差異晉級式實驗教學模式探索與實踐

余桂蘭， 左敬龍

(廣東石油化工學院 計算機與電子信息學院， 廣東 茂名　525000)

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差異晉級式實驗教學模式探索與實踐

余桂蘭， 左敬龍

(廣東石油化工學院 計算機與電子信息學院， 廣東 茂名525000)

針對傳統實驗教學模式不能根據個體能力因材施教、缺乏激勵的問題，提出差異晉級式實驗教學模式:按知識點差異化課程教學內容、按學生層次差異化實驗教學手段、按學習進展提供級別晉級機制，并實現動手能力強的學生指導其他學生，引發學生自主激勵的學習新風氣，保證學生創新能力的培養效果。

實驗教學； 差異化教學； 晉級機制

教育部卓越工程師教育培養計劃旨在培養一大批創新能力強、適應社會發展的高素質工程技術人才，該計劃將創新能力培養提到了更深的層次，尤其對于信息類本科專業而言，培養具有實踐創新能力的應用型人才是信息類本科專業培養的重要方向[1-5]。近年來，定位于應用型本科院校的普通高校在實踐、實訓、課堂教學上進行了許多卓有成效的改革與實踐，特別是在創新能力培養方面進行了許多有益的嘗試[6-8]，但是學生個體的興趣愛好和潛在能力的差異，限制了常規設計性、綜合性實驗知識層次的深化，實驗效果并不明顯，研究性實驗更是難以開展。

1　本科專業實驗教學存在的問題

1.1實驗課題固定單一

在實驗設備夠用的情況下，當前大部分課程的實驗教學仍然采用統一安排的常規實驗教學手段。為了兼顧絕大部分學生能夠完成實驗，在設置實驗課題時，通常按照中等層次學生能力來設置實驗內容，且要求比較固定單一。這樣的內容安排，基礎較差的學生完成實驗會比較困難，且容易放棄，而基礎較強的學生完成實驗又覺得太過容易，逐漸失去興趣，對學生的主動創新的激勵較小。學生個體的能力差異與固定的實驗教學內容形成了矛盾。

1.2實驗方式手段單一

在應用型本科院校教學中，不僅要讓學生掌握基本的知識點，而且還需要大力培養學生的創新能力，以便學生能夠在畢業時獲得較強的就業競爭力。實驗教學和課堂教學采用的教學方式手段對學生創新能力的培養質量提升有很大的影響。

當前，普通應用型本科院校的單片機課程采用的實驗儀器設備往往是兩類，一類是以硬件實驗箱為主，另一類是以軟件仿真為主。前者主要是采用高度集成的單片機實驗箱，有專門的實驗指導書，只需要通過簡單的導線連接來完成實驗，實驗時間主要花費在導線的連接和檢查導線連接的可靠性上，實驗編程比較簡單。后者則通常是采用Protues、Keil[9]等仿真軟件來實現，實驗內容要求由教師給定，學生自主完成電路的設計和編程。由于學生受到前導課程相關基礎知識的影響，個體能力差異較大。為了保證實驗對象的覆蓋面，要么實驗內容極其簡單，仿真實驗電路由學生自行設計；要么實驗內容稍難，實驗電路由教師給出。

這兩類分別以硬件實驗箱和軟件仿真的實驗形式,均只能按照固有的實驗方案來操作。限于學生能力層次的原因，在不提供差異化實驗內容的前提下，實驗內容會陷入單一和簡單的困境，學生沒有經歷主動設計和思考的訓練，對學生創新能力的提升極其有限。

此外，無論是硬件實驗箱實驗，還是軟件仿真實驗，實驗總是受限于已經既定的硬件電路設計，學生不能自主更改電路設計，開發創意受到遏制，思路受限。同時，內容要求相同、監管手段缺失的實驗也是導致高校實驗抄襲現象的主要原因。

1.3教學內容與社會需求脫節

學生對課程的專注程度往往取決于興趣愛好或對課程應用前景的期待，類似單片機這樣的實踐性較強的專業課程，學生一般都會有較大的動力去學習，但由于實驗內容和實驗手段的單一雷同，往往會無形中打擊學生的學習積極性，逐步消磨學生的學習興趣。

