提高实验教学质量的探析与实践
陈崇辉 邓筠
[摘 要]課题组针对实验教学存在的问题进行了有效的总结提炼，提出“五个度”实验教学方法，对实验教学形成良性的闭环反馈，不断提高学生对基础实验的兴趣和参与程度;通过实施“四个阶段”实验教学层次，对实验教学形成明显梯度递增，提升实验教学的水平。实践教学成果表明，“五度四阶段”实验教学对提升实验教学质量具有良好的作用。
[关键词]教学质量;实验教学;参与度
[中图分类号] G642.423[文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）05-0112-03
在人才培养过程中，应用型高等教育更为重视实践教学，这有助于强化学生对于应用技术的掌握[1]。实验教学是整个教学体系的重要组成部分[2]，而实验教学体系是实验教学的纲领性文件，将直接决定实验教学的质量。为了持续不断地提高实验教学质量，课题组投入时间和精力对实验教学进行了深入探索：从应用型院校学生的视角，聚焦实验教学中存在的典型问题，提炼实验教学方法和手段，并对此进行了思考和实践。
一、实验教学存在的问题
实验教学是高校实践育人的载体，是培养创新素质的抓手，在人才培养体系中具有重要的作用[3]。实验教学质量是高校教学工作的生命线，是高校提升办学层次的保证，是培养应用型人才的基石。高校实验教学的目标主要是提高学生实践动手能力、健全学生的专业知识结构、培养学生初步解决实际工程问题的素养。实验课程的参与主体是学生，应紧紧围绕引发学生动手兴趣、提高学生动手能力的核心开展实验教学工作[4]。目前，实验教学虽然取得了一定的效果，但也还有不少问题。
（一）无法充分调动学生的学习兴趣
实验课程存在“重视设计性实验、综合性实验、探索性实验，轻视基础性实验、验证性实验”的问题，导致学生出现对基础性实验、验证性实验不重视，没有兴趣等消极思想。基础性实验、验证性实验是实践动手训练的初级阶段，为下一阶段的实验做准备。不是每一个实验都会呈现酷炫的实验效果，也不是每一个实验都是一次就一定能成功，更不是每一个实验都会有结果，甚至实验过程可能还存在一定的风险，这些都是学生实验过程中可能会遇到的拦路虎，都会削减学生的实验兴趣。
（二）课堂上学生参与不够
实验教学过程中存在实验仪器设备、实验装置过于智能化、集成化，学生在实验方面的参与投入程度不够高的问题，导致学生产生实验操作依赖，弱化了学生动手实践的机会。如实验装置是固定的、现成的，学生几乎不用怎么连线，就可以完成实验数据的测量，学生难以得到有效训练;实验方法、表格、内容是确定的，学生几乎没有思考和发挥的空间，只能按部就班，学生难以手、脑并用地参与进来。
（三）实验教学难以达到较高的教学目标
有些实验教学停留在实验只是实验，学生仅仅是完成了相关实验数据的测量与处理，对于如何拟定实验步骤、如何设计实验解决问题，学生往往摸不着头脑，至于怎样能够熟练地把实验应用于工程或解决实际问题，学生更是感到困难重重。从实验指导书的实验步骤，对接到工程项目测试流程，仍然是学生实验学习过程中一个难以跨越的鸿沟，这是阻碍实验教学质量提升的重要因素。
二、“五个度”实验教学方法
针对如何调动学生的学习兴趣、如何提高学生实验参与程度的问题，为了保证实验教学质量，课题组在实验教学中进行了探索，提出了“五个度”实验教学方法，并经过几年的实践，取得了良好的效果。
（一）课程开始之初引起学生的实验期望度
