拔尖型人才創新性實驗教學模式的研究與探索*

◆姜文聰 郭亮 劉潤華

1 引言

教育部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見指出，提高質量是高等教育發展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求，是實現建設人力資源強國和創新型國家戰略目標的關鍵。我國教育的目標是“培養數以億計的高素質勞動者、數以千萬計的專門人才和一大批拔尖創新人才”。如何在高等教育大眾化的背景下實施拔尖人才的培養戰略，提高教育的質量，是當前高等教育亟待解決的問題[1]。在教育改革體制下，制定多元化的人才培養目標，培養造就拔尖創新人才，是新形勢下教育的重要任務。

2 培養拔尖型人才的實驗教學理念與改革思路

實驗教學理念及培養目標

1）實驗教學理念。“拓展知識、提升素質、張揚個性、激發潛能”是拔尖人才培養的主導思想。以學生為本，以培養學生創新精神、創新能力為核心，能力培養與素質提升相輔相成，激勵個性，勇于探索貫穿始終的實踐教學理念，使實驗教學與時代的發展和社會需求相接軌[2]。

2）實驗教學培養目標。在當前國家教育的多元化發展的時代，中國石油大學作為石油特色類高校，為石油、石化及相關工程領域輸送拔尖的科技人才是教育的一貫宗旨。以培養“技能扎實、作風嚴謹、思維開闊、勇于創新，德、智、體、美全面發展的高級專門人才”為實驗教學的培養目標。

實驗教學改革思路及方案

1）實驗教學改革思路。目前實驗教學中心已將部分實驗課程單獨設課，構建了“基礎實驗—設計實驗—綜合實驗”的多層次實驗教學體系，但以教師為主導，學生在教師的指導下，按照實驗指導書中的步驟和方法完成實驗內容的教學方式無法更好地發揮學生的自主性和創新性[3]。實驗指導書中開設的實驗項目具有一定的局限性，無法更好地培養他們的工程實踐能力。就目前電子技術類的實驗課程的安排而言，實際項目的綜合訓練較少，如果僅在實驗箱上做實驗，學生體會不到PCB設計、元件位置、參數、組裝、焊接對電路性能的影響。

因此，在實踐教學中，針對拔尖學生基礎好、能力強的特點，構建“以器件性能實驗為主線，功能實驗為擴展，增加面向應用、面向實踐的研究性實驗”的新模式。

2）實驗教學改革方案，以電類專業實驗教學為例。

①建立完善以器件性能實驗為主線的“堆積木”式多層次實驗教學新模式。該模式類似于堆積木一般，從基本元件功能驗證實驗做起，層層深入，最終達到學生自主設計電路的目的。

②在實驗教學內容上，樹立“理論與實際相結合”的理念，將模擬電子技術與數字電子技術、電路分析多門課程的知識融會貫通，開設研究性實驗，即一些較復雜的完整的小型系統電路，讓學生自選題目，自行采購器件，由學生組內合作或組間討論，完成所有的設計、焊接、調試過程，達到培養學生實踐能力、自主能力、創新能力的目的。

③根據“拔尖班”基礎好、能力強的特點，建立“學生為主體、教師為主導”“集中開放相結合”的教學管理方式。

④勇于奉獻的教學團隊是方案實施的護航者，發揚團隊的凝聚力與協作精神。

3 建立拔尖型人才的實驗教學體系與內容

實驗教學體系 建立完善以器件性能實驗為主線的“堆積木”式多層次實驗教學新模式，即基本元件性能測試實驗、功能模塊實驗、綜合及研究性實驗三個層次。三個層次循序漸進、由淺入深，將理論應用于實踐。基本元件性能測試實驗為基礎性實驗，主要完成常用器件及芯片的測試功能；功能模塊實驗主要完成常用典型性電路的設計及測試；綜合、研究性實驗具備一定的實際應用性的，包含較廣泛的內容或涉及多門電類專業課程的知識點。該實驗教學體系的改革可更好地培養學生工程設計能力和綜合分析問題以及解決實際問題的能力，并且為學生參加大學生科技競賽等活動奠定了基礎。

實驗教學內容 根據拔尖型人才的特點，設立與學生實際相符合的、具有良好教學效果的實驗內容體系。

1）基本元件性能測試實驗。傳統教學往往是教師把各種器件的原理及應用采用灌輸的方式傳授給學生，導致學生對基本器件的感受不深刻，不了解器件的性能，在自主設計電路中不知如何選擇器件。基本元件性能測試實驗包括二極管、穩壓二極管、三極管、運算放大器、功率放大器等基本元器件的特性曲線測試實驗。

2）功能模塊實驗。以基本功能器件為基礎，構建簡單的功能模塊實驗，如二極管整流電路實驗、運算放大器運算電路實驗、三極管級聯放大電路實驗、功率放大器實驗、振蕩電路實驗等。

