中職電子專業(yè)混合型仿真實驗教學(xué)的實踐與探究

黃凌

摘? ?要：以建構(gòu)主義、翻轉(zhuǎn)課堂為教育教學(xué)理論依據(jù)，結(jié)合Flash仿真技術(shù)和云平臺應(yīng)用的信息化教學(xué)構(gòu)建出線上、線下虛實結(jié)合的混合型仿真教學(xué)模式。同時按照高素質(zhì)技能人才培養(yǎng)要求，結(jié)合中職生的特點，以信息技術(shù)為依托，以實驗教學(xué)內(nèi)容重難點為指向，建設(shè)仿真實驗教學(xué)項目。本文以中職電子專業(yè)《電冰箱原理與維修》課程中的電冰箱“電子溫控電路”為例，就仿真實驗概念及優(yōu)缺點、混合型仿真教學(xué)模式、混合型仿真實驗教學(xué)流程、仿真技術(shù)和云平臺的應(yīng)用四個方面展開探究混合型仿真實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：仿真實驗;混合型教學(xué);Flash技術(shù);虛實結(jié)合;線上線下

1? 引言

隨著教育改革的逐步深化，中職的實驗教學(xué)取得了一定的發(fā)展，但受到傳統(tǒng)教育觀念的影響，使得實驗教學(xué)依舊存在缺陷，實驗教學(xué)無法有實質(zhì)性的突破。其中實驗室使用時間短，實驗室設(shè)備器材不足，維護(hù)時間長， 實驗教材無法突破學(xué)生對抽象概念和復(fù)雜原理的理解等原因， 極大地影響了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。這是當(dāng)前實驗教學(xué)面臨的主要矛盾， 也是教育改革中一個迫切需要解決的問題。

2017年開始教育部大力開展仿真實驗項目建設(shè)，全面推進(jìn)信息技術(shù)與實驗教學(xué)的融合。近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，中職校的實驗教學(xué)改革有了一定程度的推進(jìn)。學(xué)生可利用虛擬儀器、虛擬實驗環(huán)境完成仿真實驗，營造出自主學(xué)習(xí)的環(huán)境;同時仿真實驗在預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)對提高實驗教學(xué)效率發(fā)揮著重要作用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，將仿真實驗融合云平臺，建構(gòu)混合型教學(xué)模式，成為中職實驗教學(xué)發(fā)展的新方向。

但是，專業(yè)仿真實驗開發(fā)難度大且價格昂貴， 非教師開發(fā)的仿真實驗大多不適合教學(xué)需求，難以在中職校普及。筆者通過對仿真開發(fā)軟件的對比，F(xiàn)lash軟件制作仿真教學(xué)資源教師較易掌握，因此筆者選擇Flash軟件作為教師開發(fā)仿真教學(xué)資源的工具，并結(jié)合混合型信息化教學(xué)理念構(gòu)建出中職校電子專業(yè)實驗仿真教學(xué)模型，對實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+仿真+實驗”的教學(xué)發(fā)展要求向前邁進(jìn)了一步。本文以中職電子專業(yè)《電冰箱原理與維修》課程中的電冰箱“電子溫控電路”為例，就仿真實驗概念及優(yōu)缺點、混合型仿真教學(xué)模式、混合型仿真實驗教學(xué)流程、仿真技術(shù)和云平臺的應(yīng)用四個方面展開探究。

2? 仿真實驗概念及優(yōu)缺點

2.1? 仿真實驗概念

仿真實驗是利用計算機技術(shù)，以實驗對象、實驗工具、實驗儀表圖形建模，通過操控虛擬儀表、工具進(jìn)行仿真實驗，觀測仿真實驗結(jié)果，分析數(shù)據(jù)和探究原理的新型實驗手段。因此仿真實驗流程首先是教師利用仿真軟件建立仿真實驗情境，然后學(xué)生再利用軟件資源進(jìn)行仿真實驗、觀察現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，與此同時有機地融合實驗微課指導(dǎo)和教師指導(dǎo)，形成仿真實驗教學(xué)體系。仿真實驗資源盡可能做到“交互式”“游戲化”，構(gòu)建生動多彩的虛擬操作環(huán)境，使抽象的電路原理變得形象直觀，有趣味性，能互動，學(xué)生在樂學(xué)的情緒下進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)，更適合中職生的心理特點。再進(jìn)而提升實驗?zāi)芰?，培養(yǎng)分析能力，幫助學(xué)生構(gòu)建概念或理解原理，提升實驗教學(xué)質(zhì)量，達(dá)成教與學(xué)的統(tǒng)一，最終超越實物實驗的學(xué)習(xí)效果。仿真實驗是推動中職專業(yè)信息化教學(xué)提升的有效技術(shù)手段。

