“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下汽車實驗線上教學(xué)模式探索與創(chuàng)新

李凡

摘要：“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”已成為國家層面推進(jìn)教學(xué)改革的重要目標(biāo)，本文分析了傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在問題，探討并提出“一課一模式”的實驗教學(xué)計劃，形成線上資源、虛擬仿真、設(shè)計研究等多種形式的理實結(jié)合、虛實結(jié)合的線上實驗方案，實現(xiàn)汽車實驗線上教學(xué)改革的實踐與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;線上教學(xué);探索

0? 引言

2020年春季學(xué)期，因疫情影響，機電工程學(xué)院遵循學(xué)?！巴Ｕn不停學(xué)”的相關(guān)部署要求，積極推進(jìn)“線上教學(xué)”。實驗中心快速根據(jù)課程實驗特點調(diào)整教學(xué)計劃，形成“一課一模式”的實驗教學(xué)方案。

1? 實驗開展情況及存在問題

目前，國家“一帶一路”、“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”三大戰(zhàn)略備受矚目，加之以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對于轉(zhuǎn)型中的高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)工作也提出了挑戰(zhàn)。教育部2017年提出“新工科”的概念，同時新工科研究和實踐將圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展。這意味著在線模式或混合模式必將成為今后新工科教學(xué)改革一大趨勢。互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的課堂面對面教育，人們可以在喜歡的任何時間，任何地點，只要能夠有連上互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備，就可以享受學(xué)習(xí)的樂趣，他突破了傳統(tǒng)教育的時間和空間。實踐教學(xué)是高等教育中的重要環(huán)節(jié)，多年來始終沿承傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，怎樣創(chuàng)新線上實踐教學(xué)成為工科人才培養(yǎng)的重要問題。

機電工程學(xué)院注重實踐創(chuàng)新能力，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)，現(xiàn)已建成汽車模擬4S店、汽車養(yǎng)護(hù)中心、汽車新能源實驗室、機械設(shè)計實驗室、虛擬加工實驗室等實驗室，設(shè)施優(yōu)良，條件優(yōu)越，完全能夠滿足理論教學(xué)及實訓(xùn)要求。學(xué)院努力培養(yǎng)專業(yè)理論知識牢固，實踐動手能力管用，具有一定創(chuàng)業(yè)能力和良好創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。強化理論與實踐相結(jié)合，推行“理實一體化”課程，構(gòu)建實踐育人體系，堅持專業(yè)實踐練四年不斷線，將專業(yè)能力培養(yǎng)貫穿人才培養(yǎng)的全過程。

盡管學(xué)院在實訓(xùn)儀器設(shè)備和實訓(xùn)教學(xué)管理上都加大了資金和人員投入，不斷建立設(shè)備齊全的實訓(xùn)室和實訓(xùn)基地，為實訓(xùn)教學(xué)的開展提供基本保障。但由于經(jīng)費投入、設(shè)備更新、場地限制等原因，仍然存在實訓(xùn)資源緊張，學(xué)生操作技能練習(xí)不足等問題，同時疫情的出現(xiàn)使傳統(tǒng)實驗受到了限制，所以在加強傳統(tǒng)設(shè)備投入的同時，應(yīng)該考慮線上教學(xué)的常態(tài)化，利用虛擬技術(shù)以及豐富的線上資源來解決當(dāng)前實訓(xùn)中存在的問題。

2? 實驗教學(xué)模式改革與實施

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，高等教育形成了專業(yè)教育與信息技術(shù)有機融合的教學(xué)模式。當(dāng)前疫情影響，讓網(wǎng)絡(luò)線上教學(xué)模式發(fā)展迅速，也成為開展“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”教學(xué)改革的重要契機。但是，不同性質(zhì)的課程在開展線上教學(xué)時所面臨的問題不盡相同，實驗中心根據(jù)課程實驗特點調(diào)整教學(xué)計劃，形成了“一課一模式”的實驗教學(xué)方案。

2.1 實驗教學(xué)方案

演示類實驗：對于一些演示性、認(rèn)識性、驗證性的普通實驗，采用實驗教學(xué)錄像，開展演示性實驗教學(xué)。由實驗教師進(jìn)行現(xiàn)場操作并錄制成教學(xué)錄像，并配套設(shè)計實驗的目的、注意事項、實驗結(jié)果的分析與數(shù)據(jù)處理方法等等，制作成網(wǎng)絡(luò)實驗課程提供給學(xué)生觀看。

軟件操作及課程設(shè)計類實驗實訓(xùn)課程：此類課程實驗通過教師線上授課，線下練習(xí)及輔導(dǎo)答疑的形式進(jìn)行。授課過程中，可采用分組教學(xué)，小組討論，共性問題集中講解。

