志豪.基于素质模型的高校创新型科技人才培养研究[D].上海:华东师范大学,2012.

[7] 兰燕娜.重视实验思想方法,提高学生科学素质[J].大学物理,2007,26(3):46-48.

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[10] 苏中,曹荣敏,吴迎年.创建真实工程实践环境 培养创新实践卓越人才[J].实验技术与管理,2013,30(4):4-8.

Research and practice on experimental teaching mode of basic courses based on “Openness and mutual-assistance”

Hao Guocheng1， Wang Guangjun2， Wang Wei1

(1. Faculty of Mechanical & Electronic Information, China University of Geosciences, Wuhan 430074,China；2. Experimental Teaching Center of Information Technology, China University of Geosciences, Wuhan 430074,China)

In order to solve the problems of “Class hour compression,” “Filling pattern” and “Content solidification,” the teaching ideas and measures of “Openness” and “Mutual-assistance” are introduced in the experimental teaching of basic courses of communication and electronic specialty. “Openness” is to provide the free choices for students based on interest, time and resources. “Mutual-assistance” is to obtain “Soft skills” by barrier-free teaching from teaching staff. By adopting the reform of “Openness and Mutual-assistance” basic course experimental teaching mode, the students’ basic experimental practical ability, subject interest and innovative thinking can be significantly improved.

experimental teaching mode of basic courses; communication and electronics majors; openness and mutual-assistance

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.047

2016-12-22

中国博士后科学基金资助项目(2015M582293)；中国地质大学(武汉)教学改革项目 (2016B10)

郝国成(1975—)，男，山东冠县，博士，讲师，硕士生导师，现为美国杜克大学访问学者，研究方向为信号处理和时频分析.

E-mail：haogch@cug.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0187-04