任课教师在课程刚开始的第一节课，应明确告知学生本门课程的具体要求、讲授内容、实验安排等，让学生充分了解该门课程的理论和实验教学计划，该门课程哪些章节是重点，哪些知识点是难点，哪些环节安排了对应的实验，让学生对该门课程充满期待，引起学生的学习以及实验期望度。学生实验期望度可分为实验基本期望和实验潜在期望。实验基本期望是指学生认为理应从实验中得到收获的基本需求;实验潜在期望是指期望值超出基本期望的学生并未意识到而确实存在的需求。对于学生而言，基本期望和潜在期望并不是一成不变的，在课程进行过程中，学生对所接受的知识越来越熟悉，学生基本期望和潜在期望的需求可能也就越来越高，但又要避免让学生对课程产生过高的期望，以免降低后续的实验感受度。
（二）实验开始之前激发学生的实验兴趣度
学生实验兴趣度是指学生对实验的主观感兴趣程度，常常取决于学生的主观感觉，容易受到任课教师的导向指引。在临近实验课程开始之前，任课教师要求学生提前完成实验预习报告，激发学生的实验兴趣度，让学生熟悉实验目的、实验原理、实验设备和实验电路等;在配套的实验指导书加入“已完成预习”和“未完成预习”调查，由实验辅导教师检查学生是否按要求完成实验预习报告，并书面盖章确认，以此杜绝学生进入实验室做实验之前不做实验预习报告的情况。我们既要千方百计提高学生对实验的兴趣度，增加学生自主进行实验的欲望，又要通过一些约束手段，保证学生完成实验预习，为学生进入实验室高质量完成实验做好充分准备。
（三）实验过程中切实提高学生的实验参与度
学生实验参与度是指学生在实验方面的投入程度[5]，也就是说，学生进入实验室后，要让学生有足够的实验操作可做，实验过程中能得到有效的动手训练。为了解决实验教学过程中存在实验仪器设备、实验装置过于智能化、集成化，学生在实验方面的参与投入程度不够高的问题，应坚持探索最深层次的学生实验参与度，由学生自行动手搭建实验系统，有效训练学生动手能力。
1.手动挡位实验仪器设备优先于自动挡位。评判实验仪器“先进”或“不先进”的标准不在于单台价钱的多或少，也不在于智能化程度的高或低，只要能让学生更多地参与动脑、动手的就是好仪器。比如模拟示波器优先于数字示波器，正是因为模拟示波器没有AUTO SET功能，因此带来了更强的可操控性，更适合基础实验教学使用。
2.分立元器件组成的实验电路优先于集成电路组成的实验电路。衡量一个实验项目“好”与“不好”的标准，在于是否能留出足够学生思考和发挥的空间。具体措施有：测试任务多样化，彼此关联紧密，满足学习测试方法的要求;使用的仪器不单一，满足各种仪器操控的要求;实验现象可见，满足可调整、可观测、引发思考的要求。
3.实物实验优先于虚拟实验或演示实验。演示实验，以视频演示或教师示范为主，但学生基本不参与实验操作，不适宜经常大量使用。仿真虚拟实验，即以计算机为主要实验设备，在机器上完成实验项目，减少了许多必要的动手机会，不适宜安排过多学时。硬件实物实验，要求学生动手进行实验系统的构建，需要接线，需要操作实验装置或仪器设备才能完成。基础类实验，以实物操作实验任务的含量作为实验参与度的重要标志。
4.一人一组优先于多人一组。受限于实验仪器设备台套数不足以及实验人数多的现状，一些实验项目以小组为单位进行，每组少则两三人，多则十几人，往往导致只有部分学生动手的局面。实验室应让学生有更多的动手操作机会，最大限度地提高学生的实验参与度，强调实验操作的规范性、独立性，强化学生实验技能的综合运用能力。实验教师应随时进行指导，纠正学生不正确的操作动作，使每个学生都能掌握一套过硬的实验操作技能。
（四）实验结束后关注学生的实验感受度