實踐操作性強的實訓(xùn)課程：此類課程實驗采用仿真實驗，實驗采用理論+實物教學(xué)+虛擬仿真一體化教學(xué)，實現(xiàn)理實結(jié)合、虛實結(jié)合。老師在課程中通過動畫視頻、教學(xué)視頻和原理視頻三部分讓學(xué)生了解拆裝步驟和認(rèn)識各個零部件。學(xué)生通過實驗臺教學(xué)觀看真人版現(xiàn)場操作，掌握正確的操作方法。最后學(xué)生通過仿真實驗了解對該軟件的操作使用方法，根據(jù)老師所講的實驗步驟和方法利用軟件完成相關(guān)操作。

2.2 機械設(shè)計課程設(shè)計案例

機械設(shè)計課程設(shè)計是《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的一個綜合應(yīng)用，讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識設(shè)計齒輪減速器，包括帶傳動、齒輪傳動的設(shè)計及計算、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的選擇等，課程分三部分進(jìn)行，第一部分為撰寫設(shè)計說明書，第二部分為繪制圖紙，第三部分為考核答辯。課程采用釘釘視頻會議方式授課，授課過程中，采用分組教學(xué)，組內(nèi)討論，組與組之間討論，共性問題集中講解。每組所有成員可共同討論分析繪制步驟，并對繪制的圖紙共同分析，找出不足并改正，起到了多重把關(guān)的效果?？己瞬捎么疝q的形式，完全按照畢業(yè)設(shè)計相關(guān)要求進(jìn)行，即讓學(xué)生鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識、也提高了學(xué)生動手能力，更為日后的畢業(yè)設(shè)計提供了保障。

2.3 新能源汽車虛擬仿真實驗案例

近年來，隨著國家綜合能力的提高，能源供應(yīng)的緊迫感與日俱增，新能源汽車取代傳統(tǒng)汽車以成為必然趨勢。在學(xué)生實驗中由于新能源汽車設(shè)備價格昂貴、使用成本高、拆卸步驟環(huán)境要求嚴(yán)格，對學(xué)生人身安全有危險。所以學(xué)校建設(shè)新能源汽車虛擬實驗平臺，實現(xiàn)了新能源汽車試驗的線上操作。

實驗采用理論+實物教學(xué)+虛擬仿真一體化教學(xué)，實現(xiàn)理實結(jié)合、虛實結(jié)合。老師在課程中通過動畫視頻、教學(xué)視頻和原理視頻三部分讓學(xué)生了解拆裝步驟和認(rèn)識各個零部件。學(xué)生通過新能源實驗臺教學(xué)觀看真人版現(xiàn)場操作，掌握正確的新能源汽車實驗操作方法。最后學(xué)生通過仿真實驗了解對該軟件的操作使用方法，根據(jù)老師所講的實驗步驟和方法利用軟件完成新能源汽車電機的拆裝操作。整個實驗過程學(xué)生采用自主、互動、研討及合作等方式完成主體實驗。

實驗?zāi)康模菏箤W(xué)生熟悉新能源汽車基本知識與工作原理，加深對所學(xué)專業(yè)理論知識的理解;幫助學(xué)生了解新能源汽車的拆裝操作規(guī)程，使學(xué)生建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度;為學(xué)生以后就業(yè)或深造提供保障;學(xué)生可通過此虛擬仿真實驗平臺操作提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知和學(xué)習(xí)興趣。

本實驗采用三段式教學(xué)：教學(xué)中注重課前指導(dǎo)，采用視頻案列演示進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。課上采用學(xué)生自主、互動、研討及合作完成主體實驗。課后進(jìn)行知識點考核，完成學(xué)生學(xué)習(xí)效果的自我檢驗。

實驗的具體教學(xué)中有兩種模式：拆裝練習(xí)模式及考核模式。拆裝練習(xí)模式中老師引領(lǐng)示范、學(xué)生跟隨操作，或?qū)W生根據(jù)說明提示完成操作。因?qū)嶒灢僮鞑襟E較多，且操作過程中需要觀察，操作的工具設(shè)備也比較多，同時培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考和總結(jié)的能力，老師在示范過程中只強調(diào)關(guān)鍵步驟和注意事項?？紤]到學(xué)生在實驗操作中的不確定性，仿真教學(xué)軟件中設(shè)計了提示和恢復(fù)功能，讓學(xué)生在操作不正確情況下了解錯誤發(fā)生原因，觀察錯誤操作的后果，并能恢復(fù)到誤操作前的工況，修正操作。考核模式中，關(guān)鍵步驟會有相應(yīng)的知識點考核，學(xué)生答錯會進(jìn)行實驗分?jǐn)?shù)的扣減，利于學(xué)生學(xué)習(xí)效果的自我檢驗。實驗采用學(xué)生倆人為一組進(jìn)行，以便對關(guān)鍵的操作步驟、關(guān)鍵知識點進(jìn)行研究討論，掌握其工作原理。虛擬實驗拆裝過程中，學(xué)生可組成團(tuán)隊進(jìn)行探討研究，分工合作完成新能源電機拆裝的虛擬仿真實驗項目，能全面了解新能源汽車電機拆裝工作流程，實驗不僅有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識的積極性，還鍛煉了他們的實踐操作技能，以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實際問題的綜合能力。