3）綜合、研究性實驗。以功能電路為基本模塊，以“堆積木”的方式，組裝成具有一定應用背景的實用電路。如溫度電橋信號調理電路綜合實驗，信號產生、調理與功率放大電路綜合實驗等。該系統電路均由學生自選題目，自行設計、焊接、調試完成。

4 完善拔尖型人才的實驗教學方法與手段

實驗教學方法 根據拔尖型人才基礎好、能力強的特點，建立“學生為主體、教師為主導”“集中開放相結合”的教學管理方法。

1）基本元件性能測試實驗，采用集中管理的方式。要求掌握常用電子元器件的特性與使用，以及基本電子線路的驗證與測試。對于此類實驗內容固定，任務較簡單，采用集中管理的方式，以教師為主導，集中授課的方式進行。教師在課堂上講解本課程的實驗要求、實驗方法、儀器設備的使用和操作程序等，學生采用軟件仿真與實際操作相結合的實驗方法進行理論數據與實驗結果之間的對比與驗證。

2）功能模塊電路實驗，采用半集中、半開放的方式。要求學生能夠靈活運用知識設計功能電路，由于不同層次的學生實驗能力、認知程度各有差異，實驗內容可分成必做部分與選做部分，教學方式采用半集中、半開放的方式。對于規定時間內沒有完成的實驗或對選做內容有興趣的學生，安排一定的開放時間。

3）綜合、研究性實驗，采用開放管理的方式。該類實驗題目較大，綜合性較強，并且需要學生查閱相關資料，補充一些新的知識才能完成最終的設計。教學方式采用開放管理，實驗內容、實驗時間、實驗室器件均對學生開放。學生可根據自己的能力及興趣選擇相關題目，以自主學習的方式完成設計。實驗室對學生開放，學生可使用實驗室的儀器設備以及元器件，在實驗室完成焊接、調試過程。

實驗教學手段 根據“學生為主體、教師為主導”“集中開放相結合”的教學管理方法，采用開放式教學、多媒體教學、網絡化教學相結合的教學手段。

1）開放式教學。在開放式實驗教學管理系統中，學生可以通過預約的方式，自主選擇實驗室及實驗時間來完成實驗，并預約使用實驗室的設備及相關器件或工具，使學生在實驗活動中由被動變為主動，充分發揮其主觀能動性。

2）多媒體教學。實驗課程中的授課部分已全部采用多媒體教學，多媒體課件和視頻錄像的使用，增強了實驗講解的直觀性并擴大了課堂的信息量，結合現場實驗的教學使學生更好地理解了實驗原理及相關設備儀器的操作方法[4]。

3）網絡化教學。教學中心開發的虛擬網絡實驗平臺使學生能夠實時地參與實驗教學，既為實際操作提供了良好的先前指導，又增強了實驗效果，同時也可緩解實驗設備及實驗時間不足等問題。虛擬網絡實驗仿真系統、實驗故障診斷系統幫助學生更靈活便捷地分析及解決實際問題。

實驗考核方法 根據實驗教學規律，針對不同層次的實驗采取不同的考核方法。

1）對于第一層次基本元件性能測試實驗：成績評定由預習報告（20%）、實驗操作（40%）、實驗數據（20%）和實驗報告（20%）四部分組成。

2）對于第二層次功能模塊電路實驗：成績評定由方案設計、軟件仿真、基礎實驗、拓展實驗和實驗報告五部分組成，各占20%。

3）對于第三層次綜合、研究性實驗：成績評定由設計報告（40%）、仿真與硬件調試（40%）和研究內容（20%）三部分組成。

5 結束語

在拔尖型人才實驗教學中，新的模式可以更好地培養學生的實踐技能，發揮學生的自主創新性，更好地開展因材施教。教學中心開放性的實驗教學體系，良好的實踐環境，先進的實驗儀器與設備，規范的實驗管理手段，以及勇于奉獻的實驗教學隊伍，為實驗教學改革的開展提供了優越的平臺。

但在實驗教學改革的初期階段仍然存在一些問題，如實驗教學與理論教學的進度一致問題。隨著教育多元化發展，社會需求對拔尖型人才會提出更高的要求。但隨著教學改革的不斷深入，會不斷更新與完善教學模式，與時代發展相接軌。

[1]王偉祖.大眾化教育階段拔尖人才培養模式的改革與實踐[J].紡織教育,2010,27(1):18-20.

[2]王建華.工科生物專業研究型人才實驗教學模式探索與實踐[J].科學咨詢:決策管理,2010(4):109-111.

[3]劉潤華,劉廣孚,任旭虎.“電工電子學”國家級精品課程的建設[J].電氣電子教學學報,2011,33(5):13-14.

[4]張建仁.土木類“結構設計原理”課程教學團隊建設的改革與實踐[J].中國電力教育,2011(1):76-77.