基于虛擬仿真教學平臺的混合教學模式研究

李永華 陳秉智 王悅東

摘 要：在新冠肺炎疫情背景下，為了適應“停課不停學”的教學環(huán)境，本研究提出一種基于虛擬仿真教學平臺的混合教學模式。以大連交通大學的動車組結構及原理課程為例，依據(jù)該課程特點，在線上理論教學的基礎上構建線下虛擬仿真教學平臺，并將該平臺引入實踐教學中，形成“線上+線下”的新型混合教學模式，為學生提供更加良好的學習體驗，從而達到優(yōu)化教學效果、提升學生認知水平和工程實踐能力的目的和要求。

關鍵詞：虛擬仿真教學平臺;混合教學模式;動車組結構及原理課程

2020年初爆發(fā)的新冠肺炎疫情使中國社會被迫按下“暫停鍵”，眾志成城地打贏疫情防控阻擊戰(zhàn)成為全國人民的共同目標。

鑒于疫情的持續(xù)性和常態(tài)化，為保證正常的教學進度和安排，教育部發(fā)起“停課不停學，停課不停教”的號召。在遼寧省教育廳的積極響應下，大連交通大學各教學機構結合各學科的主要特點，統(tǒng)籌部署，構建“互聯(lián)網(wǎng)+”線上教學模式。但對于概念性強、理論復雜、實踐性和工程性強等特點的課程，由于缺少線下觀摩、面授講解等實踐性教學環(huán)節(jié)，無疑會削弱教學效果，導致學生對知識及課程的理解不透徹，難以達到教學目標要求。因此，開展新型模式的“線上+線下”教學模式以適應疫情常態(tài)化下的教學環(huán)境是非常有必要的。對于“線上+線下”教學模式的研究，眾多學者已經(jīng)做了較多工作。王瑞芬探討了以應用為導向、以任務為驅動的“線上+線下”混合式教學模式，并將其應用在教學實踐中，以期鍛煉和提升學生的實踐和應用能力;周怡琳等學者結合精密機械與儀器的課程特點，基于“愛課堂（ICLASS）”平臺建立在線教學資料庫，并對該課程混合教學模式進行改革探索，根據(jù)教學平臺的使用情況深度剖析了混合教學模式的教學效果;章強等學者深入討論了“線上+線下”混合教學模式的優(yōu)勢和具體的教學實施過程，并針對現(xiàn)有的混合教學模式的問題，從教師、學生及教學管理三個層面提出相應改進措施。

鑒于動車組結構及原理的課程特點，本研究將數(shù)字化虛擬裝配與仿真引入到線下實踐教學環(huán)節(jié)，將其作為線上理論教學的有益補充，共同促進新型教學模式的發(fā)展。

一、面向虛擬仿真的線下教學平臺構建

動車組結構及原理作為車輛工程專業(yè)的基礎課程，在理論教學上涉及多學科、多領域知識，具有實踐性和工程性強等特點。線上直播授課缺少線下實踐性教學，學生無法充分理解所學內(nèi)容，導致學生應用和實踐能力較差。此外，線上直播授課容易出現(xiàn)傳統(tǒng)教學中重理論、輕實踐的現(xiàn)象，不僅不能收到積極的教學效果，而且會得其反。

基于上述問題，以提高教學效率和效果為目的，圍繞新型教學模式主題，構建虛擬仿真線下教學平臺。該平臺通過“虛擬體驗式、多向互動式”的新型線下教學模式，培養(yǎng)學生空間想象力，增強對轉向架結構的認知，再將“主動參與式”的結構基本原理引入其中，使學生體驗轉向架結構各組成部分及其零部件的運作過程，并以任務驅動方式引導學生運用相關知識解決問題。

在平臺構建基礎上，將轉向架結構及主要組成部分、關鍵零部件的技術參數(shù)及工作原理等內(nèi)容有機融合到混合教學模式中，形成以知識框架為“骨”、轉向架結構基本認知為“肉”、結構基本原理展示為“經(jīng)絡”的認知型教學模式。該模式充分調(diào)動學生的主觀能動性，在教師的引導下，學生自主發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題，使學生成為混合教學模式的主體。為達到優(yōu)化教學效果，還需設計合理的預習題、測驗題，幫助學生掌握學習重點，并為課程最終測評提供評審依據(jù)。

虛擬仿真教學平臺的構建可分為教學目的、轉向架及主要組成部分、虛擬裝配、關鍵零部件工作原理展示四個模塊。除教學目的，各模塊內(nèi)容可表述為以下三個方面：

一是轉向架及主要組成部分，幾種典型轉向架、輪對軸箱裝置、一系懸掛等轉向架及組成部分簡介。

二是虛擬裝配，典型轉向架、輪對組成、不同軸箱定位方式、液壓減震器等轉向架及組成部分的虛擬裝配展示。

三是關鍵零部件工作原理展示，一系懸掛裝置、軸向定位裝置、驅動裝置、制動裝置等關鍵零部件的工作原理展示。

各模塊除上述功能外，還有自主知識點檢測功能，學生完成仿真項目后，可對所學內(nèi)容進行自測，答題結束后提交考核報告。該平臺的構建為學生提供了完備的知識框架和交互式的學習體驗。

