中职电子专业混合型仿真实验教学的实践与探究

黄凌

摘   要：以建构主义、翻转课堂为教育教学理论依据，结合Flash仿真技术和云平台应用的信息化教学构建出线上、线下虚实结合的混合型仿真教学模式。同时按照高素质技能人才培养要求，结合中职生的特点，以信息技术为依托，以实验教学内容重难点为指向，建设仿真实验教学项目。本文以中职电子专业《电冰箱原理与维修》课程中的电冰箱“电子温控电路”为例，就仿真实验概念及优缺点、混合型仿真教学模式、混合型仿真实验教学流程、仿真技术和云平台的应用四个方面展开探究混合型仿真实验教学。

关键词：仿真实验;混合型教学;Flash技术;虚实结合;线上线下

1  引言

随着教育改革的逐步深化，中职的实验教学取得了一定的发展，但受到传统教育观念的影响，使得实验教学依旧存在缺陷，实验教学无法有实质性的突破。其中实验室使用时间短，实验室设备器材不足，维护时间长， 实验教材无法突破学生对抽象概念和复杂原理的理解等原因， 极大地影响了学生学习积极性。这是当前实验教学面临的主要矛盾， 也是教育改革中一个迫切需要解决的问题。

2017年开始教育部大力开展仿真实验项目建设，全面推进信息技术与实验教学的融合。近年来，随着信息技术的不断发展，虚拟仿真技术引入到实验教学中，中职校的实验教学改革有了一定程度的推进。学生可利用虚拟仪器、虚拟实验环境完成仿真实验，营造出自主学习的环境;同时仿真实验在预习和复习环节对提高实验教学效率发挥着重要作用。随着网络技术的发展，将仿真实验融合云平台，建构混合型教学模式，成为中职实验教学发展的新方向。

但是，专业仿真实验开发难度大且价格昂贵， 非教师开发的仿真实验大多不适合教学需求，难以在中职校普及。笔者通过对仿真开发软件的对比，Flash软件制作仿真教学资源教师较易掌握，因此笔者选择Flash软件作为教师开发仿真教学资源的工具，并结合混合型信息化教学理念构建出中职校电子专业实验仿真教学模型，对实现“互联网+仿真+实验”的教学发展要求向前迈进了一步。本文以中职电子专业《电冰箱原理与维修》课程中的电冰箱“电子温控电路”为例，就仿真实验概念及优缺点、混合型仿真教学模式、混合型仿真实验教学流程、仿真技术和云平台的应用四个方面展开探究。

2  仿真实验概念及优缺点

2.1  仿真实验概念

仿真实验是利用计算机技术，以实验对象、实验工具、实验仪表图形建模，通过操控虚拟仪表、工具进行仿真实验，观测仿真实验结果，分析数据和探究原理的新型实验手段。因此仿真实验流程首先是教师利用仿真软件建立仿真实验情境，然后学生再利用软件资源进行仿真实验、观察现象和数据分析，与此同时有机地融合实验微课指导和教师指导，形成仿真实验教学体系。仿真实验资源尽可能做到“交互式”“游戏化”，构建生动多彩的虚拟操作环境，使抽象的电路原理变得形象直观，有趣味性，能互动，学生在乐学的情绪下进行实验学习，更适合中职生的心理特点。再进而提升实验能力，培养分析能力，帮助学生构建概念或理解原理，提升实验教学质量，达成教与学的统一，最终超越实物实验的学习效果。仿真实验是推动中职专业信息化教学提升的有效技术手段。

2.2  仿真实验的优缺点

实验成本低、危险性低、参数变化响应时间短、操作步骤可软件引导，可重复操作，可突破时空限制，可营造趣味性学习环境，可实现能力进阶的激励功能，可实现自动考核和学业评估报表，所以仿真技术是一种有效的实验学习工具。其缺点为：仿真实验中无实物的仪器仪表、工具与实验对象，仿真技术无实物触感或实际情境的体验，所以与实际操作有一定差距，实验结果趋理想化，所以其不能完全代替实物实验。

