摘要:研究生作为助理实验员进行专业实验辅助,是教育部“三助一辅”的重要内容。针对工科电子信息专业实验工作量繁重、教师缺乏、实验效果不理想等问题,探讨了研究生辅助工科电子信息专业实验的可行性。从总体流程、研究生筛选、实验指导过程、管理制度优化等方面,对研究生辅导工科电子信息专业实验的方法进行了研究。最后将提出的方法应用于“电力电子技术”课程实验中,取得了较好的效果,并提高了参与研究生的实践能力。该方法将对相关高校电子信息类专业研究生辅助实验提供一定的参考。
关键词:电力电子技术;研究生;实验辅助;电子信息专业
当前,经济社会的发展要求高等学校工科毕业生具有较强的动手实践操作能力,而专业实验是学生进行动手实践训练的基本环节,对于提高学生的实践操作能力有重要作用。
1工科专业实验存在的主要问题
目前,工科专业实验存在着诸多问题,如学生做实验走马观花,流于形式;教师以演示为主,缺少直接指导。实验教师师资的缺乏,是其中的一个重要原因。主要表现在:(1)学生实验多,实验教师工作任务繁重;(2)专职实验员缺少,任课教师工作繁忙,很难作为兼职实验员;(3)实验相对复杂,对于缺少专业技术基础的教辅人员,很难胜任;(4)在上述实验人员紧缺的情况下,每个学生很难得到实验教师足够时间的指导。上述问题是当前困扰高等学校工科专业实验的突出问题,为此高等学校针对研究生“三助”和实验优化开展了相关的研究。如向韵分析了7种不同的助研、助教或助管经历对研究生学习、未来工作,以及读博意愿的影响[1]。梁胜等采用本科生和研究生组合培养模式,由导师对研究生的培训、研究生对本科生培训,开展仪器分析科研实验[2]。张玉涛等提出了提高研究生“三助”岗位工作质量和工作效率的具体建议,包括研究生“三助”岗位对提升个人素质、工作能力和适应能力方面的作用[3]。李翠英等提出利用研究生助管参与实验室工作,是实验室管理和研究生素质培养的良好途径[4]。陈怡等提出组建由教师和多名研究生助教组成实验指导教学小组来满足不同场地开展多个实验的需求[5]。上述研究提出了一些研究生参与“三助”、进行实验室管理和专业实验的方法,但是缺乏研究生系统的辅导专业实验的方法研究。针对上述存在的问题,以及郑州大学电气工程学院实验室当前的情况,结合《教育部关于做好研究生担任助研、助教、助管和学生辅导员工作的意见》[6],提出了研究生辅助教师开展电子信息类专业实验的方案。该方案不仅能够很好地解决实验的时间安排问题,有效地减少了教师的实验工作量,并且为研究生提供了实践的机会,保证了本科教学的教学质量和教学效果。
2总体思路
研究生辅导工科电子信息专业实验的总体流程如图1所示。首先,按照助教研究生筛选标准,对助教研究生进行筛选。确定助教研究生人选后,对其进行前期培训和相关准备工作。主要包括基本实验技能培训和专业实验操作培训。基本实验技能培训是对当前电子信息类实验常用的设备和使用方法进行培训,如万用表、示波器的使用等;专业实验操作培训主要是针对助教研究生辅助的专业实验开展培训,一般参考既定实验的指导书进行。完成上述实验培训和准备工作后,实验教师将带领研究生一起指导本科实验,具体内容包括实验的讲授、演示、本科生实验的现场指导、考核等。主要采取教师示范,助教研究生同步学习,共同指导的方式。一般来说,要求教师带领助教研究生至少完成一遍课程实验的指导过程。在此基础上,教师对助教研究生辅助实验指导的效果进行评估,如果不合格,将对研究生重新进行培训、协助指导。如果合格,将委托助教研究生进行独立的实验指导。在助教研究生独立指导的每个专业实验完成后,实验教师将对其进行效果评估。对于不合格的,将进行问题整改和管理制度的优化。一方面,检查改进存在的问题,提高实验教学质量和水平;另一方面,进行管理制度优化,激励研究生实验的积极性和主动性[7]。在此基础上重新进行相应的培训,再由导师协助指导,并经过再次评估合格后,交由助教研究生独立指导。通过上述流程,使助教研究生充分熟悉实验指导过程,掌握实验指导方法,提高实验指导的规范程度,保证专业实验的质量和水平,同时降低实验教师的工作强度,提高助教研究生的实践操作动手能力。