2.2? 仿真實驗的優(yōu)缺點

實驗成本低、危險性低、參數(shù)變化響應(yīng)時間短、操作步驟可軟件引導(dǎo)，可重復(fù)操作，可突破時空限制，可營造趣味性學(xué)習(xí)環(huán)境，可實現(xiàn)能力進(jìn)階的激勵功能，可實現(xiàn)自動考核和學(xué)業(yè)評估報表，所以仿真技術(shù)是一種有效的實驗學(xué)習(xí)工具。其缺點為：仿真實驗中無實物的儀器儀表、工具與實驗對象，仿真技術(shù)無實物觸感或?qū)嶋H情境的體驗，所以與實際操作有一定差距，實驗結(jié)果趨理想化，所以其不能完全代替實物實驗。

3? 混合型實驗仿真教學(xué)模式

3.1? 教育理論依據(jù)

混合型仿真實驗教學(xué)模式基于“建構(gòu)主義”“翻轉(zhuǎn)課堂”教育教學(xué)理論，融合“理實一體”“項目化教學(xué)”“交互式實驗”“混合型學(xué)習(xí)環(huán)境下信息化教學(xué)”等教學(xué)方法和理念，優(yōu)化教學(xué)流程，建構(gòu)可行易推廣的實驗教學(xué)模式。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是教師把知識簡單地傳遞給學(xué)生，而是由學(xué)生自己建構(gòu)知識的過程，學(xué)生不是被動地接受信息，而是主動建構(gòu)知識的意義[ 1 ]。這也是混合型仿真實驗教學(xué)的重要理論依據(jù)。學(xué)生在仿真的環(huán)境下，在教師引導(dǎo)、微課引導(dǎo)、問題引導(dǎo)等多種引導(dǎo)措施輔助下，在有趣可互動的情境中，與同學(xué)合作討論探究，而且學(xué)生反復(fù)互動學(xué)習(xí)，最后通過總結(jié)和線上、線下的測試練習(xí)與反饋，對新知的多層次、多角度認(rèn)知，建構(gòu)自己的理解，更易于學(xué)生長期牢固地掌握知識，建構(gòu)穩(wěn)定的概念或知識體系，并培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。

3.2? 混合型教學(xué)模式

所謂混合型教學(xué)，就是通過不同的媒體進(jìn)行混合，借助于不同的通道，在不同的教學(xué)環(huán)境中，以實現(xiàn)對知識進(jìn)行有效教學(xué)的混合[ 2 ]。混合型仿真實驗教學(xué)模式以學(xué)生為中心，自主學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，強化信息化資源使用，培養(yǎng)合作學(xué)習(xí)和討論探究的習(xí)慣，提升信息分析能力。授課前，教師將仿真教學(xué)資源發(fā)送到學(xué)生的數(shù)字終端或植入云平臺上，學(xué)生可在電腦、平板上操控仿真軟件以及遠(yuǎn)程仿真實驗，可在線上、線下混合型學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)習(xí)和實驗?；旌闲头抡鎸嶒灲虒W(xué)包含有線上信息化教學(xué)與線下傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，虛擬仿真教學(xué)與實物實驗教學(xué)相結(jié)合，教師使用電子白板與學(xué)生使用電腦或平板相結(jié)合，實現(xiàn)多種信息化元素相混合的翻轉(zhuǎn)課堂。學(xué)生充分利用仿真軟件、微課、網(wǎng)絡(luò)云平臺，主動學(xué)習(xí)和多方位的探究實驗，構(gòu)建混合型仿真實驗的新教學(xué)模式?；旌闲徒虒W(xué)改變了教師的角色，改變了學(xué)生的認(rèn)知途徑。同時混合型教學(xué)需要教師充分掌握教學(xué)重難點，找到強化重點和解決難點知識的有效途徑，恰當(dāng)選擇仿真實驗項目來達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

