電工實驗課程建設與教學方法研究

孟祥貴，王 偉，邱曉天

（國防科學技術(shù)大學 機電工程與自動化學院，長沙 410073）

電工實驗課程建設與教學方法研究

孟祥貴，王 偉，邱曉天

（國防科學技術(shù)大學 機電工程與自動化學院，長沙 410073）

該文針對在基礎(chǔ)實驗過程中難以激發(fā)學生的實驗興趣和潛能、不能有效提高學生實踐動手能力的問題，以電工與電路基礎(chǔ)實驗為研究對象，從授課對象、教學目的、教學內(nèi)容和授課形式等幾個方面進行了詳細的分析和研究。在實驗教學過程中通過對學生的認知能力、實踐操作能力、在實踐中學習的能力和電路設計能力4個方面的培養(yǎng)，逐步提高學生的實踐能力，循序漸進地培養(yǎng)學生的綜合應用能力和創(chuàng)新思維能力。

電工實驗，實驗教學，大規(guī)模開放在線課程，教學方法

電工與電路基礎(chǔ)、電工技術(shù)基礎(chǔ)、電路分析基礎(chǔ)作為工科院校傳統(tǒng)的基礎(chǔ)課程，內(nèi)容經(jīng)典，實驗也有一定的傳統(tǒng)和定式［1］。伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教學方法和手段得到了一定的改進和提升，特別是MOOC課程的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)的教學模式，極大推進了教學改革的進程，實驗教學工作也應緊跟潮流，不斷推陳出新。如何通過實驗為學生打開一扇門，讓學生熱愛實驗，在實驗中發(fā)現(xiàn)并解決問題，促進學生的實踐能力和創(chuàng)新思維能力切實得到提高，是本校一直在思考的問題［2］。

1 建設內(nèi)容

學校自2012年開始，將電工與電路基礎(chǔ)實驗作為一門單獨的課程開展教學，這給予了實驗室更多的自主性，同時也對實驗教學工作提出了更高的要求［3］。學院還設立了實驗教學團隊崗，專門負責實驗教學內(nèi)容、教學方法的研究和實驗課程、實驗教學隊伍的建設。團隊崗教員以實驗室為單位，對實驗系列課程進行了全面的規(guī)劃、梳理和設計，對人員進行了合理安排，對每門課程提出了具體的授課要求，并收到了良好的教學效果。以電工與電路基礎(chǔ)實驗為例，電工與電路基礎(chǔ)實驗是學校十二五重點建設課程，每年實驗的人數(shù)較多，所以工作必須要全面規(guī)劃，要有系統(tǒng)性。為了上好這門課，本校在授課對象、教學目標、教學內(nèi)容和授課形式等幾個方面進行了研究和實踐，取得了一些成果和經(jīng)驗。

1.1 研究授課對象

電工與電路基礎(chǔ)實驗課程面向全校本科學員開設，授課對象分為學歷合訓和技術(shù)兩個大類的學員，合訓類有普通班和卓越指揮人才班，技術(shù)類有普通班和錢學森拓展班，每個班次又將學員分為不同專業(yè)。這樣的差異對實驗教學的要求各不相同，教學內(nèi)容各有側(cè)重，因此，須對學員先進行分析，研究各種學員前后課程的開展情況，在實驗拓展環(huán)節(jié)通過提出問題、創(chuàng)新實踐，讓學員與后續(xù)課程銜接，并利用學校組織的各種學科競賽、創(chuàng)新項目申報激勵學生有針對性地開展自主實驗［4］。

如圖1所示，對授課對象研究得越細，越便于拉近教員與學員的關(guān)系，便于溝通和交流，對實驗的要求和拓展也有很大的幫助。

圖1 授課對象的情況研究

1.2 突出實驗教學目的

實驗教學是對知識的消化和運用，具體到電工與電路基礎(chǔ)實驗課程，由于其是電類實驗的開端，對實驗的要求主要從4個能力的培養(yǎng)來體現(xiàn)，是一個循序漸進的過程，如圖2所示。

