電類課程研究型教學模式與學生創新能力培養研究

張冬至，劉潤華，王 平, 任旭虎, 郝寧眉

(中國石油大學(華東) 信息與控制工程學院，山東 青島 266580)

電類課程是國內外理工科專業的基礎課程，包括電工電子學、電路分析、模擬電子技術、數字電子技術等在各高校電類及非電類專業均有開設。長期以來，電類課程的教學采用“書本+課堂教學+考試”的灌輸式應試教育方式，課堂教學只注重結果而不注重學習過程的評價。無論是課堂教學，還是課程作業、實驗報告及期末考試，對學習的考核只關注結果，學生自主學習和創新探究興趣不高[1-2]。近年來電類課程教學改革正朝素質教育與創新教育的目標邁進。我校的電類課程逐步完成了模塊化的課程體系改革，在教材建設、實驗教學改革和教師教學水平等諸方面，取得了較好的成果[3-6]。但是由于傳統教學模式和應試教育的束縛根深蒂固，在教育理念與教學模式上缺乏對學生科學思維的訓練和學術探究熱情的激發，致使學生知識面狹窄、綜合素質和適應性不強，難以適應當前培養高素質創新型人才的教育目標。隨著信息技術的迅猛發展，教學中對電類課程的要求越來越高，如何更好地調動學生的興趣、擴展學生的知識面、激發學生探究知識的潛能和動力、提高實踐應用能力、提高課堂學習效率等，已經成為擺在我們面前迫切需要改革的課題[7-10]。

教育部對當前的高等教育與人才培養模式改革非常重視，培養時代需要的高素質創新型人才已經成為全國高等教育的一項重要的戰略任務。在2012年教育部頒布的“關于全面提高高等教育質量的若干意見”中指出：“ 創新教育教學方法，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學，注重學習過程考查和學生能力評價”，“支持本科生參與科研活動，早進課題、早進實驗室、早進團隊。改革考試方法，注重學習過程考查和學生能力評價”。這一指導性文件，把改革培養模式和教學方法、培養大學生的創新能力放在了重要位置。研究型教學作為一種嶄新的教學理念，它注重學生知識、能力和素質的全面發展，注重在以探索和研究為基礎的教學過程中培養學生的研究能力與創新能力，重在培養學生的研究型思維和對學術規范的掌握，同時強調對學生個性化的尊重，注重學生的自由發展[11-13]。基于此，本文以研究型教學為導向對電類基礎課從教學方法、教學手段、創新實踐教學、多元化考核體系上進行改革和創新，著力解決人才培養和教育教學中的突出問題，努力構建研究型教學新模式，有效推進自主探究式學習，對于提高學生的學習興趣、探究思維能力和創新型實踐能力具有重要的意義。同時，通過電類課程教學模式改革的示范和輻射作用，對于其他課程的研究型教學和創新人才的培養具有很好的推動作用。

1 以學生為主體建構研究型教學方法

1.1 課堂教學采用“理論課+習題課+討論課”的組織形式，推進實施研究型教學

課堂教學是學生學習的主戰場，單一的課堂教學模式已不適應當前創新人才的培養。我們在研究型課堂教學模式中采用 “理論課+習題課+討論或專題研討課”的組織形式，推進研究型教學。理論課負責講授電類元件特性、基本概念和基本分析方法，授課內容聯系工程實際，體現少、精、寬、新的特點，充分利用黑板推導、實物演示、現場仿真、現場實驗、Flash動畫和視頻錄像等多種教學手段，有效地提高授課質量；習題課負責復習和鞏固大課講授的內容，采用分析型和綜合型練習相結合，提高學生對問題的分析能力和工程設計意識；討論或專題研討課將若干電學領域中的重要知識點和生活中經常遇到的電現象用電學理論的分析方法進行分析和討論，鼓勵教師將科研過程中遇到的相關問題加以提煉，建立合理的電路模型，在課堂中組織學生進行討論，用學過的電路原理的基本概念和方法加以解釋，讓學生了解所學基本理論的典型應用領域及最新科技前沿。多樣化的課堂教學模式不僅可達到啟發創新性思維的目的，而且可提升研究型教學的內涵。

