实验先于理论教学改革研究
实验先于理论教学改革研究 摘要:以培养学生的自主学习及自主创新能力为目标, 对电路实验课程进行层次化、阶梯式的电路实验内容改革, 选择部分实验的实验方式进行了“实验先于理论”的自主测 试归纳教学模式创新性改革,相应的电路课程教学组织形式 采用翻转课堂模式.学生普遍反应对相关理论的理解更为深 刻,增强了学生用科学实验方法进行“探索求证”的兴趣和 能力,教学效果有了明显的提高. 关键词:电路课程;实验教学;自主测试归纳 电路原理是电子信息科学类专业学生最先接触的学科 技术基础课,不仅要让学生牢固掌握电路的基本理论知识和 基本方法,还要培养学生的自主实践能力和创新能力[１Ｇ ５].传统的实验教学模式一般是“教师先讲授理论,学生再 进行实验”,缺少从实验测试到理论归递的逆向过程的实验 内容和实验模式,而后者更有利于开发学生的自主探索兴趣 和研究潜能.传统实验内容的设计也多为由理论指导实验, 这样往往会造成学生学习主动性差、自主实验能力弱,不利 于培养适应性强、具有创新意识和能力的高级电子电气工程 技术人才.随着新的教育理论及系统论等被引入教学领域, 通过改善教学系统的控制性已被证明是一条提高教学质量 和学习效率的有效途径[６Ｇ８]. １教学改革目标的设计 基于培养学生的实验动手能力、归纳总结能力、自主创新能力的教学改革目标,我校电路教研组近几年进行了一系 列的改革和探索,形成了体系化、层次化、阶梯式的电路实 验内容,并引入了“实验先于理论”的实验模式,使得学生在 电路实验过程中,一方面可将电路理论课程中学到的定理和 定律在实际电路物理系统中通过测量得到验证和展现;另一 方面还可以直接通过测试数据和实验结果的分析,归纳总结 出相应的电路特性及其理论.我校培养方案中,电路原理和 电路实验是２门独立的课,并且在同一学期开设[９].教学 方法设计以“以学生为主体、教师为主导”为基本原则,并 在教学中加以实践,如课堂中讲方法、引问题、重讨论,引导 学生积极参与教学过程和讨论,增强教师和学生的互动.自 主创新性实验教学要为学生思考、探索、发现和创新提供充 分的自由空间,让学生在自主实践中提高自主学习、自主发 现、自主总结归纳的能力,激发学生的创新意识和自我效能 感.注重对学生的科研思维和基本技能的训练,注重从“有 解”教育向“求解”教育的转变,培养学生的科研思维能力. ２教学改革的方法和措施 ２．１层次化、阶梯式的电路实验内容改革 基于我校的培养方案和教学目标,我校电路实验教学改 革确定了由浅到深、由基础到综合、由理论到创新的层次化、 阶梯式的总体教学方案,将实验内容分成基础验证型、自主 测试归纳型、综合设计型３个层次.教学改革过程中尝试从 实验原理演绎、实验测试结果归纳２种思想方法和设计理念来组织基础验证型和测试归纳型的实验内容,从有助于学生 建立信号转换、传递、监控等系统的概念来组织综合设计型 实验内容,以期构建传统方法和现代技术、硬件操作技能与 软件仿真实验、数学分析与物理实证相互融合的电路实验教 学体系,从而将电路实验由传统的单一验证原理和掌握操作 技术性实验拓展为综合技能训练的实践.基础验证型实验的 任务是学生通过实验测量操作手段验证所学到的理论知识 (从理论分析到实验验证);自主测试归纳型实验的任务是学 生通过实验测试以及对实验结果和数据分析,归纳总结出电 路的定律、特性和功能(即从实验测试到理论归纳);综合设 计型实验的任务是学生依据电路功能的需求,设计并实现满 足技术指标的电路(即从理论到实践、再从实践到理论的双 向过程).这种教学模式引导学生从基础实验人手,循序渐进, 阶段式提高,既训练学生的基本实验技能,加深对基础理论 的理解掌握,又培养学生的科学思维方法,开发学生自主研 究探索的潜能.