借助產(chǎn)教融合構(gòu)建電工電子實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂

吳 迪， 于雙和， 李 濤， 符 策

（大連海事大學(xué)國家級電工電子實驗教學(xué)示范中心，遼寧大連116026）

0 引 言

國辦發(fā)〔2017〕95號文件《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見》明確將產(chǎn)教融合作為高等教育改革發(fā)展的重要舉措［1-5］，已上升為國家教育改革和人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略，開啟校企合作培養(yǎng)人才的新時代。電工電子教學(xué)中心是國家級實驗教學(xué)示范中心，現(xiàn)有5個實驗室群。面積4 500 m2，實驗設(shè)備2 580臺套。大連通科應(yīng)用技術(shù)有限公司建立于2007年主攻虛擬仿真技術(shù)與實訓(xùn)平臺開發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。雙方通過多年來深入合作，將高校教師的專業(yè)理論知識優(yōu)勢與企業(yè)的技術(shù)制作優(yōu)勢深度融合，降低企業(yè)電子信息類產(chǎn)品開發(fā)成本、推廣成本，提高企業(yè)產(chǎn)品市場競爭力的同時，為高校提供了豐富的教學(xué)資源，提高了高校教學(xué)信息化水平。校企合作中，高校教師通過為企業(yè)提供技術(shù)支持，提高了自身的收入水平，實現(xiàn)了“校、企、教師”三方的互惠共贏，使得該校企合作模式具有可持續(xù)發(fā)展的動力。提升了學(xué)生實驗過程中的自主性，真正做到以學(xué)生為中心的實驗課堂，提高了實驗教學(xué)的效果。

1 校企合作模式

通過成果共享為橋梁，建立高校與教學(xué)資源供應(yīng)類企業(yè)之間的對口合作。電工電子中心教師與企業(yè)工程師共同探討電工電子實驗教學(xué)課程體系，針對課程體系中每一門實驗課程從“教、學(xué)、練、考、評”5個維度，從實際教學(xué)需求出發(fā)去探討教學(xué)資源建設(shè)。充分發(fā)揮高校教師具有豐富教學(xué)經(jīng)驗、了解行業(yè)需求的優(yōu)勢，可為企業(yè)提供教學(xué)資源需求分析、虛擬仿真軟件設(shè)計、軟件腳本撰寫、實驗平臺需求分析、平臺設(shè)計、系統(tǒng)測試等。教師隊伍的加入，提高了企業(yè)產(chǎn)品的實用價值，降低了開發(fā)及推廣成本，同時企業(yè)為教師提供兼職報酬也提高了教師的收入水平和職業(yè)價值感。雙方開發(fā)出的教學(xué)產(chǎn)品，通過共享版權(quán)形式，應(yīng)用于教師的教學(xué)，提高了學(xué)校的教學(xué)效果，降低了學(xué)校購置信息化教學(xué)資源的成本。這些教學(xué)產(chǎn)品在高校中的應(yīng)用實踐，可以作為案例幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品推廣。大連海事大學(xué)與大連通科應(yīng)用技術(shù)有限公司通過這樣的合作方式取得了高校、企業(yè)、教師三方互惠共贏的效果。

從2012年至今，大連海事大學(xué)與大連通科通過產(chǎn)學(xué)合作提高了企業(yè)產(chǎn)品競爭力的同時，豐富了高校的實驗教學(xué)資源，提高了中心的信息化教學(xué)水平。雙方的校企合作成果被評為2020年高等教育學(xué)會“校企合作，雙百計劃”展示案例。以成果共享為橋梁的合作模式如圖1所示。

圖1 成果共享的校企合作模式

2 構(gòu)建電工電子實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂

學(xué)校以布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域目標(biāo)分類理論為指導(dǎo)，依托產(chǎn)教融合帶來的豐富教學(xué)資源為依托，構(gòu)建了以學(xué)生為中心的電工電子實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂。

布魯姆是美國著名的心理學(xué)家、教育學(xué)家，曾和他的同事一起提出了著名的布魯姆教育目標(biāo)分類：認(rèn)知領(lǐng)域目標(biāo)分類、情感領(lǐng)域目標(biāo)分類和動作技能領(lǐng)域目標(biāo)分類［6-12］。布魯姆將認(rèn)知領(lǐng)域分為6個方面：知識，領(lǐng)會，應(yīng)用，分析，綜合，評價，如圖2所示。其中，知識和領(lǐng)會屬于較低層次的認(rèn)知領(lǐng)域，只要求學(xué)習(xí)者對所學(xué)知識進(jìn)行簡單的重復(fù)記憶，不需要對知識進(jìn)行任何的加工；應(yīng)用、分析、綜合、評價都屬于較高層次的認(rèn)知，學(xué)習(xí)者需要對知識進(jìn)行加工處理。綜合、分析等認(rèn)知層次也是課程所要求達(dá)到的教育目標(biāo)。

