新冠肺炎疫情下機械類實驗課程線上探索與組織實踐

遲清 張義花 房紀濤 李柏震

摘? 要：新冠疫情下，為了保證實驗課程與線上理論課程同步，機械類專業進行了線上實驗的探索與組織實踐。在學校和學院的積極引導下，機械類線上實驗課程分別從虛擬仿真教學云平臺、規劃實驗教學模式、制定實驗教學方案、學生書寫實驗報告并反饋、學院建立線上實驗質量督導等方面進行了探索及實踐，保證了全院近600人次的線上實驗順利實施，使學生的知識、能力和素質得到培養，同時為理工實驗課程的線上與線下結合模式的推廣應用提供參考。

關鍵詞：實驗課程;云平臺;線上視頻與直播;閉環反饋

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）08-0049-04

Abstract： In order to ensure the synchronization of experimental courses and online theoretical courses under the new crown epidemic situation， the exploration and organization practice of online experiments are carried out in mechanical majors. Under the active guidance of the university and college， the online experiment course of mechanical engineering has explored and practiced from the aspects of virtual simulation teaching cloud platform， planning experimental teaching mode， formulating experimental teaching scheme， writing experimental report and feedback after experiment， and establishing online experiment quality supervision in the college. These ensured the smooth implementation of nearly 600 person times of online experiment in the whole college， which enables the students' knowledge， ability and quality to be cultivated. At the same time， it provides reference for the promotion and application of online and offline combination mode of science and engineering experiment course.

Keywords： experimental course; cloud platform; online video and live; closed loop feedback

引言

為落實教育部《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》的要求，各大高校均進行了在線授課、實驗和網絡實習等。實驗課程作為理論課程的重要組成部分，對提高大學生的實踐能力和創新能力具有重要作用。特殊時期多數高校針對專業特點進行了實驗教學的實施。

北京理工大學張建衛教授對疫情期間教學互動、家庭功能和自主動機對學生在線學習投入的影響進行了研究，并提出了相關對策和建議[1]。陳晶等通過騰訊會議與雨課堂結合的線上教學策略，達到了會計類課程線上教學的目的[2]。唐艷妮等針對大學物理實驗的特點，總結出先虛后實、先理論模擬再動手實踐的工作和學習思路，提出了基于慕課資源-仿真實驗-設計研究-趣味演示的一系列居家實驗方案和實踐方法，充分利用了在家可利用資源的優勢，體現了線上與線下混合、先學而后教的翻轉課堂模式[3]。與此類似，西北工業大學閆毅等利用QQ群分享屏幕與視頻直播的學習平臺，通過在線講授理論環節-開發居家替代實驗-游戲式實驗等實驗形式，結合虛擬仿真實驗，展開了理論-實踐，與虛擬-現實相結合的在線實驗教學新方式，同時學生得到了勞動教育[4]。以上線上實驗教學方法利用了網絡教學平臺與學生在家的優勢，達到了實驗目的。而機械類專業基礎實驗工具在家很難做實驗，且相對復雜。因此，學院開展了實驗云平臺模擬以及線上直播等不同的教學形式。

濟南大學機械工程學院實驗室根據疫情期間的實驗教學要求，在具備專業認證的實驗室安全要求的基礎上[5]，結合前期使用翻轉課程進行理論教學的經驗[6]，進行了線上實驗的實踐探索。線上實驗包括實驗云平臺的運用、線上視頻和直播的教學模式、教學方案的制定，以及實驗報告書寫及反饋等，通過線上實驗的具體實施，將為探索機械類實驗課程線上與線下相結合模式的應用奠定基礎。

一、線上實驗探索

新冠疫情防控時期，學生因無法返校而無法進入實驗室參與具體實驗過程，濟南大學虛擬仿真教學云平臺的上線為部分實驗的實施提供了條件。為彌補另外一部分實驗無法在云平臺虛擬操作的不足，實驗室老師們制定了“線上視頻+直播”的教學方式，從教學模式的制定、教學方案的實施，再到學生書寫實驗報告的要求均制定了細致的規范。根據前期實驗報告的情況，通過閉環反饋，可為后期實驗的進行提供參考和依據。線上實驗與組織實施結構如圖1所示。

線上實驗的教學質量是保證學生獲取實驗知識、提高實踐能力、培養良好素質的關鍵，因此建立有效的線上實驗質量督導制度十分必要。學院根據實驗類型及時間安排，安排督導委員會成員老師參與線上實驗過程，督導老師會及時反饋關于實驗過程中的問題，特別是涉及到圖片、視頻、直播過程中聲音等，保證在家的每位學生均可看到、聽到和學習到所涉及的實驗過程、實驗內容和實驗結果。