實驗步驟：登錄網(wǎng)站，進(jìn)入虛擬教學(xué)，閱讀實驗?zāi)康?，了解本實驗的目?biāo)與要求;學(xué)習(xí)軟件中實驗預(yù)習(xí)部分，關(guān)于新能源汽車背景知識，掌握原理與知識點;觀看新能源汽車拆裝視頻，對相關(guān)知識有感性的認(rèn)識;進(jìn)入沉浸式教學(xué)。學(xué)生若對相關(guān)操作步驟不熟練，可以選擇練習(xí)模式，根據(jù)提示進(jìn)行操作練習(xí)，熟悉整個拆裝流程，然后再進(jìn)入考核模式，考核模式下提示較少，且關(guān)鍵步驟有知識點考核題目，利于學(xué)生對知識的掌握。在師生互動環(huán)節(jié)中，學(xué)生如對知識點有疑惑，可以實時留言給老師進(jìn)行解答。也可加入QQ群進(jìn)行實時討論。

學(xué)生通過虛擬仿真教學(xué)軟件中的拆裝工具對新能源汽車進(jìn)行靈活拆裝與組合，實現(xiàn)真正的理論與實踐教學(xué)相結(jié)合，讓每個學(xué)生都能動手操作拆卸與組裝，提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生盡快適應(yīng)工作崗位打下堅實基礎(chǔ)。

3? 線上實驗教學(xué)的啟發(fā)與思考

這次疫情既是對我國“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教學(xué)應(yīng)用能力和應(yīng)用成果的全面檢閱，更是實驗教學(xué)開展教學(xué)信息化協(xié)同創(chuàng)新的一次契機。

3.1 解決實驗設(shè)備問題

線上實驗教學(xué)可以從根本上解決現(xiàn)階段學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)中設(shè)備短缺、設(shè)備落后等主要問題，線上資源及虛擬仿真可以提供型號齊全、用之不竭、不會損壞的實訓(xùn)設(shè)備，并且可以不斷地擴(kuò)充和發(fā)展。通過線上實驗教學(xué)可以使學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實訓(xùn)，獲得與真實實訓(xùn)一樣的體會，從而豐富感性認(rèn)識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，減少經(jīng)費的投入，并可向網(wǎng)絡(luò)學(xué)院、虛擬教育延伸。

3.2 節(jié)約資金投入

采用線上已經(jīng)建設(shè)的慕課資源，采用豐富的線上視頻資源可以大大節(jié)約實驗室投資金額，只需在原來計算機設(shè)備上增加合適軟件和較少硬件，就可以完成實驗教學(xué)。引入汽車虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)可以大大降低訓(xùn)練的產(chǎn)生的消耗、提高實習(xí)效率、降低實習(xí)成本，同時學(xué)生可以避免在實體教學(xué)用臺架等直接造作可能出現(xiàn)的耗材增加、損壞加劇、浪費材料等現(xiàn)象。

3.3 避免真實實訓(xùn)或操作所帶來的各種危險

傳統(tǒng)上，對于危險或?qū)θ梭w健康有危害的實訓(xùn)，一般采用電視錄像的方式來取代實訓(xùn)，學(xué)生無法直接參與實訓(xùn)，獲得感性認(rèn)識。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行虛擬實訓(xùn)，則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實訓(xùn)環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實訓(xùn)。學(xué)生可以在實驗室、教室、宿舍、家中任何一個地方，通過局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)對汽車構(gòu)造進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)操作。

3.4 線下實踐操作的不可替代性

盡管線上實驗教學(xué)具有諸多優(yōu)點，但部分課程的實踐操作是不可替代的，對學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)入崗位有著重要的指導(dǎo)作用。所以實驗中心采用了“線上培訓(xùn)+仿真實驗+線下實踐”的教學(xué)模式，初期“線上培訓(xùn)”由實驗室指導(dǎo)教師利用學(xué)校實驗室設(shè)備進(jìn)行錄課及直播教學(xué)完成，教師建立課程群，通過視頻資料發(fā)放、在線直播課程、仿真實驗及輔導(dǎo)答疑完成實踐內(nèi)容的認(rèn)知。后期“線下實踐操作”由返校后指導(dǎo)教師在實驗室指導(dǎo)學(xué)生完成。

4? 結(jié)論

突如其來的疫情，使教學(xué)發(fā)生了巨大變化，促進(jìn)了在線教育的廣泛應(yīng)用，也推進(jìn)了在線教育的常態(tài)化。在線實驗教學(xué)對于傳統(tǒng)面授是一種挑戰(zhàn)，它不能夠取代傳統(tǒng)實做實驗，而是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的有利輔助和促進(jìn)。本次線上資源、虛擬仿真、設(shè)計研究等多種形式形式的理實結(jié)合、虛實結(jié)合的線上實驗教學(xué)改革有很多經(jīng)驗值得后期的實驗教學(xué)借鑒，但也存在不足，需要在后期教學(xué)中不斷梳理問題，教學(xué)成果將成為研究摸索在線教育的常態(tài)化模式改革的依據(jù)，繼續(xù)推進(jìn)實驗教學(xué)改革，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。

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