实验室对学生成绩的影响分析与教学创新模式研究

岳倩倩

(安徽三联学院 电子电气工程学院,合肥 230601)

电子电气专业为理工类专业，是国家经济转型发展趋势下，支撑现代科技创新发展的重要学科之一，该专业培养出的技术人才具有较强的专业性，为国内电气行业的创新发展提供重要保障，所以现阶段的电子电气专业教学，在高等教育中占据重要地位[1]。电子电气专业学科的专业性极强，结合电气工程、自动化仪器、继电保护以及PLC等内容展开教学。为了促进学生的毕业就业，高校逐渐完善实验室教学方案，通过实训课程学习，加强学生解决电气工程领域中复杂问题的能力，为毕业就业提供真实的体验环境，有助于达到工程教育专业认证机构的认可[2]。目前的电子电气专业作为工业革命的后续发展内容，与能源、交通、建筑、制造以及环境等领域息息相关，通过特征教学法“以学生为根本”的教学理念，建立了全新的实验室教学模式[3]。但各个行业正处于不断进步的发展进程当中，需要高校不断创新电子电气专业实验室教学模式，满足社会发展需要，培养更多满足时代要求的学生，基于此研究电子电气专业实验室教学创新模式。

图1 电子电气专业教学实验室

1 电子电气专业实验室教学

1.1 实验室教学概况

电子电气专业的主要课程包括电气控制、PLC等，这些课程的最主要特点，就是具有极强的实践性、较为先进的技术性以及应用的广泛性。这些特点使得电子电气专业教学只能依靠实验室的实训平台完成日常教学内容，通过真实的实验室研究吸引学生主动提问、积极交流，激发他们的学习热情，提高学生学习的主动性，培养学生相互帮助的团队精神[4]。目前的课程以实验室教学为主，全部教学课程都被教师安排到如图1所示的实验室当中，教学通过配备元器件实物、实验项目等方式，为理论知识提供真实体验环境。学生带着教师提出的问题实验，通过不断调整实验参数得出不同条件下的结论，从而完成对理论知识的分析与理解。

1.2 实验室教学情景

针对目前的课程教学概况，从实验教学目标、实验教学内容、实验教学模式、实验教学队伍以及实验教学环境多个角度，分析现阶段的实验室教学情景。目前的电子电气专业实验室教学目标、内容及模式，是整个教学活动的核心要素。在目标方面，将“协同化”和“深度化”作为培养学生面对实训教学的挑战，从培养学生的专业技能方面入手，并形成专业的实践思维。实验室教学内容以“一体化”为设计标准，要求课程中、课程间以及课程后之间形成有序衔接的教学体系，保证教学内容是不间断的。教学模式以“混合性”、“活动性”以及“开放性”为标准，其中“混合”就是将理论、实训以及日常活动融合起来，建立理论与实际结合的教学模式；“活动”就是让所有学生在实验室中都能够参与实验，养成主动研究、主动记录数据的习惯；“开放”就是在课程中以及课后让学生之间分享实验成果，以讨论、总结的方式让学生听取更多的实验意见，并学会区分其中正确的内容和存在不足的观点[5]。实验室教学队伍，是实现创新模式的前提，因为实验室技术人员与管理人员，是实验室正常、安全运行的关键，目前学校主要配置专业技术教师以及管理人员，共同组成实验室教学队伍。前者是教学的主力军，通过实验教学向学生传递知识；后者是实现实验室教学的保障，维护实验室智能化设备的使用安全。实验教学环境影响教学效果，以往的电子电气专业教学按照课程内容设计实验环境，这种固定式的教学环境浪费资源，所以在实验室教学环境上需要调整。综合上述多个实验室教学情景，评价现阶段的实验室教学成果。

1.3 实验室教学成果

采用考试成绩分析模型，对5个不同的电子电气专业班级的考试成绩进行分析。已知考试成绩具有随机性特征，利用模型随机拟合的效果不是最佳，所以按升序对所有成绩进行排序，然后拟合得到如表1所示的结果。

