疫情下“虛擬仿真與線上直播”相融合的工科實(shí)習(xí)教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

高鵬 余建文 韓躍新 崔寶玉 孫永升 盧冀偉

摘 ?要：生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科類專業(yè)本科生在校學(xué)習(xí)期間不可或缺的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是高校培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識分析和解決工程實(shí)際問題能力的重要載體。然而2020年以來，受新型冠狀病毒肺炎疫情影響，各大高校無法開展現(xiàn)場實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)。作者以礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)為例，對疫情影響下實(shí)踐教學(xué)模式的改革進(jìn)行了認(rèn)真思考，提出了“虛擬仿真與線上直播”相融合的工科實(shí)習(xí)新模式，對破解當(dāng)前工科類大學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)難題給出了新方案。在授課過程中加入疫情防控“思政”元素，實(shí)現(xiàn)了知識傳授與價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合。實(shí)踐證明，新的實(shí)習(xí)教學(xué)模式實(shí)施后，學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和線上實(shí)習(xí)積極性較高，達(dá)到了實(shí)習(xí)教學(xué)目的，起到了良好的示范和帶動效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：疫情防控;實(shí)踐教學(xué);畢業(yè)設(shè)計(jì);模式改革;課程思政

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）15-0023-04

Abstract： Graduation project and production practice play an essential role in university education， which support the cultivating students to be able to integrate the knowledge to analyze and solve the practical problems. However Since2020， affected by COVID-19， major colleges and universities cannot carry out on-site practical teaching. In production practice course for mineral engineering， for example， the authors seriously considered the reform of the practical teaching mode under the influence of COVID-19， and proposed a new engineering internship mode of "virtual simulation and online live broadcast"， which successfully solved the existing problems of production practice and graduation design. Meanwhile， the epidemic prevention and control were introduced in "course politics". Thus， the combination of "knowledge and value guidance" was achieved. The practice shows that， students are more motivated for theoretical study and online internship after the implementation of the new practice teaching mode， which achieved the purpose of practice teaching and cultivating talents， and played a good demonstration and driving effect.

Keywords： epidemic prevention and control; practical teaching; graduation project; mode reform; course politics

生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科類專業(yè)本科生在整個(gè)大學(xué)階段必不可少的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是專業(yè)基本理論知識教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐、工程設(shè)計(jì)等相結(jié)合的重要體現(xiàn)，是鍛煉學(xué)生實(shí)踐動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、綜合所學(xué)理論知識應(yīng)用于解決工程實(shí)際問題的有效措施，對高校培養(yǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)高的創(chuàng)新型、實(shí)用型、復(fù)合型人才具有不可替代的作用[1]。長期以來，工科類專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式一直采用的是“課堂講授+現(xiàn)場參觀”模式，即生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中由帶隊(duì)教師進(jìn)行課堂講授，同時(shí)聘請工廠相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)[2]。通過深入工廠的生產(chǎn)車間，熟悉企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程、典型設(shè)備及主要技術(shù)資料，了解車間的工作制度和生產(chǎn)設(shè)備的工作原理、操作方法、應(yīng)用場合及使用特點(diǎn)，對現(xiàn)場生產(chǎn)過程球磨機(jī)“漲肚”、浮選機(jī)“跑槽”等突發(fā)情況的處理措施進(jìn)行分析和消化，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而，受此次新型冠狀病毒肺炎疫情的影響，全國高校本科生無法正常返校開學(xué)，高校也無法組織和開展現(xiàn)場參觀實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生無法和導(dǎo)師見面交流接受指導(dǎo)、無法考察企業(yè)生產(chǎn)布局與設(shè)備配置、無法了解生產(chǎn)工藝流程與技術(shù)指標(biāo)、無法建立三維空間設(shè)計(jì)概念等系列問題，這勢必將造成實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量的下降，達(dá)不到實(shí)踐教學(xué)的預(yù)期目的。針對這種情況，作者對傳統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式進(jìn)行了改革，采取了“線上直播與虛擬仿真”相融合的實(shí)習(xí)新模式，努力將疫情對生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的影響降至最低，在我校2016級礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果和示范效應(yīng)，并相繼被中國新聞網(wǎng)、新華網(wǎng)、中國教育新聞網(wǎng)、教育部官網(wǎng)等多家媒體予以專題報(bào)道。