4? “電子溫控電路”混合型仿真實驗教學(xué)流程

4.1? 實驗仿真需求和教學(xué)流程

電冰箱“電子溫控電路”（見圖1）是由電源電路、溫度控制電路、化霜電路、執(zhí)行器電路構(gòu)成，其中電路又含有橋式整流濾波穩(wěn)壓電路、溫度傳感器、比較器、RS觸發(fā)器、三極管控制繼電器等多個知識點。每個知識點均不易講解，學(xué)生通過聽講不易理解。而知識點通過實驗探究方法獲得感性認(rèn)知，再從感性認(rèn)知中分析推導(dǎo)出道理，學(xué)生就更易理解和吸收。常規(guī)實驗必須在教師授課時間內(nèi)到實驗室完成，未能及時完成實驗的學(xué)生，就會受到時間、空間的限制，再受實驗設(shè)備或儀表故障等影響，實驗效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量都會下降。于是采用“實驗仿真軟件”加上“實驗引導(dǎo)微課”，學(xué)生的學(xué)習(xí)就不受時空限制和故障設(shè)備儀表的影響，就能實現(xiàn)課前、課中、課后三個階段的學(xué)習(xí)，提升了實驗效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。所以有必要制作該內(nèi)容的仿真資源。

建構(gòu)混合型仿真實驗學(xué)習(xí)環(huán)境是通過仿真軟件創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生建構(gòu)知識的情境，實現(xiàn)人機互動、生生互動、師生互動的合作探究式教學(xué)。教師課前將仿真實驗的教學(xué)資源通過QQ等通信軟件發(fā)送給學(xué)生或發(fā)布網(wǎng)絡(luò)云平臺中。仿真實驗教學(xué)可通過“課前預(yù)演、課中探究、課后鞏固”這三個步驟完成混合型學(xué)習(xí)環(huán)境下的信息化學(xué)習(xí)。

4.2? 課前實驗預(yù)演

仿真實驗資源在課前預(yù)演對課堂教學(xué)順利開展有重要的作用。教師將實驗仿真軟件與仿真實驗引導(dǎo)微課傳給學(xué)生或上傳到云平臺，讓學(xué)生利用平板、電腦在家里觀看引導(dǎo)微課，在微課的指引下嘗試實驗仿真軟件的操作，初步了解實驗流程、實物實驗的知識和現(xiàn)象，對實驗有了初步的認(rèn)知。而學(xué)生在課前預(yù)演中發(fā)現(xiàn)問題，可通過通信軟件或“云平臺”課前活動反饋給教師，為教師對確定教學(xué)難點和設(shè)定課堂探究活動方案提供依據(jù)，延伸實驗教學(xué)時間和空間。

4.3? 課中實驗探究

課中探究是教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。實驗室按組配備定量的平板或電腦，以及實驗裝置和儀表設(shè)備。課中探究過程分成兩個階段，第一階段為仿真實驗探究，第二階段為實物實驗探究。

（1）第一階段——仿真實驗。教師依據(jù)收集的反饋信息結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計好探究性問題，引導(dǎo)學(xué)生用仿真軟件協(xié)作學(xué)習(xí)、分組討論探究。學(xué)生控制仿真軟件的控件，仿真軟件會直觀動態(tài)地展示電冰箱“電子溫控電路”控制進(jìn)程中的傳感器對應(yīng)的分阻電壓，比較器和RS觸發(fā)器輸入、輸出端電壓，三極管基極、集電極端電壓對繼電器的控制，最后通過指示燈亮暗展現(xiàn)電路對冰箱壓縮機和各類加熱器被控狀態(tài)。學(xué)生通過分析仿真電路電參數(shù)的變化規(guī)律，找到其工作基本思路。若學(xué)生未能達(dá)成實驗?zāi)繕?biāo)，可反復(fù)演練、觀察、組內(nèi)討論。期間，教師要密切巡視學(xué)生仿真實驗的狀況，依據(jù)各組出現(xiàn)狀況及時引導(dǎo)。學(xué)生完成每個實驗項目，要回答云平臺上發(fā)布的實驗對應(yīng)問題和頭腦風(fēng)暴。各組學(xué)生通過討論探究，協(xié)作解決問題。教師組織學(xué)生將仿真實驗報告及小組實驗過程照片進(jìn)行展示分享。教師依據(jù)學(xué)生共性問題統(tǒng)一答疑解惑，而個性問題進(jìn)行個別解析。最后教師對各組進(jìn)行仿真實驗的表現(xiàn)作出激勵性的評價。該階段的目標(biāo)是學(xué)生掌握實驗流程，并通過分析仿真實驗數(shù)據(jù)，理解電路工作原理。

