基于微课的《电子封装综合实验》翻转课堂教学模式探索与实践

2019-05-24吴来军檀财旺王华涛于静泊覃春林

中国教育信息化·基础教育 2019年4期

吴来军檀财旺王华涛于静泊覃春林

摘要：随着《中国制造2025》的贯彻落实，我国对电子封装技术人才的需求愈加旺盛。“电子封装技术”被国防科技工业局和教育部列为目录外紧缺专业。文章针对电子封装实验教学现状，通过分析基于微课的翻转课堂教学模式的特点，提出将“课前知识学习+课堂知识内化+课后知识巩固”的教学手段引入电子封装实验教学。通过课前实验教学资源构建、学生线上自主学习、课堂协同实践和课后知识巩固等阶段的学习及全面的评价体系，有效提高了实验教学的效率和质量，增强了学生自主学习能力和创新思维能力。

关键词：微课;翻转课堂;电子封装;实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2019）08-0056-05

一、引言

国务院发布的《中国制造2025》提出以“新一代信息技术产业”等十大战略产业作为突破点，实现我国由制造大国向制造强国的转变。而集成电路及专用设备居于“新一代信息技术产业”首位，具有重要的战略地位[1，2]。电子封装作为一门新兴的学科，旨在培养电子封装技术专业人才，涉及到电子技术、信息科学技术、材料科学与加工、微电子制造及可靠性测试等多门学科领域，具有较强的学科交叉性、工程综合性和广泛应用性。

电子封装作为电子产品制造领域的关键技术之一，在电子产品制造过程中具有至关重要的作用[3，4]。按照工序流程划分，电子封装包括电子封装技术和电子组装技术：电子封装技术以具有微电子电路的半导体材料为对象，采用引线键合技术、塑料封装或陶瓷封装技术，对微器件、微电路进行电气连接和机械保护，实现芯片的生产和制造;电子组装技术是以芯片、印刷电路板（PCB）为对象，经过焊料涂覆、元器件贴装、焊接等工艺流程，实现电子产品的制造。

作为国内最早开设电子封装专业的高校之一，哈尔滨工业大学以先进焊接与连接国家重点实验室为依托，已经形成校本部、威海校区、深圳校区三位一体的人才培养格局，为培养具备综合知识、适合产业发展、学术与工程兼备的电子封装人才做出了积极贡献[5-7]。

信息技术与教学模式的融合，为教学模式的变革提供了新的契机，产生了MOOC、SPOC、混合式教学、微课、翻转课堂等全新的教学模式，受到国内外教育人员和相关学者的广泛关注与探索[8]。MOOC是大型开放式网络课程，具有开放性、在线性、共享性的特点。但是由于MOOC具有投资高、对学生无门槛限制、互动性弱、完成率低等弊端，教学质量和效果受到一定程度的影响。SPOC是小规模限制性在线课程，采取线上与线下相结合的混合式授课模式，既发展了MOOC的优点、又弥补了传统授课方式的不足[9]。

教育部出台的《教育信息化2.0行动计划》提出，教育资源向互联网大资源转变、提升学生信息技术素养的发展思路，为教学模式信息化建设注入新的活力与动力[10]。

二、微课、翻转课堂概念及相关经验

1.微课

微课是信息技术与教学活动相融合的产物，它以教学微视频为载体，以素材课件、练习测试、学生反馈、教师点评等教学资源为辅助，围绕某些教学知识点或教学环节而开展的教学活动。

微课主要具备以下几个特征：

（1）课程视频时长短、资源容量小

微课以短小的微视频作为教学展示方式，时长一般控制在15分钟以内。在该教学时长内，学生始终保持高度的注意力，具有较高的学习效率，能够在短时间内掌握课程内容;同时视频及文件大小控制在50MB以内，文件的播放具有较好的兼容性，具有随播随学、便于观看和下载等优点。

（2）课程主题明确、内容凝练

授课教师在制作视频及其他课件材料时，针对某些知识重点、难点、疑点作为课程主题，再将核心知识点进行凝练，并结合配套的微测试、微习题，经过精心设计、包装后通过网络呈现在学生面前。

