高校實驗教學對學生執行力和創新力的培養作用——光電類實驗課程教學過程探索

呂 暉，馬曉紅，趙華鳳

（清華大學 電子工程系，北京 100084）

實驗教學是提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力、培養學生創新能力的重要手段［1］，在高校人才培養中和理論教學占據著同等重要的地位，但是實驗課在學生能力培養環節中究竟是怎樣發揮作用的卻鮮有被研究，這也是實驗教學被扣了高帽卻依舊被忽視的重要原因之一。本文將結合實驗教學中具體的案例，淺析如何利用實驗內容培養學生在實踐中的執行力和創新力，以及目前所采用的設置預習課和討論式教學2種具有很好教學效果的特色教學方法。

1 執行力和創新力培養在實驗教學中的體現

1.1 執行力

現代社會對高校畢業生的動手實踐能力提出了越來越高的要求［2－4］，同時動手實踐能力也是實驗課公認的培養目標之一。動手實踐能力通常被理解為在實驗中解決問題的能力，但這樣的解釋還是會讓人困惑：“這究竟是怎樣一種能力，怎樣才能提高這種能力？”其實，一直被教育界熱烈討論的動手實踐能力，可以理解為在實踐過程中的執行力。這里“執行力”是借用人力資源管理專業的詞匯，其核心是指集體或個人把上級的思路、觀念、決策、規劃付諸實施的能力［5］。當然，不同的行業、不同的人對“執行力”的理解和解釋各不相同。在實驗教學中，執行力可以理解為將籠統的實驗目的細化為具體的實驗目標的能力，通俗說也就是把大問題掰開揉碎成小問題的能力。

以光電子技術實驗課中的“全息照相”實驗為例，這個實驗的總體目的是用物光和參考光2束相干光在全息干板上產生干涉，從而記錄下被照物體的振幅和相位信息，光路圖如圖1所示。

學生初看這個實驗通常會覺得很簡單，將一束激光分成2束，其中參考光直接照射到干板上，物光先照射到被攝物體上，再反射到干板上，實驗原理在理論課上學過，光路也很明了，只需要照著光路圖擺好實驗室提供的光學元件即可。有的學生在這種認知水平上就會開始動手做實驗，但是當他們開始擺光路時就會發現很多問題，甚至出現實驗做不下去的情況，有些學生即使按照光路圖擺好光路，也無法成功照出全息照片。這就是在實驗中缺乏執行力的體現。

實驗中的執行力，就是指在知道實驗的總體內容和目的后能一步一步深入地分析這個實驗，將抽象目標化為具體問題并解決問題的能力。還是以全息照相實驗為例，在有了光路圖后，具有執行力的學生就會思考：這個實驗的原理是用物光和參考光2束光產生干涉，那么讓光束產生干涉必須滿足頻率相同、偏振方向相同、相位相同的相干條件，激光器發出的光進行分束后頻率是相同的，那如何保證偏振方向相同？本實驗中所用的激光器發出的光偏振方向是垂直于實驗臺的，那么要滿足2束干涉光偏振方向相同，就要保證光束在經過任何一個光學元件后都是平行于實驗臺的。此時就會產生具體的問題，即怎么判斷光束是否平行于實驗臺，如果不平行要怎樣調節光學元件。再有，要想2束光相位相同就需要參考光和物光光程相等，那么怎樣測量物光和參考光的光程，如果光程不相等要怎樣調節光學元件的位置，在具體操作時要先調節什么后調節什么。如果學生在明白了實驗內容和實驗目的后能想到這些問題，并想出解決的辦法，那就可以說具備了實踐中的執行力。有了這種執行力也就具備了完成實驗的能力。

1.2 創新力

實驗教學作為高等教育教學體系的一個重要組成部分，是培養學生創新能力的重要環節［6－10］。創新的本意是以新思維、新發明和新描述為特征的一種概念化過程，雖然創新的主體在一個“新”字，但是“新”要從何而來。萬事都不可能是“無中生有”，而是“有中生新”。要想在一件事情上有所創新，必然要先在這件事情上打下深厚的基礎，這種有根基的“新”才是有意義的“新”。所謂創新的能力即創新的根基，而實驗教學所要給學生的正是“有中生新”的“有”，學生并不一定要在實驗課上有具體的創新行為，但是要收獲創新的根基，它既包括對科研基本方法的掌握，又包括對專業技術的正確理解。

那么實驗課是怎樣給學生這種創新根基的，這來源于學生對實驗目的和實驗技術的整體理解：這個實驗要完成什么樣的內容？采用什么樣的方法手段？利用了器件的什么特性？達到什么樣的目的？例如，光電子技術實驗課中的光纖光柵特性與應用實驗，這個實驗需要學生在實驗中測量并記錄大量的數據，并由這些數據中解調出光纖光柵反射峰的位置。學生在做實驗的時候往往會糾結于對一組一組數據的記錄，然后用這些數據繪出光譜圖。這樣的做法并沒有錯誤，但卻失之于拙。根本原因在于學生并沒有很好地理解實驗要達到的目的和采用的方法、手段。這個實驗的目的是用光纖光柵反射峰位置的變化來監測懸臂梁的彎曲程度，利用的是光纖光柵反射峰位置隨著光纖光柵拉伸程度而改變的特性。如果明確了這樣的目的，那么就可以先采用大步長快速地粗掃一遍光譜，得到反射峰的大致范圍，然后再在這個小范圍內采取小步長細致掃描，記錄波長－光強數據組，從而得出反射峰的精確位置。由這個實驗，學生可以掌握一種很重要的基本科研方法，就是先粗測后細測。