3  混合型实验仿真教学模式

3.1  教育理论依据

混合型仿真实验教学模式基于“建构主义”“翻转课堂”教育教学理论，融合“理实一体”“项目化教学”“交互式实验”“混合型学习环境下信息化教学”等教学方法和理念，优化教学流程，建构可行易推广的实验教学模式。建构主义认为，学习不是教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程，学生不是被动地接受信息，而是主动建构知识的意义[ 1 ]。这也是混合型仿真实验教学的重要理论依据。学生在仿真的环境下，在教师引导、微课引导、问题引导等多种引导措施辅助下，在有趣可互动的情境中，与同学合作讨论探究，而且学生反复互动学习，最后通过总结和线上、线下的测试练习与反馈，对新知的多层次、多角度认知，建构自己的理解，更易于学生长期牢固地掌握知识，建构稳定的概念或知识体系，并培养学生的知识迁移能力。

3.2  混合型教学模式

所谓混合型教学，就是通过不同的媒体进行混合，借助于不同的通道，在不同的教学环境中，以实现对知识进行有效教学的混合[ 2 ]。混合型仿真实验教学模式以学生为中心，自主学习为导向，强化信息化资源使用，培养合作学习和讨论探究的习惯，提升信息分析能力。授课前，教师将仿真教学资源发送到学生的數字终端或植入云平台上，学生可在电脑、平板上操控仿真软件以及远程仿真实验，可在线上、线下混合型学习环境下学习和实验。混合型仿真实验教学包含有线上信息化教学与线下传统教学相结合，虚拟仿真教学与实物实验教学相结合，教师使用电子白板与学生使用电脑或平板相结合，实现多种信息化元素相混合的翻转课堂。学生充分利用仿真软件、微课、网络云平台，主动学习和多方位的探究实验，构建混合型仿真实验的新教学模式。混合型教学改变了教师的角色，改变了学生的认知途径。同时混合型教学需要教师充分掌握教学重难点，找到强化重点和解决难点知识的有效途径，恰当选择仿真实验项目来达成教学目标。

4  “电子温控电路”混合型仿真实验教学流程

4.1  实验仿真需求和教学流程

电冰箱“电子温控电路”（见图1）是由电源电路、温度控制电路、化霜电路、执行器电路构成，其中电路又含有桥式整流滤波稳压电路、温度传感器、比较器、RS触发器、三极管控制继电器等多个知识点。每个知识点均不易讲解，学生通过听讲不易理解。而知识点通过实验探究方法获得感性认知，再从感性认知中分析推导出道理，学生就更易理解和吸收。常规实验必须在教师授课时间内到实验室完成，未能及时完成实验的学生，就会受到时间、空间的限制，再受实验设备或仪表故障等影响，实验效率和学习质量都会下降。于是采用“实验仿真软件”加上“实验引导微课”，学生的学习就不受时空限制和故障设备仪表的影响，就能实现课前、课中、课后三个阶段的学习，提升了实验效率和学习质量。所以有必要制作该内容的仿真资源。

建构混合型仿真实验学习环境是通过仿真软件创设有利于学生建构知识的情境，实现人机互动、生生互动、师生互动的合作探究式教学。教师课前将仿真实验的教学资源通过QQ等通信软件发送给学生或发布网络云平台中。仿真实验教学可通过“课前预演、课中探究、课后巩固”这三个步骤完成混合型学习环境下的信息化学习。

4.2  课前实验预演

仿真实验资源在课前预演对课堂教学顺利开展有重要的作用。教师将实验仿真软件与仿真实验引导微课传给学生或上传到云平台，让学生利用平板、电脑在家里观看引导微课，在微课的指引下尝试实验仿真软件的操作，初步了解实验流程、实物实验的知识和现象，对实验有了初步的认知。而学生在课前预演中发现问题，可通过通信软件或“云平台”课前活动反馈给教师，为教师对确定教学难点和设定课堂探究活动方案提供依据，延伸实验教学时间和空间。