（3）課程资源情景化、针对性强

以教学视频为主线贯穿微课始终，结合多媒体课件、教学反思、反馈意见、练习测试、专家文字点评等素材共同营造情景化教学氛围，提高教学的趣味性。

（4）制作简便、实用性强

微课虽然具备以上多个特征，但是制作比较简便，网络上有较多的微课制作工具，并以实用性为制作宗旨。

微课经过多年的发展和实践，已经应用到教育领域的多个方面。熊启军[11]等人针对C语言程序设计实验教学现状，提出了基于知识点的微视频教学实验教学模式，弥补了传统实验教学的弊端，增强了学生的自主学习能力，改善了C语言程序设计实验教学质量。卢行伟[12]等人将微课教学手段引入计算机实验教学：创建微课内容、改变教学模式、开展任务实验、建立反馈机制，通过这些教学改革将教师从繁琐的实验教学中解脱出来，有效地提高了学生计算机等级考试的过级率。王厂[13]等人通过设计线上、线下不同的学习目标和教学方式，将基于微课的混合式学习模式应用在实验教学中，有效地改变了传统实验教学中练习课时不足、面授与实践分离的问题，提高了学生的学习效率。杨海漩[14]等人设计了基于微课的中小学机器人教学模式，并进行了试点实验，验证了微课应用于中小学机器人教育的优势。

2.翻转课堂

翻转课堂教学模式是“线上学习”与“线下学习”的结合，其本质是“学生前置自主学习”+“师生课堂互动学习及实践”。

课前：教师借助信息技术手段将所要讲解的知识内容制作成教学视频或者教学课件，并上传至网络平台，学生进行线上学习、讨论、交流。

课堂：教师设计探究性学习的环节与学生进行互动，并针对重点、疑点、难点问题进行深入讲解，或以小组协作的模式，将课堂时间交给学生，让学生亲自动手操作。翻转课堂教学模式使教师的角色由“知识灌输者”转变为“引导启发者”，同时更加注重学生自主学习能力、创新思维能力、协作能力的培养。

陶学宗[15]等人将基于微课的翻转课堂教学模式应用在《港航工程与规划》的教学中，并采用单因素方差分析法对翻转课堂的實践效果进行对比，证明了基于微课的翻转课堂教学模式可以获得更好的教学效果。李海刚[16]等人采用翻转课堂理念进行《药剂学实验》教学实践，减轻了教师的教学负担，满足了师生利用网络方式进行预习、复习和测试的教学需求。苏牧羊[17]等人采用基于SPOC的翻转课堂教学模式对《线性代数》课程教学进行探索和实践，有效地提高了学生的参与度、科学素养、团队协作能力以及解决实际问题的能力，为学生今后继续学习和科研打下基础。刘景艳[18]等人将基于实验项目的翻转课堂教学模式应用于电路实验教学中，提高了学生的积极性和主动性，取得了较好的教学效果。

3.当前实验教学存在的不足

实验环节是高校课程教学的重要组成部分，既锻炼了学生动手操作能力、创新思维能力，又巩固和检验了理论知识。传统的电子封装专业实验教学主要分为四个环节：材料准备、仪器操作、完成报告、批阅报告。

这种实验教学模式存在以下弊端：

（1）课堂教学方式单一

教师演示仪器的使用方法，学生按照演示流程重复操作，限制了学生的想象力、创造力和积极性。

（2）评价方式单一

仅仅将实验报告作为成绩的评定依据，学生将主要精力放在完成实验报告上面，忽略了实验过程的重要性。

（3）效率低、重复性高

每次课程教师都要重复演示实验，既具有较重的教学负担，又减少了学生的操作时间，存在课时难的问题。同时，由于学生基础参差不齐或注意力不集中，导致部分学生并不能一次性全部掌握实验流程。

针对以上问题，哈尔滨工业大学（威海）电子封装教学团队采用基于微课的翻转课堂教学方式，通过“学生前置自主学习（线上）+师生课堂互动学习（线下）”课程环节设置，对《电子封装综合实验》的课程教学进行改革试点，为解决传统实验教学环节存在的上述问题提供了一种新的思路。

三、基于微课的翻转课堂教学模式设计

基于微课的翻转课堂教学模式，就是按照翻转课堂的“线上+线下+反馈、优化”的设计思路，将学生作为学习的主体，将教师作为引导者和组织者，线上通过微课教学资源完成知识的传授，线下通过亲身实践完成知识的内化，同时根据教学反馈结果，对教学过程进行优化。如图1所示，基于微课的翻转课堂教学模式分为课前知识传授、课堂知识内化、课后评价反馈三个阶段。