圖2 實驗教學目的分解

1）認知能力的培養(yǎng)。

主要包括電工電子元器件的識別、電工儀器儀表的使用、實驗環(huán)境資源的了解、開展自主實驗和創(chuàng)新實踐活動的要求和資源，通過這個環(huán)節(jié)的學習，激發(fā)學員的好奇心和參與實驗的主動性［5］。

2）實踐操作能力的培養(yǎng)。

通過應試教育的學生，大多都有重理論輕實踐的想法，實踐能力非常缺乏。所以在實驗教學中，首先要鼓勵學生動起手來，允許錯誤和失敗、鼓勵獨辟蹊徑、糾正從眾心里。在實驗管理上，嚴格執(zhí)行一人一組，不能在規(guī)定時間完成任務的可以預約其他時間完成。在實驗中注重學員獨立個性的培養(yǎng)，鼓勵創(chuàng)新，對學生提出的問題耐心解答。在實驗成績的評定上，主要從每次實驗操作情況、實驗報告撰寫情況和實驗考試成績來共同決定，實驗考試也以具體任務的實踐操作、現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理、得出結(jié)論為主。

3）在實踐中學習的能力培養(yǎng)。

通過實踐提出的問題是在應用中可能遇到的問題，對問題的解答可能要調(diào)動已經(jīng)學過的知識，有些甚至是常識。有些可能在理論知識還沒有學到，具有一定的挑戰(zhàn)性，通過實驗老師的介紹，也可以從現(xiàn)象到本質(zhì)（先實踐后理論），帶著問題去學習理論，效果也很不錯。這不僅培養(yǎng)了學生通過實踐學習知識的本領(lǐng)，還給學員提供了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的機會，提升了學員對知識的綜合應用能力和創(chuàng)新能力［6］。撰寫的實驗報告務實、有特色，水分少，分析到位，學員容易在實踐過程中找到興趣，培養(yǎng)實驗的主動性。

4）電路設計能力的培養(yǎng)。

實驗是一個循序漸進的過程，在這個過程中，老師要起到導演的作用，讓學生盡快入戲，并沉浸在自己的角色里，平等交流，少下命令，少約束，完成任務只是最基本的要求，學以致用才是最終的目的。學員電路設計能力的培養(yǎng)主要是通過學科競賽、學校組織的創(chuàng)新實踐活動、系所組織的有針對性的孵化活動來實現(xiàn)。

在能力培養(yǎng)過程中，加強對學員尊重實驗結(jié)果、不從眾、不弄虛作假的科學素質(zhì)的培養(yǎng)，并通過多層次的創(chuàng)新實踐活動激發(fā)學員的潛能和興趣。

1.3 教學內(nèi)容精心設計

1）以學生為主體，精講多練。

實驗的前方是工程應用，一堂好的實驗課應該恰當?shù)亟Y(jié)合知識點，包含豐富的工程信息量，提升學生工程應用的信心，是讓學生充滿新鮮好奇的2小時。這對實驗老師提出了很高的要求。在實驗過程中保持學員熱情，達到“知之，好之，樂之”的效果，所以備課內(nèi)容一定要實［7］，信息量要豐富、趣味性要強。講解不能太多，主要靠學員摸索。

2）內(nèi)容動態(tài)調(diào)整。

針對技術(shù)、合訓不同類別的學生，結(jié)合先進的實驗教學方法，每年調(diào)整實驗內(nèi)容，突出重點，提出不同的要求，解決學生心中的疑惑。實驗室在前期建設中，教學方面偏重于理論與實踐的結(jié)合，制作了實驗課件、視頻、內(nèi)容更新文檔、建設了演示試驗室。要達到學生理解課程的用途，這些還不夠，結(jié)合現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展，通過舉例、示圖、視頻和“解剖”是很必要的，在這個過程中，一是可以加深印象，二是可以適時的提出工程需求和問題，開拓學生的思維［8］，激發(fā)學生在自主實驗中確實有事可做。

