教学方法

1 “探索式”与“传授式”教学相融合的“四知”实验实践教学方法

学生探索学习的意识和行为乃至习惯和方法是在教师的指导下由低层次向高层次递进的。最初在基础知识的教学中,在“传授式”教学中引入探索成分,有意识的培养学生的探索能力,逐步扩大学生探索的深度和广度,最终达到学生“自主探索学习”的目的。

在实际的教学中,以学生为主导,教师在精研实验的基础上,提出启发性的问题或引导学生发现问题,形成相互提问、相互探讨、相互质疑、相互影响的实验教学氛围。通过师生之间的共同学习、分享经验,达到对实验的深入理解,增强学生思维的批判性、敏捷性和深刻性。

实验教学中心将学生学习的过程分成“未知”、“认知”、“探知”和“新知”四个的阶段(简称“四知”),根据每个阶段的特点,采用有针对性的教学方法。

未知”:指的是发现并提出问题,目的是启动学生的思维活动、激发学生内在机制运转,确定研究的意向。“未知”阶段培养的是学生“敏于发现”的能力。

认知”:在教师的指导下,学习相关基础知识,建立解决问题的基本知识结构。“认知”阶段培养的是学生“善于学习”的能力。

探知”:该阶段是“四知”教学模式的核心,要求学生进行实验探索,具体包括:通过所掌握知识或收集的信息做出比较合理的实验设计假设;设计实验步骤;根据所得的实验现象,进行分析归纳并得出结论。学生通过自觉主动的探究,积累知识,同时培养了探索的兴趣、方法和能力。“探知”阶段培养的是学生“勇于探索”的能力。

新知”:学生得到实验结果后,总结实验中的难点、重点,反思得失经验,并撰写实验报告。教师对实验过程和结果、以及在学生探索学习过程中遇到的问题进行总结和点评,引导学生制定下一步探索的计划。“新知”阶段培养的是学生“敢于创新”的能力。

以“数字电子技术”实验中“方波发生电路”题目(基础性实验)和“电子系统专题设计”实验中的“简易数字示波器”题目(设计性实验)为例,实验教学中心在“四知”的不同阶段教学过程见图。

(a)    基础性实验“方波发生电路”的教学案例

 (b)设计性实验“简易数字示波器”的教学案例

实验教学中心按照“四知”划分学习阶段、改进教学方法

2将先进的科研理念、科研成果、科研设备应用于实验教学

为培养研究型、创新型人才的需要,实验教学中心积极进行实验教学研究与改革,不断从前沿性科研成果中,提出新思想、新技术和新方法,充实到实验教学中,向学生传授科研理念、科研方法、科研价值,使学生了解科技最新发展和学术前沿动态,激发科研兴趣,启迪科研思维,培养科研道德,提升学生科学研究和科技创新的能力。

南开大学在纳米电子学、超导电子学、光电子学等方面具有很大优势,具有国际领先水平,承担了863973和国家自然科学基金等多项科研课题,取得了很多具有国际先进水平的研究成果,实验教学中心从这些科研成果中提炼出19项实验教学课题。

3 协同学校学院多部门,开展广泛的、多视角多层次的学生创新实践活动

实验教学中心每年开展广泛的、多视角多层次的学生创新实践活动,有的活动是实验教学中心组织和举办的,也有一些活动以实验教学中心为主导,联系学校、学院多个部门,协同合作。在活动中,以问题为导向,培养学生科技创新的意识和能力。

一、实验教学中心组织和举办的创新实践活动

1.创新性开放实验

实验教学中心配合学校的“创新性开放实验计划”,全面开放实验室,鼓励学生自主进行设计性和研究性实验。实验教学中心制定了相关的管理制度,组建了以青年教师为主的技术服务团队,摸索出了一套行之有效的开放实验操作模式。近三年,实验教学中心累计资助实验项目264个,项目资助总经费24万元,累计参与学生人数达到677人,平均每年226人次,覆盖电光学院及计控学院低年级本科生。取得了显著的实验教学效果。

2.多隆电子协会

多隆电子协会创办已三十载,从初创期的几个同学,发展壮大至现在五百余人的大社团。多隆是实验教学中心组织学生进行课外实践活动的得力助手,接受实验教学中心的技术培训,以及相关活动的技术指导,然后以协会活动的形式,带动低年级学生进行创新实践活动,扩大受益面,实现了学生的自我管理、相互交流,同时也形成了浓厚的科技创新的校园文化。2015年7月12日,多隆协会成立三十周年,新老多隆人欢聚一堂,热烈交流,老多隆人分享了各自的事业发展的经历,新多隆人表达了自己对科技创新的热情,大家一致认为,应该坚持和弘扬多隆电子协会 “多样化的社团活动大众化的创新创业分享式的传帮带”的特色,坚持创新,勇于探索。

多年来,多隆向社会输送了数百名优秀人才,校友们事业有成的同时心系母校,纷纷自发的为学校捐款捐赠:198948位校友集体捐赠了价值600万元的精密光通信实验仪器,建立了Lab8920实验室;86级校友、武汉盛帆电子股份有限公司董事长李中泽捐赠了500万元88级校友、安科瑞电气股份有限公司监事会主席吴建明捐赠了100万元,等等。

  

(a)89级校友捐赠600万设备  (b)86级校友李中泽捐款500 (c)88级校友吴建明捐款100

多位老多隆会员捐赠先进的实验设备或捐款

3.国家级大学生创新性实验计划、南开大学本科生创新科研百项工程

2003年起南开大学开始实施本科生创新科研“百项工程”(下简称“百项工程”),学校每年拨款不少于100万元作为创新基金,鼓励学生围绕一个课题组成科研小组,立项重点为学生自主设计的科研创新项目。多年以来,电光学院和部分计控学院的学生依托实验教学中心的开放实验室,在教师的指导下参与“国创”和“百项工程”,近五年来,学生组队参加参加“国创”立项62项,“百项工程”立项104项,取得了丰硕的成果。