1.课前知识传授

教师根据实验目的及要求，分析实验课程教学内容，结合实验设备条件、学生学习特征、知识点要求设计实验项目。制作微课教学素材，涵盖微视频的录制、PPT的制作、讨论题目的拟定、练习与测验的准备、实验原理的分析等教学素材，并将微课教学资源通过博客、QQ、微信等方式发布到网络，实现教学资源的共享，同时在规定时间内在线对学生的提问进行答疑。这个过程与传统教学模式中的备课过程相类似。

在上课之前，学生在线完成微课的学习，相互交流、提问，并对线上学习进行总结，从而为线下学习做好铺垫和知识准备。该阶段作为翻转课堂的知识传授环节，与传统教学方式最大的不同是：将教师的工作重心从“以教为主”转变为“精心设计教学环节”，将学生的“被动接受”转变为“主动学习”。

2.课堂知识内化

经过课前知识传授后，学生对实验过程具有一定的知识储备。在该阶段，教师准备实验材料及仪器条件，并将学生以小组为单位进行划分，组织学生进行实验操作，并对实验过程进行监督。实验操作过程中，学生之间相互交流，协作完成实验操作，同时不懂之处向教师提问;实验过程结束之后，向教师展示实验结果。

教师对学生的实验操作过程进行集中点评，根据学生的提问进行课堂答疑，对少部分学生的特殊问题进行个性化指导。经过本阶段的实验操作，学生熟练掌握所学知识，遵循由感性认识到理性认识的认知规律，最终实现知识的构建及内化。

3.课后评价反馈

学生完成实验报告，并对实验过程进行总结，实现知识的巩固，同时反馈实验教学效果;教师批阅实验报告，并根据课前知识测试成绩、课堂实验操作过程、课后实验报告批阅结果，对学生在整个实验过程的学习情况进行整体考核和评价，从而细化考核评价方式，也使评价结果更加客观。最后对教学过程进行反思，以实现对实验教学环节的优化、改进。

四、实践探索及效果

1.教学实践

按照哈尔滨工业大学“持续推进课程建设与改革”的指导思想，电子封装教学课题组采用“基于微课的翻转课堂教学模式”理念，从2015年开始对《电子封装综合实验》课程教学进行探索。在2016年，电子封装教学团队制作完成微课教学资源，对学校2014级电子封装专业学生（36人）进行教学试点。

按照教学大纲及电子封装专业实验要求，将课程内容分为电子封装模块、电子组装模块、器件性能测试模块三个教学模块，具体翻转课堂的实验课程安排如图2所示。

2.实施流程

整个教学过程可以分为：微课教学资源的构建及学生线上自主学习、课堂知识内化及实践、课后知识巩固及评价。下面，笔者以“键合强度测试实验”为例阐述基于微课的《电子封装综合实验》翻转课堂教学模式实施流程。课程结束之后，通过问卷走访、学生座谈、数据统计等方式，对翻转课堂教学模式的实践效果进行调查。

（1）微课教学资源构建及学生线上自主学习

课前，教师根据“键合强度测试实验”的实验原理、目的、要点及难点，以芯片内引线拉伸强度测试方法为例，将PTR-1101键合强度测试仪的操作过程制作成视频。

微视频播放过程中，对需要醒目标注的地方配合箭头指示，提高辨识度。同时结合教学课件、实验指导书、测试题、知识拓展等教学素材，进行情景化教学，提高教学过程的趣味性、针对性。其中教学课件包括：键合强度测试原理、键合强度测试仪结构及主要参数、键合强度测试仪的操作步骤等内容，微课资源的构建框架如图3所示。

教师将微课教学资源上传至微信群或者博客等网络平台，要求学生在实验课程之前进行观看，同时完成实验预习报告，及时记录实验过程中的疑点、重点、难点，并统一反馈给指导教师。指导教师批阅预习报告，结合学生的反馈问题，进行针对性的答疑和指导，从而完成线上微课资源的构建以及学生课前自主学习，对键合强度测试实验有一个感性认识。

