基于体验式学习的电子系统实训在线教学研究

张洪杰 钱彭飞 刘峰 方恺晴 湖南大学信息科学与工程学院

● 引言

工程实践能力训练（下称实训）是高等院校工科类专业教学中的一个重要环节。由于专业、内容、目标等不同，各专业实训教学一直是值得进一步研究和探索的教学改革问题。在疫情形势下，《疫情防控期间做好高校在线教学组织与管理工作》[1]的意见使基于物理设备和工具的实训进入了在线教育的深度思考。

部分高校推迟了实训排课，教学基于自建和他建仿真平台等措施，满足部分在线学习需求，但在线资源仅涉及原理解释、操作步骤、设备讲解等基础部分，而进一步设计实验由于系统半开放性导致内容设备无法匹配，无法自由地使用其他虚拟仿真实验资源。笔者对直播展开了调查[2]，并发现以直播课和慕课为主的在线教学，除了加强知识技能外，还要加强人文方面的培养，确保课程思政与教学的一致性。同时，思政教育的整合和直播模块教学过程的发展，将逐步满足在线实训教育的常态需求。

● 体验式学习

体验式学习解决了如何从体验中学习和学习过程性质问题[3]，即运用生活中每一刻体验来唤醒自主学习，提高自身能力，从多维度多角度认知生活，丰富生活经历。

体验式学习圈（Kolb’s Experiential Learning Cycle，KELC）[4]是库伯界定了体验式学习后构建的一个完整的学习系统模型，包括具体体验、反思观察、抽象概括和主动应用四个阶段，如图1所示。体验式学习不是线性过程，而是在不断领悟和转换体验过程中的螺旋上升过程。领悟体验和转换体验是模型的两条基本轴。

信息类专业具有高抽象性和很强的工科应用性。在在线实训课程中，运用体验式学习法的教学过程主要包括：以学生为中心，课程思政贯穿教学设计；进一步保持抽象和应用学习环节；适当增加体验和反思环节；结合直播讲座，设计从教到学的自主学习活动。笔者研究了电子系统实训结合慕课与直播课的在线教学方式，并从视听和反思方面促进知识获得、技能习得和人文思政融合。

图1 体验式学习圈模型

● 电子系统实训线上体验式学习

电子系统设计的实训课程，以集中实践为主，以专题讲座、辅导、答疑等为辅。实践方式有工业生产现场参观、手工焊接电路板、标准案例测试电路板、设计制作产品背板、软件工具使用、程序设计训练、创新设计等。

1.思政结合的角色体验式学习

在产品背板设计模块可以整体采用角色扮演的体验式学习组织模式，进行SPOC线上教学和线下实训的混合式学习。线上教学环节主要是课程管理和数字资源。在实训环节中，教师必须使用设备环节，除了保留线下实训外，也可以利用录播方式演示视频。

（1）角色体验式学习将个体学习融入小班互动学习

背板设计和生产一般会安排在电路板焊接后到中期验收前，教师可以穿插到其他实训环节进行，角色体验流程如图2所示。具体如下：各小班30人，自动入职为设计员，同时推荐2位总设计员，部分分工安排见下表。总工艺2～4人暂由助教负责，学校增加设备开放数量后可下放至各班。全程学生以自学为主，各班主任提供技术协调，实验中心只提供方案制作、教学设备和学生管理支持。

图2 角色体验流程

（2）融合思政元素的知识技能人文一体化实训教学

①严守法律法规、安规诚信作业的在线职业道德教育。

教师要引导学生意识到：背板生产和标识设计需要遵守国家法律法规；标识设计作业，需要填写《作品登记与授权承诺书》并手写签名；设计者要承诺作品没有侵犯他人著作权的行为，同时要授权课程教学组相关的使用权；另外，激光加工现场安全要遵守学校《工程训练安全守则》。

②工程思维训练学习自信和民族文化自信的工程伦理教育。

开放式作业设计标识的创意由元素和寓意组成。教师可以将一些教学资源分享在网络上，引导学生自学，主要内容包括软件环境、绘制标识、极简设计、博物展览、激光非金属加工。

职位 时间截止 事情 材料 必备技能 检查总设计加工日之前半天1．培训全班各设计员并检查各人设计文件2．复制各人红色图层并拼接到40片底板中并提供给总工艺 RLD工程文件且通过检查3．领取整包成品下发40片底板DXF文件(di_ban2.dxf)、RDworks 1.设计员技能2.拼板技能（图案跨文件复制、尺寸约束）3.激光点位置、放置对象、群组4.调整图层顺序5.显示路径、路径优化6.保存RLD检查1.设计员的各项自查点自查2.蓝色图层是个人设计元素，优先级1 3.红色图层是边框和过孔，优先级2 4.40片拼板总加工时间不超过20分钟

例如，教师可以引导学生以字图融合为设计思路，将标识分解为字和图两种符号。学生可以进入省博物馆网上展厅、市博物馆、市简牍博物馆在线观看博物展览，学习一些传承民族文化的元素。

③引导讨论题设计，提供建议参考，开展思政互动。

在讨论环节，教师可以抛出问题，如社会、环境、法律等对工程设计有哪些限制？标识中配图如何参照漫画角色？从哪获得设计灵感？举例说明哪些情形需返工？进而展开思政互动。

2.全周期的直播体验式学习

（1）自我行为检查的双线学习过程

教师可以开设专题讲座，以开关量的检测与仿真为例，该知识点旨在让学生能够认识开关量有关器件结构、特性和硬件电路，掌握检测开关动作事件的全查询结构C51软件编写，学习单片机虚拟实验平台的制作和仿真。教学主要环节如下：

①课前引导。在满足六百人的在线课堂中，教师首先要调试视听设备并要求学生预习直播课PPT中的背景、目标、资源和内容。

②直播讲座。直播当天，学生提前15分钟进入平台，有特殊情况提前联系助教。过程关注：难点、重点、视频演示；记录当时心情与反思；答疑可通过发言区、语音举手和QQ群课后求助。

③课后实作。历史回放中深入学习的内容有：Proteus官方例子和英文帮助文件阅读；实作并掌握单片机虚拟平台、交互仿真和图表仿真；归纳单片机全查询结构软件建模；按自己想法并行动，改造硬件电路与软件代码并通过虚拟平台体验效果。

④课后作业。在线学习电路板焊接制作、学习板功能示例和基础案例，如三按键测试、振动传感器、霍尔磁场检测。

⑤题库。每个讲座包含20道选择题或判断题，取材于PPT和帮助文件，如讲座目标、硬件、软件、展示体验、反思等。

⑥验收。实训第1周在线验收，学生通过才能进入下一阶段。在开放日内完成，可答题2次，取高分；不合格者补考通过取合格分。

（2）直播讲座的持续性体验转换

直播课堂应依据剧本式提纲活动，不仅要增加体验感，而且要引导学生反思与抽象，使所见所思归纳成解决问题的方法，并切实行动去创造所想，这样才能有持续性的新体验。

● 实践总结

体验式学习不仅能体验电子产品硬件生产和软件设计，还能将个体学习融入小班互动，在集体学习情境中学会主动学习。直播讲座也丰富了实训的在线教学方式，虚拟实验平台及时提供了使用空间，让学生积极体验学习乐趣。

始于体验的全周期学习过程，对构建在线实训的知识技能图谱及融合课程思政的人文图谱有指导意义。探索电子系统实训在线教学新模式，引导学习兴趣和定量评估，也是一个长期的过程。