中職《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學案例設計

發布時間：2022-10-11 14:59

第1 章緒論 1

1.1選題背景 1

1.1.1 國家對電子信息專業人才的需求 1

1.1.2 現代職業教育發展需要 1

1.1.3 中等職業院校學生現狀 2

1.2選題的意義 2

1.2.1戰略意義 2

1.2.2現實需求 2

1.3國內外研究現狀 3

1.3.1國外虛擬仿真技術在教學中的應用 3

1.3.2國內虛擬仿真技術在教學中的應用 4

1.4研究內容與研究方法 6

1.4.1研究內容 6

1.4.2研究方法 8

1.5創新點 9

第2 章理論研究基礎 10

2.1相關概念 10

2.1.1虛擬仿真技術 10

2.1.2虛擬仿真教學 10

2.2理論基礎 11

2.2.1建構主義學習理論 11

2.2.2做中學理論 12

2.2.3掌握學習理論 13

2.2.4教學設計理論 14

2.3本章小結 14

第3 章中職學校《電子技術基礎》課程教學現狀調查與分析 15

3.1中職《電子技術基礎》課程教學現狀調查 15

3.1.1調查目的 15

3.1.2調查對象 15

3.1.3調查問卷設計 15

3.1.4調查數據分析 15

3.1.5調查結論 23

3.2虛擬仿真技術在《電子技術基礎》課程教學中應用分析 23

3.2.1虛擬仿真實驗教學應用在電子課程的必要性 23

3.2.2虛擬仿真實驗教學應用在電子課程中存在的問題 24

3.3本章小結 24

第4 章《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學設計 25

4.1虛擬仿真實驗教學設計要素分析 25

4.1.1教材分析 25

4.1.2實驗對象分析 26

4.1.3教學實驗開發工具 27

4.1.4教學目標分析 28

4.1.5教學評價分析 30

4.2《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學設計方案 31

4.2.1課程教學模式的改革 31

4.2.2教學整體結構設計 31

4.2.3虛擬仿真實驗教學設計流程 33

4.3教學實現條件 35

4.3.1 課堂和諧 35

4.3.2虛擬仿真軟件 36

4.4典型案例設計所對應的虛擬仿真教學目標與步驟 36

4.5本章小結 37

第5 章中職《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學案例設計實施 39

5.1實驗教學設計 39

5.1.1實驗研究目的 39

5.1.2實驗研究對象 39

vii

5.1.3實驗對照方法 39

5.1.4 實驗變量 39

5.1.5 教學設計指導思想 39

5.1.6 實驗案例教學目標 40

5.2 教學實驗案例一：晶體三極管 40

5.2.1教學課題分析 40

5.2.2 教學設計實施過程 41

5.3教學實驗案例二：單管低頻放大電路調試 47

5.3.1教學課題分析 47

5.3.2 教學設計實施過程 47

5.4教學實施案例三：集成運算放大器應用 59

5.4.1教學課題分析 59

5.4.2 教學設計實施過程 60

5.5實施結果分析 71

5.5.1期末成績分析 71

5.5.2 問卷調查數據統計與分析 74

5.6本章小結 76

第6 章結論與展望 77

6.1研究結論 77

6.2 不足與展望 78

參考文獻 79

致謝 84

申請學位期間的研究成果及發表的學術論文 85

附錄I中職《電子技術基礎》課程教學情況調查問卷 86

附錄II實驗后：實驗班《電子技術基礎》課程學習情況調查問卷 88

附錄III對照班：《電子技術基礎》課程學習情況調查問卷 91

viii

第1章緒論

中職電子類專業教學效果可以通過虛擬仿真技術在教學上的應用得以改善，使其信息化教學更加完善。本章從五個方面展開分析，最后進行小結，闡明本研究的應用價值。

1.1選題背景

1.1.1國家對電子信息專業人才的需求

由于教育與社會發展之間的利害關系，社會在進步的同時，將教育提到了非常重要的位置，教育的重要組成部分——職業教育也備受關注，不斷地進行改革[]。尤其是令人眼花繚亂的各類電子產品走向大眾，直接促進了電子信息產業的飛速發展，有力地促進了國家對電子信息專業人才的需求。

進入 21 世紀后，國民經濟水平不斷提高，電子技術飛速發展的時代，中國的電子產品加工制造業日趨昌盛，國家對于電子類操作技工的需求量也大幅度增加［2］。那么，實操能力強的中高職畢業生將是一批高質量的技能型人才。企業也非常需要能直接上崗的技工，因此招聘人才時還提高了學歷檔次，具有技能的大中專學生是很搶手的［3］。中高職學生經過職業教育的培養，正好為企業人才招聘分憂，為國家輸送人才，解決國家的一件大事。虛擬仿真教學的引入，響應了國家政策，符合教育部提出的關于職業教育現代化的各項方針政策，滿足重視中職職業教育技能型人才培養的要求。

1.1.2 現代職業教育發展需要

由于國家的進步，教育體制的深入改革，職業教育發展備受關注［4］。我國持續高度關注職業教育，并發布了一系列文件。2014 年國務院發布的《關于加快發展現代職業教育的決定》，該《決定》奠定了職業教育的地位，談到了職業教育發展問題，應以促進就業為最終目標，為滿足社會需求，服務社會而發展［5］。2015 年教育部在此基礎上發布了《關于深化職業教育教學改革全面提高人才培養質量的若干意見》，清楚地知道國家對職業教育現代化發展的迫切要求，若干可實行的寶貴意見中，提出的提升教師信息化教學能力意見，也給教師們指明了教學改革方向［6］。2019年中共中央國務院印發的《中國教育現代化 2035》指出要發展中國特色世界先進水平的優質教育，形成高水平人才培養體系。緊跟黨中央的指導，做到職業教育現代化［7］。職業教育現代化就是要順應時代的發展，靈活應用信息化技術對傳統意義上的教學課堂做出改變。中職學生大多數以玩樂為主，對學習的興趣少之又少，而傳統的信息化教學方法比較古板，大部分教學方法是讓學生們“從黑板上學習元器件，搭建電路”，已經不符合職業教育現代化的要求，需要新的信息化課堂的注入，正好滿足他們對新事物的好奇心，提高學習興趣［8］。學生既能高效學習新知識，又能掌握現代化信息技術，成為新時代所需的技能型人才。

1.1.3 中等職業院校學生現狀

進入二十一世紀，我國普通高中的普及使得中等職業學校招生有些困難，生源數量的減少使得中等職業學校采取了招生“只求數量，不求質量”的辦法。這樣導致招到的一些中職學生在入學要求和年齡方面都有些偏差。但是目前大多數中職學生普遍存在一些問題，如文化基礎薄弱，沒有學習動力，在學習上表現的非常被動，沒有大理想和高追求。但是他們處在 15~18 歲之間，雖說是叛逆心理嚴重的年齡，很少有良好的行為習慣和自控意識。但是他們對電子產品，電子游戲等很感興趣，思維活躍［9］。所以在開展理論性和操作性都很強的電工電子課程時，應用信息技術調動學生的積極性，改變教學模式，把課堂交給學生，把知識變枯燥乏味為簡單有趣的內容非常有必要［10］。在運用虛擬仿真軟件時，學習者就有了一個虛擬實驗室環境，在這個環境中可以從元件庫里進行元器件的抓取和使用，搭建電路后，能夠進行參數設置以及通電運行，有錯誤是會有相應的提示。

1.2選題的意義

1.2.1 戰略意義

與國家政策和發展戰略對接，新時代社會發展對于高技能人才有了更大的需求和更高的要求。在中職電子專業課程中以虛擬仿真技術為手段，開展虛擬仿真實驗教學，為中職理工科類的專業課程教學方法的改革提供一些參考。虛擬仿真實驗教學方法能夠順應時代發展，滿足社會勞動力市場發展需求，填補國家急需技能型人才的空缺。技能型人才除了要有實踐能力，另一重要方面是掌握先進信息技術，虛擬仿真軟件的掌握也是其中一種。特別是在國家大力發展半導體行業之際，集成電路方向人才將出現大量缺口［11］，所以讓中高職學生了解基本EDA (Cadence)軟件具有一定戰略意義。

1.2.2 現實需求

虛擬仿真實驗教學將實驗室搬到了計算機上，不受時間和空間限制，不管是理論講解還是實驗課程，老師和學生都能通過計算機了解實驗內容、實驗操作以及數據分析，驗證理論知識［12］。其實虛擬仿真軟件的實驗效果在一定條件下優于在現實環境中實驗所取得的效果，現在很多虛擬仿真軟件不僅可以虛擬元器件、虛擬儀器儀表、還能夠虛擬環境中的溫度和濕度等不好控制的變量，達到逼真的環境實驗條件，信息技術與教學巧妙的結合是教學改革的一個很好的方向［13］。對于今年的疫情來講，虛擬仿真技術應用到電子技術實驗課程中恰到好處。通過線上虛擬仿真軟件的應用解決了學生不能線下做實驗的問題，轉而變成線上實驗教學，保證了學生學習的進度。當然如果返回到學校，則需補上實操實驗的部分，要做到虛實結合，讓學生多動手實踐。虛擬仿真技術的應用，也緩解了資金短缺的問題，彌補了真實實驗的能耗過大等問題。在當下的虛擬仿真實驗教學中，虛擬仿真環境下的理論基礎和教學理論結合的資源不夠豐富，還存在諸多不足，通過此次研究與總結可以為今后的中職電子技術專業的虛擬仿真教學提供一些參考價值。

另外在課程教學過程中，把思政教育帶入課堂［14］。通過案例實施，以潤物細無聲的方

式培養學生的職業精神和工匠精神，使學生成長為主動承擔責任和為國家發展而奮斗的新時代青年，幫助他們樹立正確三觀，在學習、工作、生活中實現個人價值。

1.3國內外研究現狀

在教學中應用虛擬仿真技術認為是利用虛擬仿真教學資源開展教學活動。虛擬仿真教學資源是通過仿真技術和虛擬現實技術開發的數字化資源，通常包括仿真硬件、仿真軟件、仿真數據及仿真平臺［15］。

1.3.1國外虛擬仿真技術在教學中的應用

國外較早研究虛擬仿真技術，美國關于VR技術和理論已經逐漸完善并且走向成熟，在產業上發展也比較迅速。最早是在軍隊布防演練上應用，還進行了數據手套工程化，仿真哈勃太空望遠鏡以及全國可用的VR教育系統的建立。歐洲的很多國家也進行了 VR的探索及應用。瑞士聯邦工程學院建立了虛擬實驗系統，并通過該系統進行了虛擬實驗的教學，使得課堂氣氛活躍，教學生動有趣［16］。亞洲國家也不甘落后，如日本研究建立VR知識庫，韓國以多媒體協作的方式開發出了學生家用學習系統，其中以 EWB 為首的多款虛擬仿真軟件被引入教學中，達到了促進學生交流合作的學習效果［17］。國外在教育教學上的研究較為成熟，值得我國借鑒。21世紀，可通過3D虛擬人物進行角色扮演探索和實驗的平臺出現了，其中Second Life――典型的開發平臺之一，被應用在電子工程學位相關課程中進行對比試驗，從他的研究結果可以得出Second Life平臺在提高學生學習動機和支持小組合作方面有顯著作用［18］。除此之外，國外還開發了很多虛擬仿真軟件，應用于教育教學中。如加拿大一家IT公司開發的仿真軟件Multisim，在各大高校廣泛使用［19］。Cadence作為一個大型的EDA工具，在ASIC （專用集成電路）軟件中占據舉足輕重的地位如。所以在美國等一些高校之中大多數選擇Cadence應用于教學之中，這樣才能完美銜接學術界和工業界。目前國外高校開展了虛擬仿真實驗教學，并且引為主流，出現了 10 個主要應用的信息技術，有虛擬仿真技術、增強現實技術、3D打印技術等。其中虛擬仿真技術在《國際教育信息化地平線報告》中被認為是最有前景的信息化技術之一［21］。國外高校虛擬仿真實驗教學的主要類別與基本形式如表 1-1 所示［22］。

表1-1 國外高校虛擬仿真實驗教學的主要類別與基本形式［22］

多媒體交互式虛擬實繪虛姒實騎室

虛趣實沉浸式實驗虛擬現實實驗室頻、電子教材、課件，軟件、實驗平臺、仿真系統、虛擬實

驗室、課程軟件共享

増強現實 3D虛擬實臉虛擬實驗宅儀器共亭

3D打印綜合設計性實驗虛擬實驗室

遙現遠程協網實驗網絡實驗電視頻、電子教材、課件、軟件、實驗平臺、智能儀器、測試系統、課程遠程控制

移動應川移動式虛擬實驗移動實驗室視頻、電子教材、課件、軟件、虛擬實驗室，課程軟件共享

平板電腦

虛擬世界

戲化交互式移動實驗網絡協同實驗

個性化自主實驗虛擬實驗室

網絡實驗室

網絡實驗電

視頻、課件、電子教材、教育類游戲軟件，課程軟件共享

美國科羅拉多大學開設的交互式虛擬仿真實驗，使得學生能夠進行個性化和自主式的學習研究，有利于學生創新想法的實現。澳大利亞的一些高校和美國高校推行了應用智能手機和平板電腦等技術的移動，能夠實現在開展實踐教學活動時進行在線學習，極大地方便了教學實施和學生的參與度。加拿大維多利亞大學配備很多高科技設備如3D掃描儀、3D 打印機和激光切割機等，提供給學生在3D實驗室里操作和研究的機會，使得他們的創新能力得以培育和激勵。這些發達國家對實驗室課堂的研究較為成熟。虛擬仿真實驗教學方便了老師和學生，對于教育的發展來說，是促進，是勢在必行［23, 24］。

1.3.2國內虛擬仿真技術在教學中的應用

近些年由于國家的大力推進，虛擬仿真技術在教學上的探索與應用已經成為了各大高校和研究機構研究的熱點話題，并且取得了不錯的成效［25］。一些虛擬仿真環境在國內也有應用，如北京航空航天大學成功建立了分布式虛擬環境；北京師范大學開發出用戶界面友好和具有實景建模功能的虛擬三維電子線路實驗系統，和學生進行交互，使學生沉浸其中，加深學生對電路的理解［26］。清華大學通過 Quick Time 技術虛擬仿真了布達拉宮大全景。浙江大學電氣工程學院利用網絡技術將真實實驗設備連接到互聯網，設計完成了遠程虛擬實驗系統，實現遠程操作實驗設備［27］。清華大學開發了“電力系統及大型發電設備安全控制和仿真”國家重點實驗室，并且利用虛擬儀器構建出汽車發動機檢測系統。除了這些具有代表性的學校，國內還有許多高校開展了虛擬仿真實驗教學［28, 29］。廣播電視大學建立了關于物理學習的虛擬實驗遠程教學系統以及幾何光學實驗平臺等，提高了學生的學習興趣。杭州電子科技大學建立了國家級關于電子信息技術的虛擬仿真實驗中心，一整套的虛擬實踐教學系統能夠實現資源共享，大大地提升了學生創新能力［30, 31］。通過知網的文獻搜索，借助 CiteSpace 軟件分析了虛擬仿真教學在中職院校應用情況，在查閱一定數量的文獻基礎上，進行內容研究和分析，借助 CiteSpace 信息可視化工具，可以繪制圖譜，系統地將研究內容的研究熱點、前沿、趨勢及發展軌跡等信息清晰地呈現［32］。本研究使用 CiteSpace 的 5.8.R3 版本，在知網數據庫輸入“虛擬仿真教學”，在此基礎上輸入“中職”

主題進行結果檢索，搜索時間到2021年10月17 日，通過篩選以Refworks格式導出21 篇文獻，相關文獻數量極少，研究量不多。于是將“虛擬仿真教學”替換成“仿真教學” 獲得 224 篇文獻，進行關鍵詞聚類和時區圖分析。從關鍵詞聚類圖中可知（見圖 1-1），仿真教學在中職數控專業應用較多，電工電子專業教學研究較少。目前在實訓方面應用凸顯，理論課程鮮有應用。由關鍵詞聚類圖可以看出仿真教學方法和模式正在研究過程中，需要研究者根據前人的經驗研究出更新、更實用的教學方法才可以。時區圖（見圖 1-2）表示的是這個關鍵詞首次提出對應的時間，從中可以看出仿真教學在 2003 年開始，對于數控編程研究最早也最多，電工電子專業隨后，其中單片機課程研究較多。

圖1-1 關鍵詞聚類

文獻中提到通過軟件進行虛擬儀器的設計和電路仿真，之后越來越多的仿真軟件依次引入。通常以交互式的教學活動設計進行模擬電路和數字電路的理論教學和實踐教學［33］。在2010年之后EDA技術的運用是以各種仿真軟件的具體名稱呈現出來，進行電子設計自動化。

虛擬仿真教學在電子、自動化、機械專業中的電類課程中的應用情況，途徑主要分為虛擬仿真實訓平臺的建立和仿真軟件的應用兩種，通過將教學方法與虛擬仿真技術結合，進行教學改革［34, 35］。我國大部分高等職業院校建立了實訓基地，但在模擬實訓這方面跟發達國家相比較，還不夠成熟，剛剛起步［36,37］。四川信息職業技術學院建設的ICT虛擬仿真實訓平臺，通過不同的教學實施環節并應用到高職通信類專業課程中，幫助學生高效學習知識［38］。首先是熟悉系統功能和內容的基礎工作環節。其次是框架構建環節，仿真實訓平臺框架應與企業接軌，符合社會需求的人才培養要求(見圖 1-3)。最后是學習評價和總結環節，在學生完成任務后，進行教師評價，根據制定的等級評定標準進行成績和能力的分析點評，再通過學生自評和互評結合的方式，總體反映學生的學習和參與情況。實踐證明，虛擬仿真實訓平臺的應用對于提高學生職業素質和技能很有幫助。

