線上線下融合下液壓課程教學(xué)改革淺析
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摘要:針對線上線下融合教學(xué)和理實一體化液壓課程教學(xué)實際，從多維度線上理實一體化教學(xué)、虛實結(jié)合的線上線下實踐教學(xué)兩方面出發(fā)，探索線上線下融合的理實一體化液壓課程教學(xué)模式，開展線上線下融合的理實一體化液壓課程教學(xué)設(shè)計，完善虛實結(jié)合的線上線下課程考核體系。通過開展課程教學(xué)效果評價，持續(xù)提升課程高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。合理的引導(dǎo)和多種交互手段不僅能夠達(dá)到課程目標(biāo)，也能夠緩解暫時不能到現(xiàn)場聽課學(xué)生的焦慮情緒，可用于常態(tài)化疫情防控下理實一體化課程教學(xué)，為同類課程改革提供參考。
關(guān)鍵詞:液壓教學(xué);理實一體化;線上線下融合
隨著高等教育的普及，我國已經(jīng)建成了世界上規(guī)模最大的高等教育體系，高等教育毛入學(xué)率超過50%，由高等教育大眾化階段邁入高等教育普及化階段?！吨袊圃?025》指出，加快培養(yǎng)制造業(yè)發(fā)展急需的專業(yè)技術(shù)人才、經(jīng)營管理人才、技能人才;建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理的制造業(yè)人才隊伍，走人才引領(lǐng)的發(fā)展道路。制造業(yè)人才屬于應(yīng)用型人才，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中理論與實踐結(jié)合是重中之重，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問題的能力更是離不開課程實驗、課程實訓(xùn)、課程設(shè)計、實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)。在國家工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的背景下，為培養(yǎng)企業(yè)需要的應(yīng)用型技術(shù)人才，濟(jì)寧學(xué)院以學(xué)生為本，不斷探索適合本科教學(xué)的理實一體化課程教學(xué)模式并取得了一定成效。由于高等學(xué)校人員密度大，人員業(yè)務(wù)往來繁雜，在傳染性疾病防控過程中，如何保質(zhì)保量地完成理實一體化課程的教學(xué)任務(wù)是廣大師生、家長、社會密切關(guān)注的問題。常態(tài)化疫情防控狀態(tài)下，迫切需要探索如何開展線上線下融合的理實一體化教學(xué)［1］617。線上線下融合教學(xué)給理論課教學(xué)帶來了極大的便利，在理實一體化教學(xué)的《液壓與氣壓傳動》等課程中卻面臨很多問題［2］86。僅從線上開課講授理論知識不能達(dá)成課程目標(biāo)［3］73，更不能滿足課程對畢業(yè)要求的支撐［4］76;而集中線下開設(shè)實驗、實訓(xùn)將影響課程的學(xué)習(xí)效果［5］114。因此，充分利用虛擬仿真、實驗直播/錄播［6］11、線上/線下研討［7］696、課程設(shè)計答辯等多種授課方法［8］262，開展線上線下融合的理實一體化教學(xué)是十分必要的。
一、理實一體化課程開展線上線下融合教學(xué)存在的困難
液壓類課程是機械設(shè)計制造及其自動化、智能制造工程等專業(yè)非常重要的專業(yè)課程，《液壓與氣壓傳動》課程目標(biāo)與機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求部分對應(yīng)關(guān)系如表1所示。液壓類理實一體化課程開展線上線下融合教學(xué)存在如下困難:
(一)缺失實踐環(huán)節(jié)的線上理論課不易理解《液壓與氣壓傳動》課程中的流體力學(xué)部分理論性較強，液壓元件的原理、結(jié)構(gòu)、參數(shù)計算、回路的設(shè)計與分析等部分實踐性較強。學(xué)生未到校或部分學(xué)生不能到場，僅靠線上理論課程開展實例講解與分析教學(xué)效果不佳［9］72，也無法達(dá)到“識別和判斷液壓與氣壓系統(tǒng)中的復(fù)雜工程問題關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)等相關(guān)信息”“安全開展測試實驗，正確采集液壓/氣動實驗數(shù)據(jù)”等課程目標(biāo)。
