電路實(shí)驗(yàn)中“實(shí)驗(yàn)先于理論”教學(xué)改革與探索

電路原理是電子信息科學(xué)類專業(yè)學(xué)生先接觸的學(xué)科技術(shù)基礎(chǔ)課，不僅要讓學(xué)生牢固掌握電路的基本理論知識(shí)和基本方法，還要培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式一般是“教師先講授理論，學(xué)生再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”，缺少從實(shí)驗(yàn)測(cè)試到理論歸遞的逆向過程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑笳吒欣陂_發(fā)學(xué)生的自主探索興趣和研究潛能。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也多為由理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，這樣往往會(huì)造成學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差、自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰θ?，不利于培養(yǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的高級(jí)電子電氣工程技術(shù)人才。隨著新的教育理論及系統(tǒng)論等被引入教學(xué)領(lǐng)域，通過改善教學(xué)系統(tǒng)的控制性已被證明是一條提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率的有效途徑。
１　教學(xué)改革目標(biāo)的設(shè)計(jì)
基于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、歸納總結(jié)能力、自主創(chuàng)新能力的教學(xué)改革目標(biāo)，我校電路教研組近幾年進(jìn)行了一系列的改革和探索，形成了體系化、層次化、階梯式的電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并引入了“實(shí)驗(yàn)先于理論”的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，使得學(xué)生在電路實(shí)驗(yàn)過程中，一方面可將電路理論課程中學(xué)到的定理和定律在實(shí)際電路物理系統(tǒng)中通過測(cè)量得到驗(yàn)證和展現(xiàn)；另一方面還可以直接通過測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，歸納總結(jié)出相應(yīng)的電路特性及其理論。我校培養(yǎng)方案中，電路原理和電路實(shí)驗(yàn)是２門獨(dú)立的課，并且在同一學(xué)期開設(shè)。
教學(xué)方法設(shè)計(jì)以“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”為基本原則，并在教學(xué)中加以實(shí)踐，如課堂中講方法、引問題、重討論，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)過程和討論，增強(qiáng)教師和學(xué)生的互動(dòng)。自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)要為學(xué)生思考、探索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新提供充分的自由空間，讓學(xué)生在自主實(shí)踐中提高自主學(xué)習(xí)、自主發(fā)現(xiàn)、自主總結(jié)歸納的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和自我效能感。注重對(duì)學(xué)生的科研思維和基本技能的訓(xùn)練，注重從“有解”教育向“求解”教育的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力。
２　教學(xué)改革的方法和措施
２．１　層次化、階梯式的電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革
基于我校的培養(yǎng)方案和教學(xué)目標(biāo)，我校電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革確定了由淺到深、由基礎(chǔ)到綜合、由理論到創(chuàng)新的層次化、階梯式的總體教學(xué)方案，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成基礎(chǔ)驗(yàn)證型、自主測(cè)試歸納型、綜合設(shè)計(jì)型３個(gè)層次。
教學(xué)改革過程中嘗試從實(shí)驗(yàn)原理演繹、實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果歸納２種思想方法和設(shè)計(jì)理念來組織基礎(chǔ)驗(yàn)證型和測(cè)試歸納型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從有助于學(xué)生建立信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳遞、監(jiān)控等系統(tǒng)的概念來組織綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以期構(gòu)建傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代技術(shù)、硬件操作技能與軟件仿真實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)分析與物理實(shí)證相互融合的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，從而將電路實(shí)驗(yàn)由傳統(tǒng)的單一驗(yàn)證原理和掌握操作技術(shù)性實(shí)驗(yàn)拓展為綜合技能訓(xùn)練的實(shí)踐。
基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量操作手段驗(yàn)證所學(xué)到的理論知識(shí)（從理論分析到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）；自主測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析，歸納總結(jié)出電路的定律、特性和功能（即從實(shí)驗(yàn)測(cè)試到理論歸納）；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是學(xué)生依據(jù)電路功能的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)滿足技術(shù)指標(biāo)的電路（即從理論到實(shí)踐、再從實(shí)踐到理論的雙向過程）。這種教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)人手，循序漸進(jìn)，階段式提高，既訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解掌握，又培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法，開發(fā)學(xué)生自主研究探索的潛能。
根據(jù)教學(xué)大綱要求，精心選編了６個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（見表１），可以先于學(xué)習(xí)電路理論相關(guān)知識(shí)進(jìn)行的自主測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)，注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納分析，旨在培養(yǎng)從個(gè)別到一般的歸納推理能力，從而由“感性”上升到“理性”而獲得相關(guān)理論知識(shí)。

表１　自主測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)
這類實(shí)驗(yàn)先給出必要的預(yù)備知識(shí)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試內(nèi)容，如在ＫＣＬ實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)表格（見表２），讓學(xué)生根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)總結(jié)出理論知識(shí)。