圖2 布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域?qū)蛹墑澐?/p>

傳統(tǒng)的實驗課堂，教師需要占用大量的時間講解儀器設(shè)備的使用方法、實驗中的注意事項、實驗原理等，學(xué)生由于缺少充分的預(yù)習(xí)條件，實驗課堂上只能被動完成一些驗證性實驗，完成較低層次的認(rèn)知。

借助產(chǎn)教融合帶來豐富的教學(xué)資源為學(xué)生充分預(yù)習(xí)提供了保障，包括虛擬仿真軟件、教學(xué)視頻、虛實結(jié)合的實訓(xùn)平臺等，幫助同學(xué)在課下的時間完成較低層次的認(rèn)知部分的學(xué)習(xí)，包括實驗原理、儀器設(shè)備的使用方法、實驗注意事項等。豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地掌握行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，利用虛擬仿真操作工位受限的儀器設(shè)備等。學(xué)生在課前完成認(rèn)知部分學(xué)習(xí)后，帶著問題和明確的實驗?zāi)康?，進(jìn)入實驗課堂。教師將實驗課堂完全還給學(xué)生，使學(xué)生用來完成應(yīng)用、綜合、分析、評價高層次的學(xué)習(xí)，專注于實驗參數(shù)的設(shè)計、實驗現(xiàn)象觀察和擴(kuò)展功能的實現(xiàn)等，實現(xiàn)知識的內(nèi)化，如圖3所示。

圖3 翻轉(zhuǎn)電工電子實驗課堂構(gòu)建

現(xiàn)以電子工藝實習(xí)和電路原理兩門課程作為案例，探索翻轉(zhuǎn)實驗課堂的具體實施過程，為其他實驗類課程提供參考。

2.1 電子工藝實習(xí)翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建

傳統(tǒng)面向電子信息類學(xué)生的電子工藝實習(xí)往往以收音機(jī)套件的焊接作為教學(xué)重點，重視焊接技術(shù)的教學(xué)，學(xué)生對電子工藝的整個流程缺少完整的認(rèn)知。并且電子工藝實習(xí)課面向的是低年級的同學(xué)，收音機(jī)中蘊(yùn)含的豐富專業(yè)理論知識，學(xué)生接受起來比較難。針對以上問題，在產(chǎn)教融合的過程中與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了配套的教學(xué)資源，豐富電子工藝實習(xí)的內(nèi)容，改變了傳統(tǒng)的授課模式，學(xué)生在課前完成原理、方法等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，課下專注于所學(xué)知識的綜合應(yīng)用，并且借助信息化教學(xué)手段豐富了電子工藝實習(xí)的實驗內(nèi)容，見圖4。

圖4 電子工藝實習(xí)翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建

電子工藝實習(xí)理論教學(xué)部分改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，由學(xué)生借助動畫、虛擬仿真、教學(xué)視頻自行學(xué)習(xí)，可以根據(jù)自己的時間、能力進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)。利用動畫展示每一級電路信號波形的變化，幫助學(xué)生掌握收音機(jī)蘊(yùn)藏的豐富的原理知識，使低年級學(xué)生更加容易理解，見圖5。利用虛擬仿真軟件幫助學(xué)生掌握元件識別、檢測的正確方法，通過虛擬仿真操作，學(xué)生避免在實際操作時出現(xiàn)極性接反、參數(shù)錯誤這樣的問題，提高了實習(xí)的成功率，見圖6。

圖5 收音機(jī)原理動畫展示

圖6 元器件識別虛擬仿真

焊接的質(zhì)量對電子工藝實習(xí)結(jié)果起到?jīng)Q定性的作用，將正確焊接方法、注意事項、安裝調(diào)試的方法制作成教學(xué)視頻，有利于學(xué)生在實驗前和實驗過程中反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的電子工藝實習(xí)往往以焊接作為教學(xué)重點，學(xué)生對電子產(chǎn)品的工藝流程缺少直觀的認(rèn)知。因此，通過產(chǎn)教融合項目，雙方進(jìn)入工廠中，拍攝電子產(chǎn)品生產(chǎn)的完整流程，并制作成教學(xué)視頻，學(xué)生可以身臨其境地了解和學(xué)習(xí)現(xiàn)代化電子產(chǎn)品生產(chǎn)的整個流程。利用虛擬仿真技術(shù)使每一個學(xué)生都有機(jī)會實踐操作工位受限的SMT貼片機(jī)，如圖7所示。

圖7 SMT虛擬仿真

利用這些信息化教學(xué)資源，學(xué)生在實驗課堂上專注于將所學(xué)知識進(jìn)行綜合應(yīng)用，包括元器件的識別與檢測，焊接實踐，利用所學(xué)原理知識進(jìn)行收音機(jī)調(diào)試與檢修等。豐富了實驗教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生在實踐過程的自主性，將被動完成實驗任務(wù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿鲗嶒灲Y(jié)果。