二、線上實驗課程組織與實施

根據機械類實驗課程的特點，結合學校和學院現有的可進行線上實驗的條件，將實驗可分為云平臺仿真模擬實驗和“線上視頻+直播”兩種實驗方式。另外，實驗是充分理解理論知識的關鍵過程，也應是一個閉環的授課過程。因此，在評價線上實驗的效果時，除了按照要求手寫實驗報告外，還需要對實驗過程進行評價，以便實驗老師掌握線上實驗的效果，用以調整實驗的內容、方法和方式。

（一）云平臺仿真模擬

虛擬仿真教學云平臺包括實驗概述、討論交流、瀏覽量、學習人數和實驗通過人數等互動和數據統計部分，進入“開始學習”虛擬實驗后，首先為該實驗知識點的介紹，包括圖片和文字;其次為各個分實驗的實驗介紹和虛擬“開始組裝”部分。該虛擬仿真教學云平臺可完成機械制圖、機械設計、機械原理、機械制造技術基礎等課程實驗。教師通過查看使用詳情，可掌握學生的虛擬仿真操作的整體情況，從而有針對性的對實驗過程中的難點、重點知識進行答疑。

（二）“線上視頻+直播”實驗

線上實驗過程采用以學生為中心，以產出（實驗報告）為導向的教學模式。具體的教學方案包括實驗前的圖片、視頻引導;實驗中的教師講解與實際操作、學生可實時提問、畫圖記錄等;實驗后的實驗報告書寫、提交等，共同組成閉環的教學過程。

考慮學生進行理論知識學習已經有段時間，因此實驗前結合所做實驗的機械實物進行簡單的知識梳理。為此，實驗前通過圖片或者2分鐘內的實驗室設備視頻簡介的形式，結合老師的配音講解，對所進行的實驗設備名稱、實驗名稱、實驗考查知識點、實驗內容進行一一說明，使得學生更易將理論知識與實驗實物相結合，并通過實物強化對知識的理解和掌握。另外，該視頻在學生QQ群中可隨時學習、反復學習，讓學生學習更方便。

實驗過程中，教師根據實驗類型進行實際操作，并給定學生一定的實驗數值范圍，在直播實驗操作時，引導學生就關鍵步驟進行繪圖與計算、并結合學生的疑問點，進行現場解答和分析，加深學生知識內化的過程。

（三）實驗報告及反饋

實驗報告是對實驗過程及知識點梳理的總結。為了提高學生知識內化和知識建構，同時加深理解，要求學生用手寫實驗報告的形式進行，通過課堂派提交手寫板照片，為使得所拍出的實驗報告更清晰，建議學生拍照后用掃描軟件掃描后上傳。圖5為學生利用課堂派交實驗報告的情況，圖6和圖7分別為手寫板和計算機繪圖實驗報告。

通過實驗報告的完成提交情況、書寫質量可反映學生線上實驗的態度及掌握情況。通過線上實驗的每一實驗近600份的實驗報告，結合學生在QQ直播群的反饋，驗證了用“線上視頻+直播”的形式可以很好的完成實驗過程，實驗報告完成的及時、完整、準確。通過學生的反饋，證明了在特殊時期利用該種實驗模式的可行性、可實施性。

三、結論

新冠疫情下機械類實驗的線上實驗模式包括云平臺仿真模擬和“線上視頻+直播”兩種，兩者的結合實現了學生在家做實驗的目的，主要結論如下：

（1）云平臺仿真模擬通過知識點梳理、模擬操作，使得學習更直觀、深入。

（2）“線上視頻+直播”實驗將線上視頻與教師實際

操作相結合，使得學生對實驗內容和過程理解更清晰。

（3）手寫板實驗報告、繪圖等，將整個實驗過程組成一個閉環反饋系統，培養了機械類專業學生將理論知識和實驗實踐結合的能力。

該實驗教學模式使得學院近600名學生順利完成實驗，該探索與實踐將為理工類線上與線下實驗的實施提供參考。

參考文獻：

[1]張建衛，周愉凡，宣星宇，等.疫情防控期高校在線教學與學生發展：基于B大學的案例研究[J].中國高教研究，2020（06）：64-71.

[2]陳晶，杜俊娟.實驗課程線上教學方式探究——基于會計信息系統課程改革[J].時代金融，2020（18）：151-152.

[3]唐艷妮，李雪琴，趙云芳，等.疫情中的大學物理實驗線上教學探索[J].物理實驗，2020，40（05）：31-35.

[4]閆毅，顏靜，姚東東，等.“高分子材料合成創新實驗”線上教學探索與實踐[J].大學化學，2020，35（05）：249-255.

[5]遲清，張義花，房紀濤，等.面向專業認證的實驗室安全規劃與實施研究[J].高校實驗室科學技術，2019（02）：101-104.

[6]張義花，趙東，安延濤，等.基于雨課堂的翻轉課堂在專業課教學中的應用[J].高教學刊，2019（12）：105-107.