(二)虛擬仿真軟件無法替代實際現(xiàn)場對分析和解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)
虛擬仿真軟件可以輔助教學(xué)，幫助學(xué)生完成元件的辨識、回路搭接等實驗、實操環(huán)節(jié)，但不能完全代替現(xiàn)場真實液壓氣動元件、回路、壓力系統(tǒng)帶來的感官和操作體驗。目前有些虛擬仿真軟件中可以通過設(shè)置來模擬幾種常見的簡單問題供學(xué)生開展分析，但是分析的程序和結(jié)果都是提前設(shè)計好的，無法完全模擬工程現(xiàn)場出現(xiàn)的復(fù)雜問題，也無法提供所有分析和解決問題的渠道。
(三)集中開展實驗實訓(xùn)影響后續(xù)課程開設(shè)理實一體化《液壓與氣壓傳動》課程在實驗室授課，理論與實踐環(huán)節(jié)交織便于學(xué)生掌握元件、回路、系統(tǒng)的知識點，培養(yǎng)分析與解決復(fù)雜工程問題的能力。如果將實踐環(huán)節(jié)剝離出來集中做實驗，將影響同期和后續(xù)開設(shè)的《機械綜合課程設(shè)計》《機器人編程與調(diào)試》等課程的學(xué)習(xí)效果。為解決以上問題，本課程團(tuán)隊采用虛實結(jié)合、線上線下融合的方式開展理實一體化教學(xué)改革探索。通過合理的引導(dǎo)和多種交互手段，不僅能夠達(dá)到課程目標(biāo)，也能夠緩解暫時不能到現(xiàn)場聽課學(xué)生的焦慮情緒，可用于常態(tài)化疫情防控下理實一體化課程教學(xué)。
二、線上線下融合的理實一體化教學(xué)模式
(一)多維度線上理實一體化教學(xué)
線上線下融合的理實一體化教學(xué)模式，即突破線上授課以理論為主的教學(xué)模式，采用線上課件、生產(chǎn)現(xiàn)場視頻、實驗室直播、真實案例線上討論、虛擬仿真軟件操作等多種互動手段開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和現(xiàn)場教學(xué)。在常態(tài)化疫情防控中、在防控等級較高的條件下為未能到校學(xué)生提供線上理實一體化授課，也可在防控等級較低的情況下作為未到場學(xué)生的預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)資源。在線上線下融合的理實一體化《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)中，所有學(xué)生通過教師線上推送的視頻、課件參加課前預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)視頻主要包括各種元件的實物展示視頻(外觀、結(jié)構(gòu)等)，元件的使用場景、部分生產(chǎn)場景視頻，液壓、氣壓基本回路的實驗視頻、液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試、應(yīng)用實例視頻等。課件主要側(cè)重于對理論知識體系脈絡(luò)和知識點的講解，包括流體力學(xué)基礎(chǔ)(液體靜力學(xué)、液體動力學(xué)、管道流動、孔口流動、沖擊與氣蝕、介質(zhì)物理性質(zhì)、氣體狀態(tài)方程、氣體流動規(guī)律等)、元件的原理(控制元件、執(zhí)行元件、動力裝置、輔助元件等)、液壓回路的設(shè)計(方向控制回路、壓力控制回路、速度控制回路)等。通過預(yù)習(xí)實物視頻、實驗視頻和生產(chǎn)應(yīng)用視頻，學(xué)生增強了對液壓氣壓元件和回路的直觀印象，提高了學(xué)習(xí)興趣;通過預(yù)習(xí)課件、知識體系講解和知識點講解視頻，學(xué)生建立了具體實物與抽象概念之間的聯(lián)系，對知識體系有了初步了解，為課上理實一體化學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)過程中，線下聽課的學(xué)生在實驗室聽課，未到場學(xué)生(未返校生或因病因隔離等特殊情況不能到實驗室聽課的學(xué)生)參加線上直播聽課。教師將生產(chǎn)現(xiàn)場視頻與理論講解融合，開展理實一體化線上教學(xué)。在課堂討論環(huán)節(jié)，針對直播中的真實案例、實驗總結(jié)等開展線上線下討論，通過混合編組促進(jìn)生生互動。