表２　測(cè)試電路中的電流測(cè)量值與規(guī)律總結(jié)
２．２　引入“實(shí)驗(yàn)先于理論”的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/span>
基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的模式是學(xué)生先學(xué)相關(guān)電路理論后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，重在學(xué)習(xí)基本測(cè)量方法和掌握實(shí)驗(yàn)技能并驗(yàn)證所學(xué)理論，加深對(duì)所學(xué)理論的感性認(rèn)知，本質(zhì)上是運(yùn)用演繹法，即從一般到個(gè)別、普遍到特殊的推理，是認(rèn)識(shí)的具體化過程。當(dāng)學(xué)生有了一定基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能之后，加入“自主測(cè)試歸納型”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不在實(shí)驗(yàn)前講解原理，轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，學(xué)生在學(xué)習(xí)相應(yīng)電路理論之前先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，然后從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)中總結(jié)出相關(guān)的理論公式、電路特性或功能，從而獲得新知識(shí)，即通過個(gè)別認(rèn)識(shí)一般，這種方法實(shí)際上屬于歸納法。例如學(xué)生在學(xué)習(xí)齊次定理之前，根據(jù)給出的電路原理圖，多次測(cè)量某線性電路響應(yīng)隨激勵(lì)變化的數(shù)據(jù)后填入表３，歸納齊次性在線性電路中的體現(xiàn)，從而發(fā)現(xiàn)“響應(yīng)和激勵(lì)成正比”的結(jié)論。此例就是應(yīng)用了簡單枚舉歸納法，即根據(jù)某類事物對(duì)象的觀察，發(fā)現(xiàn)這些對(duì)象都具有某種屬性，而又沒有遇到相反的情況，因此推導(dǎo)出該類事物都具有某種屬性的一般性結(jié)論的推理方法。

表３　線性電路齊次性的測(cè)試
２．３　電路課堂教學(xué)形式翻轉(zhuǎn)
對(duì)應(yīng)自主測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)的相關(guān)電路理論階段，在教學(xué)方法上使用啟發(fā)式、應(yīng)用式教學(xué)法，讓部分學(xué)生走上講臺(tái)，教師引導(dǎo)分析。學(xué)生為主體，倡導(dǎo)學(xué)生多動(dòng)腦、勤思考、敢提問。鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，增強(qiáng)學(xué)生用科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行“探索求證”的能力。學(xué)生普遍反映對(duì)相關(guān)理論的理解更為深刻。這種教學(xué)方式讓學(xué)生先進(jìn)行實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象找本質(zhì)，再進(jìn)行理論課堂的講授和討論，在課堂上突出知識(shí)點(diǎn)背景和難點(diǎn)思路，由一般到特殊的原則，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生掌握全部重難點(diǎn)。通過這種方式，學(xué)生的主觀能動(dòng)性提高了，被動(dòng)思維逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)思維，遇到實(shí)際問題時(shí)能去思考電路特點(diǎn)和所學(xué)知識(shí)的關(guān)聯(lián)性。
２．４　打造開放的自主實(shí)驗(yàn)環(huán)境
為了保證學(xué)生有充足的實(shí)踐機(jī)會(huì)，硬件上除了電信實(shí)驗(yàn)中心常規(guī)的電路實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以外，引進(jìn)了美國ＡＮＯＬＯＧ　ＤＩＳＣＯＶＥＲＹ便攜式電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)套件，整合了示波器、信號(hào)發(fā)生器和邏輯分析儀的功能，將名片大小的實(shí)驗(yàn)板卡發(fā)到每個(gè)學(xué)生的手上，裝在口袋里可以隨身攜帶、隨時(shí)操作，可以讓學(xué)生在課堂外分組開展實(shí)驗(yàn)，并建立了微信群，及時(shí)溝通與分享，為進(jìn)行自主測(cè)試型實(shí)驗(yàn)的電路教學(xué)模式提供了很好的實(shí)驗(yàn)
環(huán)境。
３　結(jié)語
近幾年教學(xué)改革實(shí)踐證明，通過“自主測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式改革，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)先于理論”歸納法，并與基礎(chǔ)測(cè)試型實(shí)驗(yàn)的演繹法進(jìn)行比較，學(xué)生十分歡迎這種新型的科學(xué)研究方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和邏輯推理能力、開發(fā)學(xué)生的探索潛能成功有效。“自主測(cè)試歸納性”實(shí)驗(yàn)大大提升了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，使學(xué)生由“要我學(xué)”實(shí)驗(yàn)，變?yōu)?ldquo;我要學(xué)”實(shí)驗(yàn)。
通過自主性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化自主學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新能力。通過改革使學(xué)生在課前課后對(duì)實(shí)驗(yàn)傾注了極大的關(guān)注，教師隨時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中遇到的現(xiàn)象或問題，引導(dǎo)學(xué)生討論和進(jìn)一步思考，教學(xué)效果有了明顯的提高。