圖1-3 通信類專業虛擬仿真實訓平臺框架圖

整理相關文獻，進行分析發現，虛擬仿真教學的研究大多是在本科及以上的電子類專業課程的應用，在中職和高職電子技術專業課程研究的較少，并且大多數是期刊，相關的碩博論文幾乎沒有，基于此，本文就此問題進行虛擬仿真實驗教學設計的研究和總結，為中職電子電工課程虛擬仿真實驗教學提供一些參考價值。虛擬仿真技術應用到教學改革中，不只是作為一種工具，而是將其在實踐中與職業教育有效融合。對中職《電子技術基礎》課程應用虛擬仿真實驗教學進行有效合理地設計，并提供相關教學案例以作參考。

1.4研究內容與研究方法

1.4.1 研究內容

(1)通過文獻以及國家發布的有關職業教育現代化的文件等內容分析，為了響應國家的政策，提高中職《電子技術基礎》的教學質量，本文提出了運用虛擬仿真技術設計教學實驗并在中職《電子技術基礎》課程中應用的研究，實驗學校為河北省某中職學校，實

施相關教學案例并分析效果。

(2)調查國內外對于虛擬仿真在教學方面的研究現狀，結合所在中職學校具體情況分析，通過對教師和學生兩方面的了解，總結教學中存在的問題。

( 3)通過以上研究，本文在建構主義學習理論、掌握學習理論、做中學理論、教學設計理論的指導下，列出虛擬仿真教學的必要性和可行性。并結合開發工具Cadence，做出虛擬仿真技術與中職《電子技術基礎》課程教學有效結合的案例。

(4)在授課教師的指導下，進行理論與虛擬仿真實驗相結合的教學方式，通過問卷的調查分析，了解到學生比較難理解的內容：晶體三極管、放大電路的分析以及集成運算放大器。針對學生難以掌握的內容進行虛擬仿真實驗教學案例設計并應用到實習學校。教學設計要素分析、教學設計方案、教學實現條件分析、初步設計典型案例所對應的虛擬仿真實驗教學目標與步驟。教學設計要素分析內容分為五個維度即教材分析、實驗對象分析、虛擬實驗開發工具分析、教學目標分析和教學評價分析，教學設計方案確立了不同于傳統的“教、學、做、考”一體化教學模式、互動式的整體結構設計以及“雙主三段六環節” 虛擬仿真實驗教學設計流程，其中注重思政教育進課堂的設計，在教學目標上給出了新的要求，并將其應用到實踐中去。

(5)通過對比實驗和以及調查問卷的數據分析，探討本研究的教學方式對學生的課堂參與度，掌握情況，綜合能力以及學習興趣是否有助于提高和改進，驗證本研究的有效性。

從研究內容將文章研究思路總共分為六大點，首先進行文獻梳理，提出將電子信息類課程以虛擬仿真實驗驅動的方式展開教學的想法。接著研究理論支撐，通過設計問卷，調查教學現狀。在此基礎上，本文進行教學設計研究，將教學案例進行實施，最后通過成績對比和問卷調查得出結論，總結展望。如圖 1-4所示。

1.4.2 研究方法

（1）文獻研究法本研究通過國內外文獻、書籍和資料的研讀，了解目前國內外有關虛擬仿真發展現狀與研究進展，提取資源，分析學生和課程內容情況，找出改善方法，為本次研究做準備。

（2）內容分析法通過對國內外的虛擬仿真技術在教育上的資料進行整理，分析國內外的虛擬仿真技術的發展趨勢，明白其優勢與不足，確定研究方向，完善基于虛擬仿真軟件在中職《電子技術基礎》課程中應用的教學案例設計。

（3）案例研究法

根據調查問卷數據分析中職學校實際的教學情況，利用虛擬仿真軟件設計并進行開發中職《電子技術基礎》課程案例，將設計的教學案例應用到河北省某中職學校，總結出虛擬仿真實驗驅動教學的方式在電子類專業教學中應用的可行性。

（4）實驗研究法

將本人任教的兩個班級作為研究對象，作對照實驗。高一電子 1班為實驗班，電子 2 班為對照班，在保證實驗的有效性上進行了相關條件控制。教學結束后，通過最終的總評期末成績以及問卷調查兩種衡量標準進行分析，用數據驗證本課程與虛擬仿真技術結合的教學方式是否可行。

（5）問卷調查法

本研究問卷調查法的應用是通過對某中職院校的現實情況進行取樣、回收、統計、分析，得出一定的結論。本文會進行一個前測和一個后測。在教學實踐之前對兩所中職學校高年級學生發放問卷，從而了解目前中職《電子技術基礎》課程教學存在什么樣的問題，為接下來的虛擬仿真實驗教學設計提供研究依據。后測是用來分析仿真教學效果，以此來掌握虛擬仿真實驗教學案例的實施對學生學習情況所起到的作用以及學生的感受，并提出需要注意的問題及展望。

1.5創新點

（1）設計虛擬仿真實驗教學下中職電子類專業課程教學方案

結合中職《電子技術基礎》課程進行虛擬仿真教學的研究，設計合適的教學方案進行輔助教學，在教學過程中，一是多元化教學手段，多媒體教學和黑板板書，使用 EDA 軟件工具、生動的圖像或動畫，公式推導等；二是使用多元化的教學評價進行教學，概括起來一種是過程性評價，一種是總結性評價；三是改變以往的教學方式，確定“教、學、做、考”一體化教學模式、互動式的整體結構設計以及“雙主三段六環節”虛擬仿真實驗教學設計流程以供教學參考。

（2）對虛擬仿真技術的具體應用進行設計和案例研究實施

結合 2020 年疫情的影響，虛擬仿真技術的應用能夠提供給線上教學一種解決方法，綜合建構主義學習理論、掌握學習理論、做中學理論，發揮教師主導性、學生主體性。

（3）填補虛擬實驗教學空缺，促進教師專業發展

將 Cadence 軟件應用到電子專業課程教學，開展 Cadence 在中職電子專業理論和實驗課程的教學案例，不僅填補虛擬實驗教學空缺，還促進教師專業長足發展，能夠增強教師的教育科研能力。

第2章理論研究基礎

本章針對論文運用的教學理論和出現的術語展開論述，使論文寫起來內容有理有據，結構嚴謹。

2.1相關概念

2.1.1 虛擬仿真技術

“虛擬仿真"技術也可以被稱作仿真(simulation)技術或者模擬技術，主要是指在一

個系統上模仿到另一種現實的系統上的一種技術［39］。因此，從狹義的意義來講，主要是指 1940年到1950年之間伴隨著計算機領域技術的蓬勃發展而形成的一種試驗技術；但是從廣義上的概念上來說，仿真技術在人類的認識規律的過程當中一直在被廣泛的使用著。隨著計算機技術的逐漸發展，仿真手段也逐漸有了一定的規模，成為了認識客觀規律的第三類方法，并且逐漸的演變成為了大家認識、創造以及改變世界的一種戰略性技術［40］。同時，人們在仿真的過程中期望值也逐年提升，以前，人們使用這項技術來模擬一些常用的物理現象，其設備與難度有一定的限制，從而系統較為簡單；但是，經過了計算機領域的大力發展，大家要求的仿真技術也逐漸的較為復雜，甚至有很多不同系統之間可以相互組成體系。這就需要仿真技術進一步的去發展自己的功能，并且能夠吸收與融合相關的科學技術。

虛擬仿真技術，是在多媒體網絡技術、VR技術以及通信技術等的現代化信息技術的大力發展基礎之上，將仿真技術與VR技術的相互融合的一種產物，這是一種更為高級的仿真手段［41, 42］。虛擬仿真技術主要是構建全系統完整并且能夠統一的特征，能夠通過虛擬環境集成與控制居多的一種實體［43］。這種實體能夠是模擬器，也能夠是另外的仿真系統，同時也能夠是一些較為簡潔的模型進行表示。實體能夠在虛擬當中互相的作用，或者是和虛擬環境相互作用，以此來表現出其真實性的特征［40］。這種集成化、網絡化以及虛擬化的特征，推動了現代仿真技術的發展。虛擬仿真技術的發展迅速，不再只是使用頭戴式的可視設備，現在它所包含的范圍很廣，只要能夠創建虛擬的真實環境，使得用戶能在這樣的虛擬世界進行交互，獲得一中真實的情感體驗，就是虛擬仿真技術的體現，比如在課程教學中進行虛擬仿真軟件的應用［44］。

2.1.2 虛擬仿真教學

虛擬仿真教學主要包含了虛擬現實以及仿真這兩個部分，其中，虛擬現實技術主要是指使用計算機、網絡以及傳感技術等現代化的科技而研究的人機交互技術。虛擬仿真是通過建模方式模擬真實實驗的過程以及步驟，以此來達到所需要的實驗結果［45］。虛擬仿真實驗打破了傳統的實驗限制，在這其中又增添了趣味性、設計性、以及綜合性等實驗［46］。同時也加強了現代實驗的方法理論、實驗方法的使用，并且對于提出的設想和問題能夠及時驗證，加深學生的理解、激發學生的興趣及創造思維［47］。虛擬仿真實驗為學生能夠自行學

10 習或自行實踐創造了優越的條件，這樣會更加有利于培養學生的動手能力以及其個人的綜合素質［48］。該項技術綜合了運用多媒體、人工智能、人機交互、大數據、傳感器、三維建模、增強現實、超級計算、虛擬現實、云計算等數字化、網絡化、智能化技術手段，從而能夠更好的來創造具有開放性、兼容性、擴展性以及前瞻性的虛擬仿真教學模擬平臺［49］。

按照虛擬仿真以及現實所能存在的相互結合的原則，將會有不同類型的虛擬技術和實體技術相互的融合，能夠實現教學模式的多元化；同時還能將不同類型的內容制作過程成虛擬和實體相結合，實現教學模式的多樣化［50］。虛擬仿真的經驗它是處于經過觀察獲取所有經驗和通過實踐得到的所有經驗之間［51, 52］。

本研究中的虛擬仿真教學方式是指計算機輔助教學，通過計算機中的虛擬仿真軟件建立和真實系統同樣的構造或者同樣形態的模型，對這些虛擬的模型進行各項參數的設置，并且能夠通過模型參數的變化觀察仿真運行的不同情況，在課堂中運用混合教學法進行教學，抽象的知識和實驗器件通過直觀的圖形展現，為學習者建立了堪比實際的學習情境，促進學生掌握知識，提升教學質量和教學效果。

2.2理論基礎

2.2.1 建構主義學習理論

建構主義學習理論在中職電子信息類的基礎課程中具有很大的借鑒意義，經過文獻的閱讀得出建構主義逐漸得到完善，在中職課堂應用過程中逐漸成熟。建構主義學習理論主要包括兩個方面的內容——學習的含義和學習的方法［53］。其中學習的含義是指學習者獲取知識不再單純地依靠教師的講授，而是通過學習資料的輔助和他人的幫助建立起的情境，再根據已有的經驗基礎主動獲得［54］。建構主義學習理論的學習環境具有四大要素，分別是 “情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”［55, 56］。學習的方法是指教師作為指導者、引導者，學習者為主導者的學習方式獲取新知識。建構主義學習理論給各界學者提供了教學改革的方向，也在虛擬仿真實驗教學中起到了很重要的指導作用［57］。

建構主義學習理論的要素之一：“情景”。它是指建構一個有利于學生學習新知識的環境。而中等職業學校培養實用技術人才，應該大規模建立各種真實的實踐實訓基地，以供建立真實的職業教育教學環境，但是校企合作以及自身條件有限，教師更多的是就理論教理論，教學過程更多的是讓學生“復制”知識，很少能接觸到這些知識的真實背景［58］。如今教學環境的仿真性可以彌補這一現象，構建一個虛擬仿真環境，讓學生主動構建知識，然后在真實的背景操作，虛實結合，在目前有限的條件下達到良好的教學效果。第二要素 “協作”，貫穿學習過程始終［59］。從學生分成小組之后，小組之間進行互動協作；遇到問題與其他學習者討論解決，教師與學生之間仿真探討與答疑，這些都是協作發揮作用，進而促進學生主動參與學習，探索新知識。第三要素“會話”，小組成員之間的商討與師生之間的交流即是會話的過程，也是意義建構成功的組成部分。在仿真過程中，學生之間的

11 協作與討論思考，是在舊知識的基礎上去同化相似的知識，建構新知識。學生之間解決不了的問題，經過教師指導內化，學生將知識內化于心，掌握新知識。“意義建構”這一要素是仿真教學的最終目標。對于職業教育來說，除了建構事物的本身和事物之間的聯系，還包括個人的技術經驗。在仿真教學過程中，通過這樣低成本、高效率的方法幫助學生進行意義建構，達到傳統教學不能達到的效果。

建構主義學習理論為虛擬仿真實驗教學提供理論支撐。授課中運用虛擬仿真教學方式，老師引導、建構學習環境，小組之間和學生與學生之間進行會話和協作，然后在仿真任務的推動下，自主搭建電路，設置參數進行仿真，驗證結論，在已有知識基礎上學到新知識。

2.2.2 做中學理論

杜威提出的“做中學”理論在二十世紀二、三十年代傳播到中國［60］。杜威認為”做” 是一種需要應用科學、手腦并用的活動，不是漫無目的、機械的活動。從兒童的興趣出發，進行有意識的思考和理智的活動［61］。“做”根植于生活，兒童通過親身的“做”找到知識的意義［62］。“學”是要遵從兒童的身心發展規律，兒童通過在其主要的過程當中能夠檢驗一切并且能夠獲得直接經驗［63］。在“做中學”中，陶行知曾經拜師于杜威，同時也深受杜威的教育理論影響，但是陶行知并不同意其老師的唯心論觀點。他將我國的古代教育的理論進行了大量的研究，特別是在其唯物主義思想里的“陽明學說”，吸收了杜威的實用主義思想，提出“行是知之始，知是行之成”的思想觀念。但是他將杜威把生活變成教育的理念以及將社會變小并放入學校當中的理論深深地進行了一番批評。同時他還將杜威的思想進行了翻轉，以此來提出“生活也是教育”、“社會也是學校”、“教學做合一”的思想理論［64］。

“做中學”的理論重在體現在了知和行的相互結合當中，與前面所介紹的兩種理念不相同，“做中學”科學改革形式主要是由科學家來進行主導的，他們更加的具備對現代教育理論的了解，同時還對科學的本質以及科學的研討流程具有較為深刻的掌握［65, 66］。“做中學”的理論除了在傳統的教育理論當中，同時還吸取了建構主義的理論精華，以及將理論變化等內容基礎作為核心的現代理論學校與其心理健康的兒童發展［67］。“學習金字塔” 的第六個內容是“做中學或實踐演練”，學生能夠進行主動學習［68, 69］。通過“做中學”學習的內容保存率可以達到 75%［70, 71］。如圖2-1 所示。

圖2-1 學習金字塔

“做中學”理論為虛擬仿真實驗教學提供理論支撐。實驗教學要求學生在實驗操作過程中獲取知識與能力，是符合“做中學”的理論，由于缺少實驗資金和實驗設備等原因，虛擬仿真實驗系統應用于教學中，可以彌補學生無法進行實操的現象。虛擬仿真實驗系統 “再現”實驗現象的直觀表現，學生身臨其境地學習，既解決學生難以吸收理論知識的難題，又能在師生互動、生生互動的教學方式中進行學習、練習、動手做，提升學生學習興趣，激發學生主動性，達到良好的學習效果。

2.2.3 掌握學習理論

掌握學習理論是被美國教育心理學家以及課程論專家布盧姆提出的一種學習理論，集中的闡述了布盧姆的教育思想以及基本理論的觀點［72］。“掌握學習”是指在全體學生都可以學會的道路上，為同學所提供個別化幫助和日常需要的額外吸收時間，這樣就能夠將絕大多數學生的課程達到所要求的目標［73］。學習能力強的人短時間達到目標，而學習能力較弱的人則需要花費比一般人還要多的時間來達到相同的目標［74］。

在掌握學習的過程當中他將其學習任務分為了很多的小型教學目標，然后在將其過程也分為一系列的較小單元，后面的學習單元當中的學習資料能夠直接的創立在前面的單元當中［75］。每一種學習單元都包括一個小組的課程，他們將需要小于 10 小時的系統學習時間。隨后老師進行編制一些較為簡單的檢測，這些檢測能夠充分的為學生提供對其單元里面的目標學習情況以及對應的詳細信息。在通過了所能掌握的水準上的學生就能夠進行下一個步驟的理論學習了，若是其成績低于了所規定的目標水準就需要將這個部分的理論知識進行重新的學習，然后在對其進行測試直到能夠通過此單元即可［76］。

近年來，中職受到了以就業為方向的學習目標的影響以及牽制，導致了其對應的理論

文化課的輕視，并且隨著年數的增加中職生源也在逐年下降，其質量也大部從前，這也導

13 致了學校的教師資源相對匱乏。在這種環境當中，教師上課的觀點比較保守其創新能力也十分缺少，從而導致學生的學習能力逐步下降，也就缺乏了自我認同感。因此，研究者需要尋找能夠改善學生厭學、老師厭教的不利境地，同時還需要尋找一種能夠有效的教學學習思想并能夠進行實踐的理論基礎。

“掌握學習”理論實現需要一個條件——學生是積極上進的，而只有學生主動的情況下產生的情感才是積極的，運用虛擬仿真實驗教學可以改善學生消極心態，不再厭學，由被動接收到主動吸收，激發學生學習積極性。虛擬電路的搭建以及仿真結果的對與錯，仿真系統能夠給予對錯的提示，這樣的反饋給出之后，學生則可以根據反饋信息進行再一步的掌握，一步一步地完成教學實驗，這正是“掌握學習”理論的核心思想，即反饋——矯正［77］。

