借助產(chǎn)教融合構(gòu)建電工電子實(shí)驗(yàn)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(guó)家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，遼寧大連116026）

0 引 言

國(guó)辦發(fā)〔2017〕95號(hào)文件《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見(jiàn)》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(guó)家教育改革和人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略，開(kāi)啟校企合作培養(yǎng)人才的新時(shí)代。電工電子教學(xué)中心是國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，現(xiàn)有5個(gè)實(shí)驗(yàn)室群。面積4 500 m2，實(shí)驗(yàn)設(shè)備2 580臺(tái)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(shí)訓(xùn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。雙方通過(guò)多年來(lái)深入合作，將高校教師的專業(yè)理論知識(shí)優(yōu)勢(shì)與企業(yè)的技術(shù)制作優(yōu)勢(shì)深度融合，降低企業(yè)電子信息類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本、推廣成本，提高企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，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(guò)為企業(yè)提供技術(shù)支持，提高了自身的收入水平，實(shí)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(dòng)力。提升了學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的自主性，真正做到以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)課堂，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

1 校企合作模式

通過(guò)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(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，針對(duì)課程體系中每一門實(shí)驗(yàn)課程從“教、學(xué)、練、考、評(píng)”5個(gè)維度，從實(shí)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(yàn)、了解行業(yè)需求的優(yōu)勢(shì)，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(jì)、軟件腳本撰寫、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需求分析、平臺(tái)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測(cè)試等。教師隊(duì)伍的加入，提高了企業(yè)產(chǎn)品的實(shí)用價(jià)值，降低了開(kāi)發(fā)及推廣成本，同時(shí)企業(yè)為教師提供兼職報(bào)酬也提高了教師的收入水平和職業(yè)價(jià)值感。雙方開(kāi)發(fā)出的教學(xué)產(chǎn)品，通過(guò)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(gòu)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(shí)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(guò)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(guò)產(chǎn)學(xué)合作提高了企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，豐富了高校的實(shí)驗(yàn)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(píng)為2020年高等教育學(xué)會(huì)“校企合作，雙百計(jì)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(shí)驗(yàn)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(lái)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(shí)驗(yàn)教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂。

布魯姆是美國(guó)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(dòng)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(gè)方面：知識(shí)，領(lǐng)會(huì)，應(yīng)用，分析，綜合，評(píng)價(jià)，如圖2所示。其中，知識(shí)和領(lǐng)會(huì)屬于較低層次的認(rèn)知領(lǐng)域，只要求學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的重復(fù)記憶，不需要對(duì)知識(shí)進(jìn)行任何的加工；應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)都屬于較高層次的認(rèn)知，學(xué)習(xí)者需要對(duì)知識(shí)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?jí)劃分

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

借助產(chǎn)教融合帶來(lái)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(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等，幫助同學(xué)在課下的時(shí)間完成較低層次的認(rèn)知部分的學(xué)習(xí)，包括實(shí)驗(yàn)原理、儀器設(shè)備的使用方法、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等。豐富了實(shí)驗(yàn)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(wèn)題和明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂。教師將實(shí)驗(yàn)課堂完全還給學(xué)生，使學(xué)生用來(lái)完成應(yīng)用、綜合、分析、評(píng)價(jià)高層次的學(xué)習(xí)，專注于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察和擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)等，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化，如圖3所示。

圖3 翻轉(zhuǎn)電工電子實(shí)驗(yàn)課堂構(gòu)建

現(xiàn)以電子工藝實(shí)習(xí)和電路原理兩門課程作為案例，探索翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)課堂的具體實(shí)施過(guò)程，為其他實(shí)驗(yàn)類課程提供參考。

2.1 電子工藝實(shí)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(shí)習(xí)往往以收音機(jī)套件的焊接作為教學(xué)重點(diǎn)，重視焊接技術(shù)的教學(xué)，學(xué)生對(duì)電子工藝的整個(gè)流程缺少完整的認(rèn)知。并且電子工藝實(shí)習(xí)課面向的是低年級(jí)的同學(xué)，收音機(jī)中蘊(yùn)含的豐富專業(yè)理論知識(shí)，學(xué)生接受起來(lái)比較難。針對(duì)以上問(wèn)題，在產(chǎn)教融合的過(guò)程中與企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了配套的教學(xué)資源，豐富電子工藝實(shí)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(shí)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(shí)習(xí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，見(jiàn)圖4。