一、疫情下工科實(shí)習(xí)課程教學(xué)存在的問題

為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于新型冠狀病毒肺炎疫情防控有關(guān)重要講話和指示批示精神，全面落實(shí)教育部“停課不停教、停課不停學(xué)”的政策方針，在新型冠狀病毒肺炎疫情下，我校課堂教學(xué)紛紛改為線上教學(xué)。但受疫情的影響生產(chǎn)實(shí)習(xí)無法開展，而生產(chǎn)實(shí)習(xí)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要組成部分，是同學(xué)們了解生產(chǎn)實(shí)踐、考察選廠布局與設(shè)備配置、建立三維空間設(shè)計(jì)概念的重要環(huán)節(jié)。如果沒有生產(chǎn)實(shí)習(xí)，同學(xué)們對大型現(xiàn)代化選礦廠的理解猶如“盲人摸象”，不能對后期畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的工藝流程選擇、設(shè)備計(jì)算選型和廠房設(shè)備配置等建立整體概念，甚至?xí)绊懲瑢W(xué)們的正常畢業(yè)。因此，很有必要針對疫情防控下生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行改革和創(chuàng)新，努力將疫情對生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的影響降至最低，以適應(yīng)新型冠狀病毒肺炎防控等特殊時(shí)期人才培養(yǎng)的需求。

二、疫情下工科實(shí)習(xí)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

為實(shí)現(xiàn)教育部《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》“停課不停教、停課不停學(xué)”的教學(xué)目標(biāo)，本著“重過程，強(qiáng)內(nèi)涵，保質(zhì)量”的人才培養(yǎng)理念，作者積極響應(yīng)，應(yīng)對新問題新挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)變思路、破解難題、大膽推動疫情期間生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)創(chuàng)新改革，提出了“虛擬仿真與線上直播”相融合的生產(chǎn)實(shí)習(xí)新模式，制定并實(shí)施了以在線直播實(shí)習(xí)為主、以虛擬仿真教學(xué)為輔的生產(chǎn)實(shí)習(xí)方案。同時(shí)，充分利用朝陽東大礦冶研究院、中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司和長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司等學(xué)校戰(zhàn)略合作資源，努力將新型冠狀病毒肺炎疫情對生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的影響降至最低，確保疫情防控期間礦物加工工程專業(yè)2020屆本科生如期平穩(wěn)畢業(yè)。

（一）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，精心策劃實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容

面對突如其來的新冠肺炎疫情，作者在實(shí)習(xí)前多次組織會議研討和方案論證，系統(tǒng)規(guī)劃了課程安排和教學(xué)內(nèi)容，形成了礦物加工工程專業(yè)線上遠(yuǎn)程實(shí)習(xí)教學(xué)方案。確定了充分發(fā)揮線上教學(xué)、生產(chǎn)一線及設(shè)計(jì)院所“三個(gè)課堂”的耦合優(yōu)勢，組建了學(xué)科教師、現(xiàn)場工程師與設(shè)計(jì)大師“三維教學(xué)”的授課師資隊(duì)伍，并相繼邀請了長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司黨委書記、教授級高級工程師紀(jì)強(qiáng)，副總工程師、教授級高級工程師鄒春林，遼寧牧鼎礦業(yè)科技有限公司王尚羽總工程師三位設(shè)計(jì)大師先后為礦物加工工程專業(yè)師生講述了烏山選礦廠的設(shè)計(jì)歷程和國外特大型鐵礦選礦工程設(shè)計(jì)案例，如圖1所示。他們從設(shè)備的選擇與計(jì)算、設(shè)備配置與廠區(qū)布置、投資概算等方面介紹了烏山選礦廠及其他多項(xiàng)選礦廠設(shè)計(jì)實(shí)踐案例，分享了設(shè)計(jì)過程中選礦工藝優(yōu)化、設(shè)備安裝等諸多細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為同學(xué)們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了全面、合理的參考。通過這種模式，尤其是聽取線上技術(shù)講座，讓學(xué)生能夠在線“面對面”接受行業(yè)知名設(shè)計(jì)大師的直接指導(dǎo)，深入了解選礦廠設(shè)計(jì)難點(diǎn)與重點(diǎn)，在疫情特殊時(shí)期保障了人才培養(yǎng)質(zhì)量，為2020屆畢業(yè)生保質(zhì)保量完成畢業(yè)實(shí)習(xí)、如期畢業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