(二)虛實結(jié)合的線上線下實踐教學(xué)
通過梳理、整合優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)，在保證課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上，合理控制現(xiàn)場(實操環(huán)節(jié))時長。以實驗室現(xiàn)場直播、生產(chǎn)現(xiàn)場視頻錄播(直播)、教師現(xiàn)場視頻演示互動等多種手段，對虛擬仿真支持不足的實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行補充和強化。在虛擬仿真軟件操作環(huán)節(jié)，線上與線下的學(xué)生混合編組，所有學(xué)生參與軟件操作，并在完成操作后開展小組討論。在演示實驗環(huán)節(jié)，教師通過直播實驗開展師生互動。在動手實操環(huán)節(jié)，線上聽課與線下聽課學(xué)生混合編組實現(xiàn)生生互動。線上學(xué)生在預(yù)習(xí)實驗視頻和操作難點與注意事項的基礎(chǔ)上，通過直播與同組返校生交流，為現(xiàn)場提供技術(shù)支援，由返校生現(xiàn)場操作實驗。
三、線上線下融合的理實一體化教學(xué)設(shè)計
(一)針對線上線下融合教學(xué)的課程重構(gòu)
純線下講授元件、拆裝元件，講授回路、搭建回路、測試分析的理實一體化教學(xué)方式，對現(xiàn)場實物(零部件、實驗臺)依賴較多，不完全適用于線上線下融合的液壓教學(xué)。根據(jù)學(xué)情分析和學(xué)校理實一體化實驗室實際情況，按照線上線下融合教學(xué)對液壓課程內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)。篇幅所限，以先導(dǎo)式溢流閥為例，教學(xué)設(shè)計如下:1．預(yù)習(xí)。所有學(xué)生均通過線上預(yù)習(xí)教師通過平臺推送的視頻資料及課件，完成預(yù)習(xí)任務(wù)平臺自動記錄預(yù)習(xí)情況。2．課程引入。通過回顧上節(jié)課溢流閥的應(yīng)用，引入新課———先導(dǎo)式溢流閥。3．預(yù)習(xí)情況檢查。通過30秒計時答題，檢查線上和線下學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，收題后實時顯示答案和答題正確率。4．講解先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)、工作原理。線下學(xué)生在實驗室聽課，通過投影屏幕觀看課件;線上學(xué)生通過電腦端直播軟件觀看授課直播，手機上同步顯示所講授的對應(yīng)課件頁。5．利用虛擬仿真軟件練習(xí)先導(dǎo)式溢流閥的拆裝。線下學(xué)生通過實驗室電腦練習(xí)，線上學(xué)生利用遠(yuǎn)程電腦端練習(xí)。將線上線下學(xué)生混合編組，練習(xí)期間可以互相討論，練習(xí)結(jié)束后共同總結(jié)經(jīng)驗，分析失敗原因。6．實驗室直播授課———拆裝真實溢流閥。教師邊操作邊講解拆裝真實溢流閥的難點與注意事項。線下學(xué)生在實驗室聽課，通過投影屏幕觀看課件;線上學(xué)生通過電腦端直播軟件觀看授課直播，手機上同步顯示正在講授的課件頁。7．分組討論先導(dǎo)式溢流閥的特點、遇到的問題及解決方法。將線上線下學(xué)生混合編組，線上學(xué)生通過連線與線下同學(xué)一起討論。8．實驗室直播授課———溢流閥在回路中的應(yīng)用。9．總結(jié)強化———先導(dǎo)式溢流閥的原理、特點與應(yīng)用(課程思政:正視壓力、及時溢流)。10．作業(yè)、預(yù)習(xí)視頻、預(yù)習(xí)資料推送。課后在學(xué)生群內(nèi)和平臺論壇同步答疑。
(二)課程思政設(shè)計