3）重視課后反饋。

實驗課程開設的好不好，學員最有發(fā)言權(quán)。電工與電路基礎(chǔ)實驗每年有60多個實驗班，傾聽學員的反饋意見，對做好實驗教學工作是必需的。在傾聽的過程中，可以非常深刻地感覺到，一堂實驗課程的好壞程度與實驗指導教員對實驗的重視程度密切相關(guān)。根據(jù)學校的要求，每個理論教員都要參與實驗課程的指導，個別教員對實驗的要求比較放松，準備不充分，學員對此不滿意。通過對學員反饋意見的分析，可以更好地掌握學員的困難和需求，有針對性地調(diào)整實驗內(nèi)容、促進自主實驗和創(chuàng)新實踐活動的開展［9］。

1.4 實驗課程的多形式授課

實驗教學的形式隨著理論教學形式的發(fā)展也在發(fā)生很大的變化，如MOOC課程的出現(xiàn)，實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂的目的，其他如研討教學、案例教學、啟發(fā)式教學，形式多樣。電工與電路基礎(chǔ)實驗課程的教學在這方面也做了2年的探索，在形式上主要進行了以下2種形式的摸索［10］。

1）虛擬與實際操作結(jié)合。

電工實驗在設置上涵蓋了演示、基礎(chǔ)、實訓和創(chuàng)新4個層次的實驗內(nèi)容，并且讓實訓和演示內(nèi)容走在基礎(chǔ)實驗內(nèi)容的前面，讓學員拉近理論與工業(yè)應用之間的距離，在實訓中同步開展電工虛擬實驗，虛擬和實踐并重，對一年級的學員來說，非常容易接受。

2）自主實驗與集體指導相結(jié)合。

根據(jù)學員的不同類型，采取不同的實驗指導方式。對錢學森創(chuàng)新拓展班、卓越指揮人才等班級主要采用自主實驗的模式，其他班級主要采用集體指導和集體指導與自主實驗相結(jié)合的形式。自主實驗借鑒了國外開設實驗的經(jīng)驗，任務提前發(fā)布，開放研討教與學，嚴格考核和考察制度，滿足了不同類型學員的需求，達到了提高實踐能力的目標。

目前正在進行參考MOOC教學形式的實驗開發(fā)，結(jié)合實驗室現(xiàn)有的實驗條件，把重復的工作做簡單，將教員更多精力投入到內(nèi)容開發(fā)、綜合性實驗指導和融合學員興趣的綜合創(chuàng)新實踐活動［11］當中。但所有的改變都不是為形式而形式，而是以學員為中心，以提高實踐操作能力、綜合應用能力為目的，是教與學相互影響的結(jié)果。

1.5 形成特色，突出特點

總結(jié)多年的實驗教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，之所以有學員輕視實驗，對實驗提不起興趣，主要是由于:1）實驗內(nèi)容設計單調(diào)，與理論課程差別不大；2）形式上單一，我教你練；3）實驗教員沒有形成自己的特色，達不到吸引學員的目的。提高整體實驗教學的質(zhì)量，就要求每個實驗教員在施教過程中形成自己的特色，結(jié)合不同的專業(yè)優(yōu)勢和研究方向，結(jié)合實驗任務達到以點帶面的效果。同時創(chuàng)造與學員共同探討的氛圍，在施教過程中激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情，引導創(chuàng)新方向，鼓勵實踐活動［12］，讓學生在自主鉆研中收獲信心。并善于向?qū)W生學習，豐富自己的實驗教學方式方法。

2 建設效果

總結(jié)電工與電路基礎(chǔ)實驗的近2年的教學效果，尤其是學員的反饋情況，學員比較滿意的是傳統(tǒng)與創(chuàng)新相融合的教學方法，這種方法對學員和教員都產(chǎn)生了積極的影響。

1）學員實踐能力得到了提高。在課內(nèi)，學員與教員的溝通多了，實驗態(tài)度積極了。在課外，學員開展自主實驗的主動性增強了，申報創(chuàng)新實驗項目的多了，參加學科競賽的項目技術(shù)含量更高了，同時實驗報告內(nèi)容更實了、水分少了。

