王文東 袁小慶 史儀凱 趙妮

[摘要]該研究為適應(yīng)新工科建設(shè)與創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)的需要，提出了四項(xiàng)“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的基本措施，即建設(shè)形式多樣的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，建設(shè)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室并優(yōu)化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開放實(shí)驗(yàn)室并采取開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在細(xì)化、調(diào)整考核模式的基礎(chǔ)上新增考核內(nèi)容等，然后針對每項(xiàng)措施給出具體的實(shí)施方案。改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和知識綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)，符合新工科建設(shè)要求。

[關(guān)鍵詞]新工科;“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式改革

[中圖分類號]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]2095-3437（2020）02-0023-04

一、前言

“新工科”的概念在2016年首次被提出，教育部組織高校開展深入研討，逐漸形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”，這標(biāo)志著高等工程教育進(jìn)入新工科建設(shè)階段[1]。人才培養(yǎng)是高校發(fā)展的核心目標(biāo)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是工程人才培養(yǎng)的必要條件，創(chuàng)業(yè)能力是新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必備能力，創(chuàng)新能力是產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的源泉以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須具備的核心競爭力。因此，新工科建設(shè)要把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)植入人才培養(yǎng)方案[2-3].“新工科”的內(nèi)涵具體而言就是以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，樹立大工程觀、綠色工程教育、全面工程教育“新理念”，構(gòu)建新興T科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學(xué)科專業(yè)“新結(jié)構(gòu)”，探索實(shí)施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質(zhì)量”，建立完善的中國特色工程教育“新體系”[4]。

新工科建設(shè)目前主要存在以下幾方面問題[5]：政策方面的頂層設(shè)計(jì)和引導(dǎo)作用不足，工程教育體制不夠完善，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合未達(dá)預(yù)期效果，學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力不足。

中國擁有世界上最大規(guī)模的工程教育，工科在校生占高等教育在校生總數(shù)的1/3，近年來每年T科本科畢業(yè)生占世界- -科本科畢業(yè)生總數(shù)的1/3以上[6]。實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代大學(xué)的心臟，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，以新工科為教育主線開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能適應(yīng)新時代人才培養(yǎng)的需要。

二、“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

實(shí)驗(yàn)室是高等學(xué)校實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的重要基地。實(shí)驗(yàn)室面向全體學(xué)生開放，為學(xué)生提供全方位的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐條件是教學(xué)改革的重要內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才、實(shí)施素質(zhì)教育的客觀要求。如何搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，一直是工科教學(xué)中的重要問題[7]?！半姽W(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展的目的，不僅是用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所學(xué)理論知識，更主要的是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)掌握基本的電工電子實(shí)踐技能，觀察實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題，并能應(yīng)用電工學(xué)的理論分析、解決實(shí)際問題[8]。

傳統(tǒng)的“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下幾方面不足[9]。

（1）實(shí)驗(yàn)時間有限。如果實(shí)驗(yàn)太難或者內(nèi)容過多，在有限的時間里就不能完成，教師只能簡化實(shí)驗(yàn)或者選取比較容易的實(shí)驗(yàn)來做，這就不利于學(xué)生對知識的理解和掌握。

（2）以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。大部分院校主要開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這種方式雖有助于學(xué)生理解所學(xué)知識，但實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)步驟等都是確定的，缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這不利于學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)。

（3）實(shí)驗(yàn)缺乏創(chuàng)新。傳統(tǒng)的“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論課程，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是由教師選定的，這不利于學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮。

（4）實(shí)驗(yàn)條件差異大。由于自身實(shí)驗(yàn)條件不夠好，好多學(xué)校無法實(shí)現(xiàn)單人單組實(shí)驗(yàn)。多個學(xué)生一組，不利于學(xué)生根據(jù)興趣與特長自由選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

另外，開放式實(shí)踐教學(xué)只是在少數(shù)院校開始采用，但是各院校的落實(shí)程度相差很大，這就不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)[10-11]。為了適應(yīng)新形勢的發(fā)展要求，需要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，以便于學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此必須對傳統(tǒng)的“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。

三、“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)的新工科教學(xué)與考核模式改革措施

針對“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)巾存在的問題，可以采取的改革方法為“三結(jié)合法”，即“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、EDA仿真實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”;教學(xué)模式上采用“強(qiáng)化預(yù)習(xí)、教師指導(dǎo)與綜合設(shè)計(jì)相結(jié)合”;考核方式上采取雙向考核模式，并通過調(diào)整、細(xì)化與新增考核標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地體現(xiàn)分?jǐn)?shù)與能力的相關(guān)性。對教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的改革要注重強(qiáng)化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、增加網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源、整合優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、引入電路仿真分析、增加綜合類設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。

（一）開展仿真實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)

