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“三维一体化”电工类实验课程的学生创新能力培养研究

2025-01-24 72 上传者：管理员

摘要：本研究旨在探索基于“三维一体”设计理念的电工电子技术实验课程对学生自主创新能力的培养效果。通过结合理论知识、实践操作和创新能力培养，我们设计了一套系统的实验课程，旨在提升学生的综合能力和创新思维。本研究采用混合式学习理论和建构主义学习理论作为理论基础，利用问卷调查和实验数据进行实证分析。结果表明“三维一体”实验课程显著提高了学生的自主创新能力，并且在教学效果和学生反馈上表现良好。

关键词：
三维一体
实验课程
教学改革
电工电子技术
自主创新能力
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1、引言

1. 1 研究背景与意义

电工电子技术课程在工科教育中具有重要地位,不仅要求学生掌握扎实的理论知识,还需具备较强的实践操作能力和创新能力｡然而传统的教学模式往往偏重理论知识的传授,忽视了学生实践能力和创新能力的培养｡ Graham指出,混合式学习通过整合线上和线下教学,能够最大化学习效果,有助于提升学生的自主学习能力和创新能力[1]｡因此探讨一种有效的教学模式以提升学生综合素质成为当前教育改革的重要课题｡

1. 2 研究目的与内容

本研究旨在基于“三维一体”设计理念,构建一套系统的电工电子技术实验课程,并通过实证研究检验其对学生自主创新能力的培养效果｡具体研究内容包括:

(1) 设计“三维一体”实验课程;

(2) 探讨实验课程对学生创新能力的影响;

(3) 提出相应的教学改革建议;

2、“三维一体”实验课程的设计理念

2. 1 三维一体的特点及优势

“三维一体”设计理念主要包括理论知识､实践操作和创新能力培养三个方面｡与传统教学模式相比 “三维一体”具有以下优势:

(1)综合性:课程设计涵盖理论､实践和创新三个方面,注重学生综合能力的培养｡

(2)互动性:通过实验项目和小组讨论,促进学生之间的互动与合作｡

(3)个性化:根据学生的兴趣和能力,提供多样化的实验项目和自主选择的学习路径｡

Knowledge- Centered Curriculum Theory 强调课程设计应以学习者为中心,关注个性化学习目标和自主学习能力的提升[2]｡

2. 2 课程设计思路

本研究以混合式学习理论和建构主义学习理论为基础,设计了“三维一体”实验课程｡具体设计思路如下:

(1)理论知识传授:在课程开始阶段,通过线上课程和课堂讲解相结合的方式,帮助学生掌握电工电子技术的基础理论｡线上课程提供丰富的学习资源,如视频讲解､电子教材和在线测试,方便学生自主学习和反复巩固知识｡课堂讲解则侧重于重点难点的解析和疑难问题的解答,确保学生对基础理论有全面理解｡

(2)实践操作训练:设置一系列实验项目,让学生在动手操作中加深对理论知识的理解｡实验项目涵盖基础电路实验､信号处理､电子元件测量与应用等多个方面[3]｡学生通过动手实践,能够更直观地理解理论知识,培养实验操作能力和问题解决能力｡

(3)创新能力培养:在课程的后期,鼓励学生自主设计实验项目,并进行小组讨论和创新展示｡学生可以根据自己的兴趣和实际问题,设计和实施创新实验项目｡通过这种方式,不仅可以培养学生的创新思维, 还能提升团队合作能力和项目管理能力｡

2. 3 课程实施步骤

课程实施包括以下步骤:

(1)准备阶段:制定详细的课程计划,准备实验设备和材料｡教师需提前安排好实验室资源,确保实验设备的完备和安全｡此阶段还包括线上学习平台的搭建和课程资源的准备｡

(2)教学阶段:线上课程与课堂讲解相结合,进行理论知识的传授｡在课程初期,教师通过在线平台发布学习资料和视频课程,学生可根据自己的学习节奏进行学习｡课堂上,教师对重点知识进行详细讲解,并结合实例帮助学生理解｡