1.2 課堂教學以學生為主體，實行融啟發性、互動性、參與性于一體的教學方法

當前的電類基礎課教學大多仍依賴于“滿堂灌”的灌輸式教學模式，以教師主動講授，學生被動接受為主要特征，在教學過程中教師“滿堂灌”的主導性地位尤為突出，而學生的主體性地位卻被習慣性忽略。在這樣的傳統教學模式下，理論學習與實踐應用脫節，學生發現問題和分析問題的能力不足，學生的參與性和互動性不夠，教學效果往往很不理想，已遠不能滿足創新型人才培養的需要。倡導課堂教學以學生為主體，采用啟發性、互動性、參與性等多種形式引導學生獨立思考，培養學生由發現問題進而分析并歸納總結規律的探究式思維能力。在教學中盡量避免平鋪直敘去介紹教學內容，而是通過提出問題、創設問題情境、提出假設，從探究式角度引導學生去思考、評價、驗證與總結。例如講解戴維南定理，可通過例題或作業習題采用電路等效變換的角度啟發學生，將一個含源網絡變換為一個電壓源和電阻串聯組合的形式，引導學生總結規律并得到戴維南定理的內容。

在教學中體現知識點被發現的過程，實施多引導、多討論、互動參與的教學方式，可為學生營造一種良好的探究式思維訓練的氛圍。理論聯系實際，應用現實實例印證、鞏固和擴展所學到的基礎知識，培養學生對所學知識的應用意識和潛在的思維創新能力。例如由平衡電橋學習引導學生利用電橋法實現電阻的測量、由串聯諧振引入收音機的調頻選臺等，這樣不僅可加深學生對基本概念的理解和基本分析方法的掌握，而且使學生產生強烈的求知欲，鍛煉學生的研究型思維能力和學術視野。

1.3 設置仿真型作業和設計型作業，激發學生自主學習興趣，加強開放思維訓練

課程作業是培養和考察學生創新能力的重要環節，在研究型教學模式中我們采用多元化作業形式，注重實踐性、設計性和開放性。課程作業設置計算分析型作業、仿真型作業和設計型作業等類型。其中，計算分析型作業主要通過精選的習題使得學生熟練掌握電學基本概念和分析方法；仿真型作業要求使用Multisim、Matlab、EDA、Protues等計算機軟件對電類課程理論進行仿真分析，譬如文氏電橋、串聯諧振、動態電路、運算放大器等內容設置自主仿真作業，一方面解決了學時少與教學內容多之間的矛盾，另一方面讓學生掌握電路仿真軟件，為課外科技活動和后續課程教學奠定良好基礎；設計型作業培養學生的自主創新意識，如簡單的LC濾波網絡設計，由文化電橋構成的正弦波發生器設計、占空比可調的方波發生器設計等，引導學生靈活運用課堂所學知識，提高學生的學習興趣，加強開放思維訓練，并拓展其學術視野。加強對仿真型作業和設計型作業的考核，學生會主動為之投入大量的時間和精力，非常有利于激發學生的自主學習興趣與學生創新能力的培養。

1.4 采用項目導向教學方法，構建開放學習環節，激發學生求知欲及創新精神

針對當前“教師講，學生聽”的被動教學模式，采用“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”的教學方法，將轉變學生的消極學習方式，構建開放的學習環節，創造學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。根據教學目標將學習過程分解為以具體項目為導向的教學方案進行實施，項目的設計要有一定的綜合性、可實現性以及實物性，即學生通過自己的努力最終完成有一定實際價值或功能的作品。例如測量放大器的設計、聲控照明電路設計、恒溫控制器的設計、油罐液位測量電路的設計、搶答記分電路設計等。項目根據其難易程度分成基礎型項目和開放型項目。基礎型項目包含每章大綱所要求的基礎內容，需由學生各自獨立完成，從而保障學生掌握扎實的理論基礎。開放型項目由學生自主協作完成，每3～5名學生組成一個學習小組，各小組的題目不重復，以抽簽的形式決定各組的題目，自主查找資料確定設計方案交教師審核，包括完整的電路圖，設計計算，仿真結果和元器件清單等。審核通過后實施項目，到實驗室在萬能板上完成電路焊接和調試。項目完成后，以班級為單位自主組織答辯和項目評價，答辯小組由班長、課代表、學生代表等5～6人組成。各學習小組將項目實施情況制作PPT進行匯報，然后由答辯評委根據設計報告、仿真與實驗結果、作品展示、口頭講述、回答提問等進行評分。