理論教學(xué)環(huán)節(jié)涉及的分立元件較多，實(shí)驗(yàn)室受資源條件限制無法滿足全部演示要求，可以采用Multisim、psplce等軟件提供實(shí)驗(yàn)室不能提供的新器件，節(jié)省因元器件安裝、電路調(diào)試產(chǎn)生的費(fèi)用和時間，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的。同時，軟件仿真環(huán)節(jié)不僅有助于較快解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，而且能拓寬學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

我校電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)巾心在仿真實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)巾采取的具體措施為將Multisim等仿真軟件作為學(xué)習(xí)工具融人課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)巾，選擇實(shí)驗(yàn)任務(wù)巾的2個實(shí)驗(yàn)為必做的仿真實(shí)驗(yàn)，并將其分為3個階段：第一階段為仿真建模與結(jié)果演示階段，完成基本功能練習(xí)和指定任務(wù)操作;第二階段為綜合拓展階段，需要結(jié)合工程應(yīng)用案例完成相應(yīng)的建模與仿真;第三階段為總結(jié)報告階段，是一個思考、總結(jié)、提升的環(huán)節(jié)。經(jīng)過這個過程學(xué)生不僅能積極主動地參與工程應(yīng)用問題思考，其動手能力、自主學(xué)習(xí)能力和分析解決問題能力等也得到提高。另外，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)給每組學(xué)生發(fā)放一套器件，讓他們按照實(shí)驗(yàn)的要求課下完成實(shí)驗(yàn)電路的連接，調(diào)試好以后再到實(shí)驗(yàn)室開展驗(yàn)證。這種方法不僅能鍛煉學(xué)生獨(dú)立動手組裝、焊接和調(diào)試電路的能力，而且能節(jié)省課堂實(shí)驗(yàn)時間。學(xué)生可以在課堂上學(xué)習(xí)更多諸如EDA仿真軟件應(yīng)用等方面的新內(nèi)容和新技術(shù)，從而提升自身的綜合設(shè)計(jì)能力。

（二）開展綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與優(yōu)化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本文提出綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化整體方案，如圖1所示，其總體思想是在建設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的最終目標(biāo)。

綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要求綜合應(yīng)用本門課程的多個知識點(diǎn)，甚至需要運(yùn)用其他課程或?qū)I(yè)知識才能完成，其開展目的是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)分析和應(yīng)用創(chuàng)新的能力。不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生，指導(dǎo)老師輔助指導(dǎo)，教師出題與白選題目相結(jié)合。合理選用啟發(fā)式、討論式、開放式與組合式相結(jié)合的教學(xué)方法，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動能真正建立在學(xué)生自主選擇、主動探索的基礎(chǔ)上，他們通過查閱資料、討論思考、親身體驗(yàn)、咨詢探究等方式獲得本實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案。

我校電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采取的具體措施是根據(jù)課程性質(zhì)獨(dú)立開設(shè)3門與理論課程配套的實(shí)驗(yàn)課程，分別為電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)和電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上開設(shè)學(xué)生可以白由選擇的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生根據(jù)課程要求選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時鼓勵創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生去參加國家大學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、飛思卡爾智能車競賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外科技作品競賽、智能機(jī)器人大賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和就業(yè)競爭力。在各類競賽中取得一定成果的項(xiàng)目，通過精心設(shè)計(jì)驗(yàn)證可以將其轉(zhuǎn)化為新的綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為開放性實(shí)驗(yàn)提供很好的素材。

（三）開放實(shí)驗(yàn)室與采取開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

1.時間與空間的開放

實(shí)驗(yàn)室全天候開放，通過注冊的學(xué)生，可以自由選擇時間到某個實(shí)驗(yàn)室練習(xí)各種儀器的操作，或者開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和其他競賽項(xiàng)目等，這種時間和空間的完全開放給學(xué)生提供了更多的選擇自由，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

2.教學(xué)內(nèi)容的開放

根據(jù)學(xué)生的興趣、專業(yè)背景和能力不同，對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行合理整合、精選和更新，將其分為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)多樣化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生可以自由選擇基礎(chǔ)驗(yàn)證性、綜合設(shè)計(jì)性或研究性的實(shí)驗(yàn)。

3.教學(xué)方式的開放

為了節(jié)約時間和擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師將儀器儀表常規(guī)操作規(guī)范、注意事項(xiàng)、使用流程等內(nèi)容錄制成視頻放在教學(xué)網(wǎng)站上，學(xué)生可以課前自由安排時間學(xué)習(xí)，同時預(yù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的原理、目的、內(nèi)容、步驟等。在課堂上，教師選講某些重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，補(bǔ)充相關(guān)知識，要求學(xué)生單人單組完成必做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上有能力開展綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，可以獨(dú)立或者組隊(duì)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