然而實驗的最終目的并不僅僅是讓學生解調出反射峰位置進而監測懸臂梁的彎曲程度，而是要求學生能真正了解光纖光柵這個光學元件的特性，并認識到可以利用這種特性將它應用于傳感領域。如果學生能認識到這一步，就可能會想：在這個實驗中光纖光柵是對應力進行傳感，它的反射峰是否還會隨著別的參量變化？利用它的這種特性還能對什么參量進行傳感？甚至，再擴展一點，有的學生可能會想到能否利用光纖光柵的反射特性制作光波分復用（WDM）器件、能否制作光纖激光器等，那么光纖光柵也可以在光通信領域應用了。如果學生能由這個實驗想到上面擴展性的問題，這個實驗就成功地為學生今后的科研打下了良好的創新基礎，也就是說實驗教學對學生創新力的培養體現在學生完成實驗后能否從繁復的數據和精密的調節中跳脫出來，在對實驗方法和實驗技術的認知上有所改進和提升。

2 教學方法

實驗教學對學生在實踐中的執行力和創新力的培養作用，體現在實驗教學過程中就是要求學生既能“扎下去”將籠統的實驗目標逐步深入地拆解成可操作的具體實驗步驟，又能“跳出來”在整體目標、技術手段和實驗方法上提升對實驗的認知水平。如何讓學生先“扎下去”后“跳出來”，需要在教學方法和教學程序上進行研究。我們目前的光電子技術實驗課采用了設置預習課和討論式教學兩大特色教學方法。

預習課設置的獨特之處是學生要到實驗室來進行預習。在實驗室，學生可以看到實驗中所要用到的所有儀器和元件，并且可以在不通電的情況下進行簡單操作。學生在實驗臺前的預習中能形象地認識到將要進行怎樣的操作，可能會遇到什么樣的困難，自己還有什么地方不明白。預習課上還有一個關鍵的環節，就是教師向學生進行提問。提問的目的并不僅僅是要求學生通過預習給出正確答案，更是要通過問題來引導學生在實驗中一步一步“扎下去”，通過問題引導學生自覺地、有意識地將大的實驗目標拆解成具體的實驗步驟，從而達到提升實踐執行力的目的。

在預習以及正式實驗過程中，本課程均采用討論式教學。學生在實驗中遇到的任何問題都可以向教師提問，而討論式教學并不僅僅是教師回答學生的問題，它的本質是教師要由學生的問題和實驗進度了解他在實驗中的思路和對實驗的認知水平，并通過提問和討論的方式激發起學生內在的學習和創新潛能。另外，我們要求學生在實驗過程中記錄原始數據，并在實驗完成后和教師就實驗結果進行討論和分析。在整個教學過程中，教師最好不給學生結論性答案，將指導重點放在啟發學生自主思考和提出問題上。

3 結束語

由學生對光電子技術實驗課的教學評估和課后反饋來看，以上2項教學方式可以很好地幫助學生在實驗中先“扎下去”后“跳出來”。學生普遍反應上完光電子技術實驗課后，自己的動手能力和實驗信心提高了、科研視野和科研思路拓寬了，更有相當部分學生認為光電子技術實驗課的內容就好像是微型科研，讓他們改變了對“做實驗”的看法和態度。

實驗教學在高校人才培養體系上有著非常重的分量，不僅要引導學生利用課上學到的實驗知識和實驗方法解決身邊的問題，也要把課堂上講授的理論知識和現實生活中應用的具體例子相結合［11］。但是實驗課究竟能給學生什么樣的知識、素養和技能，要通過什么樣的實驗內容和教學手段才能最大限度發揮實驗課的作用，還需要進行更多深入的研究和探索。

（References）

［1］郭大勇，宣華，胡和平.轉變實驗課培養模式，推動實驗室開放型教學［J］.清華大學教育研究，2004，25（5）：98－100.

［2］熊薇，鮑鴻.以學生為本 完善實踐教學體系［J］.實驗室研究與探索，2009，28（6）：243－246.

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［6］張桂菊，肖才遠.基于學生創新能力培養的機械類實驗教學研究［J］.科技創新導報，2012（5）：165－167.

［7］李震，朱昌平，范新南，等.“3＋1”教學模式與學生創新實踐能力的培養［J］.實驗技術與管理，2007，24（1）：128－130.

［8］王京生.實驗教學改革的探討與創新［J］.科技創新導報，2010（14）：171.

［9］王海燕.高校實驗室管理存在的問題和出路［J］.科技創新導報，2010（13）：212.

［10］楊宏偉.強化實踐環節，促進研究性教學與素質教育相結合［J］.實驗技術與管理，2007，24（1）：14－16.

［11］李金萍，陸玲，劉自強，等.數字圖像處理課程實驗教學改革探索［J］.科技視界，2012（7）：23－24.