2.2.4 教學設計理論

教學設計專家格斯塔弗森曾指出，“教學設計”主要可以被用作描述教學分析內容、教學方法的確定、實驗的理論指導以及在其修改當中能夠評定學生在學習過程當中的全部流程［78］。在我國，普遍的認為，教學設計是一種研究教學的相關系統、相關過程以及在制定教學計劃時候的一種理論方法［79］。它主要以理論的傳輸與理論的學習作為根本，同時還應用系統觀點以及其相關的系統方法，從而能夠分享在教學過程當中所出現的問題與需要，確立標準的同時，創立能夠將問題充分解決的步驟，選擇對應的教學方式以及數字媒體，最后將其進行一系列的分析與評價，展示所需要的結果，從而達到教學過程當中的最高優先級［80］。

教學設計主要是進行研究其系統、過程以及來制定計劃的一種方法［81］。教學設計主要是以理論進行傳播和理論學習作為基礎，在應用不同的觀點以及方法進行分析問題尋求目標，創建能夠解決問題的過程并且還可以選擇對應的策略以及多媒體手段，然后在分析獲得的一些結果，這樣就能使其效果進行最佳的優化［82］。它還包含了課程的設計、一小節的設計、課堂過程的設計以及上課所需要的課件設計［83, 84］。通過虛擬仿真軟件進行的虛擬仿真實驗的教學設計是雙主互動式，首先是進行實驗學校教學分析，其中包括教材分析和實驗學校對象分析，然后確定教學開發工具，再進行教學整體結構設計、教學案例的選定和典型案例教學內容的設計與實施，并且虛擬仿真貫穿整個設計流程。老師在進行教學時為主導，學生發揮主體性，互動式的學習情境達到知識重構的教學設計。

2.3本章小結

本章介紹了論文寫作的相關概念和教學理論依據，其中建構主義學習理論、掌握學習理論、做中學理論和教學設計理論為虛擬仿真實驗教學設計作理論支撐，學生在虛擬仿真軟件和老師建構的學習環境下學習，教師為主導，學生為主體，掌握專業知識和技能。

第 3 章中職學校《電子技術基礎》課程教學現狀調查與分析

本章為了解中職《電子技術基礎》的具體教學情況，在前期調研的基礎上，開展了問卷調查。前期針對了解到的情況設計問卷，并進行發放和回收。

3.1中職《電子技術基礎》課程教學現狀調查

3.1.1 調查目的

通過去實習學校和老師、學生交流，旁聽課程以及成績分析，筆者了解到學生在《電子技術基礎》課程中學習效果不佳。對于學生學習效果不佳的情況，本研究想要有針對性的研究，進行虛擬仿真實驗教學改革。中職《電子技術基礎》課程教學現狀調查問卷，從學生對該課程的學習態度、學習內容、學習興趣、教學模式與評價情況、實踐課程學習需求以及教學改革的意愿度這幾個方面進行設計，通過分析為虛擬仿真實驗教學的研究可行性提供研究數據并為接下來進行教學設計中的改革指導方向。

3.1.2 調查對象

筆者分別對天津市和河北省兩所中等職業學校開設電子技術專業的學生發放問卷，調查對象范圍是高二、高三兩個高年級，選取 326 名學生。這次問卷調查是進行虛擬仿真實驗教學設計研究的前測，通過對實驗學校高一年級的教學實施，再進行一次實驗學校教學效果的后測，分析可行性和不足。

3.1.3 調查問卷設計

筆者通過查閱書籍、與本專業授課的教師和學生的交流、參考中職專業課程教學改革的相關問卷以及筆者在教育實習期間的觀察形成了本次問卷題目（附錄一）。此次問卷總共設計了 17 個題項，1-16 題的題目是圍繞學生對該課程的學習態度、學習內容、學習興趣、教學模式與評價情況、實踐課程學習需求以及教學改革的意愿度六個維度進行設計的。本問卷以單選、多選題為主，另外有一個開放性的簡答題。發放問卷時，筆者為保證問卷的有效性和不占用上課時間，在學生課間發放了紙質問卷，學生完成問卷后當場收回。總共發放了 326 份問卷，調查問卷收回326 份，其中有效問卷308 份，有效率為94.48%。 3.1.4 調查數據分析

通過對有效問卷的結果分析，整理出了相關的數據，本次調查以學生對教學情況的切身感受反映出一些教學問題，以及期望改進的方向，為虛擬仿真實驗教學的研究可行性提供研究數據，并為教學改革指明了一個方向，內容維度和題號分布見表 3-1。

表 3-1 中職《電子技術基礎》教學情況內容維度及題號分布

調查內容題號題目數

學習態度 1-2 2

學習內容 3-4 2

學習興趣 5-6 2

教學模式與評價情況 7-11 5

實踐課程學習需求 12-13 2

教學改革的意愿度 14-16 3

(1)對《電子技術基礎》課程的認識與重視程度即學習態度的分析

根據學生對問卷的前兩道選擇題的回答一一進行分析。首先從第一題得出：

表 3-2 對《電子技術基礎》課程的類型判斷

題目選項人數百分比

A.專業必修課程 279 90.58%

您認為《電子技術基礎》這門課程是屬于

B.—般文化課程 26 8.44%

哪種類型的課程?

C.不知道 3 0.98%

根據問卷的第二題學生對于《電子技術基礎》課程作業完成情況分析，得出：

表 3-3 學生認真完成《電子技術基礎》課程作業的程度

題目選項人數百分比

A. 總是會 55 17.9%

您是否會認真完成老師布置的作業? B.經常會 101 32.79%

C.偶爾會 129 41.85%

D.從不會 23 7.46%

問卷的前兩道問題是調查學生對《電子技術基礎》課程的認識以及認真完成作業的程度，通過上述數據可以得出：只有 90.58%的學生對于學習的《電子技術基礎》專業課有清晰的認識，還有一部分學生對于學習的本科目類型了解較少，側面反映出教師授課時沒有向學生強調《電子技術基礎》課程是本專業學習的基礎。17.9%的學生總是會認真完成老師布置的作業，32.79%的學生也會比較認真的完成作業，其他學生完成作業的情況不容樂觀，態度不夠端正，敷衍了事。通過這兩道題的調查，9.42%的學生對專業課沒有清晰的認識，不知道本課程對自己學習專業知識和未來就業有很重要的意義，49.31%的學生對待課后作業的態度不端正。由此可以側面反映出教師教學態度可能不夠端正，沒有強調這門

16 課程的重要性，導致學生學習不夠認真。作業的完成情況反映出學生學習態度不太端正，是教學改進的方向之一。在虛擬仿真實驗教學設計中，教師應該注意改正教學態度問題，并且端正學生的學習態度，讓學生充分認識《電子技術基礎》課程在本專業的地位，明白該課程的重要性，教師需要認真設計每個教學步驟。

（2）學習內容的分析

表 3-4 學生對于該課程難易程度的評價

題目選項人數百分比

A.非常容易 20 6.49%

您認為《電子技術基礎》是一門相對容易 B.比較容易 70 22.72%

學習的課程嗎? C. 一般 105 34.09%

D.不容易 113 36.70%

0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00%

圖 3-1 學生認為課程較難的內容統計

由表 3-4 可知，70.79%的學生認為該課程一般容易或者不容易，占大多數。僅有 29.21% 的學生覺得課程相對簡單或者非常容易，人數非常少。整體來說大多數學生都認為課程內容偏難，并且職業學校學生本身基礎就比較差，由此造成學生學習吃力，對這門課程學習興趣就會降低。

通過圖 3-1的結果統計，得出學生針對該課程的內容，這幾個部分掌握起來比較困難。根據高年級學生反映的問題，選取這三個部分做教學案例設計，對實驗班著手實施后調查數據，從多方面反映是否能提高教學效果，最終得出結論。

（3）學習興趣的分析

問卷的 5-6 題是調查學生學習《電子技術基礎》課程的興趣與看法。現在對這兩道題進行分析。

表 3-5 學生對此課程的喜歡程度

題目選項人數百分比

A.非常喜歡 35 11.36%

您是否喜歡學習《電子技術基礎》這門課 B.比較喜歡 56 18.18%

程。 C. 一般 134 43.51%

D.不喜歡 83 26.95%

自身原因 70.69%

師資質量差31.64%

實驗設備不足 82.86%

教師教學方式不當 90.81%

課程內容難度大 84.19%

0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00%

圖 3-2 學習興趣不高的原因

由表 3-5 分析可知，學生學習該門課程的興趣不高，對此課程一般喜歡或不喜歡的學生占比很大，比例達到 70.46%，只有 29.54%的學生喜歡學習《電子技術基礎》課程。通過條形圖 3-1 的原因分析，可以明顯看出學生學習興趣低下的主要原因在于教師的教學方式方法不當。84.19%的學生也認為課程內容難度大占很大一部分原因，這與表 3-4 呼應，課程的難度是影響學習興趣的原因之一。82.86%的學生認為實驗設備不足與老舊對學生的上課積極性有影響，70.69%的學生認為自身原因造成上課興趣不佳，31.64%的學生認為跟師資質量有關系。

（4）學生上課時的教學模式與評價開展情況分析

小組討論法 37.69%

演示法 32.45%

任務驅動法 59.53%

圖 3-3 教師在《電子技術基礎》課程常用的教學方法

表 3-6 學生對上課模式的滿意度

題目選項人數百分比

A.非常滿意 27 8.77%

B.基本滿意 113 36.69%

對目前上課的模式您的滿意程度是?

C.不是很滿意 158 51.30%

D.非常不滿意 10 3.24%

課堂沉悶，缺乏師生互動 91.32%

講解不生動、不透徹 87.69%

70.00% 75.00% 80.00% 85.00% 90.00% 95.00%

圖3-4對老師教學效果不滿意原因分析

關于教學方法的調查結果，85.19%的學生認為傳統的講授法被廣泛應用于課程教學，

任務驅動法和小組討論法各占 59.53%和 37.69%，可以看出這兩種方法在教師教學中占有

一定的比重，而仿真教學法和演示法在課程中應用過，但是所占比重不大，應用不廣泛。

從這些數據上來看，仿真教學法和演示法在此課程上沒有很好的應用。

通過表 3-6 的統計結果，可以得出學生學習興趣低下的其中一個原因。從對教師上課模式的滿意度來看，只有 45.46%的學生表示滿意，一大半的學生對于教師目前的上課模式不太滿意。根據圖 3-4 的原因分析中，講解不生動、不透徹和課堂沉悶、師生缺乏互動相較第三個原因占比較大，應該是該課程較為抽象難懂，課程知識偏向理論，而教師不能因材施教，教學模式老套，因此在改善教學效果方面，注意教學模式的轉變。還要注意實驗設備不足與老舊的影響，運用虛擬仿真技術教學手段改善這一問題，進行做中學的教學設計。

小組互評 26.97%

教師提問 39.76%

實操測驗 58.27%

隨堂檢測23.59%

課后作業

圖 3-5 常用的教學評價方式

表 3-7 對目前的教學評價方式您的滿意程度

題目選項人數百分比

A.非常滿意 30 9.74%

B.基本滿意 96 31.17%

對目前的教學評價方式您的滿意程度是? C.不是很滿意 179 58.12%

D.非常不滿意 3 0.97%

由圖3-5可知：課后作業是《電子技術基礎》課程主要的教學評價，占94.36%，隨堂檢測、實操測驗要低于課后作業教學評價，而這些是需要重視的，因為這些是及時反饋和鍛煉學生的動手能力的主要考核形式，說明之后在該課程教學實施中要注重實時的形成性評價。根據表 3-7 的數據統計，學生對于目前的教學評價方式滿意度較低，在教學改革中應注意教學評價也是其中需要改變的方向。

（5）學生學習《電子技術基礎》實驗課程的實際需求分析

動手操作能力 90.85%

知識實際運用 89.76%

理論知識 45.48%

0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00%

圖 3-6 設置的實驗課應注重的方面

根據表 3-8 和圖 3-6 的數據分析，得出職業學校學生的實驗課程的實際學習需求。 92.21%的學生知道《電子技術基礎》實驗課程的學習情況對將來就業有很大影響，說明大多數學生清楚實驗教學很重要，實驗學習獲得知識更扎實，對未來就業有影響。在實驗課程設置方面，89.76%的學生選擇了知識實際應用，90.85%的學生認為動手操作能力更重要， 78.85%的學生希望能夠創新。通過這些數據可以了解到學生更喜歡實驗教學以及實物與圖文并茂的講課，老師教課方法抓人眼球是重中之重，所以教師對教學方法的革新迫在眉睫。考核內容應該注意有理論聯系實際的題目，讓學生切實學習到知識。

（6）學生對教師教學方式方法改革的意愿度分析

問卷的第 14-16 題是調查學生對《電子技術基礎》課程教學方式方法改革意愿度以及看法。現在對這三道題進行分析：

題目選項人數百分比

A.非常愿意 153 49.68%

如果通過改變教學方式方法改進《電子技 B.比較愿意 117 37.99%

術基礎》課程教學中現存的不足之處，您 c.可以嘗試 29 9.41%

是否愿意? D.不愿意 9 2.92%

表 3-11 學生對于將電子技術基礎知識直觀呈現的期待程度占比

題目選項人數百分比

A.非常希望 127 41.23%

您希望在《電子技術基礎》的學習中教師 B.比較希望 149 48.38%

多使用教學工具將抽象難懂的知識直觀表 C. 一般 30 9.74%

現出來嗎? D.不希望 2 0.65%

傳統的講授法17.63%

互動教學法 81.29%

0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00%

圖 3-7 學生更希望教師講課的教學方法占比

首先從表 3-10 調查學生是否愿意接受改變教學方法改進教學中的不足分析，87.67% 的學生都是愿意嘗試新的教學方法。根據表 3-11、圖 3-7 的調查數據了解學生喜歡的教學方法和是否希望借助教學工具進行學習。83.64%的學生選擇了仿真教學法，81.29%的學生喜歡老師進行互動的教學方法講課，說明學生更能接受練習、討論以及注重操作過程的教學方法。89.61%的學生希望在《電子技術基礎》的學習中教師能夠多使用教學工具將抽象難懂的知識直觀的表現出來。經過這幾道循序漸進的題目，可以了解到學生對教學方式方法的改革抱有很大的期待。中職學生更愿意接受互動教學方式，可以是生生互動、師生互動、人機互動，傳統的理論講解已經無法滿足學生的需求。學生樂意接受教師運用輔助教學工具將電子專業課知識直觀的表現出來，使用仿真教學法，改善實驗設備不足與老舊的

問題，也方便大家更好地理解。教師應該通過虛擬仿真軟件等教學工具的應用，再輔以靈活且有互動的教法開展這門課程，讓學生不僅學到知識，還能增強他們分析問題、解決問題的能力。

3.1.5 調查結論

通過對問卷數據的分析，可以得出以下結論，學生對教師目前的教學方法和手段不滿意，課堂安排不合理，不夠重視學生的實際需求；學生課程學習興趣較低，參與度不高，學習態度不認真，但是很愿意進行教學方式方法改革改善學習效果。最后一道開放性題目，學生有提到縮短教學時長，可以得知教師教學時間的長短也是影響課程教學效果的一個因素，學生的注意力在 20-30 分鐘，能做到認真上課，吸收知識。教師應該把握時間，并且在他們注意力不集中的時候多與學生互動教學，提高他們聽課的興趣，調動他們學習的積極性。根據問卷調查教學改進的方向得出，學生期待教師能夠增加互動，提高他們的學習興趣，期待教師合理利用教學軟件等工具直觀呈現教學內容，進行圖文并茂、注重動手操作、合理安排教學重難點講解時間和生活實際聯系緊密的教學內容設計。這是本研究需要重視，進行改革的方向。

3.2虛擬仿真技術在《電子技術基礎》課程教學中應用分析

在中職電子課程中合理使用虛擬仿真軟件進行輔助教學，是符合職業學校學生的發展，符合電子課程教學目標的，既能對提高教師的教學效率有幫助，又能提升電子課堂教學效果。筆者對虛擬仿真實驗教學設計進行研究，探索合適的教學流程應用與課堂中，提供教學案例，進行實驗教學，幫助學生學習知識，達到教學效果的提升。

3.2.1 虛擬仿真實驗教學應用在電子課程的必要性

將虛擬仿真實驗教學方法在電子課程中合理應用，利用虛擬仿真技術的優點，彌補目前教學中的不足之處，通過筆者的深入研究，希望能夠為中職電子課程教學改革提供一些可供參考的價值。《電子技術基礎》教材理論模塊有很多地方需要進行課堂演示實驗，雖然簡單，但電子元器件微小的變化很難用肉眼觀察到，特別是學生多的課堂，就會使得演示實驗有名無實，變成填鴨式的授課。如果應用虛擬仿真軟件將實驗搬到計算機上，通過大屏幕展示電路連接的過程并且能實時地演示波形變化和運行情況，抓住教學中的重難點進行講解，降低了教師講課難度，解決了教師講課不生動的問題，也提高了學生的信息技術素養陰。Cadence是一個將電路設計、仿真和版圖設計集為一體的軟件，通過這樣的虛擬仿真軟件就可以搭建虛擬仿真實驗環境，而學校只需要提供計算機和裝載好的軟件，學生就可以自如地進行電路實驗和創新設計，避免了理論與實驗分離的教學情況［86］。特別是在疫情影響的情況下，這樣的虛擬仿真環境突破空間限制，在實驗教學模塊是非常有優越性的。虛擬仿真實驗教學平臺節省了真實實驗需要購買元器件的花銷，減輕了實驗室管理員的負擔，只需要將軟件升級，就能夠跟上電子技術發展的速度，節省了實驗室的更新成本［87］。