（2）课堂知识内化及实践

通过微课的线上学习及讨论后，指导教师组织学生到封装实验室进行实践操作：准备实验材料及仪器;以小组为单位组织学生进入实验室;监督、指导学生操作过程，对于不当操作及时纠正;提醒学生对实验过程做好记录，为完成实验报告提供实验数据;实验结束后，对学生的操作进行点评，并将其作为小组评价的依据之一。

学生实验操作过程中，组内学生相互协作配合，共同完成样品的测试，同时相互交流、学习，在微课学习的基礎上查漏补缺、共同提高。

（3）课后知识巩固及评价

实验课程结束之后，学生以微课学习过程、键合强度测试仪操作过程、实验数据等为依据，同时结合与引线键合相关的拓展性知识，完成课程实验报告，以实现知识的巩固。指导教师结合实验重点、难点以及实验过程出现的问题，进行集中点评;批阅实验报告，同时以微课学习情况、实验操作情况、报告完成情况等作为综合参考，对学生进行评价并给定实验成绩，具体成绩评定标准如表1所示。

3.教学效果

基于微课的翻转课堂教学模式的实践过程，从学习过程、学习结果两个方面来评价有效性[19]。对基于微课的翻转课堂授课模式下学习过程的有效性分析主要侧重于：是否有利于发挥学生自主学习能力、激发学习兴趣，是否有利于提高实验技能、加深对实验过程的理解;基于微课的翻转课堂授课模式下学习结果的有效性，主要通过对比教学改革前后实验样品测试数据准确性、实验报告平均成绩、实验操作平均成绩进行分析。

（1）实验过程有效性分析

学习过程的有效性分析主要通过问卷调查和座谈交流方式进行。实验结束后，设计关于教学效果的调查问卷，对全体学生发放调查问卷，并采用数据处理软件Origin对数据进行处理分析，结果如图4所示。

通过问卷调查可以看出：超过94%的学生认为基于微课的翻转课堂教学模式有助于提高自主学习能力、激发学习兴趣，其中75%的学生认为翻转课堂的授课模式对自主学习能力的培养非常有利;超过91%的学生认为基于微课的翻转课堂教学模式有利于提高实验技能、加深对实验原理的理解，其中69.4%的学生认为翻转课堂的授课模式对加深实验过程的理解、强化实验操作非常有利。

另外，笔者在与学生座谈交流中得知：以微课为先导的翻转课堂实验教学模式，通过课前线性学习，使学生对实验过程和仪器操作有了直观的认识和宏观的理解，在理解的基础上进行实验操作可以更加明确实验过程的难点、重点，学习过程也更加有针对性。

（2）实验结果有效性分析

学习结果的有效性以实验样品测试数据、实验操作和实验报告作为研究对象，将教学改革前后实验数据准确性、实验操作成绩和实验报告成绩进行对比来开展，结果如图5所示。从对比结果可以看出，采用翻转课堂的教学模式下，测试数据准确性、实验操作平均成绩、实验报告平均成绩对比教改之前均有所提高。可见，将基于微课的翻转课堂授课模式应用于《电子封装综合实验》的课程教学，取得了较好的效果。

五、结束语

电子封装作为一门新兴的交叉学科，涉及材料科学、电子信息、加工制作、性能测试等多个专业领域，包括电子封装技术、电子组装技术、器件测试和可靠性评估三大教学模块的内容，相关的实验教学内容较多。传统的实验教学模式下，采用教师课上讲解演示、学生被动接受和重复操作的方式开展实验教学，存在教学效率低下、学生实践课时不足、自主学习能力和创新思维能力不能得到有效锻炼、课堂教学缺乏趣味性等问题。实验课程结束之后，学生并不能完全理解实验原理、掌握实验操作，实验教学效果较差。将基于微课的翻转课堂教学模式应用于《电子封装综合实验》教学过程，实现了“线上学习”与“线下学习”的有机结合、“以教为主”向“以学为主”的转变，构建了课前自主学习、课堂知识内化、课后评价反馈等多元化的学习模式，形成线上学习评价、实验过程评价、实验结果评价、实验技能评价组成的综合评价体系。

实践证明，将基于微课的翻转课堂教学模式用于实验教学，能够增强师生互动和交流，增加学生实践操作的时间，培养学生自主学习能力、科研素养和创新能力，提高了实验教学质量和效率，为翻转课堂教学模式在实验教学的应用提供了有力的经验支撑和实践基础。

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