工科院校三阶段专业实验教学体系的研究与应用

21世纪的政治、经济、文化、科技及社会的发展将会更加迅猛, 面对国内外的激烈竞争, 深化教育改革, 提高教学质量, 培养高素质创新人才, 正是我们高等学校所面临的重要抉择。注重对学生实践能力的培养, 提高学生综合设计的能力。围绕培养高素质创新人才这个立足点, 在2000年国家高等学校教学研究会的研究计划中, 我们选择了关于教学方法改革的理论与实践研究方向内容, 申请了《验证型实验、课程设计型实验、综合设计型实验、三阶段专业教学体系的研究》课题立项, 被列入21世纪初中国高等教育人才培养体系研究计划。立项编号为:C202。经过8年的探索和实践已将这一有实用的成果应用于本科实验教学。

1 三阶段实验教学体系的理论基础和意义

在立项前我们做了大量调查, 从调查结果看, 国内理工科院校教学计划内的专业实验课, 均以验证型实验为本科实验教学的基本手段。这种方法能够帮助学生消化知识, 掌握验证理论的基本方法, 学习做实验的基本技能, 这对刚刚步入专业课学习的学生来说是一个重要基础阶段。没有此阶段的学习和训练, 一味强调让不掌握基本技能的学生去搞设计型实验是不现实的。可以说验证型实验是提高学生实践能力, 加强掌握专业基本技能是必不可少的。然而, 实践证明, 仅用这种方法做为实验教学方法和手段教出来的学生两个能力匮乏, 是不能满足高校培养高素质人才需要的。因此改革实验教学环节, 在验证型实验的基础上加入课程设计型实验、综合设计型实验两个阶段的实验内容, 是理工科院校乃至全社会的呼唤和要求。设计型实验对于提高教学效果, 开阔学生们的视野, 拓宽知识面, 增强设计、创新能力, 培养社会需要的高素质创新型人才具有深远意义。

2 三阶段专业实验教学的基本做法

2.1 合理分配三阶段专业实验教学学时

验证型、设计型实验教学学时, 要遵照教育部的相关要求并结合实际合理分配。一般验证型实验为实验课总学时的2/3或1/2, 课程设计型为实验课总学时的1/3或1/2, 并将其纳入学校教学计划。综合设计型实验可视题目大小, 对有能力且有兴趣的学生实施开放实验。

2.1.1 三阶段专业实验教学体系的实施时间

按先安排验证型实验, 中间穿插课程设计型实验, 再安排综合设计型实验的顺序。合理安排三阶段实验教学的实施时间, 以此保证实验教学的连贯性。在专业课开出后, 验证型实验课应滞后于对应的专业理论课约1周时间开出, 上完3～4次验证型实验后, 即可开出课程设计型实验。综合设计型实验一般安排在大三下学期～大四上学期, 利用课余时间实施。题目大的实验可延至到毕业设计阶段完成。

2.1.2 设计型实验实验题目的选择

(1) 课程设计型实验的题目, 围绕专业课内容由专业课教师或实验课指导教师拟题, 提前布置, 向学生提出要求, 并按课程设计型实验工作程序运行。

(2) 综合设计型实验题目可设定为以下几种类型: (1) 学生自拟题目, (2) 大学生电子设计竞赛题目, (3) 教师承担的科研项目, (4) 实验室自用的仪器设备题目, (5) 毕业设计题目。

2.2 课程设计型实验工作程序

为了规范学生们的实验过程, 使实验有序化, 加快实验进程。经过几年的实践, 我们编制了课程设计型实验工作程序, 并以附录形式编入实验指导书。其简化程序为:拟定设计题目, 布制实验内容→划分设计小组→调研 (查阅参考资料) →制定设计方案, 设计电路, 计算各元件参数→各设计小组选择最佳设计上报→任课教师审查各设计组的设计内容→教师精选1～2套设计, 并按此设计准备实验元器件→各设计小组学习画图软件, 用微机画电路图、画PCB图→以班为单位组织设计讨论会 (2学时) →电路制做→调试电路、测量参数及波形→书写实验报告。按程序将调研, 查阅资料, 学习相关软件, 设计电路, 分组审察设计, 设计PCB板, 书写实验报告等工作内容放在课下进行。其余工作则在课上进行, 例如:集体讨论设计方案, 测量元件参数, 搭接电路, 分析排除故障, 测量等。

3 设计型实验的几个特色

3.1 设计准备

布置设计实验题目, 成立设计小组, 用一周课余时间让学生查资料、消化知识难点、设计电路、学习画图软件 (例如:PROTEL2000) , 设计小组内研究设计方案及确定最佳方案, 画电路图等。学生们对此深有感触:“设计电路对我们来说, 这是一个创新和超越, 也是一种挑战和可贵的经历。”