（2）第二階段——實物實驗。雖然仿真實驗可提高實驗成功率，節(jié)約實驗成本，但仿真技術(shù)無實物觸感或?qū)嶋H情境的體驗。另外，實驗實物其檢測數(shù)據(jù)不如仿真實驗理想，實驗會出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)或故障，但這卻能培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和解決故障的能力。教師只做引導(dǎo)，讓學(xué)生多實驗、多思考、多討論，問題盡可能讓學(xué)生自己來解決，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力、高級思維和深度分析能力，提升實驗的高階性，這是仿真實驗不能替代的。經(jīng)過實物實驗后，讓學(xué)生展示實驗過程視頻，與仿真實驗進(jìn)行比對，匯報實驗結(jié)果的不同點和新收獲。最后教師再次對各組評價。本階段堅持“能實不虛、以虛助實、虛實結(jié)合”的原則，拓展實驗教學(xué)深度和廣度，提升教學(xué)質(zhì)量。

4.4? 課后實驗鞏固

課后，教師在云平臺發(fā)布針對實驗的測試題庫，以該電路各知識點為導(dǎo)向，以考促學(xué)，讓學(xué)生進(jìn)一步復(fù)習(xí)仿真實驗過程，鞏固課堂所學(xué)知識點。利用仿真軟件將不可見、枯燥、復(fù)雜的電子技術(shù)可視化、生動化、游戲化、簡單化。降低了學(xué)習(xí)門檻，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和成就感。同時線上、線下實驗相結(jié)合的混合型教學(xué)模式下，可反復(fù)觀看微課，多次仿真演練，進(jìn)而鞏固了實驗教學(xué)中知識和技能。據(jù)教學(xué)調(diào)查報告顯示，采用仿真實驗教學(xué)比微課或其他類型學(xué)習(xí)資料輔助實驗教學(xué)有更好的成效。

5? “電子溫控電路”仿真技術(shù)和云平臺的應(yīng)用

5.1? Flash仿真軟件推廣的可行性分析

仿真開發(fā)技術(shù)有3D仿真、VR、AR技術(shù)、Flash、WebGL、OpenGL等。不同于其他仿真技術(shù)，F(xiàn)lash仿真技術(shù)是以計算機為載體的輔助教學(xué)軟件。Flash技術(shù)在動畫制作上較其他仿真技術(shù)有較大優(yōu)勢和獨到之處， 教師可以不經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練，通過使用Flash的腳本設(shè)計功能控制動畫對象，創(chuàng)建導(dǎo)航和交互元素[ 3 ]，制作出針對教學(xué)需求的仿真實驗資源，簡單易學(xué)， 容易上手。Flash技術(shù)開發(fā)出來的仿真實驗系統(tǒng)成本低廉、易普及推廣，給實驗教學(xué)帶來了極大的便利，符合提升教師信息化教學(xué)能力需求。

5.2? Flash仿真軟件須符合中職教學(xué)需求

采用Flash開發(fā)仿真實驗項目，要根據(jù)教學(xué)需求，能輔助實物實驗，彌補實物實驗教學(xué)的不足。仿真實驗軟件不只是演示功能，使用中除了導(dǎo)航按鈕外，仿真實驗操作應(yīng)具有交互性。利用Flash技術(shù)可實現(xiàn)虛擬仿真交互實驗，可將任意文本或圖形制成按鈕，對按鈕賦以動作（如播放、返回等）可實現(xiàn)對仿真實驗流程的操縱控制[ 4 ]，還可以實現(xiàn)對仿真實驗中的虛擬儀表進(jìn)行拖動，實現(xiàn)人機交互。仿真實驗的操作界面應(yīng)該盡可能接近實物實驗，通過Flash 技術(shù)運用交互式動畫效果模擬出實驗狀態(tài)，學(xué)生可以操控并讀取數(shù)據(jù)或觀察現(xiàn)象。Flash技術(shù)具有強大的圖形處理可視化能力，矢量動畫以及流技術(shù)傳輸使得仿真實驗環(huán)境具有高度的真實感和可操作性，學(xué)生在計算機上進(jìn)行操作時， 如同置身真實環(huán)境。電子溫控電路仿真實驗的電參數(shù)變化規(guī)律和指示燈變化與實物實驗一致，但仿真實驗又有不同之處，可增加實驗輔助功能，降低實驗難度;有趣味性設(shè)計、激勵性評價等環(huán)節(jié)，能激發(fā)中職生的仿真實驗興趣;配有實驗拓展性問題，發(fā)展中職生的思維能力。