在電類基礎課教學中采用項目導向教學方法，教師由主導變為引導，學生由被動學習變為自主學習，不僅可激發學生的學習興趣和動力，而且可培養學生實事求是、嚴謹求實的工作作風。學生在項目完成的過程中，通過自主學習、方案設計、體驗感悟、實踐操作、自主評價等活動獲得知識和技能，以小組合作的方式進行研究型學習活動，在不斷解決實際問題中大大提高他們的學習能力、工程實踐以及團結協作能力，這些正是現有教學模式下學生所欠缺的。

2 全方位多層次建構實踐教學新模式

實踐教學是工程型創新人才培養的重要途徑。目前實踐教學基本上都依據專業教學計劃來組織教學工作，實踐方式大多采用教師先講，學生按照教師的布置或者指導書上的步驟，按部就班，完成實踐操作。學生雖然參與了實踐教學活動，但實質上是處于被動接受的狀態，其學習的主動性、積極性受到一定的限制。在這種模式下，雖然也強調實踐能力的培養，但這種能力是被當作技能并以“知識”的形式加以傳授，從而導致學生缺乏“創造性”應用能力的培養。針對這種現狀，我們探索了一種全方位多層次的實踐環節教學模式，打破了傳統實驗模式在時、空、資源和內容上的限制，實現了自主研究、開放型的實驗教學新模式。

(1) 實施多元化實驗教學模式探索。在傳統驗證性實驗的基礎上，設置開放性、設計性與綜合性實驗。驗證性實驗是依據教學大綱要求進行預先設計的低層次性實驗，適用于基礎訓練階段，但不利于學生創新能力的培養。實驗的開放性體現在實驗選題相對開放、實驗室在時間和儀器上開放、實驗人員的組合開放；設計性體現在實驗的內容由學生自主設計、獨立完成實驗，如要求學生應用運算放大器的相關知識，獨立設計用于求解動態電路的模擬計算電路和各元件的參數，并獨立完成實驗；綜合性體現在一個實驗的內容可以覆蓋電路原理的多個知識點，可以采取實物實驗、虛擬儀器和計算機仿真相結合的綜合方法，要求學生根據確定的選題編寫實驗指導書，最終完成該實驗并寫出實驗報告。多元化實驗教學模式可有效訓練學生的科研能力，激發學生的研究興趣。

(2) 現場實驗和仿真實驗相結合。隨著計算機的普及和電子設計開發工具的不斷發展，將Multisim、Matlab、EDA、Protues、VHDL、Verilog等各種實用的仿真軟件及開發工具引入實踐教學。學生在宿舍、機房等地均可利用計算機仿真軟件開展仿真實驗，將仿真實驗與現場實驗相結合，適應現代研究型教學的發展要求。

(3) 實驗教學由封閉型向開放型轉化。實驗室自制一些簡易的通用實驗設備或實驗箱，發放給學生自主管理，讓他們在相當大的范圍內選擇完成實驗的時間和地點,自主開展實驗。采用實驗室內外相結合的開放模式，將實驗課由封閉型向開放型轉化，既增加了學生的動手機會、提高了學生學習的積極性，又減輕了實驗室緊張的狀況，拓展研究型教學的內涵。

(4) 實施“因材施教”的個性化培養模式。引導并組織具有電子設計特長的學生參加大學生電子設計大賽、機器人競賽、飛思卡爾智能車競賽、大學生創新訓練實驗、“挑戰杯”科技創新活動，根據學生的興趣實施因材施教，讓學生得到更多更廣泛的實驗機會，培養高素質的創新型拔尖人才。積極引導大學生參與競賽項目及教師科研項目，鍛煉工程實踐能力并積累實踐創新經驗，將學到的知識轉化為科研創新能力。