二、虛擬仿真教學平臺的主要功能

虛擬仿真教學平臺主要完成轉向架及主要組成部分結構介紹、虛擬裝配和基本工作原理展示三方面內(nèi)容，使學生能夠在鞏固線上理論知識的同時，提升分析和解決問題的能力。平臺主要功能簡要概括為以下四個方面：

一是教學目的模塊，闡述虛擬仿真教學平臺的目的及需要達到的考核標準。

二是轉向架及主要組成部分模塊，介紹轉向架系統(tǒng)類型及各結構組成部分的特點。

三是虛擬裝配模塊，采用交互式的方式進行轉向架及組成結構的虛擬裝配、拆卸。

四是關鍵零部件工作原理展示模塊，通過動態(tài)演示直觀展示關鍵零部件的運動狀態(tài)和工作原理。

該平臺中虛擬裝配和工作原理展示等仿真項目均以三維動態(tài)形式呈現(xiàn)，裝配過程中點擊任意裝配零部件即可顯示其名稱或主要參數(shù)。平臺還包含自主手動裝配子項目，可實現(xiàn)手動裝配功能，增強對結構的認知和動手實踐能力。可見，以線上理論教學+線下虛擬仿真實踐教學為依托的新型混合教學模式達到了理論和實踐的深度融合，對提升疫情常態(tài)化下的教學效果有明顯的優(yōu)勢。

三、虛擬仿真教學平臺的教學實踐

如何使虛擬仿真教學平臺在混合教學模式中充分發(fā)揮作用是教學實踐中的首要問題。借鑒傳統(tǒng)實踐性教學環(huán)節(jié)，將虛擬仿真教學平臺與線上理論教學充分融合。比如，學生可通過平臺進行課前預習，熟悉下節(jié)課程，課后鞏固線上所學內(nèi)容，真正做到理論聯(lián)系實際。線上講授理論教學時，教師可借助平臺進行深層次的理論知識講解，激發(fā)學生更高的積極性。

（一）線下預習及鞏固

線上理論教學之前，學生借助虛擬仿真教學平臺進行課前預習，初步了解課程學習內(nèi)容。通過課前預習，學生可以了解轉向架復雜的結構及原理，配合線上授課建立相對完整的知識結構框架。線上授課后，學生可將課上所學知識代入到虛擬仿真教學平臺中，加深學習印象，從而達到理論結合實踐的教學目的。

（二）線上授課及解惑

針對學生預習所遇到的疑惑和知識難點，在線上授課時，教師可借助虛擬仿真教學平臺集中進行答疑解惑，使學生深入理解。根據(jù)學生反饋情況，教師更為深入詳盡地講解課程內(nèi)容，充分提高虛擬仿真教學平臺對線上理論教學的增益，彌補線上理論教學的不足，完善“線上+線下”混合教學模式。受益于虛擬仿真教學平臺的學習認知，線上理論教學的效率也會得到提升。

（三）課程考核方式

“線上+線下”混合教學模式需要建立相應完整的課程考核制度，且該考核制度應貫穿于整個疫情防控大背景下的教學過程。針對課程特點以及基于虛擬仿真教學平臺的混合教學模式的實踐，該課程考核制度不僅要考核學生對基礎知識的掌握程度，也應該對學生自主學習能力及發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力等進行全方位考查。動車組結構及原理課程考核制度由線上教學（70%）和線下教學（30%）兩部分組成，其中線上教學成績主要包括作業(yè)、期末考試成績、考勤等，線下教學成績主要是虛擬仿真教學平臺各模塊中自測成績的匯總考核。

在分析傳統(tǒng)“線上+線下”教學模式的基礎上，結合疫情常態(tài)化下的教學目標及要求，依據(jù)動車組結構及原理的課程特點，借助虛擬仿真技術構建虛擬仿真實踐教學平臺，并與線上直播理論教學相融合，探究了新型混合教學模式，得到以下結論：

線下虛擬仿真實踐教學平臺有助于彌補疫情常態(tài)化下實踐教學環(huán)節(jié)的缺失，使學生能夠在短時間內(nèi)高效地掌握動車組復雜的結構及原理，增強學生的認知能力和工程實踐能力。

線上直播理論教學+線下虛擬仿真實踐教學的新型混合教學模式相互補充和支撐，既能凸顯以教師為主導的線上直播教學，又能充分調(diào)動學生的學習興趣，彰顯以學生為主體的線下實踐教學，為在疫情期間培養(yǎng)具有相關專業(yè)知識的應用創(chuàng)新型人才提供了新的教學思路和方法。

參考文獻：

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[3]周怡琳，孔志剛，姚燕，等.基于線上教學平臺的精密機械與儀器混合教學模式的改革探索[J].高教學刊，2020，（20）.

[4]章強，亢振軍，朱靜敏.基于線上線下混合教學模式的探索——以海洋生態(tài)學課程為例[J].廣東化工，2020，（12）.

責編：桃 子