3.2以班为单位集体讨论设计方案

利用2学时, 以班级为单位组织讨论设计, 这是我们指导课程设计型实验独具特色的方法。这种方法它既能督促学生认真做设计, 又能检验设计工作成果。讨论课中, 各设计小组争先恐后发言, 讲原理、论方案。实验指导老师采取提问的方式对学生进行引导, 并对学生讲解的不足进行补充, 学生们认为, 这是他们走上讲台分析设计的锻炼机会, 同时也是一种心理素质的考验。走上讲台为同学讲解电路设计方案, , 就要对设计的电路分析透彻。面对老师和同学各种各样的提问, 事先要做充分准备, 要对专业知识融会贯通。通信063班学生孙宇韬在体会中说:“整个课堂弥漫着一种轻松、愉悦的气氛。我们带着好奇, 带着兴趣和老师一起去探索、去发现。这样的学习才是我们需要的。

3.3 循序渐进, 启发式教学

实验教师在课程设计型实验中, 细心讲解实验、循序渐进, 启发式教学、指导学生怎样去分析问题, 如何排除故障。使他们学到了不仅是一次设计型实验如何做, 而是设计的思路和电路测试方法。

3.4 灵活安排综合设计型实验

将综合设计型实验安排在课余, 对有能力且有兴趣的学生实施开放实验。大型题目可延续到毕业设计中进行。有利于题目的连贯和接续。我们组织、指导了锁相环构成的调制、解调器;射频技术应用;智能家居网络中电力载波调制、解调器的设计与实现;计算机网EI链路接口自愈保护系统等综合设计型实验。

4 实施三阶段实验教学的效果

学生们高度评价了这种实验教学方式, 绝大多数同学反映:“设计型实验受益匪浅。提高了分析问题和解决问题能力。以验证理论为主要内容的传统实验模式, 存在着方法单调, 不能充分发挥我们的积极性, 忽视了对我们综合素质的培养等弊端。而设计型实验给了我们一片天地, 充分发挥了我们的想象能力, 使设计方案林林总总, 真正的体现了“海阔凭鱼跃, 天高任鸟飞”。

通信035班学生岳子麒 (现东大研究生) 在体会中写到:“实验的乐趣完全在于实验的探索性, 运用自己所学的知识, 查找相关资料, 想方设法完成题目, 在实验中, 你会遇到许多从未遇到的困难, 走许多弯路。但当你能独立解决困难的时候, 你会有千舟已过万重山的豁然之感。当你通过自己的智慧设计出项目时, 用双手完成实验时, 那种成功的喜悦和自豪溢于言表”。

通信063班学生张锦仁在实验体会中写到:这是我们所做的第一次设计型实验, 其意义非凡, 巩固了理论知识, 增强了动手能力。大大加强了我们对高频电路这门课的兴趣。

通信034班学生戴华亮 (现上海交大研究生) 在东北大学报《总第1761期》登载《信息学院开展课程设计型实验调动学生参与实验热情》的文章, 深切地阐述了在老师引导下, 由学会到会学, 由学着做到做着学的转变, 真正体现了实验内容由浅入深, 循序渐进的过程。课程设计型实验激活了他们的创新思维, 身临其境地感受到了自我价值的实现。

许多学生在参加课程设计型实验后, 都感慨万分。在实验报告中写到:“课程设计型实验, 我们就经历了设计的全过程, 了解设计从哪开使, 在哪结束。怎样分析问题, 如何排除故障。学到了不仅是一次设计型实验如何做, 而是设计的思路和方法。创新思维得以开发, 使我们一生受益。”

5 结语

总之, 历时8年的探索与实践, 我们将单一的验证型实验模式, 改进为验证型实验、课程设计型实验、综合设计型实验三阶段实验教学模式。并已将这种实验教学模式完全纳入高频电子线路实验课中, 对这种实验教学模式历届学生们的评价是:“得到锻炼、开发了创新能力、难以忘怀的实验, 都希望多开这样的实验。”可以自豪地说在专业实验教学改革方面, 我们取得了非常成功的经验。

摘要：验证型实验、课程设计型实验、综合设计型实验、三阶段专业教学体系的研究与应用, 历时八年, 已应用于实验教学。其做法独到, 适用于工科院校专业实验教学, 深受学生们的欢迎。为高校培养高素质、创新人才提供了一个成功的经验。

关键词：验证型实验,课程设计型实验,综合设计型实验,实验教学,教学方法