3研究生的筛选
研究生作为助教辅导本科生专业实验需要具备如下条件:(1)具备一定的专业基础知识电子信息类专业课程一般专业性强、内容庞杂、应用广泛。往往既包括理论,又包括应用;既包含强电又包含弱电。因此掌握好一门专业课程一般需要较多的基础课程知识,如模电、数电、电路、自动控制等基础课程。因此专业课程的实验需要助教研究生具备较好的电子信息类专业基础知识。(2)具备较强的动手能力电子信息类专业课程的实验通常实践性都很强,首先要求研究生对专业实验的原理熟悉掌握,对每个实验,能够熟练快速地完成导线连接等基本操作,对实验过程中出现的问题能够迅速排除。其次,能够根据实验设备出现的故障现象确定故障源,并排除简单故障。上述情况要求研究生具备一定的动手能力,熟练应用电烙铁、示波器、万用表等工具,能够处理简单的设备故障。(3)尽量选用专业学位研究生学术型研究生以学术研究为中心,偏重理论研究;而专业型研究生以专业实践创新为导向,重视实践应用。因此,专业学位研究生的培养目标与研究生作为本科生实验的助教要求更一致。助教研究生的选拔通过学生报名和导师推荐方式,基于上述原则对候选研究生进行筛选。筛选的方式是面试和实践技能考核,力争选择实践水平高、责任心强的研究生从事相关的专业实验辅助。
4助教研究生实验指导阶段和过程
根据助教研究生参与程度的不同,研究生作为助教指导本科生专业实验可分为以下三个阶段:(1)前期培训和准备阶段:助教研究生开始还不具备指导本科生专业实验的能力,虽然他们在本科的学习中做过相关的实验,但缺少实验指导的技能和经验。因此在本科专业实验开始之前和整个实验过程中对研究生进行培训、指导是必须的。首先由教师对助教研究生进行培训。培训内容以专业课程中的所有必做实验为中心,讲解实验原理以及涉及到的相关技术知识。尤其强调实验中的注意事项,特别是安全注意事项。然后,助教研究生需要使用各种辅助软件(如Matlab、Mathmaticas、Multisim等)对要做的实验进行仿真[8]。最后助教研究生在现有的专业实验硬件设备上接线并完成实验,并按照实验指导书的要求,完成数据的测量和分析,对比仿真结果和实验结果,分析造成仿真结果和实验结果差异的原因[9]。通过前述的工作,一方面将加强助教研究生对实验的理解,另一方面在本科生开展实验之前,提前对设备功能进行检查。若发现设备有故障问题,及时进行维修。在研究生培训学习过程中,教师进行现场指导,对他们培训学习过程中提出的疑问进行解答。为了保证助教研究生的讲课效果,研究生在经过培训准备后进行试讲,由教师和其他助教研究生试听后共同讨论,提出改进意见。前期准备阶段还包括与开展实验的本科生协商确定最终的实验时间。(2)助教研究生与教师共同指导实验阶段:由教师带领助教研究生共同进行实验指导,类似于传统中医的师徒相带。具体实施时,对于每个课程实验的前两轮班级,由助教研究生与教师共同指导。主要原因:一是实验设备长时间放置后,再次使用故障率较高[9]。经过一定时间的使用后,设备运行会变得相对比较稳定。因此需要教师在前两轮实验中带领助教研究生共同指导实验,解决实验过程中所出现的各种设备问题。二是虽然助教研究生在实验前期做了充分的准备,但对于初次指导实验仍旧需要一个适应过程。因此,在共同指导阶段,采取以助教研究生为主,教师示范辅助的策略。主要由助教研究生讲解实验并进行演示。对实验中出现的问题,首先由助教研究生自己解决,短时间内解决不了的问题,由教师帮助解决。在共同指导阶段,教师可以针对助教研究生在讲课风格、讲课内容以及解决问题的方法等方面给予及时指导。(3)助教研究生独立指导实验阶段:经过两次共同指导实验后,助教研究生进入独立指导实验阶段。助教研究生依靠前期积累的经验和知识,指导本科生开展实验。对学生在实验中出现的问题、提出的疑问进行现场解答。争取在短时间内解决实验过程中出现的问题,从而保证实验的顺利完成。无法短时间内解决的问题,可以在课后由教师帮助解决。