借助產教融合構建電工電子實驗教學翻轉課堂

吳 迪， 于雙和， 李 濤， 符 策

（大連海事大學國家級電工電子實驗教學示范中心，遼寧大連116026）

0 引 言

國辦發〔2017〕95號文件《國務院辦公廳關于深化產教融合的若干意見》明確將產教融合作為高等教育改革發展的重要舉措［1-5］，已上升為國家教育改革和人才培養的重要戰略，開啟校企合作培養人才的新時代。電工電子教學中心是國家級實驗教學示范中心，現有5個實驗室群。面積4 500 m2，實驗設備2 580臺套。大連通科應用技術有限公司建立于2007年主攻虛擬仿真技術與實訓平臺開發的高新技術企業。雙方通過多年來深入合作，將高校教師的專業理論知識優勢與企業的技術制作優勢深度融合，降低企業電子信息類產品開發成本、推廣成本，提高企業產品市場競爭力的同時，為高校提供了豐富的教學資源，提高了高校教學信息化水平。校企合作中，高校教師通過為企業提供技術支持，提高了自身的收入水平，實現了“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發展的動力。提升了學生實驗過程中的自主性，真正做到以學生為中心的實驗課堂，提高了實驗教學的效果。

1 校企合作模式

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

從2012年至今，大連海事大學與大連通科通過產學合作提高了企業產品競爭力的同時，豐富了高校的實驗教學資源，提高了中心的信息化教學水平。雙方的校企合作成果被評為2020年高等教育學會“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 構建電工電子實驗教學翻轉課堂

學校以布魯姆認知領域目標分類理論為指導，依托產教融合帶來的豐富教學資源為依托，構建了以學生為中心的電工電子實驗教學翻轉課堂。

布魯姆是美國著名的心理學家、教育學家，曾和他的同事一起提出了著名的布魯姆教育目標分類：認知領域目標分類、情感領域目標分類和動作技能領域目標分類［6-12］。布魯姆將認知領域分為6個方面：知識，領會，應用，分析，綜合，評價，如圖2所示。其中，知識和領會屬于較低層次的認知領域，只要求學習者對所學知識進行簡單的重復記憶，不需要對知識進行任何的加工；應用、分析、綜合、評價都屬于較高層次的認知，學習者需要對知識進行加工處理。綜合、分析等認知層次也是課程所要求達到的教育目標。

圖2 布魯姆認知領域層級劃分

傳統的實驗課堂，教師需要占用大量的時間講解儀器設備的使用方法、實驗中的注意事項、實驗原理等，學生由于缺少充分的預習條件，實驗課堂上只能被動完成一些驗證性實驗，完成較低層次的認知。

借助產教融合帶來豐富的教學資源為學生充分預習提供了保障，包括虛擬仿真軟件、教學視頻、虛實結合的實訓平臺等，幫助同學在課下的時間完成較低層次的認知部分的學習，包括實驗原理、儀器設備的使用方法、實驗注意事項等。豐富了實驗教學內容，幫助學生更好地掌握行業發展現狀，利用虛擬仿真操作工位受限的儀器設備等。學生在課前完成認知部分學習后，帶著問題和明確的實驗目的，進入實驗課堂。教師將實驗課堂完全還給學生，使學生用來完成應用、綜合、分析、評價高層次的學習，專注于實驗參數的設計、實驗現象觀察和擴展功能的實現等，實現知識的內化，如圖3所示。

圖3 翻轉電工電子實驗課堂構建

現以電子工藝實習和電路原理兩門課程作為案例，探索翻轉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 電子工藝實習翻轉課堂構建

傳統面向電子信息類學生的電子工藝實習往往以收音機套件的焊接作為教學重點，重視焊接技術的教學，學生對電子工藝的整個流程缺少完整的認知。并且電子工藝實習課面向的是低年級的同學，收音機中蘊含的豐富專業理論知識，學生接受起來比較難。針對以上問題，在產教融合的過程中與企業聯合開發了配套的教學資源，豐富電子工藝實習的內容，改變了傳統的授課模式，學生在課前完成原理、方法等內容的學習，課下專注于所學知識的綜合應用，并且借助信息化教學手段豐富了電子工藝實習的實驗內容，見圖4。

