職業(yè)院校智能制造類專業(yè)課程新雙線教學(xué)模式研究與實踐

摘 要：在智能制造類專業(yè)課程的雙線教學(xué)中，存在線上實訓(xùn)資源少、虛擬仿真平臺應(yīng)用難度大、線上線下教學(xué)內(nèi)容銜接困難和學(xué)生實訓(xùn)實操掌握程度不足等問題。針對當(dāng)前現(xiàn)狀，從虛擬資源的課程兼容、虛擬應(yīng)用的持續(xù)更新、教師能力的綜合提升、校企合作的深度配合和綜合考評的雙線同步方面提出雙線互通、虛實結(jié)合的教學(xué)改革思路，并應(yīng)用于智能制造類專業(yè)課程的教學(xué)過程中，這種教學(xué)模式將線上、線下教學(xué)方式及虛擬仿真技術(shù)有效融合至課前、課中及課后的教學(xué)環(huán)節(jié)中，形成教師主導(dǎo)、學(xué)生主體、企業(yè)參與的全新雙線教學(xué)生態(tài)。實踐表明，該模式有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能制造 雙線 虛實結(jié)合 教學(xué)改革

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，線上教學(xué)已形成常態(tài)化，全國各地各類學(xué)校和學(xué)生都參與到線上教學(xué)中。隨著線上教學(xué)開展，高等院校也形成了多樣的教學(xué)方法和模式，接下來將結(jié)合智能制造類專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從線上線下、虛實結(jié)合等多角度進(jìn)行教學(xué)模式的研究與實踐。

1 雙線教學(xué)及虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 雙線教學(xué)現(xiàn)狀

西南石油大學(xué)鄭華林等[1]以機(jī)械制造基礎(chǔ)課程為例，以“金課”建設(shè)為目標(biāo)，搭建線上教學(xué)平臺，秉承“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，建立基于問題驅(qū)動的雙線混合教學(xué)模式，教學(xué)實施結(jié)果表明其教學(xué)質(zhì)量明顯提升；北京航空航天大學(xué)劉雅靜等[2]以制造類實訓(xùn)課程為研究對象，針對教學(xué)過程中存在理實不同步、學(xué)生理解不深刻等問題，制作結(jié)構(gòu)化微課，融合線上線下，搭建實訓(xùn)教學(xué)平臺，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提高實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量；四川大學(xué)張春曉等[3]針對特殊情況下如何提升實訓(xùn)實踐課程線上教學(xué)質(zhì)量的問題，建立基于PBL-TBL融合的導(dǎo)學(xué)、自學(xué)、評學(xué)、質(zhì)疑、總結(jié)及提升的線上教學(xué)模式，并應(yīng)用于企業(yè)實訓(xùn)課程的線上教學(xué)中，取得良好的教學(xué)效果；貴陽康養(yǎng)職業(yè)大學(xué)路芳[4]結(jié)合職教本科學(xué)生的特點，采用以就業(yè)為導(dǎo)向的教學(xué)思路，在教師積極性和學(xué)生自覺性等方面采取措施保障教學(xué)質(zhì)量；武漢交通職業(yè)學(xué)院的楊曉樓[5]在平臺選擇、課程搭建、作業(yè)及考核方式等方面不斷優(yōu)化，有機(jī)結(jié)合線上教學(xué)平臺與直播課，并實時對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度持續(xù)跟進(jìn)，也取得了優(yōu)異的教學(xué)效果。

總的來說，雙線教學(xué)模式在本、專科院校都在持續(xù)實施和改進(jìn)，并取得了一定的教學(xué)成果，本、專科院校在今后依然會采用雙線教學(xué)模式提高教學(xué)質(zhì)量。許多本科院校甚至借助虛擬仿真平臺實現(xiàn)實訓(xùn)類課程的線上授課，解決線上無法開展實訓(xùn)課程的問題，然而專科類院校雖有虛擬仿真的規(guī)劃，但很少深入，職業(yè)院校的雙線教學(xué)未來急需規(guī)劃與研究。

1.2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬仿真是一種依托計算機(jī)開發(fā)的模擬軟件應(yīng)用技術(shù)，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如房產(chǎn)開發(fā)領(lǐng)域的建筑設(shè)計、制造領(lǐng)域的機(jī)加工模擬、設(shè)計領(lǐng)域的零部件建模等，在職業(yè)教育的實訓(xùn)課程中，虛擬仿真技術(shù)可以讓學(xué)生在電腦前就能體驗到“真實”的實訓(xùn)場景。

1.2.1 智能制造類專業(yè)課程與虛擬仿真技術(shù)的適應(yīng)性

智能制造類專業(yè)課程主要有機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計、制造工藝、液壓與氣壓傳動、裝備制造、逆向設(shè)計等，大部分課程都有一定的實訓(xùn)實操環(huán)節(jié)，這些課程的線上授課是一大難題，如有完善的虛擬仿真實訓(xùn)資源將很好地解決這一難題，而目前大部分職業(yè)院校虛擬仿真資源匱乏。