教師結合實際需要進行虛擬仿真實驗教學設計，能夠滿足職業學校學生的發展需要，能夠激發學生的主動性和創新能力。根據中職學生的特點分析，主要是不愛學習，知識底子薄，對于理論知識點的理解有些困難，學習動力不足，缺乏自信心。因此運用虛擬仿真實驗教學，教師分配任務、增加互動環節，學生分小組合作、拔高訓練以及多方位的評價和測試構成整個教學過程，能夠給予他們學習的動力，讓學生在教學實施過程中找到成就感。學生進行虛擬仿真實驗環節，切實參與課堂，正好發揮了他們的主觀能動性、較強的動手操作能力和對新鮮事物有強烈求知欲的特點。虛擬仿真實驗教學通過互動模式展開能夠鍛煉學生的溝通交流能力和團隊協作能力［88］。這樣的教與學過程既能滿足學生對于知識的渴求，又能滿足學生的能力發展需求，既打破了傳統教學模式，有效提高他們的綜合素養，又活躍了課堂教學氣氛，有效提高教學效果。

在《電子技術基礎》課程運用虛擬仿真實驗教學，教學過程中對于虛擬仿真軟件的應用，對教師的專業發展也有幫助，能夠增強教師的教育科研能力［89］。目前國內等一些高校為了響應國家大力發展半導體產業決心，紛紛的建設微電子專業并且積極的對學生進行 EDA 工具的培訓［90］。很多高校內已經開展了校企合作，使得該虛擬仿真軟件在高校教學之中得以應用［91］，在職業學校電子課程中應用也非常有必要，軟件的使用有助于學生職業能力的提高，為以后工作鋪路。筆者的研究希望既可以豐富電子專業課程案例資源，又促進學生學習的進步和學習興趣，為職業教育的課程改革發展助力，有助于提高學生職業能力，為集成電路產業設計提供設計應用技能型人才。

3.2.2虛擬仿真實驗教學應用在電子課程中存在的問題

虛擬仿真實驗教學在電子課程中應用存在一些問題。中職學校會有很多教師不能合理地使用虛擬仿真技術，首先是教師教學觀念陳舊，一直進行傳統教學模式教學，會對虛擬仿真教學理解不透徹；還有一些老教師，不能夠與時俱進，對信息前沿技術了解不多，接受能力有一些差，這樣的情況下，老教師們更喜歡使用自己一直沿用的教學習慣，安于現狀，不愿意對教學方法進行革新。在電子課程進行虛擬仿真實驗教學之后，教師要帶領學生做線下實驗，不能因為事情繁瑣，丟棄虛實結合的原則。

3.3本章小結

本章通過問卷調查，得出目前教學方式存在很多問題。針對問卷數據總結出虛擬仿真實驗教學的必要性。調查問卷對象是天津市和河北省兩所中職學校，問卷內容從學生對該課程的學習態度、學習內容、學習興趣、教學模式與評價情況、實踐課程學習需求以及教學改革的意愿度六個維度進行設計，指出了虛擬仿真實驗教學設計的方向。

第4 章《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學設計

《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學設計研究分為四個方面內容，分別是教學設計要素分析、教學設計方案、教學實現條件分析、初步設計典型案例所對應的虛擬仿真實驗教學目標與步驟。教學設計要素分析內容分為教材分析、實驗對象分析、教學實驗開發工具分析、教學目標分析和教學評價分析五個維度。根據這五個維度的展開和教學現狀調查問卷分析確定教學設計方案，進行課程教學方法與模式改革，制定出相適應的教學活動設計流程。接著進行教學實現條件的分析和典型案例的初步設計，如圖 4-1 所示。下面將詳細介紹這四個方面的具體內容。

圖 4-1 虛擬仿真實驗教學設計研究內容

4.1虛擬仿真實驗教學設計要素分析

本研究進行教學設計要素分析，包括對教材的分析、實驗對象的分析、選定的教學實驗開發工具分析、教學目標分析以及教學評價的分析。下面對實驗學校針對這些基本要素進行具體的分析，為制定教學方案做鋪墊，確保其科學性與實用性。

4.1.1 教材分析

本研究的實驗學校電子專業所學的《電子技術基礎》教材選用的是陳振源主編的，高

等教育出版社第二版［92］。該課程分為兩個部分。模擬電子技術部分屬于理論性很強，內容抽象，概念部分晦澀難懂，元器件形狀和性能各異，電路的類型多樣，實驗驗證性也很強，需要進行動手實踐。數字電子技術部分同樣也是，除了基本的電阻等元器件，還有很多種類的芯片組成電路，芯片的原理及組成抽象且難懂，大多數學生只會死記硬背，搭建電路時生搬硬套，非常容易出錯。該課程是理論和實際結合緊，。注重動手實踐相關技能的培養。本教材進行適當地降低理論知識的深度和難度，配有電子元器件和電路連接的實物圖，

讓學生能夠理解抽象的概念，但學生理解起來還是較困難。它增強了電路組裝測試和集成電路等的應用，為加強學生的實踐和應用能力的培養。本教材內容體現了中等職業技術教育的特色，適合現在以能力為本位的指導思想。但是中等職業學校的學生學習還是很吃力，學習能力較弱，對于理論知識的學習較為困難，實驗技能操作部分由于理論知識的缺失，難免出現無從下手的局面，還會造成元器件的浪費和實驗儀器的損壞。中職電子課程教材內容不亞于本科院校的教材內容難度，雖然教學計劃很完備，但是大多以應試為標準，對于學生的能力培養視而不見。因此，在本教材理論部分和實驗部分教學時使用虛擬仿真軟件進行輔助是可行的，知識學習和能力培養兩不誤。在虛擬仿真軟件輔助教學時，先幫助學生掌握最基本的理論知識，有利于虛擬仿真實驗教學的實施。

4.1.2 實驗對象分析

筆者根據實驗學校學生的觀察、交談以及調查問卷的結果，對實驗對象的學習興趣、學習態度、學習能力等進行分析。

分析對象是筆者實習的中職高一年級學生，兩個班共有 44 名學生。兩個班級學生是同一專業，人數也相近，通過學校老師提供的錄取成績分析，學習基礎基本一致。本研究將兩個班級進行對照實驗，電子 1班為實驗班，電子 2班為對照班。中職學生們的學習興趣普遍不高，學習態度不夠端正，表現在于出勤率不高，學生喜歡玩手機和開小差，作業不能獨立完成，有很多抄襲現象。學習能力方面，學生自主學習能力不強，遇到問題時缺乏探究精神并且與老師和同學之間的溝通能力較弱，導致學習效果不佳。但是根據調查問卷中學生對于教學改進方向的需求和期待分析得知，學生希望學到知識。這需要教師進行教學改革，改善和提高大多數職校學生的學習興趣、態度、能力。很多學生的計算機操作能力很強，學生學習態度較為端正，這是開展虛擬仿真實驗教學的基礎。前面分析到的學習態度和興趣都是非智力因素，而有研究表明，人取得成就與非智力因素緊密相關，也就是指一個人通過后天努力完全可以成功［93］。如圖 4-2 所示。在教學過程中，如何激發學生的學習興趣、調動學生學習積極性、改善教學效果、達到培養中職學校全能型人才的目標，這些是接下來的教學設計及實施需要考慮和注意的問題。

圖 4-2 學習者分析

4.1.3教學實驗開發工具

隨著信息技術的不斷發展，虛擬仿真技術應用越來越廣泛［94］。電子方面常用的虛擬仿真軟件及其主要應用如表 4-1所示：

表 4-1 虛擬仿真軟件主要應用范圍

虛擬仿真軟件應用范圍

Cadence 主要用于電子設計的方方面面，如門動布局布線、電路設計、仿真和版圖設計及驗證，仿真更貼近于實際，亦可設計芯片內部電路結構

LabView

•■XmVVVVVVV'v'v'v'v'v'v'v 主要用于信號與系統、虛擬儀器仿真

Multisiin 主要用于模擬電路和數字電路的仿真

Proteus 主要用于PCB原理圖設計和單片機系統的仿真

Matlab 主要用于工程計算、圖形處理、信號處理

keil 主要用F軟件編程和代碼分析

AltiimiDesigiier 主要用于電路制版、電路仿真

通過常用虛擬仿真軟件應用方向分析，再根據本文的研究內容，選擇Cadence軟件進行教學實踐。下面對此虛擬仿真軟件詳細介紹。

Cadence 軟件在芯片設計領域處于核心地位，整合了 Pspice 的功能，它幾乎可以完成電子設計的方方面面，涵蓋整個流程。包括系統級設計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設計，全定制集成電路設計，IC物理驗證，PCB設計和硬件仿真建模等陰。設計方面具體是可以完成FPGA的設計、片上系統（SOC）的設計、ASIC 設計等［20］。并且Cadence軟件對于電路的仿真更貼近于實際，數據和波形更加準確，在中職電路實驗中是一大優點。在自動布局布線、電路設計和版圖設計及驗證也有極大的優勢。芯片的設計從前端到后端均可通過 Cadence 完成，所以其為一套完整的開發平臺。圖 4-2 為進入Cadence軟件截圖，軟件操作界面和工藝庫如圖4-3。Cadence在集成電路設計之中的核心地位，有必要將其推廣到中高職院校之中。 Cadence 軟件功能強大，它不僅能夠做到其他仿真軟件的功能：畫出虛擬電路、完成實驗設計和仿真，還能夠幫助學生理解內部電路，這個特點具有很強的擴展性。因此選用Cadence對中職《電子技術基礎》課程之中的模擬電路和數字電路中的實驗進行教學案例的設計，實施教學。學生在學會本門課程的過程中，提前了解芯片設計的奧妙與理論學習的重要性，可以為后續集成電路專業學習做鋪墊。通過虛擬仿真實驗教學，培養青少年動手動腦，全面發展的精神，以興趣為導向，真正實現寓教于樂，使新時代青年為國內集成電路行業做綿薄貢獻，為國家的發展做出努力。

圖 4-3 進入軟件界面圖

圖 4-4 軟件操作界面和工藝庫圖

4.1.4 教學目標分析

針對職業學校《電子技術基礎》課程，其教學目標包括理論和實踐兩個層面。理論層面是了解數字電路和模擬電路結構的組成和原理，實踐層面是學生應學會構建和實現電路各部分的功能，判斷和消除簡單的電路系統故障。除了上述教學目標外，虛擬仿真實驗教學過程的目標，還要求使學生在教學過程中提高學習興趣，端正學習態度，發展個人綜合能力。本文基于虛擬仿真實驗的教學目標從三個維度展開，分別是知識目標、能力培養目標、情感態度目標［96, 97］。如圖 4-4 所示。

圖 4-5 基于虛擬仿真實驗的電子課程教學目標

（1）知識目標

在教學中，通過虛擬仿真實驗教學，學生能夠掌握理論知識，常用電子器件的識別及電路組成和原理的掌握，實踐課程能夠培養學生的操作能力，學生進行小組分工，完成虛擬電路連接、判斷并消除虛擬電路的錯誤。

（2）能力培養目標

在貫穿-互動式虛擬仿真教學實踐中，達到相應的能力培養目標：①分析問題能力。學生在教師的問題引導下，積極地進行自主分析或者小組合作探索，找到解決問題的答案。

②自主學習能力。面對學習任務，學生能夠自主分析，找到解決方案。長此以往，學生的自信心得以增加，進而培養其終身學習能力。③創新能力。在虛擬仿真實驗驅動的學習過程中，針對問題提出的解決方案，通過虛擬仿真技術進行驗證，進行試錯-改進-完善的學習活動，激發學生的創新精神，學習知識。④合作探究能力跑。進行學習活動時，學生通過小組分工，共同協作探究，完成實驗。

（3）情感態度目標

基于虛擬仿真實驗驅動的教學能夠直觀地、實時地展示課程內電路知識，提高學生的學習興趣。通過教師的“教”端正學生的學習態度，認真完成學習任務，不再敷衍了事。

通過中職學校電子電路這一工科專業的學習，將思政教育貫穿整個課堂，貫徹落實習近平新時代中國特色社會主義思想，以生為本，培養學生的職業精神和工匠精神。首先是敬業精神，在任務分工中，履行自己的職責，承擔工作責任。其次培養學生的責任感和使命感，在學習過程中，擺正自己的態度，學習是自己的事情，是為了自己更好的成長，今后不管在學習還是工作上要有計劃安排，有責任和擔當，為國家的發展貢獻力量。通過實驗教學，學生不斷試錯、改錯、精益求精，培養學生專注、創新能力。在完成學習過程中獲得的成就感有助于學生自我價值的實現［99］。

4.1.5 教學評價分析

教學評價是對整個教學工作質量的分析和評定，是教學活動中非常重要的環節[項目優秀良好及格不合格

語言表達能力（ 30%）

組織與引導能力（ 30%）

教學態度（ 20%）

教學內容契合度（ 20%）

在符合的欄目中劃“V”]。通過虛擬仿真實驗教學對學生進行多方位的評價，主要分為過程性評價和總結性評價。每節課的過程性評價，包括出勤、課中觀察、作業評判與成果展示、小程序考核等過程評價，占總評價的 50%，期末考試為總結性評價，占總評價的 50%，兩者結合為最終評價。對教師進行課堂表現評價。這樣多元的教學評價方法更具有科學性、客觀性。如表 4-2所示。

表4-2學生評價

評價占比項目優秀良好合格不合格

微助教簽到 / 出勤（ 10% ）

討論積極性（ 5%）

發言頻率及發言質量（ 10%）

必交作業--基礎（ 15%）

選交作業--拓展（ 5%）

選做作業--提升（ 5%）

過程性評價

（ 50%）微助教現場測驗（ 10%）

成果展示（ 5%）

思想政治素質評價（ 5%）

自我評價（ 10%）

小組評價（ 10%）

教師評價（ 10%）

總結性評價期末考試（ 100%）

（ 50% ）

備注在符合的欄目中劃“V”

表4-3教師評價

4.2《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學設計方案

關于“教學設計”主要可以被用作描述教學內容分析、教學方式方法的確定、教學過程的理論指導以及能夠評定學生的學習過程的全部流程。本文根據 4.1 小節的各要素的詳細分析和系統安排，最終確定課程的教學方法與模式，制定出相適應的教學方案。

4.2.1 課程教學模式的改革

在中職《電子技術基礎》教學中，教師不再以傳統的教學模式進行教學活動。通過采用虛擬仿真實驗開展理論和實訓的課程教學，將虛擬仿真技術應用在教學的每一個過程中，雙主互動的教學方式增添課堂活躍性，其中教師是主導者，學生發揮主體性。中職《電子技術基礎》課堂教學模式轉變為“教、學、做、考”一體化的教學模式，其框圖如圖 4-6 所示。“教”以虛擬仿真實驗教學為主，“法”是使用虛擬仿真技術作為教學手段。其中教學中除了虛擬仿真實驗教學，還采用了智慧課堂信息化教學，它能使課堂變得簡單、高效。一是通過微助教公眾號上傳課件，學生能夠在線下進行預習和回顧；二是利用微助教在課上進行簽到，方便教師統計出勤情況；三是線上答題，實時反饋學生掌握情況。

通過“教”與“法”的改革，以“學”作為根本目標， “做”為實際需求目標， “考”是考核與評價，對學生進行多方面的考核，構成“教、學、做與考”一體化的電子專業教學課堂。

在改革的教學活動中，將“學”作為電子課程的根本需求，實現“做”這一活動為實際需求與目標，對“教”與“法”兩個方面做出改變，即教師教學方法的改革創新與信息技術方面的變革，摒棄灌輸式教學方式，實現“學教互動”的轉變。每節課設置反饋環節，針對課程內容進行多方位的考核與評價。教師從而了解學生的掌握情況，因材施教。學生因此知道自己的掌握程度，課堂上有目的地學習，課下自主學習，鞏固提升。通過以上改革探索，電子專業課堂能夠達到學生高效率地學習、扎實知識基礎，創新拔高的教學效果。

4.2.2 教學整體結構設計

傳統教學方法進行的課程內容設計分為以“教”為主和以“學”為主兩種，而在電工電子

專業課程教學中，以教師的“教”為主偏多，本研究致力于雙主式的互動教學，將中職《電子技術基礎》課程分為理論部分虛擬仿真教學和實驗部分虛擬仿真教學兩個部分，進行仿真教學互動模式的教學設計。如圖 4-7 所示，該教學設計在以建構主義學習理論為主要教學理論的指導下，將學生和老師分成兩個子部分，兩者在教學過程和學習過程中進行雙主式的互動教學。教師根據教學任務進行符合學情的教學內容設計。每一節課教師進行主導施教，學生進行主體認識，兩者進行相輔相成的學習課程的過程。即指老師的“教”與學生的“學”互相促進，互為主導，形成一個非常完整的教學和學習的課堂活動。在授課過程中，教師和學生之間能夠相互協調，形成師生互動、生生互動、學生個體與教學中介互動的和諧局面，人和環境之間的影響也會被強化，在這個整體中的每個個體之間互相作用產生的教學共振，可以達到提高中職電子課程教學的效果［101］。

在理論教學過程中，教師進行仿真實驗指導和演示，應用貫穿-互動式仿真教學法為主的多種教學方法開展教學活動，此時教師擔任主導者的角色，與學生進行語言交流、眼神互動以及情感交互，學生借助教師和教學中介塑造起來的情境，通過自身的理解和原有知識的基礎上建構新的理論，學習新知識。在實驗教學中，通過任務分組，每位學生在小組內積極參與其中，探討交流出解決方案，完成實驗任務。這個過程中，教師擔任引導者的角色，學生成為了學習的主體者、知識的主動建構者，他們通過借助虛擬仿真系統自主完成學習任務，收獲成就感，增強了自信心，實現人生價值。

在教學中，學生可以通過小組協作或是尋求老師的幫助與指引完成學習任務。每節課程實施教學時，教師主導整個教學進程，學生自主學習與小組學習結合，互動地、團結協

4.2.3虛擬仿真實驗教學設計流程

傳統的教學活動設計主要由教學準備-導入新課-知識講解-重難點分析-課堂小結五大模塊組成，學生的主體性沒有發揮出來，教學效果也比較一般。本研究在此基礎上結合虛擬仿真技術，提出了虛擬仿真實驗驅動的教學設計流程，即“雙主三段六環節”虛擬仿真實驗教學設計的流程。具體流程如圖 4-8所示。