4.电子设计竞赛及其它竞赛活动

实验教学中心组织和培训学生参与南开大学电子设计竞赛(下简称校电赛)、天津市电子设计竞赛(下简称市电赛)、全国大学生电子设计竞赛(下简称国电赛)。比赛之前,实验教学中心组织学生进行专门的培训,前期进行基础知识点讲座,后期引导学生选择几个专题的题目,模拟真实的电赛,实现从设计、制作、调试、总结的全过程,锻炼学生的实际动手能力,培养学生的知识综合运用能力。近两届国电赛(2015年、2013年)参加队伍均为30支,参赛学生90人,约占大二、大三学生总数的1/52013年国电赛的获奖比例为63.3%2011年获奖比例为65%。学生广泛参与,获奖率高。

此外,实验教学中心还组织和指导学生参加多种学科竞赛,如国际IEEE电脑鼠走迷宫大赛、天津大学生物联网大赛、天津市大学生单片机应用设计大赛、天津大学生电脑鼠走迷宫大赛等等,通过竞赛来锻炼学生的综合实践能力。

二、与团委共同举办一系列的课外实践活动

实验教学中心与团委共同举办智能车对对碰大赛“创新梦之队”夺标行动新生趣味科技作品竞赛科普秀秀创意作品征集微思考与小创新创意征集畅游实验室活动等一系列丰富多彩、快乐有趣的课外实践活动。通过这些活动激发学生的创新热情。此外,还举办了创新创业项目挑战赛,借助校友捐资的资金建立“学生创新励学基金”,为学生申请专利多项,并与南开大学学生创办的“闯先生”网络文化有限公司合作推动优秀项目进行创业孵化,鼓励学生开展创新和基于创新的创业活动,关注环境、教育、健康、公益等领域的创新和创业项目,大力弘扬创业者精神。

  

a)智能车对对碰大赛作品 (b)“创新梦之队”夺标行动作品  (c)学生创新创业项目

与团委共同举办的一系列的课外实践活动作品

2-5-4 以学生为主体的基于“项目驱动”实践教学方法

实验教学中心以项目开发为形式,推进学生创新实践活动。项目来源主要有三种:一是鼓励学生根据社会生活和生产实践的需求,发挥个人创造性,自主设计的实践项目;二是教师承担的横向科研项目转化而成的实践项目;三是教师将纵向科研项目的子课题转化而成的实践项目。在完成项目的过程中,培养本科生创新意识、自主学习能力、合作精神和主动实践能力,培养创造性、复合型人才。

       在创新实践活动中,多数活动以“项目开发”的形式存在。实验教学中心不断完善指导教师团队技术指导机制、完善管理与师生交流机制、完善创新实践评价及展示机制,探索优秀成果产业化转化机制。实施流程如图所示。

 以学生为主体的基于“项目驱动”实践教学方法

2-5-5 “互联网+”的教学模式,实现“网上教学”与“网下教学”相结合

实验教学中心以培养学生自主学习能力为核心,构建“互联网+”的实验教学模式,建设“多元化实验实践教学交互平台”,打破教学时空界限,建立微平台,从自主学习到实时互动,引导学生从传统的被动接受教育转变到主动探索创新体验,发挥自己的潜力完善自己的能力。该平台具有扩展性、兼容性、前瞻性,真正实现专业内外、学校内外的资源共享,实现整个实验教学管理的信息化。

“交互平台”为学生提供信息管理微平台、虚拟实验微平台、教学互动微平台等三个主要微平台功能,学生可以通过实验教学中心和润尼尔公司联合研发的虚拟仿真实验系统随时随地完成目标实验的仿真准备工作,并可以通过NI虚拟仿真系统将仿真结果和实际实验进行无缝连接,实现实验过程中任何阶段的工作都可以进行实时切换;学生还可以通过在线学习、互动论坛和微信等平台完成师生之间、学生之间的实时交流和资源共享,极大程度减轻了传统教学手段中面对面交流所造成的时空局限;学生可以通过多种微平台渠道申请开放实验项目和实验室开放申请,极大程度的提高了实验室的利用率和学生的学习效率。

 “互联网+”的教学模式

2-5-6 与多元化的实验教学方法相适应的基于过程的考核方式

由于实验教学中心采用多元化的教学方式,就需要采用与教学方式相适应的考核方式。实验教学中心的考核方式同样是多元化的、注重考察学生在实验项目中的探索过程。

实验教学中心对实验课程考核方式进行改革,结合学生期末考试、平时实验完成情况、设计报告等情况进行综合评价,对学生进行多方面的考核,形成实验课程考核评价新方法。重点考察学生对知识的运用能力、分析问题和解决问题的能力,培养学生的专业技能和表达沟通能力以及团队精神。

在综合性系统实验中采用科研项目式的考核方法。如现代信息技术实验,其每个实验都是一个小系统,实验题目都是系统性、设计性的。要求学生三周左右的时间完成一个实验题目。实验报告的格式不作呆板的统一规定,而是以科研论文写作的要求来训练学生。内容和格式自定,必须要有实验体会和创新点。结课时参照本科毕业论文答辩的形式进行总结和交流,最后由任课根据课程的全过程评定成绩。学生普遍反映这种形式的实验报告使自己在科研论文的写作方面得到了初步训练。

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