電路實(shí)驗中“實(shí)驗先于理論”教學(xué)改革與探索

電路原理是電子信息科學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生先接觸的學(xué)科技術(shù)基礎課，不僅要讓學(xué)生牢固掌握電路的基本理論知識和基本方法，還要培養學(xué)生的自主實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力。傳統的實(shí)驗教學(xué)模式一般是“教師先講授理論，學(xué)生再進(jìn)行實(shí)驗”，缺少從實(shí)驗測試到理論歸遞的逆向過(guò)程的實(shí)驗內容和實(shí)驗模式，而后者更有利于開(kāi)發(fā)學(xué)生的自主探索興趣和研究潛能。傳統實(shí)驗內容的設計也多為由理論指導實(shí)驗，這樣往往會(huì )造成學(xué)生學(xué)習主動(dòng)性差、自主實(shí)驗能力弱，不利于培養適應性強、具有創(chuàng )新意識和能力的電子電氣工程技術(shù)人才。隨著(zhù)新的教育理論及系統論等被引入教學(xué)領(lǐng)域，通過(guò)改善教學(xué)系統的控制性已被證明是一條提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習效率的有效途徑。
１　教學(xué)改革目標的設計
基于培養學(xué)生的實(shí)驗動(dòng)手能力、歸納總結能力、自主創(chuàng )新能力的教學(xué)改革目標，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)驗內容，并引入了“實(shí)驗先于理論”的實(shí)驗模式，使得學(xué)生在電路實(shí)驗過(guò)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)際電路物理系統中通過(guò)測量得到驗證和展現；另一方面還可以直接通過(guò)測試數據和實(shí)驗結果的分析，歸納總結出相應的電路特性及其理論。我校培養方案中，電路原理和電路實(shí)驗是２門(mén)獨立的課，并且在同一學(xué)期開(kāi)設。
教學(xué)方法設計以“以學(xué)生為主體、教師為主導”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(wèn)題、重討論，引導學(xué)生積極參與教學(xué)過(guò)程和討論，增強教師和學(xué)生的互動(dòng)。自主創(chuàng )新性實(shí)驗教學(xué)要為學(xué)生思考、探索、發(fā)現和創(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、自主發(fā)現、自主總結歸納的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新意識和自我效能感。注重對學(xué)生的科研思維和基本技能的訓練，注重從“有解”教育向“求解”教育的轉變，培養學(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)驗內容改革
基于我校的培養方案和教學(xué)目標，我校電路實(shí)驗教學(xué)改革確定了由淺到深、由基礎到綜合、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)驗內容分成基礎驗證型、自主測試歸納型、綜合設計型３個(gè)層次。
教學(xué)改革過(guò)程中嘗試從實(shí)驗原理演繹、實(shí)驗測試結果歸納２種思想方法和設計理念來(lái)組織基礎驗證型和測試歸納型的實(shí)驗內容，從有助于學(xué)生建立信號轉換、傳遞、監控等系統的概念來(lái)組織綜合設計型實(shí)驗內容，以期構建傳統方法和現代技術(shù)、硬件操作技能與軟件仿真實(shí)驗、數學(xué)分析與物理實(shí)證相互融合的電路實(shí)驗教學(xué)體系，從而將電路實(shí)驗由傳統的單一驗證原理和掌握操作技術(shù)性實(shí)驗拓展為綜合技能訓練的實(shí)踐。
基礎驗證型實(shí)驗的任務(wù)是學(xué)生通過(guò)實(shí)驗測量操作手段驗證所學(xué)到的理論知識（從理論分析到實(shí)驗驗證）；自主測試歸納型實(shí)驗的任務(wù)是學(xué)生通過(guò)實(shí)驗測試以及對實(shí)驗結果和數據分析，歸納總結出電路的定律、特性和功能（即從實(shí)驗測試到理論歸納）；綜合設計型實(shí)驗的任務(wù)是學(xué)生依據電路功能的需求，設計并實(shí)現滿(mǎn)足技術(shù)指標的電路（即從理論到實(shí)踐、再從實(shí)踐到理論的雙向過(guò)程）。這種教學(xué)模式引導學(xué)生從基礎實(shí)驗人手，循序漸進(jìn)，階段式提高，既訓練學(xué)生的基本實(shí)驗技能，加深對基礎理論的理解掌握，又培養學(xué)生的科學(xué)思維方法，開(kāi)發(fā)學(xué)生自主研究探索的潛能。
根據教學(xué)大綱要求，精心選編了６個(gè)實(shí)驗內容（見(jiàn)表１），可以先于學(xué)習電路理論相關(guān)知識進(jìn)行的自主測試歸納型實(shí)驗，注重實(shí)驗現象的觀(guān)察和實(shí)驗數據的歸納分析，旨在培養從個(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。