學(xué)生的心理狀態(tài)對學(xué)習(xí)和生活有巨大影響，通過課程思政設(shè)計，在授課中引導(dǎo)學(xué)生樹立遠(yuǎn)大理想和愛國主義情懷，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，勇敢地肩負(fù)起時代賦予的光榮使命，全面提高學(xué)生思想政治素質(zhì)。液壓課程中設(shè)計的線上線下分組研討、線上連線、虛擬仿真實驗和實驗室直播互動等環(huán)節(jié)，不僅能激發(fā)學(xué)生熱情，提高學(xué)生參與度，也能緩解學(xué)生的焦慮情緒，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神。1．氣液壓系統(tǒng)支撐大國重器，通過課程思政厚植愛國主義情懷。無論是令人驕傲的載人航天，還是中國獨有的世界最大模鍛液壓機、世界最大搶險救援機器人等，都離不開氣液壓系統(tǒng)的支持。在人們?nèi)粘Ｉ钪?，氣液壓系統(tǒng)也隨處可見。地鐵、汽車、公交上的氣液壓系統(tǒng)能夠高效、迅速地完成動作指令?，F(xiàn)代工業(yè)與氣液壓系統(tǒng)息息相關(guān)，氣液壓技術(shù)在制造業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)改造升級中發(fā)揮著重要的作用。2．通過分析元件、回路與系統(tǒng)之間的關(guān)系，引申到個人與集體之間的關(guān)系，培養(yǎng)團(tuán)隊精神與集體榮譽感，幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。在氣液壓系統(tǒng)中，動力、控制、執(zhí)行和輔助元件是構(gòu)成液壓與氣壓傳動基本回路的最小物質(zhì)單位，基本回路構(gòu)成液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的功能單元，液壓與氣壓傳動系統(tǒng)嵌入到機電系統(tǒng)中發(fā)揮動力與運動傳遞及控制的作用。個人如果想要發(fā)揮作用，必須融入集體，通過團(tuán)隊協(xié)作，像元件、回路組成系統(tǒng)一樣，齊心協(xié)力辦大事。3．通過氣液壓元件、回路與系統(tǒng)應(yīng)用的普遍聯(lián)系，學(xué)習(xí)用馬克思主義哲學(xué)認(rèn)識論、方法論、實踐論來指導(dǎo)學(xué)習(xí)與實踐。從系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，引入“事物的聯(lián)系具有普遍性，任何事物內(nèi)部的各個部分、要素是相互聯(lián)系的，任何事物都與周圍的其他事物相互聯(lián)系著，整個世界是一個相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體”的方法論，闡述事物的內(nèi)在聯(lián)系。液體或氣體是具有流動特性的物質(zhì)，闡述其靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)特性時引入“物質(zhì)是運動的物質(zhì)，運動是物質(zhì)的根本屬性和存在方式;運動是物質(zhì)的運動，物質(zhì)是運動的主體”的辯證關(guān)系。4．悉心鉆研，精益求精，培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)精神、基于系統(tǒng)科學(xué)的工程思維。液壓與氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展歷程中，古今中外涌現(xiàn)出了一批做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家和工程師。在流體力學(xué)研究方面，阿基米德、達(dá)芬奇、伽利略、帕斯卡、牛頓、伯努利、歐拉、周培源、錢學(xué)森等享譽海內(nèi)外的科學(xué)家積極探索;在工程應(yīng)用方面，設(shè)計世界上第一臺水壓機的約瑟夫·布拉曼，發(fā)明壓力平衡式葉片泵的維克斯等不懈努力。在課程教學(xué)中，通過典型人物和事跡教育學(xué)生，以時不我待只爭朝夕的精神投入到學(xué)習(xí)和以后的工作中，共同實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢。5．善用項目管理、時間管理等工具，提高溝通能力，合理減壓卸荷，讓自己和團(tuán)隊的工作更高效。通過減壓閥、節(jié)流閥、增壓回路、減壓回路、卸荷回路等學(xué)習(xí)，了解合理控制壓力與個人發(fā)展、團(tuán)隊協(xié)作的關(guān)系，提升學(xué)生綜合素質(zhì)。
四、實施效果評價標(biāo)準(zhǔn)探索