［課后

虛擬仿真技術

圖 4-8 “雙主三段六環節”虛擬仿真實驗教學設計流程圖

“雙主三段六環節”虛擬仿真實驗教學設計流程主要由教學準備-預習新知-虛擬仿真實

驗教學環節-拓展提高-檢測鞏固-課后評價與反思六個環節組成。其中雙主指的是教師為教授主體、學生為學習主體，但是兩者都是教學活動的承擔者和參與者，這遵循了學導互動的教學理念。 “三段”指的是課前、課中、課后，將三者有機結合起來，減少課上學生學習的時間和精力的浪費，三者的聯動發揮出學生在學習中的主動性和獨立性。虛擬仿真軟件的應用貫穿一個完整的教學活動設計。

(1)教學準備

教學準備是課前的工作，分為兩個部分。一是教師準備工作。教師確定實驗內容，設計任務并利用虛擬仿真軟件運作成功，通過微助教上傳實驗任務和教學課件，在班級微信群里下達本節課學習任務。設計任務時應該遵循目標性原則、可行性原則、趣味性原則和開放性原則。學生準備的是進行分組，進入本節課程主題，接受學習任務并進行合理的分工。

（2）預習新知

課前學生通過教學課件的引導，而不是漫無目的地學習，在創設的這個學習情境中，小組內合作探究，根據問題的指引去探索新知，實現生生互動，達到激發學生學習積極性的效果。

（3）虛擬仿真實驗教學環節

虛擬仿真實驗驅動的雙主-互動式仿真教學法是主要的教學方法。如圖 4-9 所示。根據課前的鋪墊，這個過程教師輔以相關圖片、視頻或仿真實驗導入，提出問題，學生減少抵觸心理，積極開展探究學習，達到新課導入想要的教學氛圍，體現出課前準備的意義。再輔以任務驅動、做中學等教學法進行仿真教學，促進學生進行軟件操作，完成仿真實驗。在深入學習知識之后，學生在仿真案例教學過程中相互交流，既有和老師進行交流，也有學生與學生之間的探討，解決此次仿真實驗過程中出現一些問題，并且進行生生互動和師生互動的環節，總結與歸納相關知識點。教師指導差異，解答疑問，下達任務給學生，達到指導內化的效果。學生小組探究、合作學習，針對個人差異自主探究，達到知識內化的學習效果。這一環節提高學生分析問題、解決問題的能力，培養學生的職業精神和工匠精神。

==【指識箴］=［互動答疑

圖 4-9 虛擬仿真實驗教學環節

（4）拓展提高

教師依據本節實驗的相關知識掌握情況進行拓展提高環節，下達相關任務，學生小組進一步設計虛擬仿真實驗。通過表現優異的學生帶動小組內其他學生，培養學生團結協作的精神。此環節能夠鍛煉學生的自主思考能力，不同程度的學生還可以針對自己掌握的情況進行鞏固練習。

（5）檢測鞏固

本研究的考核不止于紙筆測驗，教師通過課堂任務展示，進行點評和激勵。拓展提高的仿真教學給不同程度學生不同情況的指導，差異對待，下達不同程度的任務，分層訓練，

34 鞏固基礎。根據情況還會設置微助教現場答題環節，答題結束及時反饋課堂掌握情況，老師與學生之間互動答疑，布置相關作業，串聯鞏固。每一個步驟都有相應的打分，再加上期末考試成績，匯總成為最終考核成績。

（6）課后評價與反思

學生進行自評和他評，全面了解自己的情況，針對性地自主學習，自我提升。教師總結歸納學生課堂表現以及學生對教師的評價進行反思自我，能夠做到揚長避短、快速提高。

通過以上過程，教師以虛擬仿真技術為手段，貫穿教學活動的始終，構建“雙主三段六環節”虛擬仿真實驗教學設計。采用以雙主-互動式教學法為主的教法展開教學，根據下達的任務，學生有目的地進行學習，在小組協作中成長。硬件條件只需一臺電腦，學生在課上和課下都可以開展實踐。在疫情期間，這也是線上實驗的一個有效方法，學生借助虛擬仿真軟件，開展自主學習，在“實踐”中學習知識，掌握技能。對理論和實驗課上遺留的問題或者難懂的知識點通過虛擬仿真的形式探究，達到課后鞏固和拔高知識的效果。

4.3教學實現條件

4.3.1 課堂和諧

虛擬仿真實驗驅動的電子課程教學案例順利開展的必要條件是有一個和諧的課堂氛圍，即學生和教師之間能夠相互配合。教師根據學生情況進行教學設計，創造出合理的教學方案，既能給予不同層次學生自由發揮的空間，又能培養學生團結協作的能力。教師要起到輔助的作用，在學生遇到困難時能夠提示和點撥，啟發誘導學生向正確的方向靠攏。關于課堂時間分配要合理，教師依據學生的實際情況分配做任務的時間、講解時間、成果展示時間和教學評價時間，使教學活動方案落到實處。學生需要根據教師的指引開展學習活動，在學習過程中及時給予反饋，使得教師掌握大家的接受程度，適時調整教學活動。學生做到6S學習策略將是錦上添花（如圖4-10所示），它是智力因素與非智力因素的有機結合，達到智力因素和非智力因素的平衡，能夠促使一個人的成功［102］。這樣教與學相互配合，達到一個和諧的課堂氛圍，有助于虛擬仿真實驗教學案例的實施，呈現出良好的教學效果。

圖 4-10 6S 學習策略

4.3.2 虛擬仿真軟件

虛擬仿真實驗教學活動的開展是將虛擬仿真軟件作為技術手段，并且貫穿此教學設計流程的各個環節：教學準備-預習新知-虛擬仿真實驗教學環節-拓展提高-檢測鞏固-課后評價與反思都體現了虛擬仿真軟件的使用。學生跟隨教師下達的任務搭建實驗，學習新知識，并在實踐中鍛煉自己的創新能力和自主學習能力。該課程運用虛擬仿真軟件開展教與學，存在很多優點的同時，還影響著教學進度。因此教師和學生要會使用虛擬仿真軟件，保證教學進度。

4.4典型案例設計所對應的虛擬仿真教學目標與步驟

基于第三章關于課程內容數據的分析，了解到學生學習起來比較吃力的內容，確定了下面三個典型的案例，利用 Cadence 虛擬仿真軟件對這幾個案例進行仿真實驗教學。根據教學設計和課程對應的教學目標，初步設計這些案例的虛擬仿真步驟。初步設計典型案例所對應的虛擬仿真教學目標與步驟如表4-3所示。

表 4-3 初設典型案例的虛擬仿真教學目標與步驟

案例名稱虛擬仿真教學目標虛擬仿真步驟

案例一晶體三極管 1.了解三極管的電流分配關系與放大原理

2.掌握三極管輸出特性，理解

它的含義步驟1：搭建NPN三極管供電虛擬電路；

步驟 2：設置電阻 R1 不同的阻值，記錄三極管電流值，得出規律；

步驟 3：設置虛擬電路的外加電壓區間，仿真得出 I-U 輸出曲線波形圖，分析其特性。

案例二單管低頻放大電路調試 1.掌握單管低頻放大電路的組成

2.掌握三極管放大電路的特性

3.學會判斷靜態工作點設置是否合理

4.掌握三極管放大電路的分

析步驟1：搭建單管低頻放大電路的虛擬電路；

步驟 2：調節虛擬電路靜態工作點，設置電阻Rp的阻值，仿真得出不同波形，觀察靜態工作點對輸出波形的影響；

步驟 3：設置負載電阻接入情況。測量單管低頻放大電路的放大倍數。

案例三集成運算放大器應用 1.熟悉集成運放的引腳排列和功能

2.掌握集成運放組成的兩種基本輸入形式的結構特點和主要性能：反向比例運算器；同向比例運算器步驟1：搭建集成運放虛擬電路進行調整；

步驟 2：改接前面的電路為反向比例運算器，改變參數，得出數據和仿真波形，驗證其特性；

步驟 3：改接前面的電路為同相比例運算器，改變參數，得出數據和仿真波形，驗證其特性。

4.5本章小結

本章是本研究的重點章節，針對第三章的問題，闡述了虛擬仿真實驗教學設計研究內

容，分別是教學設計要素分析、教學設計方案、教學實現條件分析、初步設計典型案例所

對應的虛擬仿真實驗教學目標與步驟。接著對這幾個內容進行詳盡的論述，使用多元化教學手段、教學評價進行教學，改變傳統的教學方式，確定“教、學、做、考”一體化教學模式、互動式的整體結構設計以及“雙主三段六環節”虛擬仿真實驗教學設計流程。最后確定了三個典型的案例所對應的虛擬仿真教學目標與步驟，為接下來的實施與分析做鋪墊。

第 5 章中職《電子技術基礎》虛擬仿真實驗教學案例設計實施

從理論出發，提出虛擬仿真實驗驅動的教學方式可行性，設計出相應的教學模式以及具體教學設計流程，然后用實踐驗證其可行性，最后通過數據檢驗該教學案例設計的可信性，這是一個完整教學設計需要經歷的步驟。為實現本研究目標，本章節對實習學校的兩個班級進行教學實驗并進行期末成績對比和調查問卷數據分析，探究該方式的教學效果。

5.1實驗教學設計

5.1.1 實驗研究目的

教學實驗開展的目的是將虛擬仿真實驗驅動的教學方式應用到中職《電子技術基礎》課程教學中，通過對實施結果的分析，探究學生的學習興趣、看法、學習效果、綜合能力以及學習期望等方面的變化，其中將學習興趣、學習效果以及綜合能力與對照班相比較得出教學效果。希望可以為中職電子專業課程教學改革提供參考。

5.1.2 實驗研究對象

教學實驗對象是筆者在河北省某中職學校實習三個月教授的《電子技術基礎》課程的兩個班級學生，分別是高一電子 1班和 2班，其中 1班設為實驗班，學生人數為23 人，2 班設為對照班，學生人數為 21 人，兩班人數相近，并且為同級，根據入學時的錄取成績分析，他們的學習基礎基本一致。

5.1.3 實驗對照方法

教學實驗采取案例教學法，設置對照組。對實驗班進行虛擬仿真實驗教學設計的實施，對照班仍舊以傳統的教學方法進行教學活動。

5.1.4 實驗變量

教學實驗的自變量是是否采用虛擬仿真實驗驅動的教學方式進行教學活動，因變量是學生的學習興趣、看法、學習效果、綜合素質和能力以及學習期望等，為保證實驗的可靠性，進行以下變量的控制，如圖 5-1所示。

圖 5-1 實驗變量控制圖

5.1.5 教學設計指導思想

本課程以理論知識為導向，以實際應用為牽引，以能力培養為目標，結合建構主義理論、做中學等現代教學理念、多媒體、虛擬仿真技術等先進教學手段來進行，本節課的設

39 計思路主要有三個方面：（1）教會學生理論知識和實際應用；（2）發揮教師主導，學生主體的“雙主”作用，培養學生的團隊協作能力、獨立思考并解決問題能力、動手操作能力、職業精神和工匠精神等；（3）注重課程教學的直觀性原則。

5.1.6 實驗案例教學目標

1.知識目標是根據每節課程的變化而變化的。具體知識目標具體分析。

2.能力培養目標：①通過仿真實驗任務，培養學生分析問題的能力；②培養學生自主學習能力。面對學習任務，學生能夠自主分析，找到解決方案。長此以往，學生的自信心得以增加，進而培養其終身學習能力。③在虛擬仿真實驗驅動的學習過程中，進行試錯- 改進-完善的學習活動，培養學生的創新精神。學生通過小組分工，共同協作探究，鍛煉學生的團隊意識與小組協作能力。

3.情感態度目標：①通過虛擬仿真實驗驅動教學，提高學生學習興趣、端正學習態度。 ②以生為本，培養學生的職業精神和工匠精神。③學生在任務分工中，履行自己的職責，承擔工作責任，培養學生的責任感和使命感。④通過實驗教學，學生不斷試錯、改錯、精益求精，培養學生專注、創新能力。⑤在完成學習過程中獲得的成就感有助于學生自我價值的實現。

5.2教學實驗案例一：晶體三極管

5.2.1 教學課題分析

課型新授課課時 2

教材分析本課程教材選用高等教育出版社出版，由陳振源主編的《電子技術基礎》第二版。本節課講授的內容是本書第二章第一節內容“晶體三極管”。在現代很多電器設備中，三極管是電路中常用的最基本的元件之一。在電子線路裝配和維修中，常會進行三極管的安裝和檢測，所以本章節內容是必備的理論基礎知識。本章節對后面學習“三極管放大電路”“集成運算放大電路”等內容起承前啟后的作用。

本節知識目標 ①了解晶體三極管的基本結構；②理解三極管的電流分配規律，掌握電流的放大關系；③理解晶體三極管輸出伏安特性曲線。

學情分析中職一年級學生的學習興趣不高，學習態度不夠端正，但是好奇心重，樂于動手操作，喜歡直觀表達的內容，本研究通過虛擬仿真實驗驅動教學，達到學生能夠主動學習、掌握知識的教學效果。

教學重點、難點教學重點：電流分配規律與放大關系，輸出伏安特性曲線分析；

教學難點：三極管的電流放大原理，輸出伏安特性曲線分析；

教法、學法教法：講授法、貫穿-互動式仿真教學法、探究式教學法、任務驅動法、啟發引導式教學法、多媒體教學法

學法：仿真實驗操作（觀察與動手操作兼容并重）、自主探究、互動合作（自學與合作學習相配合）

突出雙主作用，使用不同的教法和學法，根據學生的實際情況對教學

內容進行靈活運用。

5.2.2 教學設計實施過程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

教學準備 1.教師準備晶體三極管電流放大作用和特性曲線教學課件。

2.在微助教公眾號上上傳，并確定晶體三極管輸出伏安特性曲線測量實驗。

3.下達小組分工任務：收集資料、搭建電路、電流電壓測量實驗仿真和數據記錄。 1.學生準備的是進行分組，進入本節課程主題。

2.學生接受學習任務并進行合理的分工。通過教師和學生的課前準備，為學習新知打下基礎。

預習新知 1.教師解答分工問題，并進行任務分組情況統計。

2.與學生交流，了解學生預習情況。 1.學生通過晶體三極管教學課件的引導，建構情境，預習新課。

2.學生與學生、小組和小組之間進行交流與探究。 1.教師掌握學生預習情況，有針對性地解決教學問題。

2.課前學生通過教學課件的引導，而不是漫無目的地學習，在創設的這個學習情境中，小組內合作探究，根據問題的指引去探索新知，實現生生互動，達到激發學生學習積極性的

效果。

虛擬仿真實驗教學 1.新課導入。

（1）教師展示話筒、音響等日常生活中大家都會使用的電子產品圖片并提問：“三極管在電器中的作用是什么呢？”進行設疑，激發學生求知欲。

■-口-II

（2）教師拿出三極管實物, 告訴他們電信號放大原因就在于這個小器件。接著通過多媒體課件講解三極管結構, 引導學生一起總結出三極管的基本構成即三區、兩結、三極。提出問題:“三極管就像是兩個反向串聯的二極管, 那么是否能將兩個普通的二極管進行串聯得到一個三極管呢?”引導學生思考，進而引出對三極管內部具體結構的學習。將三極管的內部結構用漢堡作形象類比，講解這一特點正是它放大的內部條件，利用情境教學法幫助學生弄懂三極管原理。學生通過教學課件圖片導入和老師的問題，進行思考探索。學習三極管內部具體結構。 1.通過設疑法，創設情境，使學生產生親切感和探索欲，從而把學生帶入新課學習。

2.運用類比法加深學生的印象。

2.仿真探討（輔以多種教學法）。

（1）教師提供三極管（NPN）供電電路圖。指導學生搭建該虛擬電路。

（2）讓學生改變R1的阻值，測得IE、 IB、 IC 的值，填入表格中，并得出規律, IE=IB+IC、IC=B*IB。 1. 學生利用

Cadence 軟件搭建晶體三極管

（NPN）供電虛擬電路，通過改變電阻的值，測得IE、 IB、 IC 的值，填入 1.電流分配規律通過虛擬仿真實驗驅動教學，不再是枯燥的公式進行推導, 幫助學生直觀理解和

(5)教師根據三極管輸出特性曲線仿真波形講解飽和區、放大區和截止區的劃分以及作用。完成虛擬仿真實驗任務的過程中，培養學生的職業素養，承擔自己的職責。培養其責任心和使命感，提高了學生動手操作能力。

3.指導內化、知識內化。

教師在晶體三極管仿真實驗教學中起到輔助的作用，在學生遇到軟件操作困難時能夠提示和點撥，啟發誘導學生向正確的方向靠攏。學生根據教師的指引開展虛擬仿真實驗學習活動，在學習過程中及時給予反饋。 1.教師指導差異，解答疑問，下達任務給學生，達到指導內化的效果。

2.學生進行小組探究、合作學習，針對個人差異自主探究，達到知識內化的學習效果。

4.互動答疑。

教師根據仿真案例教學過程出現的仿真操作不當，以及仿真結果錯誤等問題，如器件疊放、電路線沒有連接上、仿真值設置錯誤以及三極管輸出特性曲線怎么分成三個區域等和學生之間交流，解決此次仿真實驗出現的問題。學生針對仿真實驗出現的問題以及理解不夠透徹的知識點進行小組之間交流、學生之間交流，之后與老師進行探討，解決問題。通過互動式-仿真教學方式解答疑惑。實現生生互動、師生互動、人機互動，活躍氛圍，提高學生學習興趣，鍛煉學生的邏輯思維能力和表達交流能力。

5.總結歸納。學生通過小組討通過小組合

拓展提高

檢測鞏固

教師讓學生以小組為單位派出一名代表發言總結，每個小組依次補充，最后教師總結：三極管內部電流分配關系為IE=IB+IC、IC=B*IB。三極管輸出特性曲線分為飽和區、放大區和截止區，其中三極管工作在飽和與截止區時，具有“開關的特性”，可用于數字電路中。處于放大區時，可用作模擬電路中，有放大作用［104］。

教師給學生下達任務：晶體 PNP 型三極管電流放大作用和特性曲線探究。選做任務記作過程性評價。掌握程度好的學生帶動小組內其他學生完成任務。

1.教師通過課堂任務展示，進行點評和激勵。

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NPN 輸出特性曲線虛擬電路圖

論方式進行總結，隨后派出代表發言。認真聽取老師的歸納總結。

學生小組進一步設計虛擬仿真實驗，熟悉知識，鞏固知識。

1.學生以小組為單位發表各組的實驗結果。

2.通過微助教公眾號現場答題。聽取老師講解易錯題。

3.學生接收課后作業，課下完成。

作，培養學生語言組織能力和團結協作能力。

拓展提高環節是通過表現優異的學生帶動小組內的其他學生，鍛煉學生團結協作的精神和學生的自主思考能力，不同程度的學生還可以針對自己掌握的情況進行鞏固練習。

1.通過成果展示評價，督促學生正常學習進度。

2.通過公眾號答題，及時反饋學生的掌握情況，根據學生掌握情況強調本節課重難點，加深學生理解。

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NPN輸出特性曲線圖

2.設置微助教現場答題環節。

練習1：測得一個三極管的三個電極a、 b、c的對地電位分別為-12—.2V 試分析a、b、c中哪個是基極、發射極？

練習 2：測得 IB=40pA 時，IC=1m； IB=30 u A時，IC=2.4mA,則該管的交流電流系數為多少?