圖4 電子工藝實習翻轉課堂構建

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

圖5 收音機原理動畫展示

圖6 元器件識別虛擬仿真

焊接的質量對電子工藝實習結果起到決定性的作用，將正確焊接方法、注意事項、安裝調試的方法制作成教學視頻，有利于學生在實驗前和實驗過程中反復觀看學習。傳統的電子工藝實習往往以焊接作為教學重點，學生對電子產品的工藝流程缺少直觀的認知。因此，通過產教融合項目，雙方進入工廠中，拍攝電子產品生產的完整流程，并制作成教學視頻，學生可以身臨其境地了解和學習現代化電子產品生產的整個流程。利用虛擬仿真技術使每一個學生都有機會實踐操作工位受限的SMT貼片機，如圖7所示。

圖7 SMT虛擬仿真

利用這些信息化教學資源，學生在實驗課堂上專注于將所學知識進行綜合應用，包括元器件的識別與檢測，焊接實踐，利用所學原理知識進行收音機調試與檢修等。豐富了實驗教學的內容，提高了學生在實踐過程的自主性，將被動完成實驗任務，轉變為主動探索實驗結果。

2.2 電路原理翻轉課堂構建

電路原理實驗是電信類大學生學的第一門專業實驗課程，在實驗過程中學生第一次使用電氣類專業的常用儀器，如示波器、信號發生器、三相表等，傳統的教學方法很難滿足學生的預習要求，導致實驗課上教師需要很多時間講解儀器設備使用方法。并且經常出現由于學生預習不充分，實驗誤操作燒毀電子元件或儀器設備的情況。針對以上問題，校企雙方共同開發了電路原理實驗預習軟件，依據“能實不虛，以虛促實”的指導思想，構建了電路原理實驗翻轉課堂，見圖8。

圖8 電路原理實驗翻轉課堂構建

利用預習軟件為學生提供充分的預習資源，學生在進入實驗室時，已經明確實驗原理、實驗儀器設備使用方法、注意事項等，在實驗課堂上全部精力用于電路的搭建、現象觀察、參數設計、擴展功能實現等。

學生借助預習軟件完成實驗目的、實驗原理、工程應用背景的學習，通過設置思考題并給出答案的方式，采用引導啟發式的方法，引導學生復習和思考理論課堂學過的知識，并把理論和本次實驗聯系起來，實驗原理部分如圖9所示。

圖9 問題引導式實驗原理介紹

學生利用預習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備進行認知，并掌握儀器設備的使用方法，如圖10所示。并利用虛擬仿真，在預習軟件中搭建實驗電路，避免在真實實驗時出現誤操作的現象，對每一次實驗的注意事項更加了解，在進入實驗課堂時，不用花費過多的時間熟悉實驗環境，可以直接進入動手連接電路環節，提高了實驗課堂的學習效率，如圖11所示。在預習軟件中設置預習測試環節，幫助學生鞏固所學知識，確保學生實驗前已經預習充分，預習測試部分如圖12所示。

圖10 電路原理實驗儀器設備介紹

圖11 實驗電路搭建

圖12 電路原理實驗預習測試

借助預習軟件的輔助，為學生提供了充分的預習條件，幫助學生解決了預習資源不充分的問題，解決了實驗過程容易誤操作的問題，解決了實驗預習情況無法考核的問題，學生進入實驗課堂時，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果，提升了學生實驗成績的同時，學生理論課考試成績也有顯著的提高。

3 結 語

以成果共享為橋梁的高校與教育資源供應類企業校企合作模式，可以實現高校、企業、教師三方的互惠共贏、優勢互補，具有可持續發展的動力。大連海事大學與大連通科應用技術有限公司在產教融合的過程為學校提供了豐富的教學資源，降低了采購成本，同時也提高了企業產品的市場競爭力和影響力。

依托這些產教融合帶來的教學資源，并以布魯姆教育目標分類法為理論指導，學校構建了電工電子實驗教學翻轉課堂的教學模式，在實驗教學設計的過程中，認知、領會層次的知識讓學生借助豐富的教學資源在課下完成，實驗課堂上專注于綜合、應用、分析層次的學習，提高了學生的主動性及實踐興趣，將驗證實驗轉化為探索性實驗，學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，通過教學資源的輔助，可以擴展實驗教學內容，包括行業發展現狀、工程應用背景，學生通過虛擬仿真有機會操作昂貴設備等，取得了顯著的教學成果。校企合作和實驗翻轉課堂構建模式，具有可復制性，并易于推廣至其它高校、專業的實驗教學，具有一定的參考價值。