教師為了保證理論課程授課知識的完整性和系統性，過于強調教學知識點的全面覆蓋，大部分授課方式還是以講述知識點為主，授課用例很少涉及知識點的實際應用，與當前社會需求的熱點技術沒有聯系，使得學生看不到應用前景。作為理論課程的實踐環節，在實驗手段和實驗內容受限的情況下，課程的實驗內容不可避免地千篇一律，學生不能自由發揮，也不能自由擴展，興趣盡失。應用實踐類課程由于源于一種專門的應用場景，關注的是某一種專門技術，如果應用和技術脫離了實際需求，全憑學生“自由想象”，學生在這種情況下學習專業類課程，其困難程度遠遠大于基礎課程。隨著時間的推移，一部分學生將因為投入的精力和自身能力的差異出現學習困難的現象。阻力越大，動力越小，失去激勵作用的課堂教學和實驗教學將無法全面培養具有較強實踐創新能力的學生。

2　實驗教學差異化晉級機制思考與探索

2.1差異化實驗內容配合課程知識

實驗是課程授課環節課時較少但作用大的重要教學環節，實驗內容的安排力求與課程授課進度相匹配，并能綜合考查學生的理論知識。根據學校教學規范，含有實驗環節的課程，一般需要在課程教學大綱中明確實驗內容的安排，教師在設計制定教學大綱中的實驗內容時只能依賴于學生應當具有何種能力、需要考查何種知識點來進行設計,因此正式講授時，一般也就按既定的實驗內容落實實驗環節。

專業課、專業基礎課一般是安排在第3學期以后，在前導課程的學習中，由于個體興趣方向和基礎知識的掌握情況等各種原因，學生對新的專業課或專業基礎課的了解掌握程度有較大的差異。比如在學習單片機課程時，有的學生已經預先了解了單片機芯片的基本情況、運作原理，并已經開始嘗試進行單片機相關軟件的開發，而有的學生則對單片機技術完全沒有概念。在這種情況下，常規的教學方法、固定的實驗內容使得一部分學生認為進度太慢、知識太淺，而另外一部分學生卻認為進度太快、很難理解，出現兩極分化的現象，這必然給基礎較好的學生和基礎較差的學生的學習積極性帶來打擊，影響課堂授課質量。

可以考慮將多個知識點融合在一個實驗任務中，將最基本的任務要求作為起步驗收條件，使得基礎稍差的學生能夠完成常規的實驗要求，在此基礎上，將近期要講授的知識點融合在實驗任務中，供學有余力的學生去完成，既能促使學生提前掌握新知識，激發學生主動學習意識，又可以拉開差距，激發學生進取心。

2.2靈活配備實驗儀器設備，強化實驗內容模塊化

用常規單片機實驗箱做實驗，為了兼顧實驗的覆蓋面和實驗箱的整體性，學生一般只能做簡單的線路連接式驗證型實驗，很明顯無法調動學生的積極性，也不能根據學生的個體差異進行針對性實驗；而基于Protues的仿真性實驗機動性較好，但難度稍大的實驗模塊需要全程由學生自行設計，實現效果各異，而不同個體能力的學生在內容要求相似的情況下容易相互照搬參考，同樣不能適應不同個體能力學生的需求，也很難調動學生的積極性。此外，仿真性實驗無硬件設備，無法在感官上幫助學生理解，對動手能力的提升成效極低，非常不利于實驗質量的改善。

常規固定式驗證性實驗由于學生個體能力的差異，一方面會導致兩個極端情況，學生的學習積極性下降，另一方面也極易造成抄襲作弊的現象。其原因在于固定式驗證性實驗的難度不偏不倚，對于能力較強的學生而言，完成實驗不需要過多思考，完成實驗的時間很短，容易使他們的實驗情況被其他學生模仿參考；而由于時間短，學生在參考時交互太少，導致基礎較差的學生只能簡單抄襲而不知其所以然。隨著課程內容的推進，抄襲現象愈發惡劣，分化嚴重。對于固定式綜合性、設計性實驗，也有類似的情況。