(一)多維度的學(xué)業(yè)測評
學(xué)業(yè)測評是液壓學(xué)習(xí)過程中不可缺少的部分，以往一刀切的測評方式已不能有效衡量學(xué)生綜合能力的提升情況。為培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從教師、工程師、學(xué)生自身等多個維度開展學(xué)業(yè)測評。液壓教研組通過課上預(yù)習(xí)答題、課堂答題、分組研討匯報、課程設(shè)計答辯、實驗過程中的問答、學(xué)生自我評價、小組互評等多種形式，由教師、工程師、學(xué)生等共同參與打分，結(jié)合全學(xué)習(xí)過程的課程考核，兼顧梯度與多樣性開展學(xué)業(yè)測評，努力提高學(xué)生分析與解決工程實際問題能力。
(二)虛實結(jié)合的線上線下課程考核體系
與線上線下融合的理實一體化教學(xué)模式相適應(yīng)，對課程考核進(jìn)行了改革。考核內(nèi)容包括:預(yù)習(xí)(線上預(yù)習(xí)時長、預(yù)習(xí)題答題正確率)、課堂答題、課上研討表現(xiàn)、虛擬仿真實驗、實驗設(shè)計、線下實驗及數(shù)據(jù)分析、期末考試，各項考核內(nèi)容權(quán)重見表2。其中，線上預(yù)習(xí)時長在一定程度上能夠反映出學(xué)生是否在規(guī)定時間內(nèi)完成了推送視頻資料及課件的預(yù)習(xí);預(yù)習(xí)題答題正確率考核學(xué)生的自學(xué)能力，并且為教師線上講授課程提供了參考，便于教師有針對性的講解和答疑;課堂答題能夠提高學(xué)生的注意力，課上研討能夠進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的理解和表達(dá)能力;虛擬仿真實驗、實驗設(shè)計、線下實驗及數(shù)據(jù)分析，能夠反映出學(xué)生是否具備構(gòu)建合理的實驗系統(tǒng)或裝置、安全開展實驗、正確采集實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析的能力;課程設(shè)計答辯考核學(xué)生能否利用所學(xué)液壓與氣動知識，分析系統(tǒng)工作原理、工作過程、系統(tǒng)中各元件的作用及客觀評價系統(tǒng)優(yōu)缺點的能力;期末考試主要針對液壓傳動、氣壓傳動基本知識、流體力學(xué)基礎(chǔ)知識、元件與回路的特點、結(jié)構(gòu)、原理、系統(tǒng)分析等方面進(jìn)行考核。
(三)教學(xué)模式評價
本課程對127名學(xué)生按照本文教學(xué)模式初步實施了教學(xué)改革，并通過多種方式進(jìn)行課程教學(xué)效果評價。通過調(diào)查問卷可以看出，90．6%的學(xué)生非常認(rèn)可此次教學(xué)改革，92．9%的學(xué)生非常滿意在疫情防控狀態(tài)下能夠通過這樣的方式來學(xué)習(xí)液壓與氣動知識，86．6%的學(xué)生在現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)中可以快速適應(yīng)環(huán)境，能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成實踐任務(wù)。90．6%的學(xué)生認(rèn)為通過學(xué)習(xí)本課程，提高了自主學(xué)習(xí)能力、分析能力和解決工程問題的能力，教務(wù)系統(tǒng)學(xué)生匿名評教成績達(dá)到95分。課程團(tuán)隊?wèi){借此項目在學(xué)校組織的教師教學(xué)創(chuàng)新大賽中獲得二等獎。
五、結(jié)論
探索實踐的線上線下融合的理實一體化教學(xué)模式，從多維度線上理實一體化教學(xué)、虛實結(jié)合的線上線下實踐教學(xué)兩方面出發(fā)，通過線上線下融合的各種交互方式，保證了學(xué)生的參與度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。通過合理的引導(dǎo)和多種交互手段，不僅能夠達(dá)到課程目標(biāo)，也能夠緩解暫時不能到現(xiàn)場聽課學(xué)生的焦慮情緒，可用于常態(tài)化疫情防控下理實一體化課程教學(xué)，為同類相關(guān)課程改革提供了有益的借鑒。
作者:李小冬 周珂 單位:濟(jì)寧學(xué)院產(chǎn)業(yè)學(xué)院