基于探究式學(xué)習(xí)的《電路分析》實驗教學(xué)改革

王琪，徐國清，王力

（1.南陽理工學(xué)院計算機(jī)與信息工程學(xué)院，南陽473000；2.南陽理工學(xué)院土木工程學(xué)院，南陽473000）

0 引言

《電路分析》是通信電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對專業(yè)學(xué)習(xí)影響深遠(yuǎn)，且《電路分析》是一門實踐性較強(qiáng)的課程，良好的教學(xué)效果能促進(jìn)學(xué)生對知識的理解掌握，因而實驗教學(xué)在本課程教學(xué)中有至關(guān)重要的作用[1]。然而，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法存在教和學(xué)分離，實驗內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法單一等問題，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，對實驗內(nèi)容理解不深入，不能發(fā)揮出實驗教學(xué)真正的作用。而探究式學(xué)習(xí)運用科學(xué)研究方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，能夠很好地解決這一問題，基于此，本文設(shè)計一種基于探究式學(xué)習(xí)的實驗教學(xué)方法，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)到知識的同時培養(yǎng)分析和解決問題的能力。

1 存在的問題

傳統(tǒng)實驗教學(xué)由教師講授，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書及教師講解的步驟完成實驗[2]。這種模式，首先存在的問題是，學(xué)生的實驗操作和原理分離，教和學(xué)分離。大部分學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，僅按照給定的實驗步驟得出實驗結(jié)果，而為什么這么做學(xué)生并不清楚。學(xué)生僅僅成了操作熟練工，而高校教育希望培養(yǎng)的是有思維有探索精神的人才。其次，實驗教學(xué)方法單一。教學(xué)方法多采用教師講授或演示，師生之間缺乏溝通，教學(xué)思維固化。且教師花費大量的時間成為了學(xué)習(xí)的主體而學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性無法發(fā)揮。最后，實驗內(nèi)容缺乏靈活性，限制了學(xué)生的思考空間。由于電路分析知識較為固定使得實驗內(nèi)容一成不變，內(nèi)容缺乏新意，學(xué)生互相依賴缺乏深入的思考，不能靈活運用理論知識解決實驗問題。

2 基于探究式學(xué)習(xí)的實驗教學(xué)方法

探究式學(xué)習(xí)創(chuàng)建研究場景，學(xué)生自主的學(xué)習(xí)和分析研究對象，制定研究方案，通過實驗、操作、分析、再實驗的過程，理解并探索知識[3]，很好地解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)出現(xiàn)的問題。首先，學(xué)生研究對象的某一現(xiàn)象，必然要研究對象的原理，則能解決教和學(xué)分離的問題。其次，探究式學(xué)習(xí)以學(xué)生為主體教師為輔的形式，解決了實驗教學(xué)方法單一的問題，改變了教師講授-學(xué)生操作的固定模式。學(xué)生為主體的教學(xué)方法更靈活，可結(jié)合任務(wù)驅(qū)動，分組討論，學(xué)生演示，教師引導(dǎo)等多種教學(xué)方法。最后，由于探究式學(xué)習(xí)是研究性的學(xué)習(xí)，雖然電路分析原理固定，但分析研究的方法及場景可以是多種的，因此，不同的學(xué)生可以根據(jù)自己的研究制定不同的方案，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析總結(jié)后學(xué)生甚至可以深入思考得到更多的方案，并不會受固定實驗內(nèi)容的限制，這就解決了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中實驗內(nèi)容死板的問題。綜上，本文結(jié)合實驗課程及探究式學(xué)習(xí)方法的特點，設(shè)計了一種基于探究式學(xué)習(xí)的實驗教學(xué)方法，包括“問題引入”、“啟發(fā)分析”、“小組探究制定方案”、“協(xié)作交流執(zhí)行方案”、“演示與評價”五個方面，如圖1 所示。

圖1 基于探究式學(xué)習(xí)的實驗教學(xué)課程設(shè)計

2.1 問題引入

傳統(tǒng)教學(xué)通常直接給出實驗?zāi)繕?biāo)和方法[4]，本文方法中教師通過問題引入引導(dǎo)學(xué)生思考引出實驗?zāi)繕?biāo)，進(jìn)而分析實驗方法。這一環(huán)節(jié)教師主要工作是創(chuàng)設(shè)情境。引導(dǎo)學(xué)生思考情境發(fā)生的原因，如何去驗證原因，從而確定實驗?zāi)繕?biāo)，涉及以下兩個關(guān)鍵點。

（1）根據(jù)實驗教學(xué)目的，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，通過問題，任務(wù)等多種手段建立與學(xué)習(xí)對象相關(guān)的學(xué)習(xí)情境，從而引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)的探究學(xué)習(xí)對象。例如，驗證性的實驗，目標(biāo)是驗證某一電路定理，可列舉生活中的現(xiàn)象，提問其中包含的電路定理，提問如何去驗證或者通過實驗實現(xiàn)。

（2）教師可采用多種教學(xué)方法，例如討論法，令學(xué)生進(jìn)行分組討論情境，教師在最后隨機(jī)提問。這樣，學(xué)生完成此項任務(wù)必須對原理做好課前復(fù)習(xí)課中思考，從而避免了實驗和操作分離的問題。

2.2 啟發(fā)分析

為了使探究式學(xué)習(xí)更好地運用在實驗教學(xué)中，需教師對實驗?zāi)繕?biāo)進(jìn)行啟發(fā)性的分析。教師提出豐富的分層性的問題，以便學(xué)生逐步探究實驗對象。例如，實驗?zāi)繕?biāo)是驗證KCL 定律，提問“如何證明這一定律，實驗中是否可隨機(jī)找出若干電路測量？若在隨機(jī)的電路中KCL 定律都符合，是否驗證了此定律？”再進(jìn)一步提問“隨機(jī)如何滿足？電路是怎樣的電路？”上例中問題循序漸進(jìn)，層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生一步步思考，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及分析解決問題的方法。