開放實(shí)驗(yàn)室必須加強(qiáng)管理，為了落實(shí)實(shí)驗(yàn)室深度開放政策，對認(rèn)證通過的學(xué)生放寬其進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的時間。在開放實(shí)驗(yàn)室落實(shí)監(jiān)督和管理實(shí)驗(yàn)室資源的舉措，比如完善監(jiān)控系統(tǒng)，學(xué)生申請領(lǐng)用所需物品時要規(guī)范登記流程，提示使用規(guī)則和歸還要求，制定追責(zé)規(guī)定與制度，實(shí)施師生共管共治，指定時間與區(qū)域負(fù)責(zé)人，發(fā)揮組長的帶頭作用，同時聘請研究生助教協(xié)助管理與解決現(xiàn)場問題。

（四）采取雙向考核模式并優(yōu)化考核評價體系

從人力資源開發(fā)和管理的角度來看，建議采用雙向考核以及評價與激勵并用的管理模式。雙向考核即指導(dǎo)教師考核上課的學(xué)生，確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果;上課的學(xué)生考核任課教師，激勵任課教師提高教學(xué)水平。對教師的考核與評價需要注意以下幾點(diǎn)：一是考核評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該與新工科學(xué)科專業(yè)建設(shè)的總體目標(biāo)和階段任務(wù)相一致;二是應(yīng)該將考核評價與績效管理相結(jié)合，及時反饋評價結(jié)果并分析原因、解決問題。對教師進(jìn)行激勵的目的在于充分調(diào)動教師參與新工科專業(yè)建設(shè)的積極性和主動性，其政策的制定應(yīng)該立足于教師的長遠(yuǎn)發(fā)展，即教師經(jīng)歷的豐富以及能力和素質(zhì)的提高，而不是教師短期工作任務(wù)的完成。對學(xué)生的考核評價主要采取教師評價、學(xué)生白評、學(xué)生互評、結(jié)題報告相結(jié)合的辦法，按照一定的比例確定最終成績，改變單憑實(shí)驗(yàn)報告判定成績的現(xiàn)狀。

對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核，主要通過細(xì)化、調(diào)整、新增考核指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化考核。課程教學(xué)與考核模式改革調(diào)整后的內(nèi)容安排與各部分所占比例如表1所示。要通過完善考核和評價體系，來促進(jìn)學(xué)生求真務(wù)實(shí)地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。采取全過程的考核模式，減少重復(fù)驗(yàn)證性的考試內(nèi)容。師生之間形成一種默契，彼此都不再關(guān)心“考試”，而是將學(xué)習(xí)、考試、考核融為一體，這樣有利于改變學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。

四、結(jié)語

在這3年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革中，我們始終堅(jiān)持將培養(yǎng)大學(xué)生的工程實(shí)踐和科技創(chuàng)新能力放在首位，已經(jīng)取得初步成效，探索出了在技術(shù)基礎(chǔ)課教學(xué)中培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的途徑。實(shí)驗(yàn)課程調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對改革后的教學(xué)模式非常認(rèn)可，認(rèn)為它能普遍提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)和動手操作的興趣，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滿意度高達(dá)95%。開發(fā)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)十幾項(xiàng)，主動參與并完成綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生較之前增加了35%。近3年，我校電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為5000余名本科生完成“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)系列課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐提供了支撐，指導(dǎo)、支持本科生參加各類競賽并獲得國家級獎項(xiàng)近10項(xiàng)，省部級獎勵30余項(xiàng)，校級和其他競賽接近100項(xiàng)，受益學(xué)生覆蓋面非常廣。

本文針對“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，以提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，探索了“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的途徑，符合新工科建設(shè)要求，幫助教師實(shí)現(xiàn)從知識的傳遞者轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅是“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的重點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)新工科目標(biāo)的關(guān)鍵，必須不斷探索與實(shí)踐，逐步完善創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系和模式。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]

[收稿時間] 2019-03-18

[基金項(xiàng)目]西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“《電工學(xué)》課程混合式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐”（W015305），教學(xué)與考核模式改革項(xiàng)目“電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)”。

[作者簡介]王文東（1984-），男，山東嘉祥人，博士，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：電工學(xué)系列課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)研究。袁小慶（1979-），男，河南確山人，博士，副教授，碩導(dǎo)，寶鋼教學(xué)名師，陜西省電工學(xué)研究會副理事長，研究方向：電工學(xué)系列課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)研究史儀凱（1952-），男，陜西興平人，本科，教授，博導(dǎo)，第四屆高等學(xué)校教學(xué)名師獎獲得者，陜西省教學(xué)名師，中國電工學(xué)研究會副理事長，研究方向：電工學(xué)系列課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)研究趙妮（1976-），女，陜西西安人，碩士，講師，研究方向：電工學(xué)實(shí)驗(yàn)系列課程教學(xué)及相關(guān)研究。