2）誕生了新的實驗形式。利用實驗室的開放平臺，開展了“孵化”活動，學員的動手能力和綜合應用能力很快得到提高。

3）實驗教員通過指導實驗課程、自主實驗、創(chuàng)新實踐和學科競賽，不僅豐富了自己的施教經(jīng)驗，還達到了更全面了解學員的目的。

4）畢業(yè)設計的質(zhì)量的提高。學員對畢業(yè)設計不再應付了事，而是更主動地參加設計實踐中，體驗其中樂趣，提高自身水平，提交出讓老師和學員本身都滿意的畢業(yè)成果。

3 結(jié)束語

綜上所述，圍繞如何激發(fā)學生的實驗興趣、努力提高學生實踐能力的問題，電工實驗教學團隊通過一系列教學措施和教學方法的改進，取得了較明顯的建設成效。學員的實驗積極性、實踐動手能力和老師的實驗指導能力都得到了提高，實驗過程管理更加規(guī)范，形成了系統(tǒng)的教學和管理體系。

［1］陳棣湘，孟祥貴，潘孟春，等.電工技術(shù)系列課程實驗教學的改革與研究［J］.實驗科學與技術(shù)，2007，5（2）:58-59.

［2］劉嘉南，胡今鴻.高校實驗教學改革項目管理平臺的建設［J］.實驗室研究與探索，2011，6（30）: 119-121.

［3］王偉，孟祥貴，安寅.電工實驗教學改革探討［J］.中國電力教育，2012（6）:78-79.

［4］陳棣湘，孟祥貴，潘孟春.基礎(chǔ)課實驗室建設與管理模式的探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26（5）: 144-146.

［5］孟祥貴，張澤鋒，向楨.以人為本，打造全開放的自主實驗平臺［J］.電氣與電子教學學報，2010（32）: 128-129.

［6］李有志，盧潔，付強，等.“破難題、創(chuàng)特色”的實驗教學改革的探索［J］，實驗室研究與探索，2011，12（30）:122-125.

［7］安寅，孟祥貴，王偉.軍隊開放性實驗室人才隊伍建設［J］.科技信息，2013（2）:120-121

［8］孟祥貴，張澤鋒，向楨.建好演示實驗室，激勵學生實驗興趣［J］.實驗室研究與探索，2010，29（1）: 138-140.

［9］安寅，孟祥貴，王偉.工程教育下的電工技術(shù)實驗教學改革［J］.實驗科學與技術(shù)，2013，11（1）:67-69.

［10］崔遠慧，牟俊，祈建廣，等.面向工程教育的電工學實驗教學改革方法初探［J］，實驗技術(shù)與管理，2012，4（29）:291-292.

［11］王偉，孟祥貴，安寅.“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”下的實驗教學改革探索［J］.實驗科學與技術(shù)，2013，11（4）: 144-146.

［12］楊露，孫怡，張守網(wǎng).高?！坝嬎銠C基礎(chǔ)”實驗教學改革與實驗室管理的實踐與探討［J］，實驗室研究與探索，2012，4（31）:306-308.

Research on the Electrical Experiment and Teaching Method

MENG Xianggui，WANG Wei，QIU Xiaotian
（College of Mechatronics and Automation，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）

Basic experiment process has a few of issues that it is difficult to inspire students’experiment interests and potential，and to improve students’practical ability.Aiming at the above issues，we take the electric circuit experiments as the research object to do some analysis from the aspects of teaching object，teaching objective，teaching content and teaching methods.Through the cultivation of the four aspects of students’ability including cognitive ability，practice ability and circuit operation ability，learning in practice design ability in the experimental teaching process，we gradually improve students’practice ability，and gradually cultivate students’comprehensive ability and innovative thinking ability.

electrical experiment；experimental teaching；MOOC；teaching methods

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.051

2015-03-26；修改日期：2016-09-06

國防科技大學十二五重點課程建設項目（2013年6月）

孟祥貴（1969-），女，碩士，高級實驗師，主要從事實踐教學與研究。