圖4 電子工藝實(shí)習(xí)翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建

電子工藝實(shí)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(dòng)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(shí)間、能力進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)。利用動(dòng)畫展示每一級(jí)電路信號(hào)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(shí)，使低年級(jí)學(xué)生更加容易理解，見(jiàn)圖5。利用虛擬仿真軟件幫助學(xué)生掌握元件識(shí)別、檢測(cè)的正確方法，通過(guò)虛擬仿真操作，學(xué)生避免在實(shí)際操作時(shí)出現(xiàn)極性接反、參數(shù)錯(cuò)誤這樣的問(wèn)題，提高了實(shí)習(xí)的成功率，見(jiàn)圖6。

圖5 收音機(jī)原理動(dòng)畫展示

圖6 元器件識(shí)別虛擬仿真

焊接的質(zhì)量對(duì)電子工藝實(shí)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(xiàng)、安裝調(diào)試的方法制作成教學(xué)視頻，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的電子工藝實(shí)習(xí)往往以焊接作為教學(xué)重點(diǎn)，學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品的工藝流程缺少直觀的認(rèn)知。因此，通過(guò)產(chǎn)教融合項(xiàng)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(gè)流程。利用虛擬仿真技術(shù)使每一個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)實(shí)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(shí)驗(yàn)課堂上專注于將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，包括元器件的識(shí)別與檢測(cè)，焊接實(shí)踐，利用所學(xué)原理知識(shí)進(jìn)行收音機(jī)調(diào)試與檢修等。豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程的自主性，將被動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 電路原理翻轉(zhuǎn)課堂構(gòu)建

電路原理實(shí)驗(yàn)是電信類大學(xué)生學(xué)的第一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(hào)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(shí)驗(yàn)課上教師需要很多時(shí)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(shí)驗(yàn)誤操作燒毀電子元件或儀器設(shè)備的情況。針對(duì)以上問(wèn)題，校企雙方共同開(kāi)發(fā)了電路原理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)軟件，依據(jù)“能實(shí)不虛，以虛促實(shí)”的指導(dǎo)思想，構(gòu)建了電路原理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂，見(jiàn)圖8。

圖8 電路原理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室時(shí)，已經(jīng)明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備使用方法、注意事項(xiàng)等，在實(shí)驗(yàn)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(jì)、擴(kuò)展功能實(shí)現(xiàn)等。

學(xué)生借助預(yù)習(xí)軟件完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、工程應(yīng)用背景的學(xué)習(xí)，通過(guò)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(guò)的知識(shí)，并把理論和本次實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)驗(yàn)原理部分如圖9所示。

圖9 問(wèn)題引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)原理介紹

學(xué)生利用預(yù)習(xí)軟件可以通過(guò)仿真交互的方式，對(duì)每次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電路，避免在真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)誤操作的現(xiàn)象，對(duì)每一次實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)更加了解，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)，不用花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以直接進(jìn)入動(dòng)手連接電路環(huán)節(jié)，提高了實(shí)驗(yàn)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(cè)試環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)預(yù)習(xí)充分，預(yù)習(xí)測(cè)試部分如圖12所示。

圖10 電路原理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備介紹

圖11 實(shí)驗(yàn)電路搭建

圖12 電路原理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測(cè)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(wèn)題，解決了實(shí)驗(yàn)過(guò)程容易誤操作的問(wèn)題，解決了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況無(wú)法考核的問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)，不再是被動(dòng)的完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而是不需要老師的講解，帶著明確的目的，主動(dòng)地去探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提升了學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的同時(shí)，學(xué)生理論課考試成績(jī)也有顯著的提高。

3 結(jié) 語(yǔ)

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(shí)現(xiàn)高校、企業(yè)、教師三方的互惠共贏、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)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(guò)程為學(xué)校提供了豐富的教學(xué)資源，降低了采購(gòu)成本，同時(shí)也提高了企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。

依托這些產(chǎn)教融合帶來(lái)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(shí)驗(yàn)教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，認(rèn)知、領(lǐng)會(huì)層次的知識(shí)讓學(xué)生借助豐富的教學(xué)資源在課下完成，實(shí)驗(yàn)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(dòng)性及實(shí)踐興趣，將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為探索性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課成績(jī)得到提升的同時(shí)，理論課成績(jī)也得到顯著提升。并且，通過(guò)教學(xué)資源的輔助，可以擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)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(guò)虛擬仿真有機(jī)會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有一定的參考價(jià)值。