助教研究生在每次实验后要求填写实验记录,除了记录必要的实验班级、人数、实验名称等基本信息外,还要记录实验中出现的问题、解决方法、遗留问题等信息。实验成绩作为专业课程成绩的一部分,占10%~20%的比重。实验成绩包含实验过程成绩和实验报告成绩[10]。每组本科生完成实验后,将实验中测量的数据或观察到的波形交由负责的助教研究生检查,如果本科生得到的数据不正确,助教研究生对其进行指导,帮助他们发现问题并及时纠正。每个实验成绩满分为20分,包括实验过程成绩15分,实验报告成绩5分。实验过程成绩由助教研究生在每次实验结束后,根据该组学生的完成时间和实验结果以及出勤情况给出;而实验报告成绩则由教师最终批改后给出。每个实验按照班级分多轮进行。在最初的两轮中教师给助教研究生进行示范,助教研究生进行讲解和演示。后面的几轮由助教研究生独立完成讲解和演示工作,教师对助教研究生的表现进行指导和评价,指出不足之处,提出改进意见。
5管理制度优化
为保证本科专业实验的顺利进行,并达到既定的实验目的,必须对助教研究生进行规范管理,建立相应的研究生试讲、考勤、实验小组负责制、本科学生评议、指导效果考核等制度。只有制度化,助教研究生的管理才具备可操作性,才能对本科生实验教学提供质量保证,才有利于研究生实践创新能力的提高。具体管理制度包括:(1)每个助教研究生必须试讲通过后,才可以在实验课上为学生讲解。(2)实验小组负责制,每个助教研究生负责三个实验台并对所负责实验台的学生的实验过程和实验结果负责。(3)本科学生评议制度,由本科生对助教研究生的讲解、答疑、态度、能力水平等方面进行评价打分。(4)指导效果考核制度,将本科生实验结果的正确性作为考核助教研究生指导效果的主要依据,由教师根据每组本科生实验报告的批改结果对每位助教研究生的指导效果进行评价。(5)最后,综合助教研究生的考勤、本科生的评议和指导效果考核等方面,给出每位助教研究生的考核结果,把考核结果与助教研究生的助教报酬关联[3],调动其积极性。
6改革效果
笔者在郑州大学电气学院的“电力电子技术”课程实验中采用了本文的方法。“电力电子技术”课程教学课时为48课时,而课程实验也由任课教师自己负责,实验工作量大。因此采用本文方法,引入研究生进行辅助指导,以便保质保量完成实验教学任务。该课共安排5个实验,每个实验两个课时。郑州大学电力电子技术实验室目前有8套设备,三个专业共12个班级,按班级分为12轮开展电力电子技术实验,每轮平均8组,每组4人。两年来研究生辅助教师指导“电力电子技术”课程的本科实验,取得了良好的效果。一方面,参与教学的研究生不仅在专业知识、动手能力上得到提高,而且在领导能力、沟通能力、团结协作方面得到很好的锻炼。多名研究生在参与后期的研究生创新大赛、研究生电子设计大赛中获得很好的成绩。另一方面,本科生的实验效果也明显提升。之前,一位教师指导多组实验,教师忙于对学生问题的解答。若在实验过程中,设备出现问题,教师很难同时为其他学生指导,更不要说观察到每个学生的实验状况,这将直接影响学生的实验进度和学习热情。通过研究生辅助教师指导实验,能够及时发现学生实验过程中出现的问题并进行指导,对每组学生的实验情况都有动态的掌握和评价,大大提高了实验效果。学生都能在实验课时间内圆满完成实验,有助于对学生实验过程的管理和过程评定。通过对2015、2016年无研究生助教和2017、2018依靠研究生助教的学生的实验报告成绩的优秀率、良好率进行比较,发现研究生助教的课程实验优秀率和良好率都要高于教师单独指导的年份。
7结语
两年来研究生辅助教师指导“电力电子技术”课程的本科实验,取得了较好的实验和人才培养效果。研究生辅助实验指导,减少了教师的实验工作量,使教师有更多的时间用在教学和科研工作上,同时本科生实验成绩也得到大大提高,证明了该方案的可行性。并且研究生作为助教进行专业实验辅助,与教育部“三助一辅”的宗旨完全契合,发挥了“三助一辅”对研究生的培养功能、助困功能,以及对学校人力资源的补充功能。本研究成果,将为相关高校开展专业实验和专业学位研究生培养提供有益的参考。
作者:罗勇 贾建华 单位:郑州大学
