液壓課程開放式虛實結合實訓教學體系的構建研究

[摘 要] “智能制造”時代背景對“液壓傳動”課程實訓教學改革提出了更高的要求，構建開放式虛實結合實訓教學體系是一種新思路。通過運用現代化信息技術，建設立體化、虛實結合的實訓教學資源，構建開放式實訓教學平臺，從實訓教學內容、實訓教學資源、實訓教學模式以及實訓教學評價四個方面對“液壓傳動”課程實訓教學進行了課程改革。教學實踐證明，該實訓體系的應用提高了“液壓傳動”課程實訓教學的信息化與現代化，減少了實訓管理成本，增強了學生實踐能力與創新能力的培養，很好地達到提高實訓教學質量的目的。

[關 鍵 詞] 液壓傳動；開放式；虛擬實訓；教學改革；考核評價

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）02-0120-03

“液壓傳動”課程是高職機電類專業一門非常重要的專業基礎課，包括理論與實訓兩部分。液壓實訓作為這門課程的重要環節，是學生掌握液壓基礎知識與技能的保障，也是培養學生實踐能力、創新能力與提升綜合素質的重要途徑。深化實訓教學改革與提高實訓教學質量一直是“液壓傳動”課程教改的重要任務。隨著我國“智能制造”強國戰略的提出，培養能滿足智能制造產業發展需求的創新應用型機電專業技能人才已經成為高職院校人才培養的重要目標之一。這樣的時代背景對“液壓傳動”課程實訓教學改革提出了更高的要求[1]。

隨著計算機技術、虛擬仿真技術與網絡技術的日漸成熟，通過信息化技術開展虛擬實訓教學、開放式實訓教學的成功案例越來越多。[2]-[4]因此，基于培養機電創新應用型技能人才的指導思想，結合“液壓傳動”課程實訓教學實踐，提出構建開放式虛實結合實訓教學體系的教改思路。

一、開放式虛實結合實訓教學體系的提出

液壓虛擬實訓教學以液壓元件和液壓回路為對象，結合計算機信息技術、虛擬仿真技術等進行虛擬化教學，形象地展示液壓元件的結構、工作原理，可虛擬拆裝液壓元件與設計液壓回路，動態模擬液壓回路的工作過程，并實時獲取壓力、流量等數據。[5]虛擬實訓的開展可以節約實訓硬件投入，減少實訓管理成本，又不受實訓時間與地點的限制。

開放式實訓教學，是指實訓時間、空間、內容、手段及教學方法都是開放的。[6]學生不但可以根據自己的能力和愛好選擇相應的實訓項目，還可將自己的創意帶入實訓。[7]這對提高學生學習興趣、培養學生實踐動手能力與創新意識有極大的積極作用。

筆者從2014年開始致力于將虛擬技術應用于“液壓傳動”課程實訓教學的研究，設計開發了液壓虛擬拆裝實訓系統等虛擬實訓平臺，取得了階段性成果，[8][9]也遺留一些待解決的問題：[10]

1.采用虛擬實訓的教學案例越來越多，但關于虛擬實訓的教學設計與教學模式研究還沒有形成系統化。

2.實訓教學中過分倚重虛擬實訓的開展，反而忽視了真實實訓在教學中不可替代的地位，主次顛倒，沒有將虛擬實訓與真實實訓巧妙融合、優勢互補。

3.現有虛擬實訓教學內容單一、真實體驗感不強，虛擬實訓教學資源亟須優化完善。

4.關于虛擬實訓考核評價的探討也很少。

針對實訓教學中的一系列問題，充分運用現代化信息技術，通過建設立體化、虛實結合的實訓教學資源，構建開放式實訓教學平臺，從實訓教學內容、實訓教學資源、實訓教學模式以及實訓教學評價四個方面對“液壓傳動”課程實訓教學進行改革，構建開放式虛實結合實訓教學體系。

