王 旃

(浙江大學電氣工程學院,浙江杭州 310027)

工科院校的基礎型實驗普遍存在著知識點分散、關聯(lián)性弱,缺乏創(chuàng)新空間和缺乏師生互動等缺點,而且還存在實驗效果不理想、選課人數(shù)較多和課內學時較少的矛盾。

為了既要做到保留電類基礎實驗內容,又能滿足以能力培養(yǎng)為核心的工程實踐教學的要求,我們在這方面進行了一些探索與實踐。

1 解決方案

我們在原有的電類基礎型實驗項目中挑選出能體現(xiàn)電路基本原理和基本規(guī)律的核心內容,拆解分割成若干知識單元保留下來。我們還根據(jù)知識分解和能力分析兩個要素,構建了以能力培養(yǎng)為目標的實驗模式。參照已確立的能力需求,進行知識單元的重新組合,使得每一個知識單元都有與之相對應的明確的能力培養(yǎng)目標。

實驗模式的構建遵循了如下原則。

(1)基礎性原則—學生通過實驗對工程基礎的核心原理有透徹理解。

(2)實踐性原則—進行知識單元與能力需求要素的對應時,應突出它們與工程實踐之間的有機聯(lián)系。學生在學習這些內容時能充分感受到“置身于一個真實的實踐環(huán)境中,從而更好地理解基礎知識、發(fā)展工程技能”[1]。

(3)主動探究性原則—組合過程中,知識單元的布局應體現(xiàn)出循序漸進的探索特征,單元之間在銜接時,要重視問題情景和學生參與環(huán)節(jié)的設置,以實現(xiàn)在運用此模式進行啟發(fā)式的教學時,達到“訓練學生鑒別和定義一個問題,并通過尋找和過濾信息,逐步找出解決方案的能力和方法”的要求[2]。

(4)項目性原則—組合后的實驗內容應擴展為一個實踐應用背景的工程項目,并強調前期的構思,設計環(huán)節(jié)和后期的總結。以使學生學習并體會知識的系統(tǒng)性和關聯(lián)性,以及與工程實際相結合的方法。培養(yǎng)學生構建系統(tǒng)的初步意識和技能,為今后進一步學習如何在企業(yè)和社會背景下構思、設計、實現(xiàn)和運作系統(tǒng)打下基礎。

同時,由于項目內容的復雜程度和周期跨度增大,使得部分實驗內容只能以學生小組的形式共同完成。這就要求學生既能獨立實驗,又能作好群體合作,在團隊中只培養(yǎng)和發(fā)揮其領導能力、溝通能力和協(xié)作精神。

3 實施與效果

現(xiàn)以一個實驗項目為例,簡要介紹實施過程與效果。

“非線性元件特性曲線的測定及曲線繪制”是一個傳統(tǒng)的基礎型實驗,是涉電類專業(yè)學生的必修項目。主要是通過對幾種常用非線性元件伏安特性曲線的測定,達到掌握伏安特性的概念、測定方法以及曲線繪制方法的目的。但是,實驗任務僅限于完成特性曲線的繪制,與實際工程問題缺少關聯(lián)性,學生在實驗后感到缺乏理論收獲和實用價值。

我們?yōu)榇藚⒄栈谀芰ε囵B(yǎng)的實驗模式,對該實驗進行了重新整合,并在電類和近電類專業(yè)中各選取了一個班級進行了試點。

(1)調整實驗內容,引導自主探究

我們將原先非線性元件采用的穩(wěn)壓管改用熱敏電阻。但是,學生在實驗前對熱敏電阻的伏安特性了解得較少。因此,學生必須在實驗前期收集資料和構建實驗方案,使這個實驗具有了自主探究意義。

(2)設置問題情景

在實驗過程中,我們會設置一系列由淺入深的問題。例如,直流穩(wěn)壓源都有最大輸出功率的限制,這個限制將直接影響實驗數(shù)據(jù)的測定。我們事先強調了這個限制的條件,學生為了實驗數(shù)據(jù)能夠達標,一定會努力尋找問題出現(xiàn)的癥結所在。此后,學生便會嘗試多種解決方案。例如能否用穩(wěn)流源代替穩(wěn)壓源,或者通過調節(jié)串接電阻的阻值來解決等。由于解決方案的多樣化和未知性,增加了學生對實驗的興超性。我們將學生分組進行實驗,鼓勵組員以及小組間的互相交流,學生的團隊合作意識和創(chuàng)新意識得到了培養(yǎng)。

(3)關注實踐效果

我們拓寬了熱敏電阻伏安特性的研究范圍,要求學生給出幾種工程中電流過載保護的主要技術。再利用實驗室條件實施過流保護的應用情景。

整個項目設計用時4課時,在試點班級實驗課時結束時,許多學生仍在激烈爭論和苦思冥想,課堂氣氛十分活躍。學生的學習主動性和熱情顯著高于非試點班級。一周后,學生提交了實驗報告。其中的背景資料、測量原理、測量數(shù)據(jù)、實驗結論、實驗拓展和問題思考等,描述得非常具體,遠遠超出任務書要求。例如“實驗體會”一欄中,一名學生這樣寫道:“關于可調電阻的限流指標,如果老師直接寫在黑板上,這個實驗做做也就過去了,一點不難。但我卻花了很長時間,經歷了一次次的過載、跳閘、合閘、再嘗試的過程,換來了這樣一次恍然大悟,這也許才是我們真正需要的?！?/p>

4 結語

實驗試點實施的效果表明,基于能力需求的實驗安排,是培養(yǎng)學生實踐能力的一種有效途徑。而在此過程中,教師及時有效地向學生提供指導和實踐體驗機會非常重要,為學生后續(xù)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下良好的基礎。

[1] E.F.Crawley,查建中,J.Malmqvist,D.R.Brodeur.工程教育的環(huán)境[J].武漢:高等工程教育研究,2008,4

[2] E.Butun,H.Erkin and L.Altintas,A new teamwork-based PBL problem dasign fo r electrical and electronic engineering education:a systems approach,[J],Int.J.Elect.Enging Educ.,45(2)(2008)110-120

[3] 熊宏齊等.教學實驗項目類型及其“開放內稟性”[J].北京:實驗技術與管理,2008,1