1.2.2 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)可以將實物的模型導(dǎo)入到平臺中，學(xué)生在電腦前通過鼠標(biāo)、鍵盤及虛擬眼鏡等實現(xiàn)設(shè)備的模擬運行，相比傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)有一定優(yōu)勢。一方面，因一些高端設(shè)備價格昂貴，學(xué)校采購數(shù)量有限，在線下教學(xué)過程中，學(xué)生沒有足夠時間實操，以致實訓(xùn)效果差，但若有虛擬仿真實訓(xùn)平臺，每個學(xué)生都能隨時操作虛擬設(shè)備，這將大幅提高實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。另一方面，學(xué)生可以通過課前在虛擬仿真實訓(xùn)平臺中的預(yù)習(xí)模擬，提高熟練度的同時提前規(guī)避實操中的一些問題，讓線下教學(xué)更加順暢，提高教學(xué)效果。學(xué)生在后期還可以通過平臺進(jìn)行隨時隨地的實操鞏固，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合能力。

1.2.3 虛擬仿真技術(shù)的實施困難

虛擬仿真技術(shù)優(yōu)勢明顯，也是未來線上實訓(xùn)課程的重要輔助工具，但實施起來卻存在諸多困難。首先，部分院校雖有計劃搭建平臺，但由于職業(yè)院校硬件、經(jīng)費等條件有限，導(dǎo)致搭建速度慢，平臺尚未搭建成功可能已經(jīng)淘汰，并且虛擬仿真實訓(xùn)平臺非一次性投入就能完成，后續(xù)需要持續(xù)更新模型和軟件，維護(hù)費用也很高；其次，教職人員接受培訓(xùn)后能開展虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)，但僅限于使用，對于課程的互通、虛擬課件的更新等方面無從下手，主要原因是虛擬仿真平臺軟件的開發(fā)難度大，非專業(yè)人員很難完成；最后，國內(nèi)虛擬仿真技術(shù)公司制作軟件主要以Unity為主，并搭配建模、動畫軟件實現(xiàn)功能，這些公司前期主要對接本科院校和科研單位，雖開發(fā)了一些虛擬仿真產(chǎn)品，但無法直接套用到職業(yè)院校的課程中，對接職業(yè)院校重新開發(fā)軟件又需要大量時間和資金，這導(dǎo)致推行進(jìn)一步困難。

由此，教學(xué)團(tuán)隊結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀，改變傳統(tǒng)雙線教學(xué)方法，融合虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計雙線互通、虛實結(jié)合的新雙線教學(xué)改革思路，以智能制造類專業(yè)學(xué)生為教學(xué)對象，實施項目式教學(xué)，并對教學(xué)成果進(jìn)行驗證。

2 雙線互通、虛實結(jié)合的新雙線教學(xué)改革思路

線上線下互通教學(xué)是未來教學(xué)主要形式，合理安排課前、課中及課后內(nèi)容，并與線上、線下有效配合，能更好地提升教學(xué)效果。針對職業(yè)院校中智能制造類專業(yè)課程，職業(yè)院校應(yīng)將虛擬仿真應(yīng)用平臺與線下實訓(xùn)設(shè)備有效結(jié)合進(jìn)來，形成虛實結(jié)合教學(xué)模式，能大幅提高學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力。

智能制造類專業(yè)課程設(shè)置了大量實訓(xùn)實操環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的雙線教學(xué)離不開虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合雙線教學(xué)體系現(xiàn)存問題，形成教學(xué)改革思路，如圖1所示。

2.1 虛擬資源的課程兼容

智能制造類專業(yè)課程虛擬資源主要包含各類機(jī)床操作模型、加工工藝模型、液壓氣壓模型、控制電路模型和機(jī)器人模型等。若按每門課程單獨開發(fā)虛擬資源，這會導(dǎo)致成本過高，且不利于虛擬課程的推廣。可以考慮多課程兼容開發(fā)虛擬資源，如液壓模型可以融合至各類控制機(jī)床模型中，控制電路模型也可以和機(jī)器人加工模型兼容等。模型兼容減少了開發(fā)資源的總量，一定程度降低了開發(fā)成本，并且各課程之間有一定的銜接，更能促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)性理解。

2.2 虛擬應(yīng)用的持續(xù)更新

隨著職業(yè)教育法的頒布，近幾年職業(yè)院校發(fā)展迅速，智能制造類專業(yè)及其課程、教材都一直在優(yōu)化與更新。線下教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備由于成本過高，通常采購后會使用五到十年再更新，這會導(dǎo)致學(xué)生很難接觸到最新的技術(shù)和設(shè)備。為了保證教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)，職業(yè)院校可在虛擬資源方面著手，不斷開發(fā)新設(shè)備、新技術(shù)到平臺中，因為軟件的開發(fā)成本要遠(yuǎn)低于實體設(shè)備的采購成本。