二、開放式虛實結合實訓教學體系的構建

（一）優化實訓教學內容，建立立體化、虛實結合實訓教學資源

貫徹本專業的人才培養宗旨，梳理傳統的實訓教學體系，優化實訓內容，發揮虛擬實訓與真實實訓各自的優勢，建立以培養學生應用能力與創新能力為核心的立體化、虛實結合實訓教學資源。優化后的實訓教學資源如下圖所示。

優化后的實訓教學資源符合學生的認知規律，并緊跟行業技術前沿進行實時更新，逐層深入，形成基礎型、綜合型與創新型三個層次實訓內容。

其中，基礎型實訓以液壓元件拆裝與液壓回路搭建為主，綜合型實訓以液壓電氣系統設計與搭建為主，有真實、虛擬兩種實訓方式，且配有豐富、立體的實訓指導資料。除了傳統的文字、圖片等形式指導資料，學生還可以微信掃描相應實訓的二維碼觀看動畫或微課熟悉實訓過程。在立體化實訓指導的基礎上，虛擬實訓既可以作為真實實訓前的模擬，也可以實現遠程、自主性學習。

創新型實訓案例來源于學生學科競賽、教師科研項目、課外創新項目等，實訓項目涵蓋液壓、機械、傳感器、PLC等機電綜合知識，鍛煉學生機電綜合運用能力以及創新能力。例如，結合學生第二課堂開展的“制作液壓挖掘機項目”，體現了項目的創新性、拓展性，鼓勵學生發散思維，積極探索，學生能夠獲得較大學習成就感。

（二）利用信息化技術，構建開放式虛擬實訓教學平臺

開放式虛擬實訓教學平臺整合開發的虛擬實訓教學資源，分為虛擬實訓、實訓指導與成果展示三大模塊。虛擬實訓模塊發布虛擬實訓項目，可供學生自主進行虛擬實訓，也可用于真實實訓前的模擬或者課程教學演示；虛擬實訓模塊的開發需要經過NX UG6.0軟件三維建模、3D MAX軟件模型處理以及Unity軟件虛擬仿真等技術，虛擬實訓的真實性、可操作性與趣味性直接關系虛擬實訓的教學效果。實訓指導模塊發布實訓注意事項、實訓目錄、實訓指導等指導性信息；成果展示模塊展示個性創新作品、優秀學生競賽作品和科研項目成果，激發學生的靈感和學習熱情，發揮創新能力。

（三）建立“虛實結合、優勢互補”的啟發式、探究式實訓教學模式

在“以學生為主體，教師為引導”的實訓教學理念指導下，拋棄“教師講，學生做”的被動型實訓教學模式，創建開放的實訓環境，虛實結合，發揮學生的主觀能動性，采用學生主動參與、相互協作的教學模式，激發學生思考探索，并最終達到培養學生綜合能力的目的。

實訓以3名學生為一組，實訓任務通過開放式虛擬實訓教學平臺發布，教師做必要的指引后，學生通過立體化的實訓指導資料可以自主獲取詳盡的實訓指導，即使在實訓過程中碰到問題也可以隨時調看，學生在實訓過程中走動大大減少，實訓過程更加有序。學生在立體化實訓指導的幫助下可以通過平臺先行虛擬實訓，再到旁邊場地進行真實實訓。對一些比較簡單的基礎型實訓項目可以只進行虛擬實訓，充分發揮“虛實結合”實訓的優點。在“虛實結合、優勢互補”的啟發式、探究式實訓教學模式中，學生真正成為學習主體，學生自主實訓的時間增加，實訓過程更加有序高效，實訓教師“1對N”的指導壓力減輕，有助于實訓效果的提升。

（四）改革實訓評價方式，創新虛實結合實訓評價體系

基于開放式虛實結合實訓教學模式，改革實訓評價方式，創建客觀、全面、開放、科學的實訓教學評價體系，采取靈活多樣的評價方式，以推進實訓教學模式的改革，保障虛實結合實訓教學的順利開展。