3 建立多元科學有效的考核評價體系

科學有效的考核形式與評價體系是激勵學生進行研究型學習的指揮棒。傳統的考核方式主要考核學生的理論知識，一般通過期末閉卷考試對學生進行考核，忽視了對學生實踐創新能力的考核。在研究型教學模式中，我們采用全方位多元化的考核方法，引導學生自主學習和探究式學習，克服死記硬背、考前突擊的弊端，注重研究能力和創新能力的考核。在評價考核體系上，我們采用考核成績由平時考核成績、仿真與設計作業成績、實踐與項目考核成績、期末考試成績組成。平時考核包括平時作業，小測驗、課堂討論課表現等，占總成績的15%；設置仿真與設計作業，有利于拓展課堂知識、培養學生自學能力，占總成績的10%；實踐與項目考核包括對設計題目的方案論證、設計報告、實踐制作、口頭講述與答辯等，占總成績的25%，如在設計競賽或創新實驗環節表現突出，給予酌情加分。期末考試環節以考查設計能力和綜合分析能力為考試重點，減少選擇題、填空題和判斷題等傳統應試題型，采用必做題、選做題、設計分析題、開放拓展題等模塊加強創新能力考核，占總成績的50%。為避免學生硬背公式和應付考試，可采用半開卷方式，即允許學生用一張A4紙記錄備考內容帶入考場，此舉更具有人性化，有助于學生對知識的理解而非死記。采用過程考核、項目考核與期末考試相結合的綜合評價模式替代期末考試一錘定音模式，可以多方位、多角度地對學生的知識水平、實踐能力和創新能力進行科學有效的評價。

4 結束語

近年來，我們在電類課程的模塊化課程體系改革的基礎上，對研究型教學模式進行了有益探索與實踐，取得一定的成效。目前，圍繞電類課程，我們已形成一支結構合理、開拓創新的國家級教學團隊，已建成1門國家級精品課“電工電子學”，2門省級精品課“電子技術基礎”與“電路分析”。通過電類課程研究型教學模式改革的示范和輻射作用，對于其他課程的研究型教學和創新人才的培養具有很好的推動作用。

[1] 史雪飛, 李江昀, 李擎, 等.研究型教學在“模擬電子技術”中的應用[J].電氣電子教學學報, 2012, 34(6): 90-92.

[2] 李樹濤, 章兢, 黎福海, 等.電子信息類專業課研究型教學模式的改革與創新[J].高等教育研究學報, 2011, 34(4): 77-79.

[3] 劉潤華, 劉廣孚.突出自主性學習的創新能力培養模式研究[J].電氣電子教學學報, 2012, 34(6): 3-7.

[4] 曹玉蘋, 劉潤華, 任旭虎.“電工電子學”課程學習與生產調研[J].電氣電子教學學報, 2012, 34(4): 3-7.

[5] 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.

[6] 王君紅, 劉復玉, 任旭虎.“電工電子學”實驗教學模式改革[J].實驗科學與技術, 2012, 10(5): 76-78.

[7] 李勇軍, 符建湘, 龔理專, 等.論研究型大學人才培養的核心目標：創新能力培養[J].實驗技術與管理, 2008, 25(2):29-32.

[8] 張安富.改革教學方法 探索研究型教學[J].中國大學教學, 2012(1): 65-67.

[9] 張寶昌, 劉海峰.構建綜合實踐教學體系，加強實踐能力培養[J].實驗技術與管理, 2012, 29(4): 248-250.

[10] 唐鐵軍, 王平祥, 王春潮.課內外結合,構建研究型大學本科生科研能力培養體系[J].實驗技術與管理, 2010, 27(4):19-22.

[11] 楊鳳珍, 謝蓉, 高欣, 等.開放式研究型專業實驗教學模式的探索[J].實驗技術與管理, 2011, 28(8):23-25.

[12] 劉良成, 許秀英, 劉健.研究型教學的探討與嘗試[J].實驗室研究與探索, 2011, 30(10): 293-295.

[13] 嚴文凱, 孫盾, 張勇, 等.研究型綜合實驗的開發與實踐[J].實驗技術與管理, 2013, 30(3): 147-151.