借助产教融合构建电工电子实验教学翻转课堂

吴 迪， 于双和， 李 涛， 符 策

（大连海事大学国家级电工电子实验教学示范中心，辽宁大连116026）

0 引 言

国办发〔2017〕95号文件《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》明确将产教融合作为高等教育改革发展的重要举措［1-5］，已上升为国家教育改革和人才培养的重要战略，开启校企合作培养人才的新时代。电工电子教学中心是国家级实验教学示范中心，现有5个实验室群。面积4 500 m2，实验设备2 580台套。大连通科应用技术有限公司建立于2007年主攻虚拟仿真技术与实训平台开发的高新技术企业。双方通过多年来深入合作，将高校教师的专业理论知识优势与企业的技术制作优势深度融合，降低企业电子信息类产品开发成本、推广成本，提高企业产品市场竞争力的同时，为高校提供了丰富的教学资源，提高了高校教学信息化水平。校企合作中，高校教师通过为企业提供技术支持，提高了自身的收入水平，实现了“校、企、教师”三方的互惠共赢，使得该校企合作模式具有可持续发展的动力。提升了学生实验过程中的自主性，真正做到以学生为中心的实验课堂，提高了实验教学的效果。

1 校企合作模式

通过成果共享为桥梁，建立高校与教学资源供应类企业之间的对口合作。电工电子中心教师与企业工程师共同探讨电工电子实验教学课程体系，针对课程体系中每一门实验课程从“教、学、练、考、评”5个维度，从实际教学需求出发去探讨教学资源建设。充分发挥高校教师具有丰富教学经验、了解行业需求的优势，可为企业提供教学资源需求分析、虚拟仿真软件设计、软件脚本撰写、实验平台需求分析、平台设计、系统测试等。教师队伍的加入，提高了企业产品的实用价值，降低了开发及推广成本，同时企业为教师提供兼职报酬也提高了教师的收入水平和职业价值感。双方开发出的教学产品，通过共享版权形式，应用于教师的教学，提高了学校的教学效果，降低了学校购置信息化教学资源的成本。这些教学产品在高校中的应用实践，可以作为案例帮助企业进行产品推广。大连海事大学与大连通科应用技术有限公司通过这样的合作方式取得了高校、企业、教师三方互惠共赢的效果。

从2012年至今，大连海事大学与大连通科通过产学合作提高了企业产品竞争力的同时，丰富了高校的实验教学资源，提高了中心的信息化教学水平。双方的校企合作成果被评为2020年高等教育学会“校企合作，双百计划”展示案例。以成果共享为桥梁的合作模式如图1所示。

图1 成果共享的校企合作模式

2 构建电工电子实验教学翻转课堂

学校以布鲁姆认知领域目标分类理论为指导，依托产教融合带来的丰富教学资源为依托，构建了以学生为中心的电工电子实验教学翻转课堂。

布鲁姆是美国著名的心理学家、教育学家，曾和他的同事一起提出了著名的布鲁姆教育目标分类：认知领域目标分类、情感领域目标分类和动作技能领域目标分类［6-12］。布鲁姆将认知领域分为6个方面：知识，领会，应用，分析，综合，评价，如图2所示。其中，知识和领会属于较低层次的认知领域，只要求学习者对所学知识进行简单的重复记忆，不需要对知识进行任何的加工；应用、分析、综合、评价都属于较高层次的认知，学习者需要对知识进行加工处理。综合、分析等认知层次也是课程所要求达到的教育目标。

图2 布鲁姆认知领域层级划分

传统的实验课堂，教师需要占用大量的时间讲解仪器设备的使用方法、实验中的注意事项、实验原理等，学生由于缺少充分的预习条件，实验课堂上只能被动完成一些验证性实验，完成较低层次的认知。

借助产教融合带来丰富的教学资源为学生充分预习提供了保障，包括虚拟仿真软件、教学视频、虚实结合的实训平台等，帮助同学在课下的时间完成较低层次的认知部分的学习，包括实验原理、仪器设备的使用方法、实验注意事项等。丰富了实验教学内容，帮助学生更好地掌握行业发展现状，利用虚拟仿真操作工位受限的仪器设备等。学生在课前完成认知部分学习后，带着问题和明确的实验目的，进入实验课堂。教师将实验课堂完全还给学生，使学生用来完成应用、综合、分析、评价高层次的学习，专注于实验参数的设计、实验现象观察和扩展功能的实现等，实现知识的内化，如图3所示。

图3 翻转电工电子实验课堂构建

现以电子工艺实习和电路原理两门课程作为案例，探索翻转实验课堂的具体实施过程，为其他实验类课程提供参考。

2.1 电子工艺实习翻转课堂构建

传统面向电子信息类学生的电子工艺实习往往以收音机套件的焊接作为教学重点，重视焊接技术的教学，学生对电子工艺的整个流程缺少完整的认知。并且电子工艺实习课面向的是低年级的同学，收音机中蕴含的丰富专业理论知识，学生接受起来比较难。针对以上问题，在产教融合的过程中与企业联合开发了配套的教学资源，丰富电子工艺实习的内容，改变了传统的授课模式，学生在课前完成原理、方法等内容的学习，课下专注于所学知识的综合应用，并且借助信息化教学手段丰富了电子工艺实习的实验内容，见图4。