学生实验感受度是指学生对实验质量的主观感受程度。如果基本期望得不到满足，学生就会产生不满情绪的感受，但基本期望的满意水平对激发学生兴趣度效果不大[5];潜在期望得不到满足，学生一般不会有不满的感受，但是如果得到了满足就会让学生感到愉悦，点燃下一次实验的强烈欲望。实验内容的难易程度、实验设备的故障率高低、测量实验数据的误差大小、教师指导实验的能力强弱，甚至教师的一个表情一句话语，都会直接影响学生的实验感受度。同时，学生对实验的期望程度的高低也会影响学生的感受，期望值高，实验质量不一定高，感受度容易偏低;期望值低，反而会觉得实验质量高，从而感受度偏高。要使学生对实验感受良好，只有不断深入了解学生的各种各样的心理活动，并且在实验结束后实验教师批改学生实验报告时，了解学生实验完成情况，关注学生的实验感受，汇总学生普遍反馈的实验过程中遇到的问题，以及时调整教学安排，完善实验教学效果，提高实验教学质量。
（五）课程结束后反馈学生的实验满意度
学生实验满意度是指参与实验的学生对实验过程各环节以及实验收获等内容的主观判断满意程度。满意是由于客观情况符合或超过主观预期而产生的一种积极的心理状态[6]。满意的情绪能够促进学生的学习向着更好的方向发展，体现出实验课程取得和达到了一定效果[6]。实验满意度反映实验室各个环节实际实验效果给学生的感受度与学生实验之前预期的期望度之间的匹配程度，这个数据主要通过学校教务处的教学评价系统得出，学生可对该门任课教师进行评分，可以提出意见，帮助教师改善教学方法，提高实验教学质量[7]。
三、“四个阶段”实验教学层次
针对如何提升实验教学水平的问题，我校在实验教学中对“四个阶段”实验教学层次进行了探析，主要包含认知阶段、操作阶段、方法阶段和系统阶段，使实验教学形成明显层次梯度，以提升实验教学质量。“四个阶段”实验教学经过几年的实践，效果明显。
（一）认知阶段
认知阶段主要是对实验的认识了解，在实验课前主要通过参考实验指导书完成实验预习的方式实现，在实验课堂上主要通过实验教师讲授与演示完成。由于本阶段尚未涉及学生的“动手”，因此本阶段的主要教学内容是实验目的、原理、器材、内容以及注意事项等，典型的教学特征是“学生预习——教师讲授——学生听课”。实验预习是实验开始之前激发学生的实验兴趣度的主要途径之一。如果学生不按要求完成實验预习，对该次实验一无所知，只是为实验而实验，贸贸然进行实验，就容易导致实验仪器设备受损，教师有权拒绝这样的学生进入实验室。此阶段的实验讲授与演示不宜占用过多的时间，一般控制在该次实验时间的1/3以内，在做好实验安全提醒的前提下，针对实验内容重点给予实验方法的点拨，尽量把宝贵的实验时间留给学生下一阶段的动手操作。
（二）操作阶段
操作阶段主要在实验室完成，学生设计实验方案，使用仪器设备测量、记录实验数据，寻找规律，形成实验结论。此阶段由学生亲自动手操作来完成，典型的教学特征是“教师指导——学生动手操作”。实验指导应以启发为主，对于实验中出现的问题，引导学生以实验的方式寻找答案，不应直接告知学生错误点，更加不适宜动手帮学生解决问题。只要不涉及人身安全和不损坏仪器设备，就不应给予学生过多的实验限制，不应束缚学生操作方法的可能性，应允许学生犯错，应鼓励学生对未知实验结果可能性进行探索。操作阶段和认知阶段并不是完全隔离的两个阶段，更多时候是交叉进行或同步进行，目前大部分学生实验都能达到这个层次。基础性实验是检验课程中某单一理论或者原理的实验[8]，即基本实验方法或基本技术操作的基础认知性实验，是学生在认知阶段和操作阶段最适合的实验项目类型。
（三）方法阶段
方法阶段的重点是学会自拟实验步骤，解决实际的测试问题，能够把实验任务由测试任务书抽象的文字叙述，真正落实到实验台上的具体操作步骤中。科学、完备的实验方案设计，严谨、规范的实验操作步骤，是方法阶段不可或缺的两个重要条件，此阶段典型的教学特征是“教师辅导——学生动手+思考+设计”。教师辅导从表面上看作用有所减弱，但更要求教师做到有的放矢，做到精准化辅导，提高辅导的质量。这个阶段的学生动手中有思考，思考中有动手，但最重要的还是要学会设计实验方案，解决实际的测试问题。综合性实验是由多项实验任务组成，经过系列的实施程序，最终得到某种结果的实验[8];设计性实验是给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的教学实验。这两种实验是学生在方法阶段最适合的实验项目类型。