根据教学大纲要求,精心选编了６个实验内 容(见表１),可以先于学习电路理论相关知识进行的自主测 试归纳型实验,注重实验现象的观察和实验数据的归纳分析, 旨在培养从个别到一般的归纳推理能力,从而由“感性”上 升到“理性”而获得相关理论知识[５]。这类实验先给出必 要的预备知识,设计相应的测试内容,如在KCL实验中设计表 格(见表２),让学生根据测试数据总结出理论知识. ２．２引入“实验先于理论”的实验模式基础验证型实验的模式是学生先学相关电路理论后进 行实验测量,重在学习基本测量方法和掌握实验技能并验证 所学理论,加深对所学理论的感性认知,本质上是运用演绎 法,即从一般到个别、普遍到特殊的推理,是认识的具体化过 程.当学生有了一定基础实验技能之后,加入“自主测试归纳 型”实验内容,不在实验前讲解原理,转而强调以学生为主体, 学生在学习相应电路理论之前先进行实验测试和实验现象 观察,然后从实验结果和测试数据中总结出相关的理论公式、 电路特性或功能,从而获得新知识,即通过个别认识一般,这 种方法实际上属于归纳法.例如学生在学习齐次定理之前, 根据给出的电路原理图,多次测量某线性电路响应随激励变 化的数据后填入表３,归纳齐次性在线性电路中的体现,从 而发现“响应和激励成正比”的结论.此例就是应用了简单 枚举归纳法,即根据某类事物对象的观察,发现这些对象都 具有某种属性,而又没有遇到相反的情况,因此推导出该类 事物都具有某种属性的一般性结论的推理方法.表３线表３ 中比例系数k１和k２可自行设定. ２．３电路课堂教学形式翻转 对应自主测试归纳型实验的相关电路理论阶段,在教学 方法上使用启发式、应用式教学法,让部分学生走上讲台,教 师引导分析.学生为主体,倡导学生多动脑、勤思考、敢提问. 鼓励学生结合实验现象发现问题、解决问题,增强学生用科 学实验方法进行“探索求证”的能力.学生普遍反映对相关理论的理解更为深刻.这种教学方式让学生先进行实践实验, 由实验现象找本质,再进行理论课堂的讲授和讨论,在课堂 上突出知识点背景和难点思路,由一般到特殊的原则,循序 渐进地引导学生掌握全部重难点.通过这种方式,学生的主 观能动性提高了,被动思维逐步转变为主动思维,遇到实际 问题时能去思考电路特点和所学知识的关联性. ２．４打造开放的自主实验环境 为了保证学生有充足的实践机会,硬件上除了电信实验 中心常规的电路实验室设备以外,引进了美国 ANOLOGDISCOVERY便携式电路实验平台套件,整合了示波器、 信号发生器和逻辑分析仪的功能,将名片大小的实验板卡发 到每个学生的手上,装在口袋里可以随身携带、随时操作,可 以让学生在课堂外分组开展实验,并建立了微信群,及时沟 通与分享,为进行自主测试型实验的电路教学模式提供了很 好的实验环境. ３结语 近几年教学改革实践证明,通过“自主测试归纳型实验” 的教学模式改革,引导学生体验“实验先于理论”归纳法,并 与基础测试型实验的演绎法进行比较,学生十分欢迎这种新 型的科学研究方法,对培养学生的抽象思维能力和逻辑推理 能力、开发学生的探索潜能成功有效.“自主测试归纳性” 实验大大提升了实验的内涵,使学生由“要我学”实验,变为 “我要学”实验.通过自主性实验强化自主学习和自主创新能力.通过改革使学生在课前课后对实验倾注了极大的关注, 教师随时根据实验中遇到的现象或问题,引导学生讨论和进 一步思考,教学效果有了明显的提高. 参考文献(References) [１]赖绍聪,华洪．课程教学方式的创新性改革与探索 [J]．中国
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