5.3? “電子溫控電路”仿真實驗項目

“電子溫控電路”仿真實驗項目（見圖2）是依據(jù)知識難點來選定的。電冰箱電子溫控電路知識難點有：RS觸發(fā)器、運算放大器比較電路、溫度傳感器、電源電路、電位器模擬溫度傳感電路、三極管控制繼電器等原理;電子溫控化霜過程檢測、電子溫控制冷過程檢測、化霜加熱皿電路接線等實訓(xùn)操作。仿真實驗資源原理部分用仿真軟件展示電參數(shù)變化的過程及分析;實驗部分是用學(xué)生可操控虛擬萬用表檢測數(shù)據(jù)和觀察現(xiàn)象變化，通過對數(shù)據(jù)和現(xiàn)象分析探索電子溫控的工作原理。仿真軟件能把復(fù)雜的原理和操作講解直觀化、形象化、趣味化，更易學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。

5.4? 云平臺發(fā)送微課資源和開展線上活動

混合型教學(xué)模式除了需要仿真軟件的信息化技術(shù)支持之外，還需要用CS錄屏軟件錄制仿真軟件的引導(dǎo)微課，微課的作用是指導(dǎo)學(xué)生如何使用仿真資源，講解知識點和實驗步驟。教師講微課發(fā)送到云平臺上讓學(xué)生隨時反復(fù)觀看。另外教師還要在云平臺上發(fā)布課前、課后的問卷、討論、測試、小組任務(wù)、作業(yè)等線上活動來輔助教學(xué)，為教師提供課前、課后學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋信息，并作出相應(yīng)的評價，用線上評價激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲，提升學(xué)生成就感。

6? 結(jié)束語

電子技術(shù)是《電冰箱原理與維修》課程中一個抽象、不易理解的專業(yè)知識，同時要求學(xué)生具備有一定實踐操作能力和分析能力。在專業(yè)課的學(xué)習(xí)中，應(yīng)根據(jù)實際內(nèi)容需要，重視實驗情境開發(fā)和應(yīng)用，選用合適的教學(xué)輔助軟件，有效利用內(nèi)容、表現(xiàn)形式可游戲化，形象直觀化，色彩可豐富，充分發(fā)揮其在教學(xué)中提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的功能。仿真實驗因其響應(yīng)速度快，無故障儀表和損壞設(shè)備裝置的影響，學(xué)生可對仿真軟件順暢地進(jìn)行多次操作演練，很好地輔助實驗教學(xué);同時仿真項目制定是針對實驗重點和難點，凸顯其教學(xué)導(dǎo)向優(yōu)勢，有利于促進(jìn)學(xué)生對概念掌握和原理的理解。如果仿真實驗融入互聯(lián)網(wǎng)中，學(xué)生可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程仿真實驗，仿真實驗不受地域、時間、設(shè)備的限制，方便課前預(yù)習(xí)，為提高實驗教學(xué)效率起到積極的作用。

混合型課程教學(xué)模式，使教師主導(dǎo)和學(xué)生主體有機整合，仿真實驗、線上微課資源及線上學(xué)習(xí)活動、線上評價全面開展。通過信息化教學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代教學(xué)模式有機整合，傳統(tǒng)實驗教學(xué)與仿真互動教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)與教師導(dǎo)學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會合作學(xué)習(xí)、學(xué)會使用仿真軟件、學(xué)會使用線上、線下教學(xué)資源、學(xué)會討論和分析信息，切實增強教學(xué)的針對性和實效性，拓展了信息化教學(xué)的功能，真正提高混合型仿真實驗教學(xué)的吸引力。讓更多教師投入到仿真教學(xué)的研究和開發(fā)上，豐富中職專業(yè)教學(xué)的信息化資源庫;讓更多教師應(yīng)用混合型實驗教學(xué)模式，提升中職專業(yè)教學(xué)整體質(zhì)量。

圍繞立德樹人和高素質(zhì)技能人才培養(yǎng)的要求，依據(jù)中職生的特點，以信息技術(shù)為依托，以實驗教學(xué)內(nèi)容重難點為指向，針對性地建設(shè)仿真實驗教學(xué)項目，采取線上、線下相結(jié)合的混合型實驗教學(xué)，可較大地提高學(xué)生實踐能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，達(dá)成良好教學(xué)效果。在計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的今天， 可以共享仿真實驗教學(xué)項目體系，仿真實驗教學(xué)會更加普及到每個需要的教學(xué)情境中，將會為中職教育教學(xué)質(zhì)量全面提高發(fā)揮著巨大的作用。

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