(3)实验阶段:学生分组进行实验操作,教师提供指导和反馈｡在这一阶段,学生通过实际操作,验证和巩固所学理论知识｡教师在实验过程中进行指导,帮助学生解决实验中遇到的问题,并提供及时反馈｡ (4)创新项目阶段:学生自主选择和设计实验项目,并进行项目实施和展示｡每个小组需要独立完成一个创新实验项目,从项目选题､设计､实施到最终展示[4],整个过程需要学生自主完成,教师提供必要的指导和资源支持｡

(5)评价阶段:通过项目展示和成果汇报,对学生的创新能力进行评价｡评价标准包括项目的创新性､完成度､团队合作和展示效果等多个方面｡评价结果将作为课程成绩的一部分,同时也为后续课程改进提供参考｡

3、学生自主创新能力培养的方法

3. 1 实验项目选择实验项目的选择遵循以下原则:

(1)相关性:与课程内容密切相关,能够巩固理论知识｡

(2)创新性:鼓励学生进行自主设计和创新,开设结合工程案例的示范性实验项目｡逐渐替代传统的实验项目｡

(3)可操作性:考虑学生的实际操作能力和实验条件｡典型实验项目包括:

(4)基本电路实验:通过搭建和测量简单电路,掌握基本电路理论｡

(5)综合设计性实验项目:结合多个知识点,以工程背景为前提,进行复杂电路的设计､焊接和调试,最终形成作品｡

3. 2 实验教学模式

实验教学中,我们采用以下模式:

(1)分组实验:学生分组进行实验操作,培养团队合作能力｡

(2)项目式学习:鼓励学生自主选择实验项目,并进行项目管理和展示｡

(3)互动讨论:通过小组讨论和教师指导,促进学生之间的交流与合作｡

结合建构主义学习理论,强调通过实验和项目式学习,学生能够通过探索和实践自主构建知识,从而提升他们的创新能力和问题解决能力｡

3. 3 创新能力评价

创新能力的评价包括以下几个方面:

(1)自主设计能力:学生在实验项目中的自主设计和创新能力｡通过观察学生在项目选题和设计过程中的表现,评价其独立思考和创新能力｡例如,学生能否提出有创意的实验项目,并设计出有效的实验方案｡

(2)问题解决能力:学生在实验过程中遇到问题的解决能力｡通过记录学生在实验过程中遇到的问题及其解决方法,评价其分析问题和解决问题的能力｡特别是对复杂问题的处理能力,是评价的重要标准｡

(3)团队合作能力:学生在小组实验中的合作与沟通能力｡通过观察学生在小组实验中的表现,评价其团队合作精神和沟通能力｡重点关注学生在团队中的角色分工､合作效率和沟通技巧｡

(4)成果展示能力:学生对实验成果的展示和表达能力｡通过学生的项目展示和答辩,评价其成果展示能力和表达能力｡重点关注学生能否清晰地阐述项目的创新点､实施过程和最终成果｡

4、研究方法

4. 1 实验数据收集

数据收集采用问卷调查和实验数据结合的方法｡问卷调查主要针对学生的学习态度､实验体验和创新能力评价｡具体步骤如下:

(1)问卷设计:根据研究目标设计问卷,主要包括学生对课程满意度､自主学习能力､创新能力和团队合作能力的评价｡问卷设计遵循科学性和客观性原则, 确保调查数据的准确性和有效性｡

(2)问卷发放与回收:在课程结束后,通过线上平台发放问卷,并在规定时间内回收｡为了确保较高的回收率,问卷发放前须向学生说明调查目的和重要性, 保证匿名性和数据保密｡

(3)实验数据记录:在实验过程中,记录学生的实验成绩､项目设计和展示情况｡通过实验报告､项目方案和展示视频等形式,收集学生在实验和创新项目中的表现数据｡

(4)数据整理与编码:对收集到的问卷数据和实验数据进行整理和编码,便于后续的统计分析｡数据整理过程中,需确保数据的完整性和一致性,剔除无效数据和异常值｡

4. 2 统计分析

统计分析采用描述性统计和推断性统计相结合的方法｡具体步骤如下:

(1)描述性统计:对问卷调查和实验数据进行初步分析,计算数据的均值､标准差和分布情况｡通过描述性统计,了解学生对课程的总体评价和不同教学模式对学生能力的影响｡

(2)相关性分析:采用皮尔逊相关分析,探讨各变量之间的关系｡例如,分析学生的自主学习能力与创新能力之间的相关性,探讨其内在联系｡

(3)比较分析:采用t检验或方差分析,比较不同教学模式[5]对学生创新能力的影响｡例如,比较传统教学模式与“三维一体”教学模式下学生创新能力的差异,验证“三维一体”教学模式的有效性｡

(4)回归分析:采用多元回归分析,探讨影响学生创新能力的主要因素｡例如,分析自主学习能力､团队合作能力和实验成绩对创新能力的影响,为课程设计和改进提供参考依据｡

5、研究结果与讨论

5. 1 数据分析结果通过对调查和实验数据的分析,结果表明:

(1)学生对“三维一体”实验课程的总体满意度较高｡

(2)实验课程显著提高了学生的自主创新能力｡

(3)不同教学模式对学生创新能力的影响存在显著差异｡结合研究结果分析混合式学习对学生创新能力的提升作用｡

5. 2 研究发现

研究发现,“三维一体”实验课程在提升学生自主创新能力方面具有显著效果｡具体表现为:

(1)学生满意度高:问卷调查结果显示,大多数学生对“三维一体”实验课程表示满意,认为课程设计合理,教学效果显著｡特别是在创新能力和团队合作能力的培养方面,学生给予了较高的评价｡

(2)自主学习能力提升:通过线上学习和自主选择实验项目,学生的自主学习能力得到了显著提升｡大多数学生表示,能够更主动地进行学习和探索,学习效率明显提高｡

(3)创新能力显著增强:实验数据分析结果显示, “三维一体”实验课程显著提高了学生的创新能力｡学生在项目设计､实验操作和成果展示方面表现出了较强的创新思维和实践能力｡

(4)团队合作能力提升:通过分组实验和项目合作,学生的团队合作能力得到了显著提升｡学生表示, 在小组实验中能够更好地与团队成员进行沟通和协作,提高了团队合作效率｡结合研究学者的研究结果,分析混合式学习对学生创新能力的提升作用｡

5. 3 改进建议

根据研究结果提出以下改进建议:

(1)加强教师培训:提升教师在混合式教学中的设计与实施能力教师对整个环节都必须清楚｡

(2)优化实验项目:根据学生反馈,优化实验项目的内容和难度,增加趣味性实验项目｡

(3)增加互动环节:通过线上讨论和线下辅导,提高学生的参与度和互动性,在互动环节制定考核机制, 调动学生的积极性｡

6、结论

本研究基于“三维一体”设计理念,构建了一套系统的电工电子技术实验课程,并通过实证研究验证了其在培养学生自主创新能力方面的有效性｡研究表明,混合式学习和建构主义学习理论为实验课程的设计与实施提供了重要指导,通过理论与实践的有机结合,能够显著提升学生的创新能力｡未来研究可以进一步探索不同教学模式对学生综合能力培养的影响, 并结合最新的教育技术,优化实验课程的设计与实施｡

参考文献:

[3]李严,殷树娟,李涵,等.基于OBE的微电子工艺课程实验设计 [J]. 集成电路应用,2024,41(05):92-93.

[4]杨特育,王俊.新工科背景下电工电子基础实验教学模式实践探索[J]. 遵义师范学院学报,2023,25(02):102-105.

[5]许国腾.大数据背景下管理定量分析课程教学改革创新探讨 [J]. 现代商贸工业,2023,44(15):210-213

基金资助:2023年示范性实验项目建设项目“模拟电路分立器件综合设计实验”(SFSY2023007);

文章来源:卢旭盛,白雪峰,梁慧娟,等.“三维一体化”电工类实验课程的学生创新能力培养研究[J].现代商贸工业,2025,(04):260-262.