（四）系统阶段
系统阶段以自行设计实验课题为主。良好的实验设计主要表现在合理安排实验程序，恰当地解决研究者所要解决的问题，此阶段典型的教学特征是“教师辅助——学生思考+设计+创新”。教师在教学活动中，应激发学生的创新创业意识，鼓励学生的创造活动以及提供条件帮助学生完成产品的开发与研制，培养学生电路设计、实验规划等系统设计和联调能力。此阶段的主导者是学生，从系统的角度看，学生必须具备独立思考的能力，具备系统设计的能力，具备对知识融会贯通、合理运用及实践创新的能力[9]。探索性创新实验主要指大学生参与的，通过申报、立项、提供经费资助的国家级、省级、校级的大学生创新创业训练计划项目等科研创新实验，是学生在系统阶段最适合的实验项目类型。
四、实验教学效果
我校电工电子实验中心承担省校级高等教育教研和科研项目任务，并把工程实际问题提炼后作为学生的实验内容，规范实验方案，教会学生实施实验，锻炼学生科学处理数据的能力。本中心以培养学生主动实践为目标，通过“五个度”实验教学法对实验教学形成良性的闭环反馈，不断完善基础实验项目的设计，发挥其在展示实验设计方法、规范实验过程方面的核心作用，提高学生对基础实验的兴趣和参与程度，确保基础实验高质量地完成;通过“四个阶段”实验教学层次使实验教学形成明显梯度。我们还编写出版与实验仪器设备相配套的实验指导教材，使用多样化的实验教学方法，使实验教学达到较高的教学目标，培养高水平的实验技术人才。
建立科学的实验教学体系，使我校学生的创新实践能力普遍获得明显提升。近年来，我们组织、指导学生参加各类科技竞赛活动，获得多项国家级、省市级奖项，为一大批学生后续实验项目及工程训练奠定了良好的工程素养;指导学生开展国家级、省级、校级大学生创新创业项目，也取得了良好的创新实践成绩，培养部分具有初步主持开展项目能力的高水平学生;带领学生申请专利，引导学生树立尊重知识、崇尚科学和保护知识产权的意识，全面提升学生的综合能力。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 曹杰.基于全面质量管理的应用型民办本科院校实践教学质量评价研究[J].教育与职业，2019（3）：104-108.
[2] 张吴波，史旅華.建立开放的实验体系， 提高C语言教学质量[J].大学教育，2014（7）：134-135+150.
[3] 李辉. 建设创新实践平台? 提升大学生创新能力[J]. 中国高等教育，2013（17）：57-59.
[4] 吕念玲，秦慧平，孟维亚，等. 实验教学相关问题的再认识[J]. 实验技术与管理，2016（7）：181-184.
[5] 吕念玲，袁炎成，黄晓梅，等. 实验教学重在过程[J]. 实验技术与管理，2017（6）：154-156+171.
[6] 王铭. 我国高等教育质量标准“五个度”的分析、评价与操作化研究[J]. 高教探索，2016（11）：21-26.
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[8] 熊宏齐，戴玉蓉，郑家茂. 教学实验项目类型及其“开放内禀性”[J]. 实验技术与管理，2008（1）：5-6+63.
[9] 赵永宽，石元蒙. 浅谈独立学院实践教学体系的构建[J]. 人力资源管理，2010（2）：109-111.
[责任编辑：钟 岚]
