基于體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)在線教學(xué)研究

張洪杰 錢彭飛 劉峰 方愷晴 湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

● 引言

工程實(shí)踐能力訓(xùn)練（下稱實(shí)訓(xùn)）是高等院校工科類專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于專業(yè)、內(nèi)容、目標(biāo)等不同，各專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)一直是值得進(jìn)一步研究和探索的教學(xué)改革問(wèn)題。在疫情形勢(shì)下，《疫情防控期間做好高校在線教學(xué)組織與管理工作》[1]的意見(jiàn)使基于物理設(shè)備和工具的實(shí)訓(xùn)進(jìn)入了在線教育的深度思考。

部分高校推遲了實(shí)訓(xùn)排課，教學(xué)基于自建和他建仿真平臺(tái)等措施，滿足部分在線學(xué)習(xí)需求，但在線資源僅涉及原理解釋、操作步驟、設(shè)備講解等基礎(chǔ)部分，而進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)由于系統(tǒng)半開(kāi)放性導(dǎo)致內(nèi)容設(shè)備無(wú)法匹配，無(wú)法自由地使用其他虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源。筆者對(duì)直播展開(kāi)了調(diào)查[2]，并發(fā)現(xiàn)以直播課和慕課為主的在線教學(xué)，除了加強(qiáng)知識(shí)技能外，還要加強(qiáng)人文方面的培養(yǎng)，確保課程思政與教學(xué)的一致性。同時(shí)，思政教育的整合和直播模塊教學(xué)過(guò)程的發(fā)展，將逐步滿足在線實(shí)訓(xùn)教育的常態(tài)需求。

● 體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)解決了如何從體驗(yàn)中學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)過(guò)程性質(zhì)問(wèn)題[3]，即運(yùn)用生活中每一刻體驗(yàn)來(lái)喚醒自主學(xué)習(xí)，提高自身能力，從多維度多角度認(rèn)知生活，豐富生活經(jīng)歷。

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)圈（Kolb’s Experiential Learning Cycle，KELC）[4]是庫(kù)伯界定了體驗(yàn)式學(xué)習(xí)后構(gòu)建的一個(gè)完整的學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型，包括具體體驗(yàn)、反思觀察、抽象概括和主動(dòng)應(yīng)用四個(gè)階段，如圖1所示。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)不是線性過(guò)程，而是在不斷領(lǐng)悟和轉(zhuǎn)換體驗(yàn)過(guò)程中的螺旋上升過(guò)程。領(lǐng)悟體驗(yàn)和轉(zhuǎn)換體驗(yàn)是模型的兩條基本軸。

信息類專業(yè)具有高抽象性和很強(qiáng)的工科應(yīng)用性。在在線實(shí)訓(xùn)課程中，運(yùn)用體驗(yàn)式學(xué)習(xí)法的教學(xué)過(guò)程主要包括：以學(xué)生為中心，課程思政貫穿教學(xué)設(shè)計(jì)；進(jìn)一步保持抽象和應(yīng)用學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)；適當(dāng)增加體驗(yàn)和反思環(huán)節(jié)；結(jié)合直播講座，設(shè)計(jì)從教到學(xué)的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)。筆者研究了電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)結(jié)合慕課與直播課的在線教學(xué)方式，并從視聽(tīng)和反思方面促進(jìn)知識(shí)獲得、技能習(xí)得和人文思政融合。

圖1 體驗(yàn)式學(xué)習(xí)圈模型

● 電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)線上體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)課程，以集中實(shí)踐為主，以專題講座、輔導(dǎo)、答疑等為輔。實(shí)踐方式有工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)參觀、手工焊接電路板、標(biāo)準(zhǔn)案例測(cè)試電路板、設(shè)計(jì)制作產(chǎn)品背板、軟件工具使用、程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。