4.3  课中实验探究

课中探究是教学的核心环节。实验室按组配备定量的平板或电脑，以及实验装置和仪表设备。课中探究过程分成两个阶段，第一阶段为仿真实验探究，第二阶段为实物实验探究。

（1）第一阶段——仿真实验。教师依据收集的反馈信息结合教学目标，设计好探究性问题，引导学生用仿真软件协作学习、分组讨论探究。学生控制仿真软件的控件，仿真软件会直观动态地展示电冰箱“电子温控电路”控制进程中的传感器对应的分阻电压，比较器和RS触发器输入、输出端电压，三极管基极、集电极端电压对继电器的控制，最后通过指示灯亮暗展现电路对冰箱压缩机和各类加热器被控状态。学生通过分析仿真电路电参数的变化规律，找到其工作基本思路。若学生未能达成实验目标，可反复演练、观察、组内讨论。期间，教师要密切巡视学生仿真实验的状况，依据各组出现状况及时引导。学生完成每个实验项目，要回答云平台上发布的实验对应问题和头脑风暴。各组学生通过讨论探究，协作解决问题。教师组织学生将仿真实验报告及小组实验过程照片进行展示分享。教师依据学生共性问题统一答疑解惑，而个性问题进行个别解析。最后教师对各组进行仿真实验的表现作出激励性的评价。该阶段的目标是学生掌握实验流程，并通过分析仿真实验数据，理解电路工作原理。

（2）第二阶段——实物实验。虽然仿真实验可提高实验成功率，节约实验成本，但仿真技术无实物触感或实际情境的体验。另外，实验实物其检测数据不如仿真实验理想，实验会出现异常数据或故障，但这却能培养学生的分析能力和解决故障的能力。教师只做引导，让学生多实验、多思考、多讨论，问题尽可能让学生自己来解决，培养学生解决复杂问题的综合能力、高级思维和深度分析能力，提升实验的高阶性，这是仿真实验不能替代的。经过实物实验后，让学生展示实验过程视频，与仿真实验进行比对，汇报实验结果的不同点和新收获。最后教师再次对各组评价。本阶段坚持“能实不虚、以虚助实、虚实结合”的原则，拓展实验教学深度和广度，提升教学质量。

4.4  课后实验巩固

课后，教师在云平台发布针对实验的测试题库，以该电路各知识点为导向，以考促学，让学生进一步复习仿真实验过程，巩固课堂所学知识点。利用仿真软件将不可见、枯燥、复杂的电子技术可视化、生动化、游戏化、简单化。降低了学习门槛，大大提高了学生学习兴趣和成就感。同时线上、线下实验相结合的混合型教学模式下，可反复观看微课，多次仿真演练，进而巩固了实验教学中知识和技能。据教学调查报告显示，采用仿真实验教学比微课或其他类型学习资料辅助实验教学有更好的成效。

5  “電子温控电路”仿真技术和云平台的应用

5.1  Flash仿真软件推广的可行性分析

仿真开发技术有3D仿真、VR、AR技术、Flash、WebGL、OpenGL等。不同于其他仿真技术，Flash仿真技术是以计算机为载体的辅助教学软件。Flash技术在动画制作上较其他仿真技术有较大优势和独到之处， 教师可以不经过专业训练，通过使用Flash的脚本设计功能控制动画对象，创建导航和交互元素[ 3 ]，制作出针对教学需求的仿真实验资源，简单易学， 容易上手。Flash技术开发出来的仿真实验系统成本低廉、易普及推广，给实验教学带来了极大的便利，符合提升教师信息化教学能力需求。

5.2  Flash仿真软件须符合中职教学需求

采用Flash开发仿真实验项目，要根据教学需求，能辅助实物实验，弥补实物实验教学的不足。仿真实验软件不只是演示功能，使用中除了导航按钮外，仿真实验操作应具有交互性。利用Flash技术可实现虚拟仿真交互实验，可将任意文本或图形制成按钮，对按钮赋以动作（如播放、返回等）可实现对仿真实验流程的操纵控制[ 4 ]，还可以实现对仿真实验中的虚拟仪表进行拖动，实现人机交互。仿真实验的操作界面应该尽可能接近实物实验，通过Flash 技术运用交互式动画效果模拟出实验状态，学生可以操控并读取数据或观察现象。Flash技术具有强大的图形处理可视化能力，矢量动画以及流技术传输使得仿真实验环境具有高度的真实感和可操作性，学生在计算机上进行操作时， 如同置身真实环境。电子温控电路仿真实验的电参数变化规律和指示灯变化与实物实验一致，但仿真实验又有不同之处，可增加实验辅助功能，降低实验难度;有趣味性设计、激励性评价等环节，能激发中职生的仿真实验兴趣;配有实验拓展性问题，发展中职生的思维能力。