表１　自主測試歸納型實(shí)驗
這類(lèi)實(shí)驗先給出必要的預備知識，設計相應的測試內容，如在ＫＣＬ實(shí)驗中設計表格（見(jiàn)表２），讓學(xué)生根據測試數據總結出理論知識。

表２　測試電路中的電流測量值與規律總結
２．２　引入“實(shí)驗先于理論”的實(shí)驗模式
基礎驗證型實(shí)驗的模式是學(xué)生先學(xué)相關(guān)電路理論后進(jìn)行實(shí)驗測量，重在學(xué)習基本測量方法和掌握實(shí)驗技能并驗證所學(xué)理論，加深對所學(xué)理論的感性認知，本質(zhì)上是運用演繹法，即從一般到個(gè)別、普遍到特殊的推理，是認識的具體化過(guò)程。當學(xué)生有了一定基礎實(shí)驗技能之后，加入“自主測試歸納型”實(shí)驗內容，不在實(shí)驗前講解原理，轉而強調以學(xué)生為主體，學(xué)生在學(xué)習相應電路理論之前先進(jìn)行實(shí)驗測試和實(shí)驗現象觀(guān)察，然后從實(shí)驗結果和測試數據中總結出相關(guān)的理論公式、電路特性或功能，從而獲得新知識，即通過(guò)個(gè)別認識一般，這種方法實(shí)際上屬于歸納法。例如學(xué)生在學(xué)習齊次定理之前，根據給出的電路原理圖，多次測量某線(xiàn)性電路響應隨激勵變化的數據后填入表３，歸納齊次性在線(xiàn)性電路中的體現，從而發(fā)現“響應和激勵成正比”的結論。此例就是應用了簡(jiǎn)單枚舉歸納法，即根據某類(lèi)事物對象的觀(guān)察，發(fā)現這些對象都具有某種屬性，而又沒(méi)有遇到相反的情況，因此推導出該類(lèi)事物都具有某種屬性的一般性結論的推理方法。

表３　線(xiàn)性電路齊次性的測試
２．３　電路課堂教學(xué)形式翻轉
對應自主測試歸納型實(shí)驗的相關(guān)電路理論階段，在教學(xué)方法上使用啟發(fā)式、應用式教學(xué)法，讓部分學(xué)生走上講臺，教師引導分析。學(xué)生為主體，倡導學(xué)生多動(dòng)腦、勤思考、敢提問(wèn)。鼓勵學(xué)生結合實(shí)驗現象發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題，增強學(xué)生用科學(xué)實(shí)驗方法進(jìn)行“探索求證”的能力。學(xué)生普遍反映對相關(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，由實(shí)驗現象找本質(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)地引導學(xué)生掌握全部重難點(diǎn)。通過(guò)這種方式，學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性提高了，被動(dòng)思維逐步轉變?yōu)橹鲃?dòng)思維，遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)能去思考電路特點(diǎn)和所學(xué)知識的關(guān)聯(lián)性。
２．４　打造開(kāi)放的自主實(shí)驗環(huán)境
為了保證學(xué)生有充足的實(shí)踐機會(huì )，硬件上除了電信實(shí)驗中心常規的電路實(shí)驗室設備以外，引進(jìn)了美國ＡＮＯＬＯＧ?。模桑樱茫希郑牛遥俦銛y式電路實(shí)驗平臺套件，整合了示波器、信號發(fā)生器和邏輯分析儀的功能，將名片大小的實(shí)驗板卡發(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(kāi)展實(shí)驗，并建立了微信群，及時(shí)溝通與分享，為進(jìn)行自主測試型實(shí)驗的電路教學(xué)模式提供了很好的實(shí)驗
環(huán)境。
３　結語(yǔ)
近幾年教學(xué)改革實(shí)踐證明，通過(guò)“自主測試歸納型實(shí)驗”的教學(xué)模式改革，引導學(xué)生體驗“實(shí)驗先于理論”歸納法，并與基礎測試型實(shí)驗的演繹法進(jìn)行比較，學(xué)生十分歡迎這種新型的科學(xué)研究方法，對培養學(xué)生的抽象思維能力和邏輯推理能力、開(kāi)發(fā)學(xué)生的探索潛能成功有效。“自主測試歸納性”實(shí)驗大大提升了實(shí)驗的內涵，使學(xué)生由“要我學(xué)”實(shí)驗，變?yōu)?ldquo;我要學(xué)”實(shí)驗。
通過(guò)自主性實(shí)驗強化自主學(xué)習和自主創(chuàng )新能力。通過(guò)改革使學(xué)生在課前課后對實(shí)驗傾注了極大的關(guān)注，教師隨時(shí)根據實(shí)驗中遇到的現象或問(wèn)題，引導學(xué)生討論和進(jìn)一步思考，教學(xué)效果有了明顯的提高。