1.思政結(jié)合的角色體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

在產(chǎn)品背板設(shè)計(jì)模塊可以整體采用角色扮演的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)組織模式，進(jìn)行SPOC線上教學(xué)和線下實(shí)訓(xùn)的混合式學(xué)習(xí)。線上教學(xué)環(huán)節(jié)主要是課程管理和數(shù)字資源。在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中，教師必須使用設(shè)備環(huán)節(jié)，除了保留線下實(shí)訓(xùn)外，也可以利用錄播方式演示視頻。

（1）角色體驗(yàn)式學(xué)習(xí)將個(gè)體學(xué)習(xí)融入小班互動(dòng)學(xué)習(xí)

背板設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一般會(huì)安排在電路板焊接后到中期驗(yàn)收前，教師可以穿插到其他實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)行，角色體驗(yàn)流程如圖2所示。具體如下：各小班30人，自動(dòng)入職為設(shè)計(jì)員，同時(shí)推薦2位總設(shè)計(jì)員，部分分工安排見(jiàn)下表?？偣に?～4人暫由助教負(fù)責(zé)，學(xué)校增加設(shè)備開(kāi)放數(shù)量后可下放至各班。全程學(xué)生以自學(xué)為主，各班主任提供技術(shù)協(xié)調(diào)，實(shí)驗(yàn)中心只提供方案制作、教學(xué)設(shè)備和學(xué)生管理支持。

圖2 角色體驗(yàn)流程

（2）融合思政元素的知識(shí)技能人文一體化實(shí)訓(xùn)教學(xué)

①嚴(yán)守法律法規(guī)、安規(guī)誠(chéng)信作業(yè)的在線職業(yè)道德教育。

教師要引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到：背板生產(chǎn)和標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)需要遵守國(guó)家法律法規(guī)；標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)作業(yè)，需要填寫《作品登記與授權(quán)承諾書》并手寫簽名；設(shè)計(jì)者要承諾作品沒(méi)有侵犯他人著作權(quán)的行為，同時(shí)要授權(quán)課程教學(xué)組相關(guān)的使用權(quán)；另外，激光加工現(xiàn)場(chǎng)安全要遵守學(xué)?！豆こ逃?xùn)練安全守則》。

②工程思維訓(xùn)練學(xué)習(xí)自信和民族文化自信的工程倫理教育。

開(kāi)放式作業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)的創(chuàng)意由元素和寓意組成。教師可以將一些教學(xué)資源分享在網(wǎng)絡(luò)上，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，主要內(nèi)容包括軟件環(huán)境、繪制標(biāo)識(shí)、極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)、博物展覽、激光非金屬加工。

職位 時(shí)間截止 事情 材料 必備技能 檢查總設(shè)計(jì)加工日之前半天1．培訓(xùn)全班各設(shè)計(jì)員并檢查各人設(shè)計(jì)文件2．復(fù)制各人紅色圖層并拼接到40片底板中并提供給總工藝 RLD工程文件且通過(guò)檢查3．領(lǐng)取整包成品下發(fā)40片底板DXF文件(di_ban2.dxf)、RDworks 1.設(shè)計(jì)員技能2.拼板技能（圖案跨文件復(fù)制、尺寸約束）3.激光點(diǎn)位置、放置對(duì)象、群組4.調(diào)整圖層順序5.顯示路徑、路徑優(yōu)化6.保存RLD檢查1.設(shè)計(jì)員的各項(xiàng)自查點(diǎn)自查2.藍(lán)色圖層是個(gè)人設(shè)計(jì)元素，優(yōu)先級(jí)1 3.紅色圖層是邊框和過(guò)孔，優(yōu)先級(jí)2 4.40片拼板總加工時(shí)間不超過(guò)20分鐘

例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生以字圖融合為設(shè)計(jì)思路，將標(biāo)識(shí)分解為字和圖兩種符號(hào)。學(xué)生可以進(jìn)入省博物館網(wǎng)上展廳、市博物館、市簡(jiǎn)牘博物館在線觀看博物展覽，學(xué)習(xí)一些傳承民族文化的元素。