2.3 制定方案

學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)自主設(shè)計實驗方法和內(nèi)容。其關(guān)鍵是電路圖，不同學(xué)生對問題的解決思路不同，設(shè)計的實驗電路圖就不同，可避免學(xué)生互相依賴，提高參與性，同時克服了電路實驗內(nèi)容千篇一律的問題。分為以下兩步：

（1）教師通過前期觀察，根據(jù)學(xué)生的知識和分析水平合理分組，相似學(xué)生分為一組，避免差異過大學(xué)生一組，以盡可能使小組中全員參與方案的制定。

（2）學(xué)生以小組為單位進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，自主探究，并進(jìn)行小組交流，最終制定出小組實驗方案。在《電路分析》實驗中，實驗方案主要包括實驗電路圖和實驗步驟，例如，疊加定理的證明，首先需設(shè)計一電路圖，此電路的元件、數(shù)量及電路結(jié)構(gòu)需學(xué)生根據(jù)疊加定理概念自主探究后討論確定，然后根據(jù)電路制定出實際測量步驟，最后數(shù)據(jù)整理分析從而證明定理。這其中實驗電路和步驟是發(fā)散性的，不唯一的，且是對原理理解的基礎(chǔ)上才能完成的，這使得學(xué)生在探究實驗方法的過程中加深了對知識的理解，在小組成員設(shè)計出不同電路圖的過程中，思維碰撞交流，能夠培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。

2.4 執(zhí)行方案，協(xié)作交流

在實驗之前，教師必須明確說明實驗中注意事項，例如上電和連線的先后順序。

學(xué)生根據(jù)小組制定的方案選擇元器件，搭建實際電路，測量并觀察元件上的特性變化。也可用仿真軟件先進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果理想時再搭建電路，方便學(xué)生調(diào)整電路圖。

學(xué)生分工完成實際電路搭建測量和分析。通過協(xié)作交流的方式嘗試解決執(zhí)行方案中遇到的問題。實驗主體為學(xué)生，形成實驗-分析-實驗的良性循環(huán)，最終得出實驗結(jié)論。教師在適當(dāng)?shù)臅r候做出引導(dǎo)。

2.5 演示與評價

學(xué)生通過仿真軟件或?qū)嶋H電路來演示，將演示列入實驗考核成績中的一項。一方面，學(xué)生經(jīng)過自我探究式學(xué)習(xí)獲得的結(jié)果通過演示可以獲得成就感，引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，且演示和觀看他人演示的過程中可以對比總結(jié)。教師需引導(dǎo)學(xué)生對結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)實驗結(jié)果聯(lián)系實際問題，對學(xué)習(xí)對象進(jìn)行剖析。另一方面，教師通過提問和交流的方式，了解學(xué)生實驗的過程，有利于對每個學(xué)生進(jìn)行實驗監(jiān)督，促進(jìn)學(xué)生的參與性，同時在交流過程中能夠進(jìn)一步理解實驗原理。

3 實施效果分析

學(xué)習(xí)效果是評價教學(xué)方法有效的重要指標(biāo)之一，學(xué)生期末總成績也可反映實驗教學(xué)的效果[5]。因此，本文通過比較教學(xué)方法改進(jìn)前后學(xué)生的實驗表現(xiàn)，實驗報告冊質(zhì)量，實驗成績及期末總成績這四個方面的不同，驗證本文方法的有效性。

本文方法在我校18 級通信2 班進(jìn)行了試用，與改進(jìn)前的16、17 級通信學(xué)生進(jìn)行比較，教學(xué)效果良好。首先，實驗表現(xiàn)上，基于探究式學(xué)習(xí)的實驗方法需要學(xué)生主動探索知識分析原因制定方案，學(xué)生的參與性高，因此18 通信2 班的學(xué)生實驗積極性更高，課堂較活躍，學(xué)生之間有激烈討論和反復(fù)操作。然后，從實驗報告的質(zhì)量上比較，改進(jìn)的教學(xué)方法需學(xué)生自主探究制定實驗方案及電路圖，因此，改進(jìn)后的學(xué)生實驗報告質(zhì)量得到很大提高，實驗方案靈活多變，分析詳細(xì)，條理清楚，且很多學(xué)生報告中實驗分析總結(jié)能夠體現(xiàn)在實驗過程中遇到的問題及解決思路，這正是實驗教學(xué)真正希望學(xué)生學(xué)習(xí)到的能力。其次，實驗成績，實驗成績中包括平時實驗表現(xiàn)和實驗報告成績，各占50%，比較了18 級學(xué)生和未改革前16、17 級學(xué)生成績，改革后實驗成績大大提高了。最后，實驗效果也表現(xiàn)在學(xué)生是否掌握了知識，最直觀的體現(xiàn)就是期末成績，比較后發(fā)現(xiàn)改革后學(xué)生的平均成績，及格率、優(yōu)良率都有了提高。

4 結(jié)語

經(jīng)對比分析，基于探究式學(xué)習(xí)的《電路分析》實驗教學(xué)方法，能夠明顯地提高教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)效果。解決了傳統(tǒng)《電路分析》實驗教學(xué)中存在的問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和解決問題中獲得成功的喜悅，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時能夠提高學(xué)生的探索研究能力，提高教學(xué)效果。