教師對于微助教公眾號中學生出錯率高的練習題進行講解。

3.布置書上第一個練習題為課后必做作業，第六個練習題為選做作業。 3.布置課后作業進行鞏固。

課后評價與反思教師進行出勤、課中觀察、作業評判與成果展示、小程序考核、思想政治素質評價以及課堂觀察等過程性評價。學生進行自我評價、小組評價、對教師進行課堂表現評價。 1. 進行多元化的評價，讓評價始終貫穿了教學的全過程。

2. 學生全面了解自己的情況，針對性地自主學習，自我提升。教師總結歸納學生課堂表現以及學生對教師的評價進行反思自我，能夠做

到揚長避短、

快速提高。

5.3教學實驗案例二：單管低頻放大電路調試

5.3.1 教學課題分析

課型新授課課時 3

教材分析本課程教材選用高等教育出版社出版，由陳振源主編的《電子技術基礎》第二版。本節課講授的內容是本書第二章實驗技能訓練二內容“單管低頻放大電路調試”。單管低頻放大電路即三極管放大電路，它是電子專業學科最基本、最重要的部分，是模擬電子技術的核心。由前面晶體三極管仿真實驗的分析以及三極管放大電路的理論講解為本章節做鋪墊，通過虛擬仿真實驗鞏固理論知識，提高認識。

本節知識目標 ①掌握單管低頻放大電路的組成；②掌握三極管放大電路的特性；③ 掌握三極管波形的調試。

學情分析中職一年級學生的學習興趣不高，學習態度不夠端正，但是好奇心重，樂于動手操作，喜歡直觀表達的內容，本研究通過虛擬仿真實驗驅動教學，與學生產生互動，達到學生能夠主動學習、掌握知識的教學效果。

教學重點、難點教學重點：掌握單管低頻放大電路的組成，掌握三極管放大電路的特

性，學會判斷靜態工作點設置是否合理，掌握三極管放大電路的分析；

教學難點：掌握三極管放大電路的特性，學會判斷靜態工作點設置是

否合理，掌握三極管放大電路的分析；

教法、學法教法：講授法、貫穿-互動式仿真教學法、做中學教學法、任務驅動

法、啟發引導式教學法、多媒體教學法

學法：仿真實驗操作（觀察與動手操作兼容并重）、自主探究、互動

合作（自學與合作學習相配合）

突出雙主作用，使用不同的教法和學法，根據學生的實際情況對教學

內容進行靈活運用。

5.3.2 教學設計實施過程

教學環節教師和學生活動設計意圖

教學準備教師活動：

1.教師準備單管低頻放大電路的調試教學課件。

2.在微助教公眾號上上傳，并確定單管低頻放大電路調試實驗。

3.下達小組分工任務：收集單管低頻放大電路組成和工作原理資料、搭建電路、相關測量實驗仿真和數據記錄。

學生活動：

1.學生準備的是進行分組，進入本節課程主題。

2.學生接受學習任務并進行合理的分工。通過教師和學生的課前準備，為實驗技能訓練的進行打下基礎。

預習新知教師活動：

1.教師解答分工問題，并進行任務分組情況統計。

2.與學生交流，了解學生預習情況。

學生活動：

1.學生通過單管低頻放大電路的調試教學課件的引導，建構情境，預習新課。

2.學生與學生、小組和小組之間進行交流與探究。 1.教師掌握學生預習情況，有針對性地解決教學問題。

2.課前學生通過教學課件的引導，在創設的這個學習情境中，小組內合作探究，探索新知，實現生生互動，達到激發學生學習積極性的效果。

1.新課導入。

教師活動：

（1）教師通過展示之前理論教學的擴音器圖片以及了解到的放大電路的三種接法，分別是：共發射極、共集電極、共基極放大電路，本節實驗課程以共發射極基本放大電路為研究對象，設置單管低頻放大電路的調試實驗。

虛擬仿真實驗教學

-E

三極管在放大電路中的三種基本接法

a共發射極接法

b共集電極接法 c共基極接法

（2）接著進行單管低頻放大電路組成和工作原理的講解。輸入信號通過電容C1引起電流Ib的變化，接著使電流Ic發生變化且Ic= B *Ib。又因為Uceq=Ucc-Ic*Rc，Uceq產生的變化量經由耦合電容C2傳送到輸出端即輸出電壓Uo。電路參數的不同選擇,可得到被放大不同倍數的輸出電壓，達到放大目的［105］。然后通過虛擬仿真實驗的方式進行教學活動。

學生活動：

學生通過教學課件圖片導入入學習環境。學習單管低頻放大電路組成和工作原理。

2.仿真探討（輔以多種教學法）。

教師活動：

（1）教師提供單管低頻放大電路原理圖。指導學生搭建該虛擬電路。

（2）教師講解靜態工作點的分析并指導學生進行靜態工作點的

調整。設置輸入端輸入1kHz低頻信號，再從10mA逐漸增加

采用回顧舊知以及圖片導入的方法，創設情境，使學生產生親切感和探索欲，從而把學生帶入新課學習。

1.放大電路的分析通過虛擬仿真實驗將理論和實踐相結合，鞏固理論公式推導,

Vi的電壓幅度，直到輸出波形不失真為止，然后改變Rp的值, 使得不失真波形幅度最大，測得 ICQ、 VCEQ 的值，在實驗表 1 中記錄波形圖和測量數據。接著讓學生根據推導公式進行計算，和實驗所測數據進行比較，驗證理論知識，熟悉工作過程。

（3）教師使用任務驅動法。布置任務：接入負載RL，接入 20mV/1kHz 低頻信號，仿真并調試截止失真波形、飽和失真波形以及放大倍數的測量。第一，觀察截止失真波形。學生小組分工合作，將 Rp 的值調大,使輸出波形頂部能夠出現約 1/3 的切割失真時，保存并在實驗任務書上畫出波形圖，測量此時靜態工作點 ICQ、 VCEQ 及 Rp 阻值,在下表中記錄下來。第二，觀察飽和失真波形。學生小組分工合作，將 Rp 的值調小,使輸出波形底部能夠出現約 1/3 的切割失真時，保存并在實驗任務書上畫出波形圖，測量此時靜態工作點Icq、Vceq及Rp阻值,在下表中記錄下來。運用仿真實驗-觀察-探索法了解靜態工作點對輸

第三，放大倍數測量仿真實驗。在進行這個任務之前，教師理論講解不同情況怎么畫等效電路，并運用估算分析法估算交流參數。實驗以接不接入負載電阻RL=3k。為條件，輸入 10mV/1kHz 的信號，測得相應的輸入、輸出電壓，得出相應的電壓放大倍數Av，將結果記錄到下表中。再組織學生用公式計算得出結果與實驗結果比較，熟悉理論分析過程。

1）學生認真聽教師對靜態工作點分析的理論講解，利用

單管低頻放大電路仿真原理圖

（2）跟隨教師的指導調整靜態工作點，得到幅度最大且不失真

的仿真波形。測得Icq、Vceq的值。

（3）學生小組接受任務，調試仿真截止失真波形和飽和失真波形分別得到相應的仿真波形圖，測量此時靜態工作點 ICQ、 VCEQ 及 Rp 阻值。

截止失真波形圖

飽和失真波形圖

靜態工作點Icq、Vceq及Rp阻值

（4）學生學習估算分析法，做放大倍數測量仿真實驗。接不接入負載電阻RL=3k Q為條件，輸入10mV/1kHz的信號，分別測得相應的輸入、輸出電壓數據和波形，得出相應的電壓放大倍數Av，并進行公式計算得出電壓放大倍數與實驗結果比較。

接入負載電阻相應的輸入、輸出電壓波形

接入負載電阻相應的輸入、輸出電壓數據

未接負載電阻相應的輸入、輸出電壓波形

3.指導內化、知識內化。

教師活動：

教師在學生完成單管低頻放大電路靜態工作點對波形的影響以及放大倍數測量的仿真實驗過程中，給予指導，啟示誘導學生開展仿真實驗活動。

學生活動：學生根據教師的指引開展虛擬仿真實驗學習活動，做任務時，主動探究，在學習過程中及時給予反饋。

4.互動答疑。

教師活動：

1.教師根據仿真案例教學過程出現的仿真操作不當，以及仿真結果錯誤等問題，如器件疊放、電路線沒有連接上、仿真值設置錯誤等問題給出解決方法。

2.在學生完成單管低頻放大電路靜態工作點對波形的影響的仿真實驗后，先讓學生思考為什么會出現波形失真的現象以及怎么改善，再給出相應的答案。（工作點設置過低，進入截止區，通過減小電阻，消除截止失真。飽和失真則反之。）

3.在學生完成放大倍數測量仿真實驗后，提出“為什么接入負載電阻，放大倍數會減小？”學生給出自己的見解，教師再進行解答。（輸出電阻變小，輸出電壓變小，放大倍數則會減少。同學們通過理論公式有可以得出對應關系。）

學生活動：

學生針對仿真實驗出現的問題以及理解不夠透徹的知識點進行小組之間交流、學生之間交流，之后與老師進行探討，解決問題。案。實現生生互動、師生互動、人機互動，活躍氛圍，提高學生學習興趣，鍛煉學生的邏輯思維能力和表達交流能力。

5.總結歸納

教師活動：

教師讓學生以小組為單位派出一名代表發言總結，每個小組依次補充，最后教師總結：輸入信號通過電容C1引起電流Ib的變化，接著使電流Ic發生變化且Ic= B *Ib。又因為Uceq=Ucc-Ic*Rc， UcEQ 產生的變化量經由耦合電容 c2 傳送到輸出端即輸出電壓 Uo。電路參數的不同選擇，可得到被放大不同倍數的輸出電壓，達到放大目的。Rp調大使得工作點設置過低，進入截止區，形成截止失真，通過減小電阻，消除截止失真。飽和失真則反之。加入負載后，輸出電阻變小，輸出電壓變小，放大倍數則會減少。

學生活動：

學生通過小組討論方式進行總結，隨后派出代表發言。認真聽取老師的歸納總結。通過小組合作，培養學生語言組織能力和團結協作能力。

拓展提高教師活動：

教師給學生下達任務：是否加入旁路電容 ce 對放大倍數的影響。得出兩種情況的輸入、輸出電壓以及放大倍數數據及波形。選做任務記作過程性評價。掌握程度好的學生帶動小組內其他學生完成任務。

學生活動：通過“是否加入旁路電容 ce 對放大倍數的影響”這一升級任務使表現優異的學

檢測鞏固

畫出對應虛擬電路，測出數據。畫出等效電路，進行公式計算，驗證實驗結果。填入表格中。

教師活動：

1.教師通過課堂任務展示，進行點評和激勵。

生帶動小組內其他學生，提升基礎薄弱學生的能力，鍛煉學生自主思考能力和團結協作的精神。不同程度的學生還可以針對自己掌握的情況進行鞏固練習。

1.通過成果展示評價，督促學生正常學習進度。

2. 通過公眾號答題，及時反饋學生的掌握情況，根據學生掌握情況強調本節課重難點，加深學生理解。

3. 本節課后作業是一個開放性的作業，使學生

pwr=1».obJ'rr

pwr=1436/m

10u

未加旁路電容 Ce 電路圖

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If!

50u

未加旁路電容 ce 輸入、輸出電壓波形圖

能夠主動起來，為學生以后終身學習打下一個良好的基礎。

未加旁路電容 ce 輸入、輸出電壓數據

2.設置微助教現場答題環節。

練習1：輸出波形頂部出現被切割的情況，屬于何種失真？ Rp 需要調大還是調小消除失真？（答案：截止失真，調小）

練習2：斷開射極電阻的旁路電容Ce使放大器的放大倍數增大還是減小？（答案：減小）

3.開放性作業,查找 1-2 個生活中較簡單的，具有放大器作用的電子產品電路圖, 了解三極管放大電路的作用。

學生活動：

（1）學生以小組為單位發表各組的實驗結果。

（2）通過微助教公眾號現場答題。聽取老師講解易錯題。

3）學生接收課后作業，課下完成。

課后評價與反思教師活動：

教師進行出勤、課中觀察、作業評判與成果展示、小程序考核、思想政治素質評價、教師通過課堂觀察進行評價等過程性評價。學生活動：

學生進行自我評價、小組評價、對教師進行課堂表現評價。 1.進行多元化的評價，讓評價始終貫穿了教學的全過程。

2.學生全面了解自己的情況，針對性地自主學習，自我提升。教師總結歸納學生課堂表現以及學生對教師的評價進行反思自我，能夠做到揚長避短、快速提高。

5.4教學實施案例三：集成運算放大器應用

5.4.1 教學課題分析

課型新授課課時 3

教材分析本課程教材選用高等教育出版社出版，由陳振源主編的《電子技術基礎》第二版。本節課講授的內容是本書第六章實驗技能訓練六“集成運算放大器應用”。集成運算放大器是目前應用的最廣泛的集成放大器，出現在我們生活的方方面面，是學習電工電子專業的學生必須掌握的實驗內容。

本節知識目標 ①熟悉集成運放的引腳排列和功能;②掌握集成運放組成的兩種基本輸入形式的結構特點和主要性能:反向比例運算器；同向比例運算器。

學情分析中職一年級學生學習興趣不高，學習態度不夠端正，但是好奇心重，樂于動手操作，喜歡直觀表達的內容，本研究通過虛擬仿真實驗驅動

教學，達到學生能夠主動學習、掌握知識的教學效果。

教學重點、難點教學重點：熟悉集成運放的引腳功能，集成運放組成的兩種基本輸入形式的結構特點、主要性能以及公式計算：反相比例運算器、同相比例運算器；

教學難點：集成運放組成的三種基本輸入形式的結構特點和主要性能：反相比例運算器、同相比例運算器、反相加法運算器的結構及計算；

教法、學法教法：講授法、貫穿-互動式仿真教學法、探究式教學法、任務驅動

法、啟發引導式教學法、多媒體教學法

學法：仿真實驗操作（觀察與動手操作兼容并重）、自主探究、互動

合作（自學與合作學習相配合）

突出雙主作用，使用不同的教法和學法，根據學生的實際情況對教學

內容進行靈活運用。

5.4.2 教學設計實施過程

教學環節教師和學生活動設計意圖

教學準備教師活動：

1.教師準備集成運算放大器應用教學課件。

2.在微助教公眾號上上傳，并確定集成運算放大器應用實驗。

3.下達小組分工任務：回顧并收集集成運算放大器應用資料、搭建電路、相關測量實驗仿真和數據記錄。

學生活動：

1.學生準備的是進行分組，進入集成運算放大器應用實驗課程主題。

2.學生接受學習任務并進行合理的分工。通過教師和學生的課前準備，為實驗技能訓練的進行打下基礎。

預習新知教師活動：

1.教師解答分工問題，并進行任務分組情況統計。

2.與學生交流，了解學生預習情況。

學生活動： 1.教師掌握學生預習情況，有針對性地解決教學問題。

2.課前學生

虛擬仿真實驗教學

1.學生通過集成運算放大器應用實驗教學課件的引導，建構情境，預習新課。

2.學生與學生、小組和小組之間進行交流與探究。

1.新課導入。

教師活動:

（1）復習提問:同學們回憶一下理想運放的兩個特點分別是什么［106］？學生回答虛短和虛斷后，通過 PPT 給出反向比例運算器、同相比例運算器和反相加法運算器的電路圖及運算公式，引導學生去推導公式，在這個基礎上告訴學生們接下來進行實驗驗證，更加明白并熟記其中的公式推理。

通過教學課件的引導，在創設的這個學習情境中，小組內合作探究，探索新知，實現生生互動，達到激發學生學習積極性的效果。

采用提問和 PPT 圖片導入的方法，回顧舊知，創設情境，學習理論，導入實驗。

使學生對本節實驗內容產生一種親切感及求知欲，提高學生動手操作的積極性。

RP=R1〃RF"

i 1 =-U-/Rl =-U+/Rl =-l'l /R1+，

U-=l；+=Ul”

iF=(Ul-UO)/RF il = iF”

Af=Uo/Ui=l+RF Rl^'