③引導(dǎo)討論題設(shè)計(jì)，提供建議參考，開(kāi)展思政互動(dòng)。

在討論環(huán)節(jié)，教師可以拋出問(wèn)題，如社會(huì)、環(huán)境、法律等對(duì)工程設(shè)計(jì)有哪些限制？標(biāo)識(shí)中配圖如何參照漫畫角色？從哪獲得設(shè)計(jì)靈感？舉例說(shuō)明哪些情形需返工？進(jìn)而展開(kāi)思政互動(dòng)。

2.全周期的直播體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

（1）自我行為檢查的雙線學(xué)習(xí)過(guò)程

教師可以開(kāi)設(shè)專題講座，以開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)與仿真為例，該知識(shí)點(diǎn)旨在讓學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)開(kāi)關(guān)量有關(guān)器件結(jié)構(gòu)、特性和硬件電路，掌握檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作事件的全查詢結(jié)構(gòu)C51軟件編寫，學(xué)習(xí)單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作和仿真。教學(xué)主要環(huán)節(jié)如下：

①課前引導(dǎo)。在滿足六百人的在線課堂中，教師首先要調(diào)試視聽(tīng)設(shè)備并要求學(xué)生預(yù)習(xí)直播課PPT中的背景、目標(biāo)、資源和內(nèi)容。

②直播講座。直播當(dāng)天，學(xué)生提前15分鐘進(jìn)入平臺(tái)，有特殊情況提前聯(lián)系助教。過(guò)程關(guān)注：難點(diǎn)、重點(diǎn)、視頻演示；記錄當(dāng)時(shí)心情與反思；答疑可通過(guò)發(fā)言區(qū)、語(yǔ)音舉手和QQ群課后求助。

③課后實(shí)作。歷史回放中深入學(xué)習(xí)的內(nèi)容有：Proteus官方例子和英文幫助文件閱讀；實(shí)作并掌握單片機(jī)虛擬平臺(tái)、交互仿真和圖表仿真；歸納單片機(jī)全查詢結(jié)構(gòu)軟件建模；按自己想法并行動(dòng)，改造硬件電路與軟件代碼并通過(guò)虛擬平臺(tái)體驗(yàn)效果。

④課后作業(yè)。在線學(xué)習(xí)電路板焊接制作、學(xué)習(xí)板功能示例和基礎(chǔ)案例，如三按鍵測(cè)試、振動(dòng)傳感器、霍爾磁場(chǎng)檢測(cè)。

⑤題庫(kù)。每個(gè)講座包含20道選擇題或判斷題，取材于PPT和幫助文件，如講座目標(biāo)、硬件、軟件、展示體驗(yàn)、反思等。

⑥驗(yàn)收。實(shí)訓(xùn)第1周在線驗(yàn)收，學(xué)生通過(guò)才能進(jìn)入下一階段。在開(kāi)放日內(nèi)完成，可答題2次，取高分；不合格者補(bǔ)考通過(guò)取合格分。

（2）直播講座的持續(xù)性體驗(yàn)轉(zhuǎn)換

直播課堂應(yīng)依據(jù)劇本式提綱活動(dòng)，不僅要增加體驗(yàn)感，而且要引導(dǎo)學(xué)生反思與抽象，使所見(jiàn)所思?xì)w納成解決問(wèn)題的方法，并切實(shí)行動(dòng)去創(chuàng)造所想，這樣才能有持續(xù)性的新體驗(yàn)。

● 實(shí)踐總結(jié)

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)不僅能體驗(yàn)電子產(chǎn)品硬件生產(chǎn)和軟件設(shè)計(jì)，還能將個(gè)體學(xué)習(xí)融入小班互動(dòng)，在集體學(xué)習(xí)情境中學(xué)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)。直播講座也豐富了實(shí)訓(xùn)的在線教學(xué)方式，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及時(shí)提供了使用空間，讓學(xué)生積極體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂(lè)趣。

始于體驗(yàn)的全周期學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)構(gòu)建在線實(shí)訓(xùn)的知識(shí)技能圖譜及融合課程思政的人文圖譜有指導(dǎo)意義。探索電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)在線教學(xué)新模式，引導(dǎo)學(xué)習(xí)興趣和定量評(píng)估，也是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。