表1 电子电气专业5个班级的考试成绩拟合

采用y=alnx+b的形式进行拟合，其中参数a代表成绩变化速率，a越大越能说明班级成绩差异越大；参数b表示级内的最低分[6]。当相关系数大于0.755时，属于强相关性。根据表1显示的数据可知，拟合后的对数相关系数均超过0.755，所以采用区间法加权评分函数模型A、综合法加权评分函数模型B对上述成绩建模，得到如表2所示的平均考试成绩点值比。

表2 电子电气专业5个班级的平均考试成绩点值比

根据上述结果可知，点值比的差异率最大达到了10.28%，两个模型之间的点值比差异尽管低于20%，但还是高于理想值8%，说明目前的实验室教学能够在一定程度上提升学生学习成绩，但还有较大的提升空间，所以研究电子电气专业实验室教学创新模式。

2 电子电气专业实验室教学创新

2.1 实时互动教学平台的优化

根据调查可知，嘉兴学院与科技公司合作，从2014年就已经建立了“电气工程实验室实时互动教学平台”。所以针对这一研究项目，建立融合多媒体资源与网络技术的新型实验室教学互动平台，在教师的指导下实现自主学习、独立学习、互动学习以及反馈学习的教学方式，充分发挥了实验室实时教学的优势。目前该平台与电力电子技术、电力系统控制以及电机控制等课程关联使用，在不限制使用时间、视频互动、实时通讯的条件下，完善了实验室教学。其中在时间方面，学生可以随时登录平台查询教学内容；视频互动和实时通讯方面，教师根据图2所示的多屏监测设备，实时监测实验过程，利用通信软件传递信息并实时指导学生实训[7]。

图2 多屏监测实验室

左上计算机为主控计算机，其他计算机为分机，通过主控计算机放大随机监控界面，通过分机反馈监控学生的实时操作状态。

2.2 融合虚拟仿真实验系统的优化

现阶段的虚拟仿真的实验室教学平台，主要包括信息化管理平台和实验教学平台两部，但是，缺少针对学生设置的虚拟化学习功能。本研究中，在电子电气专业实验室教学中引入了虚拟仿真实验系统，一方面减少部分实验课程中的硬件使用数量，缓解资金压力和教学设备数量紧张的问题，还可以增强实验过程的可视化效果。比如在同步发电机并网实验中，可以让教师演示一次实验操作流程，然后学生可以利用MATLAB等虚拟仿真实验系统，构建对应的仿真实验模型分析并网冲击电流的变化规律。对于一些具有一定危险性的实验室教学，例如高电压技术课程，教师可以搭建系统模型，学生可根据系统模型的运行状态，比较不同环境特征下的高电压技术特征，并且利用仿真软件反复实验，不再受真实实验条件的限制。针对电子电气专业的课程名称，选择了合适的虚拟仿真平台，如表3所示[8]。

表3 虚拟仿真实验系统与适合的电子电气专业课程

电子电气专业实验室教学，利用虚拟仿真实验系统为更多教学内容提供实验环境，并增强了实验室教学的安全性。

2.3 完善实验室教学体系

围绕着电子电气专业的所有课程，整合实验室教学内容，通过改革与建设新的实验室教学制度，将以往按照固定学科内容安排的实验项目、实训课程进行调整，通过与校外企业合作，建立能够反映更多课堂教学内容的实验室应用平台，利用一体化的平台夯实电子电气专业的基础实验训练并培养学生具备综合性实验训练的能力，最后以这些为基础，让学生自主设计实验内容、探索实验结论。根据上述观点建立一个具有递进性质的实验室教学体系，即由基础实验训练发展为专业基础实验训练，最后发展为专业综合性实验训练，以实操的方式培养学生的实践创新能力[9]。对电子电气专业课程进行总结，根据不同方向或不同部分的课程内容，利用实验教学平台进行延伸，通过电工电子实验平台、学科基础实验平台与互动教学平台的结合使用，满足多样化的教学目标。根据专业发展以及就业方向的实际需求，调整实验室内的智能设备，并针对不同类别的实验设置不同的实验室，为不同的教学提供针对性的学习环境。新的实验室教学将电工教学、电子教学以及电工电子教学，安排到电工电子实验室公共平台当中；将电力电子教学、电机教学、自动控制教学，安排到学科基础实验平台当中；将继电保护、电力系统自动化、电网、自动化仪表与控制等教学，安排到具有专业特色的教学互动实验平台当中。按照上述教学体系分开教学，完成不同的实验室教学任务。