5.3  “电子温控电路”仿真实验项目

“电子温控电路”仿真实验项目（见图2）是依据知识难点来选定的。电冰箱电子温控电路知识难点有：RS触发器、运算放大器比較电路、温度传感器、电源电路、电位器模拟温度传感电路、三极管控制继电器等原理;电子温控化霜过程检测、电子温控制冷过程检测、化霜加热皿电路接线等实训操作。仿真实验资源原理部分用仿真软件展示电参数变化的过程及分析;实验部分是用学生可操控虚拟万用表检测数据和观察现象变化，通过对数据和现象分析探索电子温控的工作原理。仿真软件能把复杂的原理和操作讲解直观化、形象化、趣味化，更易学生学习和理解。

5.4  云平台发送微课资源和开展线上活动

混合型教学模式除了需要仿真软件的信息化技术支持之外，还需要用CS录屏软件录制仿真软件的引导微课，微课的作用是指导学生如何使用仿真资源，讲解知识点和实验步骤。教师讲微课发送到云平台上让学生随时反复观看。另外教师还要在云平台上发布课前、课后的问卷、讨论、测试、小组任务、作业等线上活动来辅助教学，为教师提供课前、课后学生学习情况的反馈信息，并作出相应的评价，用线上评价激发学生的学习欲，提升学生成就感。

6  结束语

电子技术是《电冰箱原理与维修》课程中一个抽象、不易理解的专业知识，同时要求学生具备有一定实践操作能力和分析能力。在专业课的学习中，应根据实际内容需要，重视实验情境开发和应用，选用合适的教学辅助软件，有效利用内容、表现形式可游戏化，形象直观化，色彩可丰富，充分发挥其在教学中提升学生学习积极性的功能。仿真实验因其响应速度快，无故障仪表和损坏设备装置的影响，学生可对仿真软件顺畅地进行多次操作演练，很好地辅助实验教学;同时仿真项目制定是针对实验重点和难点，凸显其教学导向优势，有利于促进学生对概念掌握和原理的理解。如果仿真实验融入互联网中，学生可以实现远程仿真实验，仿真实验不受地域、时间、设备的限制，方便课前预习，为提高实验教学效率起到积极的作用。

混合型课程教学模式，使教师主导和学生主体有机整合，仿真实验、线上微课资源及线上学习活动、线上评价全面开展。通过信息化教学技术与现代教学模式有机整合，传统实验教学与仿真互动教学相结合，学生自主学习、合作学习与教师导学相结合，让学生学会合作学习、学会使用仿真软件、学会使用线上、线下教学资源、学会讨论和分析信息，切实增强教学的针对性和实效性，拓展了信息化教学的功能，真正提高混合型仿真实验教学的吸引力。让更多教师投入到仿真教学的研究和开发上，丰富中职专业教学的信息化资源库;让更多教师应用混合型实验教学模式，提升中职专业教学整体质量。

围绕立德树人和高素质技能人才培养的要求，依据中职生的特点，以信息技术为依托，以实验教学内容重难点为指向，针对性地建设仿真实验教学项目，采取线上、线下相结合的混合型实验教学，可较大地提高学生实践能力，激发学习兴趣，达成良好教学效果。在计算机和网络技术高速发展的今天， 可以共享仿真实验教学项目体系，仿真实验教学会更加普及到每个需要的教学情境中，将会为中职教育教学质量全面提高发挥着巨大的作用。

参考文献：

[1]祝玉亮，张磊. 基于Flash的高中物理仿真实验的设计与实现[D]. 济南：山东师范大学， 2011：240.

[2]刘晓宇，明霞. “混合型”教学模式在国内外高等化学教育教学中应用对比或研究[J]. 课程教育研究， 2013（20）：240.

[3]赵静雅，徐江红，高震宇. 基于Flash AS技术的仿真实验开发[J]. 电脑知识与技术， 2018（13） ：200-201.

[4]李和香，皮灿军. 基于Flash技术的虚拟仿真教学的应用与研究[J]. 信息与电脑：理论版， 2010 （10） ：179-180.