開放式虛實結合實訓評價涵蓋實訓全程，分為項目實操成績70%+實訓考核成績30%，每個項目建立相應的評價標準，如表1所示。基于開放式虛實結合實訓教學模式，實訓教師進行過程性考核的時間更加充裕，不僅可以詳細記錄各組學生的實訓過程、討論情況、問題的解決、動手能力、實訓成果和亮點，還可以考核學生的自主學習能力、團隊協作能力等，避免實訓成績單憑實訓報告“一刀切”的不合理評價方式，真實有效地評價學生實訓。對學生的優秀成果給予認可與表揚，增強學生的學習信心和榜樣力量；對不足之處，及時幫助學生改進，促進學生進步。

三、開放式虛實結合實訓教學體系的效果評價

（一）評價對象

2016—2017學年，筆者二次開發完成液壓元件虛擬拆裝系統，在我院機電1501、機電1502班“液壓傳動”課程中進行虛實結合液壓元件拆裝實訓，其他實訓項目仍采用傳統實訓教學；2017—2018學年，完善現有液壓元件虛擬拆裝系統，在機電1601、機電1602班引入開放式虛擬實訓教學平臺，進行開放式虛實結合實訓教學。2015—2016屆2屆學生問卷調查和實訓情況跟蹤情況比較如下。

（二）問卷調查結果

為了客觀評價并進一步完善開放式虛實結合實訓教學體系，針對開課班級進行問卷調查，問卷發放情況如表2所示。問卷調查內容包括實訓條件、實訓過程、實訓效果與總體評價四個方面。問卷調查分值采用5分制，“5”表示“非常滿意”、“4”表示“比較滿意”、“3”表示“一般”、“2”表示“不滿意”、“1”表示“很不滿意”，問卷調查結果如表3所示。

調查結果顯示，絕大數學生對“液壓傳動”課程開放式虛實結合實訓教學給予較大肯定。

（三）實訓情況跟蹤

跟蹤比較2015—2016屆2屆學生實訓情況，發現參加開放式虛實結合實訓的學生在實訓積極性、操作準確性、實訓效率以及實訓報告撰寫質量等方面表現得更為突出，實訓成績優秀率更高。

四、結語

通過現代化信息技術的幫助，對傳統“液壓傳動”課程實訓教學的實訓教學內容、實訓教學資源、實訓教學模式以及實訓教學評價等方面進行改革，構建開放式虛實結合實訓教學體系。教學實踐證明，該實訓體系提高了“液壓傳動”課程實訓教學的信息化與現代化程度，并最終達到提高實訓教學質量的目的，為培養“智能制造”背景下的機電創新應用型技能人才貢獻了不可忽視的力量。此外，該實訓體系也為開拓新的實訓教學模式提供了一種思路。

參考文獻：

[1]譚娟.淺談在轉型發展中《液壓與氣壓傳動》實踐教學[J].科技創業，2015（7）：83-84.

[2]呂明珠.虛擬仿真技術在液壓與氣動實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2015（4）：145-146.

[3]周晶，江新.基于虛擬技術的液壓實訓課程開發[J].現代制造技術與裝備，2016（8）：147，165.

[4]周賢德.探討液壓虛擬仿真實驗教學模式[J].制造業自動化，2016（7）：31-32.

[5]梁麗.構建分層次實驗教學體系培養創新型人才[J].實驗室研究與探索，2014，33（1）：217-219，242.

[6]張靜，肖明.開放式虛實結合的實驗教學模式的研究與探索[J].中國電力教育，2014（36）：176-177，188.

[7]陳敏捷.液壓元件模型庫的開發及虛擬拆裝的設計與實現[J].裝備制造技術，2015（10）：226-228.

[8]陳敏捷.虛擬現實技術在液壓實驗教學中的應用研究[J].實驗技術與管理，2018，33（4）：136-139.

[9]盛蘇英.開放式虛實結合實驗教學探索與實踐[J].實驗科學與技術，2014，12（1）：98-101，104.

[10]吳亞峰，劉亞志，于復興.VR與AR開發高級教程基于Unity[M].北京：人民郵電出版社，2017.

編輯 馬燕萍