图4 电子工艺实习翻转课堂构建

电子工艺实习理论教学部分改变传统的教学方式，由学生借助动画、虚拟仿真、教学视频自行学习，可以根据自己的时间、能力进行碎片化学习。利用动画展示每一级电路信号波形的变化，帮助学生掌握收音机蕴藏的丰富的原理知识，使低年级学生更加容易理解，见图5。利用虚拟仿真软件帮助学生掌握元件识别、检测的正确方法，通过虚拟仿真操作，学生避免在实际操作时出现极性接反、参数错误这样的问题，提高了实习的成功率，见图6。

图5 收音机原理动画展示

图6 元器件识别虚拟仿真

焊接的质量对电子工艺实习结果起到决定性的作用，将正确焊接方法、注意事项、安装调试的方法制作成教学视频，有利于学生在实验前和实验过程中反复观看学习。传统的电子工艺实习往往以焊接作为教学重点，学生对电子产品的工艺流程缺少直观的认知。因此，通过产教融合项目，双方进入工厂中，拍摄电子产品生产的完整流程，并制作成教学视频，学生可以身临其境地了解和学习现代化电子产品生产的整个流程。利用虚拟仿真技术使每一个学生都有机会实践操作工位受限的SMT贴片机，如图7所示。

图7 SMT虚拟仿真

利用这些信息化教学资源，学生在实验课堂上专注于将所学知识进行综合应用，包括元器件的识别与检测，焊接实践，利用所学原理知识进行收音机调试与检修等。丰富了实验教学的内容，提高了学生在实践过程的自主性，将被动完成实验任务，转变为主动探索实验结果。

2.2 电路原理翻转课堂构建

电路原理实验是电信类大学生学的第一门专业实验课程，在实验过程中学生第一次使用电气类专业的常用仪器，如示波器、信号发生器、三相表等，传统的教学方法很难满足学生的预习要求，导致实验课上教师需要很多时间讲解仪器设备使用方法。并且经常出现由于学生预习不充分，实验误操作烧毁电子元件或仪器设备的情况。针对以上问题，校企双方共同开发了电路原理实验预习软件，依据“能实不虚，以虚促实”的指导思想，构建了电路原理实验翻转课堂，见图8。

图8 电路原理实验翻转课堂构建

利用预习软件为学生提供充分的预习资源，学生在进入实验室时，已经明确实验原理、实验仪器设备使用方法、注意事项等，在实验课堂上全部精力用于电路的搭建、现象观察、参数设计、扩展功能实现等。

学生借助预习软件完成实验目的、实验原理、工程应用背景的学习，通过设置思考题并给出答案的方式，采用引导启发式的方法，引导学生复习和思考理论课堂学过的知识，并把理论和本次实验联系起来，实验原理部分如图9所示。

图9 问题引导式实验原理介绍

学生利用预习软件可以通过仿真交互的方式，对每次实验要用到的仪器设备进行认知，并掌握仪器设备的使用方法，如图10所示。并利用虚拟仿真，在预习软件中搭建实验电路，避免在真实实验时出现误操作的现象，对每一次实验的注意事项更加了解，在进入实验课堂时，不用花费过多的时间熟悉实验环境，可以直接进入动手连接电路环节，提高了实验课堂的学习效率，如图11所示。在预习软件中设置预习测试环节，帮助学生巩固所学知识，确保学生实验前已经预习充分，预习测试部分如图12所示。

图10 电路原理实验仪器设备介绍

图11 实验电路搭建

图12 电路原理实验预习测试

借助预习软件的辅助，为学生提供了充分的预习条件，帮助学生解决了预习资源不充分的问题，解决了实验过程容易误操作的问题，解决了实验预习情况无法考核的问题，学生进入实验课堂时，不再是被动的完成验证性实验，而是不需要老师的讲解，带着明确的目的，主动地去探索实验结果，提升了学生实验成绩的同时，学生理论课考试成绩也有显著的提高。

3 结 语

以成果共享为桥梁的高校与教育资源供应类企业校企合作模式，可以实现高校、企业、教师三方的互惠共赢、优势互补，具有可持续发展的动力。大连海事大学与大连通科应用技术有限公司在产教融合的过程为学校提供了丰富的教学资源，降低了采购成本，同时也提高了企业产品的市场竞争力和影响力。

依托这些产教融合带来的教学资源，并以布鲁姆教育目标分类法为理论指导，学校构建了电工电子实验教学翻转课堂的教学模式，在实验教学设计的过程中，认知、领会层次的知识让学生借助丰富的教学资源在课下完成，实验课堂上专注于综合、应用、分析层次的学习，提高了学生的主动性及实践兴趣，将验证实验转化为探索性实验，学生实验课成绩得到提升的同时，理论课成绩也得到显著提升。并且，通过教学资源的辅助，可以扩展实验教学内容，包括行业发展现状、工程应用背景，学生通过虚拟仿真有机会操作昂贵设备等，取得了显著的教学成果。校企合作和实验翻转课堂构建模式，具有可复制性，并易于推广至其它高校、专业的实验教学，具有一定的参考价值。