此外，聘請校外擁有豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師作為本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)副導(dǎo)師，為學(xué)生高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)保駕護(hù)航;對學(xué)生開展實(shí)習(xí)動員及理論課教育，實(shí)習(xí)動員工作主要是加強(qiáng)學(xué)生的疫情防控責(zé)任意識和強(qiáng)調(diào)實(shí)習(xí)的重要性、實(shí)習(xí)安排、成績考核等問題，讓參加實(shí)習(xí)的學(xué)生能夠充分重視;實(shí)習(xí)的理論授課是關(guān)系學(xué)生實(shí)習(xí)效果的基本前提，為了讓學(xué)生充分理解并掌握那些艱澀難懂的理論知識，如生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理等（見圖2），借助虛擬仿真技術(shù)與視頻動畫播放等方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，直觀易懂，化難為易，拉近理論與實(shí)際距離，為提高學(xué)生線上生產(chǎn)實(shí)習(xí)效果奠定了基礎(chǔ)。

（二）虛擬仿真實(shí)習(xí)，學(xué)生隨時(shí)隨地“走進(jìn)”選礦廠

為了使學(xué)生能夠更好地將理論聯(lián)系實(shí)際，提升實(shí)習(xí)效果，作者結(jié)合實(shí)習(xí)大綱和理論教學(xué)情況，開發(fā)了一套基于虛擬仿真的選礦廠實(shí)習(xí)軟件，包括礦石破磨分級系統(tǒng)、磁選系統(tǒng)、濃縮過濾系統(tǒng)等，涵蓋選礦生產(chǎn)全過程。輔以專業(yè)教師線上授課講解，加深學(xué)生對設(shè)備配置、礦石及礦漿走向、設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作過程等選礦廠細(xì)節(jié)認(rèn)識，如圖3所示。同時(shí)，虛擬仿真選礦廠實(shí)習(xí)軟件全天24小時(shí)開放，讓學(xué)生隨時(shí)隨地可以“走進(jìn)”選礦廠，這樣學(xué)生可以在任何時(shí)段登入軟件系統(tǒng)針對某個(gè)生產(chǎn)設(shè)備或系統(tǒng)工作過程進(jìn)行實(shí)踐操作、回顧與復(fù)習(xí)，有助于提高學(xué)生獲取知識的效率，大大增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)習(xí)積極性。

與現(xiàn)場實(shí)習(xí)相比，虛擬仿真實(shí)習(xí)沒有那么直觀。但是，虛擬仿真實(shí)習(xí)對設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作原理的掌握、對整個(gè)生產(chǎn)工藝流程的學(xué)習(xí)，特別是對各管道、閥門和工藝環(huán)節(jié)控制操作的學(xué)習(xí)更加全面具體。此外，由于虛擬仿真實(shí)習(xí)畫面標(biāo)識清晰、色彩豐富，還可以方便學(xué)生的回顧、學(xué)習(xí)球磨機(jī)、分級機(jī)、磁選機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行操作、監(jiān)控和調(diào)整，從而進(jìn)一步加深了對選礦廠設(shè)計(jì)的認(rèn)識，尤其是在選礦廠廠房平臺布置，設(shè)備安裝連接及安全生產(chǎn)操作等具體細(xì)節(jié)方面有了清楚直觀的三維認(rèn)識，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)中圖紙?jiān)O(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（三）線上現(xiàn)場直播，“網(wǎng)紅”工程師帶領(lǐng)學(xué)生調(diào)研生產(chǎn)現(xiàn)場

依托我校省級大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地——中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司（烏努格吐山銅鉬礦選礦廠），作者相繼邀請了中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司烏努格吐山銅鉬礦選礦廠邵爽工程師、中信泰富澳大利亞礦業(yè)公司高級工程師李廣分別就中金集團(tuán)烏山銅鉬礦選礦礦廠和澳大利亞SINO鐵礦選礦廠進(jìn)行了線上生產(chǎn)實(shí)習(xí)。他們變身主播，用手機(jī)鏡頭帶同學(xué)們“云端漫游”我國單系列處理能力（42000t/d）最大的烏努格吐山銅鉬礦選礦廠和世界最大選礦廠——澳大利亞SINO鐵礦選礦廠的各生產(chǎn)車間（見圖4），形象地介紹選廠工藝流程、設(shè)備型號、配置特點(diǎn)、生產(chǎn)指標(biāo)等具體情況，為同學(xué)們帶來一場場內(nèi)容充實(shí)、形式新穎的畢業(yè)實(shí)習(xí)課程。通過線上現(xiàn)場直播的形式，確保了疫情防控期間實(shí)習(xí)進(jìn)度不縮減、實(shí)習(xí)質(zhì)量不降低。同時(shí)，現(xiàn)代化大型選礦廠整潔的工作環(huán)境、大型的生產(chǎn)裝備、高效的自動化水平和先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)對同學(xué)們的畢業(yè)設(shè)計(jì)具有重要的啟發(fā)和借鑒作用。