可以考慮由教師設計擴展性較強的最小系統板，并安排不同的學生完成不同的功能模塊，使學生個體可以獨立更新模塊，獲得成就感，激發主動性。同時，教師在前期應設立一套能夠合理檢測學生模塊的功能實現裝置。動手能力強的學生設計模塊進行實驗，能力稍弱的學生采用現成的模塊進行實驗。通過強弱幫帶效應，學生個體之間形成合作關系，培養團隊合作意識。

2.3實施層次晉級機制

對實驗項目、實踐訓練層次設置顯式的級別概念，隨著課程的演進和學生對課程知識的實際掌握情況，建立層次晉級機制。也就是說，不僅僅針對能力較強的學生設定更高、更難級別的訓練層次，激勵其追求更高級別的上進意志，也鼓勵能力較弱的學生發揮主觀能動性，積極向自己挑戰，掌握更多的知識。這種層次晉級機制借鑒游戲中的等級概念，能在潛意識中督促上進，以達到學生自主學習、相互激勵的目的。

教師在開始一門課程的講授時，事先確定好一套實驗任務完成的驗收標準，明確不同層次級別的定位要求和評價標準，引導學生根據自己的實際情況選擇和定位。隨著時間的推移，鼓勵學生完成更深層次的實驗任務，并設定一定的鼓勵機制，讓學生增強信心，挑戰自我。

由于不同個體的學生心理接受能力不一樣，教師在執行層次式的實驗任務和晉級機制時要留意晉級機制給學生的心靈激勵效果，防止學生出現逃避心理，更要防止學生因晉級產生的逆反心理。

2.4實現多級別項目實訓聯動

傳統課程教學往往基于學科體系式的教材知識結構來進行知識點講授，并輔以實驗指導、課程設計環節來加強，但是由于信息技術的不斷進步，教材內容無法按照實際技術進展實時更新，其操作的指導性不強。即便是教師將項目需求帶入課堂教學，由于體系結構的限制，學生在學習前期無能力切入、后期無時間切入，仍然是實踐與理論脫節，阻礙了學生學習的興趣，無法有效拓展學生創新實踐能力。

在實踐多級別項目聯動時，應充分考慮學生個體可以給科研項目實際帶來的奉獻，不再拘泥于固定實驗內容的要求，鼓勵學生帶著實際科研項目的模塊功能要求，自由發揮。同樣的，學生的實際完成情況也不要拘泥于是否對實際科研項目帶來實際幫助，科研項目的引入只是激勵學生參與實踐的動力，而非目的。可以通過多種不同級別的項目實訓進行聯動，充分發掘學生個體的創新能力，以學生表現出的創新能力的程度作為考核學生完成實驗任務的檢驗標準，實現務實的學生創新能力培養。

3　實踐差異化晉級機制，培養個體創新能力

3.1差異化實驗內容配合課程知識

通過設置差異化[10-13]實驗內容，形成一套難度相異的實驗方案，滿足各種層次的學生需求，并在實驗指導中有針對性地完成實驗指導，使得實驗內容能夠匹配學生個體能力，尤其是減弱基礎較差的學生的學習壓力，提高基礎較強的學生對課程的新奇心，為后繼實踐能力訓練做好鋪墊。

以單片機課程為例，首先對學生的硬件基礎、軟件基礎進行調研，掌握學生的基礎能力情況。然后配合課程知識，設置針對不同層次學生的差異化實驗內容。最后，按能力情況將學生分為3個群組，分別配備不同級別的實驗儀器設備，并安排對應級別的實驗內容。隨著教學進程的推進，每一個實驗模塊可重新進行一次學生群組的劃分，允許優秀學生進入高一層次實驗群組，促進和提升學生的積極性。

3.2配備差異化實驗儀器設備

改革初期，可由教師擬定幾套難度各異的系統板設計方案，通過分組的形式，讓學生自行采購元器件，進行簡單的設計和焊接，給學生動手機會，培養學生能力，并最終能夠形成多種功能配置不一樣的單片機開發板。上一級學生的訓練開發板還可以作為下一級學生實驗的實驗板。有軟件仿真形式、有普通開發板形式、有自行設計焊接的開發板形式，形成了多種不同層次的實驗方式和實驗手段。