一.加法運算電路

1.反相加法器：

（2）講解集成電路是國家大力發展的一個方向，我國近些年不斷進步的同時也要看到差距，目前我國 Ic 設計總體處于中低端，存儲器等高端通用芯片技術相差有些大， cadence 軟件的應用包含電子設計的方方面面，學習如何使用并且應用到這些實驗中，使得知識直觀，易于理解。看到集成電路發展的同時，也看到差距。希望學生能夠樹立改變這一現狀的目標，肩負科技興國、責任擔當的使命。

學生活動：

學生通過提問回顧舊知，教學課件圖片導入以及教師的講解學習反向比例運算器、同相比例運算器和反向加法運算器的電路圖及運算公式，懷著強國有我的心情，準備進行實驗操作。

教師活動:

（1）教師提供集成運放LM741外形圖。講解每個引腳的功能,

雙擊LM741外形圖可以看到搭建好的內部電路圖，引起學生關

注，了解其內部構造，并引導學生搭建集成運放虛擬電路。

（2）教師下達任務。第一，將運算放大電路改成反相比例運算器,按照原理圖圖示連接，并且設置V為-0.4V、-0.2V、+0.2V、 +0.4V,分別測出對應的Vo。記錄在下表中，并進行公式計算與實驗結果相比。

（1）聽教師講解集成運放LM741每個引腳的功能，了解LM741

內部電路圖，知其內部構造，加深理解。

（2）學生小組接受任務利用 Cadence 軟件搭建反相比例運算器仿真原理圖,檢查電路無誤后，接入電源，輸入電壓 VI 依次為 -0.4V、-0.2V、+0.2V、+0.4V,測輸出電壓并進行數據記錄，熟悉公式，將計算值與實驗結果相比。

輸入-0.4V電壓，輸出電壓Vo的值

輸入四個不同的電壓值，得到的輸出電壓波形數據圖

（3）學生小組接受任務，利用 Cadence 軟件搭建同相比例運算器仿真原理圖，檢查電路無誤后，接入電源，輸入電壓Vi依次為 -0.4V、-0.2V、+0.2V、+0.4V，測輸出電壓并進行數據記錄，熟悉公式，將計算值與實驗結果相比。

同相比例運算器仿真原理圖

ADE L (1) - LM741-TST ZT_LM741_fct schematic _ 口 x

Launch Session Setup Analyses Variables Outputs Simdation Results Tods Calibre Help

輸入-0.4V電壓，輸出電壓Vo的值

3.指導內化、知識內化。

教師活動：

教師在學生完成反相比例運算器和同相比例運算器仿真實驗過程中，給予指導，啟示誘導學生開展仿真實驗活動。

學生活動：學生根據教師的指引開展虛擬仿真實驗學習活動，

做任務時，主動探究，在學習過程中及時給予反饋。

4.互動答疑。

教師活動：

教師根據反相比例運算器和同相比例運算器仿真案例教學過程出現的仿真操作不當，以及仿真結果錯誤等問題，如器件疊放、電路線沒有連接上、仿真值設置錯誤等問題給出解決方法。

學生活動：

學生針對反相比例運算器和同相比例運算器仿真實驗出現的問題以及對計算公式不理解的地方進行小組之間交流、學生之間交流，之后與老師進行探討，解決問題。

提高學生學習興趣，鍛煉學生的合作探究能力和表達交流能力。

5.總結歸納教師活動：教師讓學生以小組為單位派出一名代表發言總結，每個小組依次補充，最后教師總結：反相比例運算器的放大倍數與 Rf 和

R1的數值有關，公式為Vo=- (Rf/R1) Vi。同相比例運算器的放大倍數也與Rf和R1的數值有關，公式為Vo=- (1+Rf/R1) Vi。

學生活動：學生通過小組討論方式進行總結，隨后派出代表發言。認真聽取老師的歸納總結。通過小組合作，培養學生語言組織能力和團結協作能力。

拓展提高教師活動：教師給學生下達任務。按照原理圖圖示搭建反相加法運算器，檢查電路無誤后，設置Vi1和Vi2分別為-0.4V、-0.2V、+0.2V、 +0.4V這組數據，測出對應的Vo,記錄在表格中。選做任務記作過程性評價。掌握程度好的學生帶動小組內其他學生完成任務。通過反相加法運算器這一升級新任務使表現優異的學生帶動小組內其他學生，提升基礎薄弱學生的能力，鍛煉學生自主思考能力和團結協作的精神。不同程度的學生還可以針對自己掌握的情況進行鞏固

輸入電壓Vi1 -0.4V -0.2V 0.2V 0.4V

輸入電壓Vi2

輸岀

電壓

Vo 計算值 Vo=-( Rf /R1) *( Vi1 和 Vl2)

實測值

學生活動：

畫出對應虛擬電路，得出數據。進行公式計算，驗證實驗結果。填入表格中。

練習。

檢測鞏固

教師活動：

（1）教師通過課堂任務展示，進行點評和激勵。

lloN I s—TmN—LLHSdHO

「TInN—舅底0.叫 ■ - ■ ■BT_ ■ • ■ •齊丄'41

反相加法運算器電路圖

ADE L (1) - LM741-TST ZT_LM741_fct schematic

Launch Session Setup Analyses Variables Outputs Srnulation Results Tods Calibre Help

cadence

,lllS妒I JT —竝倉包E

3(5) Choose Analyses

| Status: Ready | T=27 C | Smulaton spectre | State:spectre state 1

Outputs

1. 通過成果展示評價，督促學生正常學習進度。

2. 通過公眾號答題，及時反饋學生的掌握情況，根據學生掌握情況強調本節課重難點，加深學生理解。

3. 本節課的課后作業第一問設計出電路圖為必做作業，第二問設計步驟以及實驗表格為選做作業，給不同層次的學生不同的發展空間。

Vii和Vi2分別輸入-0.4V和-0.2V電壓，輸出電壓Vo的值

輸入四組不同的電壓值，得到的輸出電壓波形數據圖

2）設置微助教現場答題環節。

練習1：如何改變比例運算電路的比例關系？（答案：改變R1- 和Rf的比例即可）

練習 2：應如何保證運算電路同相輸入端與反相輸入端的輸入電阻平衡？（答案：同相輸入端和反相輸入端看出去的電阻相等，平衡電阻如反相比例運算器的R2,同相比例運算器的R2, 反相加法運算器的 R3）

（3）布置一道課外作業，用LM741組成一個減法比例運算電路, 符合Vo=10 （V12-V11）規律，畫出電路，并且能夠設計出實驗步驟和表格。

學生活動：

1）學生以小組為單位發表各組的實驗結果。

2）通過微助教公眾號現場答題。聽取老師講解易錯題。

3）學生接收課后作業，課下完成。

教師活動：

教師進行出勤、課中觀察、作業評判與成果展示、小程序考核、思想政治素質評價、教師通過課堂觀察進行評價等過程性評價。

學生活動：

學生進行自我評價、小組評價、對教師進行課堂表現評價。 2.學生根據評價針對性自主學習。教師總結歸納學生課堂表現以及學生對教師的評價進行反思自我，能夠做到揚長避短、快速提高。

5.5實施結果分析

5.5.1 期末成績分析

進行兩個班級期末成績分析，如圖 5-1 為對照班成績圖，如圖 5-2 為實驗班成績圖。第四章提到的過程性評價占 50%加上期末考試成績的50%形成了實驗班的總評成績。對照班級的總評成績是平時成績 40%加期末考試成績 60%，平時成績指出勤、作業和實驗操作，其中出勤和作業占總評成績的 20%，實驗操作占總評成績的 20%。

A i B C D E i F i G | H i I

L』N 0 P i Q i R

2本班應彗加考試人數：21

3~fe7

實際參加考試人數：21

0 人I補考：0

69.13

試卷分析

s fee

成績•分布直方圖

他1概

14.洌

教研組長

53說明：1、學生學號、姓名不得隨意填寫或改變位蚤。

2、除“緩考”外，其余學生均計入班級考核總人數中。

7試題類理填空題I單選題判斷題簡答題應用題

鑽電子技術基礎》整本書

80.95%

1 •本班學生為中職一年級學生，自控力較差，學習稹極性不足，但在教師引導下，基本可以完成埶學任務。

2•本次試卷難度適中，瑕格率居中，優秀率偏低。

3•本課程為理論和實趺結合課程，應注重提高學生的課堂聽課率，也需要更加注重實際操作，骨促學生操作練習，關注每個學生的個體差異，對實驗換作熟練的同學應標出更高要求。

圖 5-1 對照班成績圖

H | B | C | D | E

1 ■ ■ ■ ■ 纟|本班應參加考試人數:23

〔〕 A I曠考;

期末考試平均成績

總評平均成績

實際參加考試人數：弟彗考： 0 人|補考：〔）育.蘢 86.97

試卷分

8配分

成績•分布直方圖

8去自峽

鑽電子技術基礎》整本書

教研組長

7試題類理填空題I單選題判斷題簡答題應用題

圖 5-2 實驗班成績圖

91.30%

1 •本班學生為中職一年級學生，自控力較差，學習稅極性不足，但在教師引導下， JS過虛擬仿真實驗教學方式，基本可以完成教學任務。

2•本次試卷難度適中，瑕格率中等偏上，優秀車尚可。

為了清楚地展現兩個班級的期末考試成績和總評成績情況，繪制成績對比直方圖進行觀察，如圖 5-3 所示。

成績對比直方圖

■實驗班 ■對照班

圖 5-3 成績對比直方圖

從直方圖中不難看出對照班期末考試及格率為 76.19%，實驗班期末考試及格率為 82.61%，在期末優秀率、總評及格率、期末考試平均成績和總評平均成績中，兩班的成績差距已經很明顯了，實驗班的這些數據數據都高于對照班。由此得知，虛擬仿真實驗教學方式對于整體學生的學習是有幫助的。

5.5.2 問卷調查數據統計與分析

對實驗班和對照班發放不同的問卷，實驗板設計的問題項更多，而對照班設計的題項較少且與此次虛擬仿真教學方式無關。

1.首先通過對兩個班關于學習興趣、學習效果、綜合能力、動手操作能力的數據統計，得出相關結論，如圖5-4所示。

相關調查對比圖

■實驗班 ■對照班

圖 5-4 相關調查對比圖

由圖 5-4 可知，實驗班對電子技術基礎課程的學習興趣明顯高于對照班。針對前期問卷中高年級提出的學習起來較為困難的內容對兩個班級進行調研，發現實驗班對難點內容掌握情況為 91.3%，對照班掌握情況為66.67%，這反映出虛擬仿真實驗驅動的教學提高了學生的學習效果。兩個班級的綜合能力作比較，整體上來看實驗班綜合能力明顯提升，對照班通過傳統方式教學很難達到迅速的提升。但是有一個方面即實踐能力，對照班實踐能力明顯優于實驗班。不僅僅是這個數據，還體現在實驗課上，讓兩個班的學生同時去做一個反相減法運算器，經常進行實際操作的對照班完成度普遍比實驗班的好，調查結果提示我們，實驗課上為緩解實驗器材短缺或者其他一些原因運用虛擬仿真實驗教學之后，應該注意虛實結合，做到線上線下兩不誤，培養學生成為技能型人才。而在理論教學上，實驗班做到了理論聯系實際即理論與仿真實驗同步進行，對照班理論則較為薄弱，反映在實驗課上只知道按照步驟操作，對理論理解云里霧里，需要通過仿真軟件的運用加強理論知識學習。

2.實驗班發放的問卷問題項還包括學生對于虛擬仿真實驗教學方式的看法以及期待。下面對這兩個問題項進行分析。

（1）學生對于虛擬仿真實驗教學方式的看法分析。

表5-1 內容契合度

題目選項人數百分比

A.符合 14 60.87%

您認為老師在課堂上布置的任務與課程 B.基本符合 6 26.09%

內容的契合度大嗎? C. 一般 3 13.04%

D.不符合 0 0.00%

表 5-2 目前教學方式的滿意度

題目選項人數百分比

A.非常滿意 16 69.57%

您對目前電子專業課程使用虛擬仿真實 B満意 5 21.74%

驗教學方式是否滿意? C. 一般 2 8.67%

D.不滿意 0 0.00%

表 5-3 虛擬仿真軟件使用困難度

題目選項人數百分比

A.沒有困難，很容易掌握 10 43.48%

B.有一定困難，但可以解決 9 39.13%

您覺得使用虛擬仿真軟件是否存在困難? C.有困難，很難掌握 4 17.39%

D.很困難，無法掌握 0 0.00%

通過學生對虛擬仿真實驗教學方式的看法分析，本次教學內容是貼合課程要求； 69.57%的學生對虛擬仿真實驗教學方式感到非常滿意，21.74%的學生滿意，說明學生喜歡這種教學方式，應該多運用；而關于學生使用虛擬仿真軟件是否困難的問題上，有 39.13% 的學生覺得有一定困難，但是可以解決，有 17.39%的學生認為有困難，很難掌握，因此在開展虛擬仿真實驗教學時，應該多指導學生電腦軟件操作，將該學習工具發揮好它輔助教學的作用。

（2）學生對于此次虛擬仿真實驗教學方式的期待

表 5-4 將此教學方式應用到其它課程的意愿度

題目選項人數百分比

A.希望 13 56.52%

您希望將虛擬仿真實驗驅動的貫穿-互動 B.希望 8 34.78%

式仿真教學法運用于其他相關專業課程 C. 一般 2 8.70%

的教學中嗎?

D.不希望 0 0.00%

根據表 5-4的統計數據可知，學生非常愿意將虛擬仿真實驗驅動的貫穿-互動式仿真教學法運用于其他相關專業課程的教學中，說明該教學方式深受學生喜愛。之后隨著研究的深入，教師應完善該教學方式并推廣。

5.6本章小結

本章節介紹了實驗教學設計，然后對實驗班的案例實施過程進行詳細表述，最后通過實驗班和對照班的成績對比以及調查問卷的數據分析，得出虛擬仿真實驗教學提高了學生的學習興趣、學習效果，提升了學生綜合能力，并且調查了學生對該教學方式推廣的意愿度，學生非常樂意將虛擬仿真實驗驅動的貫穿-互動式仿真教學法運用于其他相關專業課程的教學中，可以驗證本研究是可行性和值得借鑒的。

第 6 章結論與展望

6.1研究結論

本文從研究背景出發，根據虛擬仿真技術與教學理論結合在國內外教育上的應用情況，探討虛擬仿真實驗驅動的教學方法在中職電子技術專業課程的可行性，以中職《電子技術基礎》課程為例，對該課程的內容進行相關實驗教學設計，結合建構主義學習理論、做中學理論、掌握學習理論和教學設計理論，利用 Cadence 仿真軟件，提出虛擬仿真實驗驅動的貫穿-互動式仿真教學方法，設計出“雙主三段六環節”的教學流程，并將幾個典型實驗教學案例設計進行實施。具體包括以下研究成果：

（1）通過分析虛擬仿真技術在國內外教育中的應用現狀，發現國內中等職業學校電子信息類專業缺乏對虛擬仿真技術的應用，根據電子信息類專業課程理論性、實踐性強的特點、中職學生的學習現狀以及教學現狀問卷調查可知，虛擬仿真技術在中職電子信息類專業課程運用的必要性，提出虛擬仿真實驗與教學理論結合的教學方法以及教學設計改革的想法。

（2）結合建構主義學習理論、做中學理論、掌握學習理論和教學設計理論，開展電子課程虛擬仿真實驗教學設計研究，創新性的提出教學設計方案，一是將傳統教學模式轉變為“教、學、做與考”一體化的教學模式，二是區別于一般教學方法的貫穿-互動式仿真教學方法，將課程的理論和實驗內容都以虛擬仿真實驗的形式展開，設計出“雙主三段六環節”的教學流程圖，從理論出發，進行幾個典型實驗教學案例設計，提出其實施的可行性。

（3）將虛擬仿真實驗教學案例設計應用于教學實踐中，分別對理論內容和實踐內容進行實驗教學，檢驗該教學活動設計效果。選取水平相當的兩個班級進行對照實驗，開展為期三個月的教學實踐，并通過兩個班級學生的期末成績和實驗班教學效果調查問卷結果分析，驗證可行性。

（4）通過數據統計分析，檢驗虛擬仿真實驗驅動的貫穿-互動式仿真教學方式即“雙主三段六環節”教學設計的可信性，可得出：

①虛擬仿真實驗教學案例設計的實施可以把抽象的知識以圖形、波形等形式展現出

來，而且能夠促進學生之間的交流，改善基礎偏差的中職生學習狀況，這對于改善中職電子課程教學現狀是合理有效的。

②虛擬仿真實驗教學案例設計的實施有助于端正學生學習態度，激發學生的學習興

趣。根據問卷中數據顯示，近 82.61%的學生喜歡上《電子技術基礎》課程，在課上注意力更加集中，愿意回答老師問題，證明改善了電子專業課堂學習情況。針對難度大的課程內容，實驗班的學習效果優于對照班。

③虛擬仿真實驗教學案例設計的實施有助于提高學生的自主探索能力，學生計算機操作能力、團隊協作能力和分析問題并解決問題能力也得到了提升，可見，該教學的實施有利于學生綜合能力的提高。

筆者提出了虛擬仿真實驗與教學理論結合的教學方法以及不同于傳統教學設計流程的想法，對該想法如何應用進行了詳細的表述，并應用于實踐，得到良好的教學效果，改變傳統教學課堂模式，為中等職業學校電子信息類課程教學改革、改進技能型人才培養模式提供一些參考。

6.2不足與展望

筆者對本課題的研究存在一些不足，主要是因為時間問題和能力有限，研究的不夠深入。筆者只選取了一所學校進行實踐，調查樣本較少，數據存在一定的局限性。由于教學時間的限制，對于本教學設計的研究中，虛擬仿真實驗教學案例不夠全面，本人教學經驗不足導致對學生的管理不夠有效，教學過程中的觀察不夠仔細，對教學實踐效果有一定的影響性。教師要加強對自我的培養，與時俱進，豐富自己的內涵，加強對虛擬仿真教學方式的開發，發揮教師的主導性。特別是注重電子課程與思政教育有機結合，學生通過課堂上的學習樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀。教師要合理的選擇虛擬仿真軟件輔助教學，實驗課程應該秉承虛實結合的理念，做到虛擬仿真實驗教學后，進行實際實踐操作，更貼合實際。

總之虛擬仿真實驗教學設計亟待完善，實施范圍有待擴展，虛擬仿真實驗驅動的方式應用還需要更多的教學資源，將思政教育以潤物細無聲的方式滲透其中也是亟需研究的一個方向，這些問題還需要進一步研究和解決。筆者還需要在今后繼續努力，彌補不足，并在教學理論的支撐下，探索出虛擬仿真技術與電子課程融合的最佳方式，以達到更好的教學效果，為中等職業學校電子信息類課程教學改革、改進技能型人才培養模式作出貢獻。

參考文獻

[1]俞智炯.職業學校電子專業實習教學模式的改革探索與實踐J].學園，2016(08): 159-160.