三、疫情防控期間課堂上的家國情懷教育

2016年12月，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上，明確提出了“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程”“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[3]。2017年10月，習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中進(jìn)一步指出“要全面貫徹黨的教育方針，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，發(fā)展素質(zhì)教育，推進(jìn)教育公平，培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人”[4]?！罢n程思政”教育的提倡無疑是落實(shí)黨的教育方針、實(shí)現(xiàn)“知識傳授與價(jià)值引領(lǐng)”相結(jié)合的重要途徑，也符合社會快速發(fā)展、多元文化沖突的時(shí)代要求[5]。2020年，一場突如其來的新冠肺炎疫情給全國人民帶來了巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。面對疫情，全國上下團(tuán)結(jié)一心，眾志成城，共同戰(zhàn)“疫”。無論是奮戰(zhàn)在一線的醫(yī)護(hù)人員，還是堅(jiān)守在其他崗位的工作人員，甚至是足不出戶的普通民眾，都體現(xiàn)出誠摯的赤子之心和深厚的愛國之情。這是一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭，也是一場全民參與的偉大戰(zhàn)“役”。來勢洶洶的新冠肺炎疫情讓很多人失去了生命、健康和財(cái)富，但與此同時(shí)我們也收獲了大愛、責(zé)任、制度自信和文化自信，這為教育工作者提供了許多鮮活感人的事例與素材。

疫情防控期間， 筆者緊密結(jié)合當(dāng)前疫情防控的形勢，借助“虛擬仿真與線上直播”模式開展線上生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)活動的同時(shí)，積極在專業(yè)課中加入“思政”元素。即在傳授專業(yè)知識的同時(shí)更加注重強(qiáng)化育人使命擔(dān)當(dāng)，宣傳了抗擊疫情的重大舉措、感人事跡和生動故事，尤其是來自全國各地和軍隊(duì)的340多支醫(yī)療隊(duì)、42000多名醫(yī)護(hù)人員馳援湖北戰(zhàn)“疫”前線，用實(shí)際行動譜寫了感天動地的大愛篇章，他們與時(shí)間賽跑、日夜奮戰(zhàn)、頑強(qiáng)拼搏，鑄就了戰(zhàn)“疫”前線的堅(jiān)強(qiáng)堡壘，展現(xiàn)了對黨、對人民高度負(fù)責(zé)的精神面貌，成為新時(shí)代“最美逆行者”。通過這些感人事跡與生動故事，加強(qiáng)了學(xué)生愛國主義、理想信念、愛和感恩教育，弘揚(yáng)了社會正能量，深化了學(xué)生對中國特色社會主義制度優(yōu)勢和全面堅(jiān)持黨的領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)識，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)意識，取得了較好的課堂效果。

四、結(jié)束語

2020年一場突如其來的新型冠狀病毒肺炎疫情，不僅對人民健康和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成了嚴(yán)重影響，也給高校的教學(xué)活動帶來了巨大的挑戰(zhàn)與轉(zhuǎn)變。為應(yīng)對疫情對工科類專業(yè)實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)活動的影響，筆者在落實(shí)教育部、學(xué)?！巴Ｕn不停學(xué)”政策方針的基礎(chǔ)上，提出了“虛擬仿真與線上直播”相融合的工科實(shí)習(xí)實(shí)踐新模式，對破解當(dāng)前工科類大學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)難題給出了新方案。實(shí)踐證明，新的實(shí)習(xí)教學(xué)模式實(shí)施后，學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和線上實(shí)習(xí)積極性較高，達(dá)到了實(shí)習(xí)教學(xué)目的，起到了良好示范和帶動效應(yīng)。

疫情期間，通過在專業(yè)課中加入“思政”元素，如展示疫情防控成效和宣傳戰(zhàn)“疫”先進(jìn)典型，做到在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生愛黨愛社會主義的熱情，增強(qiáng)學(xué)生家國情懷和民族自豪感，幫助學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，并取得了較好的課堂效果。

面對疫情等類似突發(fā)事件，提出的“虛擬仿真與線上直播”實(shí)踐教學(xué)模式新舉措取得了初步成效，但仍有一些不足。我們將在以后的實(shí)踐中不斷摸索和完善，滿足“后疫情時(shí)代”高等教育發(fā)展的要求，合理地將線上與線下相結(jié)合，漸進(jìn)式推動信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，并使之成為高校教育教學(xué)的新常態(tài)。

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