2.4 加强监管实验室教学环节

电气工程学科涉及到的教学内容较多，因此授课教师以及听课学生也很多，所以在实验室教学过程中，对于教学环节的要求较为严格，其中在实验室教学环节当中，针对每一年度所学的教学内容，需要特别制定实验室课程教学目标和管理制度，主要包括学生的日常实训安排、实训开始之前的理论分析、实验室课堂的互动交流与合作。同时为了保障实验室的安全性，对于教师与学生的职责也作出了明确要求，包括对教师教学能力的要求、专业技能的要求；对学生操作能力的要求、课堂纪律的要求。通过明确各自所需承担的责任，将实验室的使用风险降至最低。同时，学校在每一学期中都随机选择任意时间组成听课小组，通过随机的听课抽查检验教师与学生的实验室教学与日常学习能力，促进实验室教学质量的提升[10]。由于电子电气专业毕业生就业时对于实践能力的要求较高，所以在创新日常实验室教学内容、丰富教学手段的同时，设计一个电子电气实习教学环节，一方面强化学生的专业技能、提高动手能力，另一方面培养良好的工作态度与个人观念，为后续就业安排培养德智体全面的人才。通过反复巩固式的实验室教学，为学生不断提供实训场地，通过监管不同年级学生的实验室教学，加强实训交流合作。

2.5 创新实验室教学多元化

实验室多应用于日常教学课程当中，在学生的日常学习过程中，能够为学生开放的实验室少之又少，所以可以根据学生在实验室教学过程中的具体表现，向其中一部分可靠的同学开放部分安全性较高的实验室，让学生在完成后续作业的过程中，能够通过自主训练完成研究内容，预期开放的实验室包括智能仪器实验室、PLC控制实验室，这些实验室的日常操作相对安全，可以向部分能力较强的学生开放。另外，教学结束后，可以利用实验室开展课后竞赛，让学生利用实验室完成电子电气相关内容的比赛，为实验室教学增添趣味性，吸引更多学生认清实验室教学的重要性，将更多精力放到学习当中[11]。最后还可以开展对实验项目的申报，通过学生与教师的通力合作，研究某一项实验内容，最大程度地激发学生的专业自信心，并针对实验项目设置实施梯队，通过教师的指导、优秀学生的带领，全面研究实验内容，将书本上的理论知识落实到实践操作当中。

2.6 规范管理实验室设备及文档材料

实验室的教学设备，是一切实训活动的根本，要满足实验室创新模式，需要加强对实验室设备的规范管理，只有设备安全才能为实验室教学安全提供一份保障。要求现阶段的设备管理重点关注两个方面：首先是对设备的日常管理，包括设备分类存放、按需出库入库。其次是对设备的日常维护。维护需要多方面共同实现：第一，要求教师向学生传达正确的使用方式，并了解设备的存放标准以及准确位置；第二，要求学生认真学习，正确掌握每一种实验室设备的使用方式，并了解不同设备的使用环境的安全要求，并及时记录；第三，要求管理人员定期对电子电气设备进行全面检查，包括对设备本身的零部件检查和通电检查，一些管理人员无法维修的故障设备，一定要及时申报联系厂家，委派专业人员进行维修；第四，在每学期开始和结束的时候，组织专门的队伍对各个实验室、实验设备进行全面检查，确定每一学期开始和结束的实验室设备是安全的，若发现故障问题及时解决，防止出现教学课程开始实验室设备却无法使用的情况[12]。然而实验室中还包含了大量的文档材料，需要教师针对不同的教学内容进行分类，并按照时间存放，便于后续教学的直接使用。

3 结语

优秀的实验室教学模式，为电子电气专业教学提供更可靠的教育保障，为培养专业性技术人才提供支持，是今后物理、化学以及计算机等实践要求较为严格的专业完善教学模式的重要参考。今后可以将“互联网+”“线上教学”“慕课”“监测平台”等更多先进技术与实验室教学结合，创新实验教学模式，促进教育的多样化发展。