通過配備差異化的實驗儀器設備，可以解決不同層次學生對實驗內容的不同要求，可以極大地調動學生的積極性，避免了內容單一的問題。同時，改造后的儀器設備具有方便的擴展特性，使得學生可以自主為儀器設備擴展功能，在動手能力、創新能力方面給學生最大的啟迪。對儀器設備的改造主要以添加功能模塊為主，引導學生在常規驗證型實驗的基礎上進行硬件設計。不同層次的群體面對的實驗儀器復雜度不同，他們可以根據自身的情況進行設備改造，并對改造的情況形成簡要文檔，在同等群組中形成細分差異，促進和提升學生的進取心和創新意識。

3.3多層次實踐訓練環節

通過設置差異化的實驗內容、多層次的實踐訓練項目，使得較易項目蘊含于較難項目中，為其一部分，即便強弱兩級學生存在“參考”現象，也因內容的差異化，使得“參考”現象本身就是一個知識的傳授與轉移，即由能力較強的學生指導能力較弱的學生，形成學導機制。由于是一對一的指導，指導效果明顯強于常規教學方法，形成了強弱幫帶效應。

不同群組面向的儀器復雜度不同，但通過交互，有助于低層次群組獲得更多的創新靈感，同時也給高層次群組帶來更多的設計細節考慮。通過不同群組的多層次實踐訓練環節，形成的強弱幫帶效應對學生的自主創新和相互協助帶來了良好的動力。

3.4實施層次晉級機制

在層次晉級中，激勵學生自主提升個體能力，對學生心理進行調研，了解層次晉級機制在學生的心理、人格層面上的影響，并結合不同層面的實驗情況進行綜合分析。教師可因此獲得下一次改革的直接參考依據，對教學方法的改革研究也頗有裨益。

3.5多級別項目實訓聯動

通過差異化的實驗內容設置、多層次的實踐訓練項目，實現個體創新能力最大化培養。將實際項目按照課程進度分解出不同級別、不同深度的項目實訓，既確保實訓項目按照教材大綱覆蓋基本的課程內容要求，又將實際應用技術引入高級別項目實訓。這種低至基本課程要求、高至實際應用技術的全覆蓋設置，可充分滿足專業各類層次的學生訓練，確保每個學生個體均可在個人能力范圍內得到最大限度的能力培養。

4　結語

實驗教學效果與學生創新能力的培養有直接關聯。通過細分學生個體能力，實現教學內容與實踐訓練相配合、實踐內容與學生能力相匹配，按照學生能力與興趣實施多層次實踐訓練，培養學生個體創新能力。按照差異化內容的設置，提供或設計不同層次級別的儀器設備給學生，允許學生根據需要進行自主的設備改造，同時輔以層次晉級機制，激勵學生主動進行實踐訓練，達到學生提升個體創新能力的培養目的，提升就業競爭力。

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Research and practice of experimental teaching mode based on differences and promotion

Yu Guilan, Zuo Jinglong

(College of Computer and Electronic Information, Guangdong Institute of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

In order to solve those problems which are that the traditional experimental teaching mode can’t be individualized according to the individual ability and lack of motivation, a new mode of differences and promotion is proposed. This paper proposes the following several measures: ① Teaching content is divided in accordance with the knowledge point difference; ② Experimental teaching methods should be divided according to students’ level difference; ③ A mechanism should be provided to carry out in accordance with the level of promotion of academic progress; ④ A new atmosphere of high manipulative ability should be formed to help others and students self-enhancement; and ⑤The cultivation effect of innovation ability of students can be ensured.

experimental teaching； differences teaching； promotion mechanism

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.050

2015- 06- 10修改日期：2015- 07- 16

2013廣東省高教改革項目 (2013287)；2012廣東省高教改革項目(2012258)；2012廣東省高教實驗室管理委員會基金項目 (GDJ2012070)

余桂蘭(1975—)，女，廣東饒平，碩士，高級實驗師，研究方向為無線網絡、智能計算、實驗室改革與管理

E-mail：yugl660@qq.com

G642.0

B

1002-4956(2016)1- 0191- 04

左敬龍(1975—)，男，湖北廣水，碩士，副教授，電信學院副院長，研究方向為物聯網技術、虛擬機遷移策略、高等教育管理．