[2]陽興見，雷菊華.電子技術應用專業人才需求調研報告J].電子制作，2015(07): 111.

[3]蔡毅.加強實訓教學提高職業技能一一對中職學生實訓課教學的探討J].課程教育研究，2013 (35): 224.

[4]國務院印發《國家職業教育改革實施方案》J].教育發展研究，2019,39(03): 77.

[5]《關于加快發展現代職業教育的決定》 [J]. 職業技術教育， 2015(03): 67-68.

[6]《關于深化職業教育教學改革全面提高人才培養質量的若干意見》 [J]. 職業技術教育， 2016，37(0 3): 68.

[7]中共中央國務院印發《中國教育現代化 2035》 [N]. 人民日報， 2019-02-24.

[8]HUANG H， LIAW S， LAI C. Exploring learner acceptance of the use of virtual reality in medi cal education: a case study of desktop and projection-based display systems[J]. Interactive Learning E nvironments， 2016，24(1).

[9]林效廷.論建構主義學習理論及其應用尺度[J].平原大學學報，2002(03): 25-26.

[10]伍能英.中職院校電工電子教學創新發展的路徑探索[J].內燃機與配件，2019(23): 296-297.

[11]黃友庚. 5G 智聯世界，用芯構造未來——第十八屆中國通信集成電路技術應用研討會暨無錫集成電路創新峰會成功舉辦[J].中國集成電路，2020,29(10): 18-21.

[12]YAJUAN J， LISHA S， JIANGPING N， et al. Research on Modelling and Analysis of Electrical Virtual Simulation SCM Experimental Platform[J]. Journal of Physics: Conference Series， 2021，1865

(2).

[13]XIE J， LIU B， HE Y， et al. Teaching Reform of Electronic Courses Based on Virtual Technolo gy[J]. International Journal of Social Science and Education Research， 2021，4(7).

[14]鞠燕.疫情背景下電工電子技術課程思政教育的探索J].化學工程與裝備，2021(11): 308-310.

[15]王娟，陳瑤.資源建設新形態:虛擬仿真資源的內涵與設計框架J].中國電化教育，2016(12): 91-9 6.

[16]ABDULLAH N S Y， YAACOB M I H. I-Virtual lab kit with microcomputer-based laboratory (MBL) system for basic electronics[J]. Journal of Physics: Conference Series， 2019，1185(1).

[17]董艷雯.仿真法在中職《模擬電子技術》教學中的應用研究[D].華中師范大學，2016.

[18]SIERRA L M B，GUTIERREZ R S，GARZON-CASTRO C L. Second Life as a support eleme nt for learning electronic related subjects: A real case[J]. Computers & Education， 2011，58(1).

[19]梁明艷.Multisim仿真軟件在中職《電子技術基礎》教學中的應用研究[D].四川師范大學，2007.

[20]藺智挺，彭春雨，朱家俊.模擬集成電路設計實訓[J].實驗室研究與探索，2015,34(02): 214-217.

[21]NMC地平線項目，龔志武，吳迪，等.新媒體聯盟2015地平線報告高等教育版[J].現代遠程教育研究， 2015(02): 3-22.

[22]王衛國，胡今鴻，劉宏.國外高校虛擬仿真實驗教學現狀與發展[J].實驗室研究與探索，2015,34 (05): 214-219.

[23]MAKRANSKY G, ANDREASEN N K, BACEVICIUTE S, et al. Immersive Virtual Reality Incr eases Liking but Not Learning With a Science Simulation and Generative Learning Strategies Promote

Learning in Immersive Virtual Reality[J]. JOURNAL OF EDUCATIONAL PSYCHOLOGY, 2021,113 (4): 719-735.

[24]RAN W, JINGLU L, QIJING Y. The Design and Development of Virtual Simulation Experimen t for Online learning: The Design and Development of Virtual Simulation Experiment for Online learn ing[C], 中國海南三亞, 2020.

[25]CAI S, WANG X, CHIANG F. A case study of Augmented Reality simulation system applicati on in a chemistry course[J]. Computers in Human Behavior, 2014,37.

[26]虛擬現實技術與系統國家重點實驗室簡介J].計算機研究與發展，2011,48(01): 17&

[27]阮靜.基于SolidWorks的機構運動方案設計虛擬實驗系統[D].西安理工大學，2004.

[28]周世杰，吉家成，王華.虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].計算機教育，2015(09): 5-11.

[29]LU Q, WANG Y, LI H. Simulation Teaching Method in "Engineering Optics": 14TH CONFER ENCE ON EDUCATION AND TRAINING IN OPTICS AND PHOTONICS (ETOP 2017)[Z]. Liu X, Zhang X C. 14th Conference on Education and Training in Optics and Photonics (ETOP): 2017: 1045

[30]趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學(F輯:信息科學),2009,39(01): 2-46.

[31]馬學條，程知群，鄭雪峰，等.電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的建設與實踐J].實驗技術與管理, 2018,35(11): 130-133.

[32]陳悅，陳超美，劉則淵，等. CiteSpace知識圖譜的方法論功能[J].科學學研究，2015,33(02): 242-2 53.

[33]王彩平.Proteus虛擬仿真軟件在中等職業院校電子信息類課程中的應用研究[D].河北師范大學， 2017.

[34]姬五勝，段揚，周偉偉，等.LabVIEW在中職電工電子虛擬仿真教學中的應用[J].職業技術，2020, 19(03): 74-78.

[35]鐘石根，朱麗敏，張良杰，等.虛擬現實技術在高職教育機電類專業課程中的應用J].無線互聯科技， 2020，17(06): 151-152.

[36]楊中興.電子專業虛擬仿真實訓基地建設研究[J].遼寧高職學報，2017,19(9): 66-68.

[37]LIN J， ZHANG Y. Research on the Application of Virtual Simulation Technology and Vocation al Education Teaching[J]. Journal of Physics Conference Series， 2020，1544(1).

[38]潘鋒.高職通信類專業虛擬仿真實訓教學研究[J].教育現代化，2017,4(47): 359-360.

[39]李敏，韓豐.虛擬現實技術綜述[J].軟件導刊，2010,9(06): 142-144.

[40]趙士濱.虛擬現實技術進入高校教學的研究與實現[J].電化教育研究，2001(02): 30-35.

[41]鄭軍龍，羅黎，嚴景明，等三維虛擬仿真技術應用于高職教學的研究J].電子世界，2012(20): 1 53-154.

[42]PARONG J， MAYER R E. Learning Science in Immersive Virtual Reality[J]. JOURNAL OF E DUCATIONAL PSYCHOLOGY， 2018，110(6): 785-797.

[43]L. F C. What Is Virtual Simulation?[J]. Clinical Simulation in Nursing， 2021，52.

[44]陳蓉.虛擬仿真軟件在中學物理教學中的應用研究[D].云南師范大學，2019.

[45]JIALI W. Research and Application of Virtual Certification Instruction——based on Virtual Sim ulation Practice: 2019年經濟、管理與數字化變革學術會議[C],中國山東濟南，2019.

[46]CHEN D， KONG X， WEI Q. Design and development of psychological virtual simulation exper iment teaching system[J]. COMPUTER APPLICATIONS IN ENGINEERING EDUCATION， 2021，29(2):

481-490.

[47]莊小東.虛擬仿真教學在中職電子類教學課改中的應用探索J].時代教育，2014(12): 143-14&

[48]YE Y， LV Q， WU M， et al. Reform and practice for photoelectric specialty experimental teachi ng based on virtual simulation experiment platform: 14TH CONFERENCE ON EDUCATION AND T RAINING IN OPTICS AND PHOTONICS (ETOP 2017)[Z]. Liu X， Zhang X C. 14th Conference on

Education and Training in Optics and Photonics (ETOP): 2017: 10452.

[49]王珊珊.中職物流實訓教學中虛擬仿真技術應用研究[D].廣東技術師范學院，201 &

[50]MIKROPOULOS T A， NATSIS A. Educational virtual environments: A ten-year review of empi rical research (1999-2009).[J]. Computers & Education， 2011，56(3).

[51]王金崗.虛擬現實技術在高職實踐教學中的應用研究[J].中國職業技術教育，2011(23): 76-80.

[52]SRIVASTAVA S， PRABHAKAR T V， ASSOC C M. Tradeoffs between Classical Conditioning， Learning by Imitation and Learning by Doing based on Lecture Architecture: ICIET 2020: 2020 8TH

INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFORMATION AND EDUCATION TECHNOLOGY[Z]. 8th International Conference on Information and Education Technology (ICIET): 202058-62.

[53]張艷，柏慶華，莊俊紅.建構主義學習環境下的教學設計J].中國科技信息，2008(08): 240-242.

[54]YAN B. Constructivist Learning Theory in the Study of Moral Education in P.E.Teaching: Const ructivist Learning Theory in the Study of Moral Education in P.E.Teaching[C]，泰國曼谷， 2016.

[55]何克抗.建構主義——革新傳統教學的理論基礎[J].科學課，2003(12): 22-23.

[56]HAWKINS M R. The Reassertion of Traditional Authority in a Constructivist Pedagogy[J]. Teac hing Education， 2000，11(3).

[57]吳秋芳.一項基于建構主義理論的中職計算機專業英語教學設計的研究[D].蘇州大學，2011.

[58]徐國慶.激進建構主義與職業教育的課程與教學改革[J].全球教育展望，2002,31(08): 51-55.

[59]陳威.建構主義學習理論綜述[J].學術交流，2007(03): 175-177.

[60]COFFMAN K M， IBRAHIM M， BRYL K， et al. Learning by Doing: Student Experiences in a Mixed Methods Research Course[J]. International Journal of Doctoral Studies， 2021，16.

[61]GADEKEN O. LEARN BY DOING[J]. Talent Development， 2021，75(4).

[62]VESCAN A. Does Learning by Doing Have a Positive Impact on Teaching Model Checking? P ROCEEDINGS OF THE 1ST ACM SIGSOFT INTERNATIONAL WORKSHOP ON EDUCATION T HROUGH ADVANCED SOFTWARE ENGINEERING AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE (EASEAI '19)[Z]. Vanderose B， Frenay B， Henry J， et al. 1st ACM SIGSOFT International Workshop on Educa tion through Advanced Software Engineering and Artificial Intelligence (EASEAI): 201927-34.

[63]約翰•杜威，趙祥麟，任鐘印，等.學校與社會•明日之學校J].教師，2017(11): 2.

[64]李明月，李德才.從實用主義教育到“生活教育”一一杜威與陶行知教育理論之比較[J].福建論壇 (社科教育版)， 2007(06): 47-50.

[65]COFFMAN K M， IBRAHIM M， BRYL K， et al. Learning by Doing: Student Experiences in a Mixed Methods Research Course[J]. International Journal of Doctoral Studies， 2021，16.

[66]MYERS J S， LEARY K J O. Learning by Doing: Improving and Adapting in Quality Improve ment Education[J]. The Joint Commission Journal on Quality and Patient Safety， 2019，45(8).

[67]KIM J. A Study on the Development of Learning by Doing based on Constructivism Learning Theory and Application of 3D Printing[J]. Journal of Basic Design & Art， 2018，19(5): 139-149.

[68]SMITH， D C， STUMP， et al. Ancient Pyramids Help Students Learn Math Concepts[J]. Tech D irections， 2010，70(1).

[69]JOHN， SMILEY K. Learn by doing， just like 4-H[J]. Southwest Farm Press， 2020.

[70]曲莉梅.倡導小組合作學習，構建高效課堂教學一一“學習金字塔”理論的啟示J].職業時空，201 4，10(07): 101-103.

[71]王艷.淺談“學習金字塔”理論在高中新課改的運用[J].科技信息，2013(14): 35&

[72]NGUYEN-VU T， MALVAR C， CHIN Y K， et al. Simulation-based mastery learning (SBML) fo r rapid acquisition of upper endoscopy knowledge and skills 一 initial observation[J]. VideoGIE, 2020,5 (6).

[73]王會娟.布盧姆掌握學習理論研究[D].哈爾濱師范大學，2011.

[74]喬桂娟，李楠楠.布盧姆“掌握學習”的理論釋義與現實啟示[J].教育科學研究，2018(05): 53-57.

[75]W. F V， R. H R， L. K C， et al. Gamified Nutrition Education with Mastery Learning and Spac ed Repetition Theory 一 Can Improve Nutrition Knowledge[J]. American Journal of Health Education,

2021，52(4).

[76]BARSNESS K A. Achieving expert performance through simulation-based education and applica tion of mastery learning principles[J]. Seminars in Pediatric Surgery， 2020，29(2).

[77]黃振興，阮文權，成小英，等.試論布魯姆掌握學習理論及其教學應用J].大眾科技，2015,17(11): 106-108.

[78]邱婧玲，吳秀君.教學設計理論體系綜述[J].河西學院學報，2008(05): 100-104.

[79]STROMSKAG H. A methodology for instructional design in mathematics-with the generic and epistemic student at the centre[J]. ZDM-MATHEMATICS EDUCATION， 2017，49(6): 909-921.

[80]杜惠潔.德國教學設計的理論與實踐研究[D].華東師范大學，2006.

[81]CHOI W. Exploration of an Comprehensive Instructional Design model for Flipped Learning[J]. The Korean Journal of Educational Methodology Studies， 2018，30(4): 583-608.

[82]劉曉艷，楊南昌，陳祖云.走岀教學設計研究的現實困境:創建可用的教學設計理論J].現代遠程教育研究， 2012(03): 26-31.

[83]CHENG Z. Leveraging theories in instructional design: a reflective response to OLSit framewor k[J]. ETR&D-EDUCATIONAL TECHNOLOGY RESEARCH AND DEVELOPMENT， 2021，69(1): 109112.

[84]楊志軍.共發射極放大電路的教學設計[J].中等職業教育(理論)，2010(04): 33-35.

[85]董艷雯.仿真法在中職《模擬電子技術》教學中的應用研究[D].華中師范大學，2016.

[86]王彩平.Proteus虛擬仿真軟件在中等職業院校電子信息類課程中的應用研究[D].河北師范大學， 2017.

[87]潘海萍.虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用探討[J].電子測試，2019(20): 112-113.

[88]張春明，楊天鴻.虛擬仿真教學實驗中心教與學互動設計與實現[J].實驗科學與技術，2021,19(0 4): 68-74.

[89]MCGARR. The use of virtual simulations in teacher education to develop pre-service teachers' behaviour and classroom management skills: implications for reflective practice[J]. Journal of Educatio n for Teaching， 2020，46(2).

[90]唐凱，吳偉力.集成電路設計課程實驗內容的探索J].集美大學學報(教育科學版)，2013,14(3): 121-124.

[91]鄭麗霞，吳金，趙霞，等本科生集成電路設計實訓平臺的建立[J].中國現代教育裝備，2015(7): 30-31.

[92]陳振源.《電子技術基礎》教材改革與教學建議[J].中國職業技術教育，2003(19): 56-57.

[93]羅素.非智力因素在創新教育中對中職學生的影響[J].中國校外教育，2018(22): 22-23.

[94]熊潔，李加升，林琳.基于虛擬仿真的任務驅動式教學模式在電子技術教學中的應用J].考試周刊， 2018(80): 5-6.

[95]周明珠.Cadence在集成電路教學中的應用[J].高校實驗室工作研究，2011(02): 52-55.

[96]王策三.“三維目標”的教學論探索[J].教育研究與實驗，2015(01): 1-11.

[97]項雪輝.新課改下初中語文課堂教學目標研究[D].蘇州大學，2011.

[98]COGO A L P. [Cooperation versus collaboration: concepts for nursing teaching in virtual enviro nment].[J]. Revista brasileira de enfermagem， 2006，59(5): 680-683.

[99]ABDULI S， ALEKSOVSKA S， DURMISHI B. THE COMPARISON OF DIFFERENT TEACHI NG APPROACHES RELATED TO THE ACHIEVEMENTS OF STUDENTS' KNOWLEDGE AND S KILLS[J]. MACEDONIAN JOURNAL OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERING， 2015，34 (2).

[100]郝志軍.中小學課堂教學評價的反思與建構[J].教育研究，2015,36(02): 110-116.

[101]JOHNSON G M. The ecology of interactive learning environments: situating traditional theory [J]. INTERACTIVE LEARNING ENVIRONMENTS， 2014，22(3): 298-308.

[102]王海智.6S超級學習策略應用研究的核心概念和問題[J].教育教學論壇，2015(43): 266-269.

[103]杜路泉，劉德春.基于晶體三極管的放大電路分析[J].成都信息工程大學學報，2019,34(01): 13-1 6.

[104]紀素梅，劉懷望.晶體三極管及其特性[J].科技傳播，2012,4(20): 106-108.

[105]蘇娟，嚴正國，吳銀川.基本放大電路信號放大過程解析[J].中國現代教育裝備，2009(04): 82-83.

[106]蔡清水.集成運算放大電路的學習探究[J].哈爾濱職業技術學院學報，2015(01): 152-153.

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