2.2 電路原理翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建

電路原理實驗是電信類大學(xué)生學(xué)的第一門專業(yè)實驗課程，在實驗過程中學(xué)生第一次使用電氣類專業(yè)的常用儀器，如示波器、信號發(fā)生器、三相表等，傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難滿足學(xué)生的預(yù)習(xí)要求，導(dǎo)致實驗課上教師需要很多時間講解儀器設(shè)備使用方法。并且經(jīng)常出現(xiàn)由于學(xué)生預(yù)習(xí)不充分，實驗誤操作燒毀電子元件或儀器設(shè)備的情況。針對以上問題，校企雙方共同開發(fā)了電路原理實驗預(yù)習(xí)軟件，依據(jù)“能實不虛，以虛促實”的指導(dǎo)思想，構(gòu)建了電路原理實驗翻轉(zhuǎn)課堂，見圖8。

圖8 電路原理實驗翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建

利用預(yù)習(xí)軟件為學(xué)生提供充分的預(yù)習(xí)資源，學(xué)生在進(jìn)入實驗室時，已經(jīng)明確實驗原理、實驗儀器設(shè)備使用方法、注意事項等，在實驗課堂上全部精力用于電路的搭建、現(xiàn)象觀察、參數(shù)設(shè)計、擴(kuò)展功能實現(xiàn)等。

學(xué)生借助預(yù)習(xí)軟件完成實驗?zāi)康摹嶒炘怼⒐こ虘?yīng)用背景的學(xué)習(xí)，通過設(shè)置思考題并給出答案的方式，采用引導(dǎo)啟發(fā)式的方法，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)和思考理論課堂學(xué)過的知識，并把理論和本次實驗聯(lián)系起來，實驗原理部分如圖9所示。

圖9 問題引導(dǎo)式實驗原理介紹

學(xué)生利用預(yù)習(xí)軟件可以通過仿真交互的方式，對每次實驗要用到的儀器設(shè)備進(jìn)行認(rèn)知，并掌握儀器設(shè)備的使用方法，如圖10所示。并利用虛擬仿真，在預(yù)習(xí)軟件中搭建實驗電路，避免在真實實驗時出現(xiàn)誤操作的現(xiàn)象，對每一次實驗的注意事項更加了解，在進(jìn)入實驗課堂時，不用花費(fèi)過多的時間熟悉實驗環(huán)境，可以直接進(jìn)入動手連接電路環(huán)節(jié)，提高了實驗課堂的學(xué)習(xí)效率，如圖11所示。在預(yù)習(xí)軟件中設(shè)置預(yù)習(xí)測試環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，確保學(xué)生實驗前已經(jīng)預(yù)習(xí)充分，預(yù)習(xí)測試部分如圖12所示。

圖10 電路原理實驗儀器設(shè)備介紹

圖11 實驗電路搭建

圖12 電路原理實驗預(yù)習(xí)測試

借助預(yù)習(xí)軟件的輔助，為學(xué)生提供了充分的預(yù)習(xí)條件，幫助學(xué)生解決了預(yù)習(xí)資源不充分的問題，解決了實驗過程容易誤操作的問題，解決了實驗預(yù)習(xí)情況無法考核的問題，學(xué)生進(jìn)入實驗課堂時，不再是被動的完成驗證性實驗，而是不需要老師的講解，帶著明確的目的，主動地去探索實驗結(jié)果，提升了學(xué)生實驗成績的同時，學(xué)生理論課考試成績也有顯著的提高。

3 結(jié) 語

以成果共享為橋梁的高校與教育資源供應(yīng)類企業(yè)校企合作模式，可以實現(xiàn)高校、企業(yè)、教師三方的互惠共贏、優(yōu)勢互補(bǔ)，具有可持續(xù)發(fā)展的動力。大連海事大學(xué)與大連通科應(yīng)用技術(shù)有限公司在產(chǎn)教融合的過程為學(xué)校提供了豐富的教學(xué)資源，降低了采購成本，同時也提高了企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力和影響力。

依托這些產(chǎn)教融合帶來的教學(xué)資源，并以布魯姆教育目標(biāo)分類法為理論指導(dǎo)，學(xué)校構(gòu)建了電工電子實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，在實驗教學(xué)設(shè)計的過程中，認(rèn)知、領(lǐng)會層次的知識讓學(xué)生借助豐富的教學(xué)資源在課下完成，實驗課堂上專注于綜合、應(yīng)用、分析層次的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的主動性及實踐興趣，將驗證實驗轉(zhuǎn)化為探索性實驗，學(xué)生實驗課成績得到提升的同時，理論課成績也得到顯著提升。并且，通過教學(xué)資源的輔助，可以擴(kuò)展實驗教學(xué)內(nèi)容，包括行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、工程應(yīng)用背景，學(xué)生通過虛擬仿真有機(jī)會操作昂貴設(shè)備等，取得了顯著的教學(xué)成果。校企合作和實驗翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建模式，具有可復(fù)制性，并易于推廣至其它高校、專業(yè)的實驗教學(xué)，具有一定的參考價值。