2.3 教師能力的綜合提升

教師教學(xué)能力不僅僅體現(xiàn)在雙線教學(xué)的應(yīng)用上，也需要有一定的虛擬資源開發(fā)能力。虛擬軟件開發(fā)技術(shù)可細(xì)分為模型設(shè)計、軟件開發(fā)、場景搭建等模塊，職業(yè)院校可根據(jù)不同老師的專業(yè)特點和職業(yè)需求，安排其對應(yīng)的模塊培訓(xùn)，最終以教研室為單位組建開發(fā)團(tuán)隊，定期進(jìn)行線上教學(xué)資源更新，保障線上實訓(xùn)教學(xué)的正常實施。

2.4 校企合作的深度配合

職業(yè)院校是為地方企業(yè)服務(wù)的，職業(yè)院校的專業(yè)需要和地方企業(yè)崗位相匹配。首先在教學(xué)課程方面，就必須與企業(yè)的實際加工設(shè)備相一致，面對企業(yè)從普通產(chǎn)線到智能化產(chǎn)線的轉(zhuǎn)變，學(xué)校對應(yīng)的虛擬實訓(xùn)資源就需要更換最新的產(chǎn)線模型；其次在教師培訓(xùn)方面，職業(yè)院校需要與合作企業(yè)建立完善培養(yǎng)機(jī)制，教師多進(jìn)企業(yè)實踐，企業(yè)多派技術(shù)人員來校指導(dǎo)，形成良性循環(huán)；最后在學(xué)生學(xué)習(xí)方面，職業(yè)院校可安排學(xué)生進(jìn)企業(yè)短期實踐，并引進(jìn)產(chǎn)業(yè)教授現(xiàn)場教學(xué)，結(jié)合前期線上模型演練，提高學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力。

2.5 綜合考評的雙線同步

職業(yè)院校對學(xué)生的考評方式包括過程考核和終期考核，其中過程考核的比例逐年增高并成為考核學(xué)生能力的主要方式。教師需合理安排線上、線下考評內(nèi)容并合理同步，如課程簽到、日常作業(yè)等可讓學(xué)生在線上完成，而課堂互動及階段性測試等可在線下完成，針對實訓(xùn)內(nèi)容，如線上虛擬平臺考評和線下設(shè)備實操考評可同步評估，最終形成雙線“線上、線下”、三環(huán)節(jié)“課前、課中、課后”綜合考評制度。

3 教學(xué)實踐及反思

智能制造類專業(yè)涉及實訓(xùn)類課程眾多，其中液壓與氣壓傳動課程與機(jī)械和控制系統(tǒng)的眾多課程緊密關(guān)聯(lián)，以液壓與氣壓傳動課程作為新雙線教學(xué)模式的評估指標(biāo)具有顯著意義。接下來以液壓與氣壓傳動課程之齒輪泵章節(jié)作為案例，搭建教學(xué)過程體系如圖2所示，具體教學(xué)過程如圖2所示。

3.1 課前

教師通過線上平臺發(fā)布齒輪泵教學(xué)資源，包含齒輪泵理論課件、齒輪泵在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用實物圖片及視頻、齒輪泵虛擬拆裝、齒輪泵實訓(xùn)指導(dǎo)書及預(yù)習(xí)題等。學(xué)生通過線上平臺進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，在熟悉齒輪泵理論知識之后，完成預(yù)習(xí)作業(yè)，并參考實訓(xùn)指導(dǎo)書在虛擬仿真應(yīng)用平臺上進(jìn)行齒輪泵簡易拆裝等操作，來進(jìn)一步熟悉齒輪泵的結(jié)構(gòu)。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)后將不理解的內(nèi)容整理并提交至線上平臺，教師可實時線上解答，這樣可充分保障學(xué)生課前預(yù)習(xí)的有效性。

3.2 課中

以實訓(xùn)課為例，教學(xué)環(huán)境為液壓實訓(xùn)室，教學(xué)設(shè)備為液壓實訓(xùn)控制平臺，學(xué)生安排為4人一組。結(jié)合課前預(yù)習(xí)的知識積累，教師在教學(xué)過程中，布置齒輪泵拆裝、簡易夾緊回路搭建及運行等線下實訓(xùn)任務(wù)，并考慮課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而保障學(xué)生充分掌握課程內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)教師課程安排，分組分工完成實訓(xùn)任務(wù)，注重理論與實際相結(jié)合，實時記錄實訓(xùn)過程中出現(xiàn)的問題，并積極與同學(xué)、教師互動討論，提升自己動手能力的同時，也能增強(qiáng)個人分析問題、解決問題的能力。

3.3 課后

教師根據(jù)課中教學(xué)效果，適當(dāng)布置課程拓展作業(yè)，理論方面如內(nèi)、外齒輪泵的應(yīng)用優(yōu)缺點等，實操方面如齒輪泵的效率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系等。學(xué)生可通過查閱書本、液壓手冊及網(wǎng)上資料后完成作業(yè)，并將作業(yè)反饋至平臺上。課后師生對本次課程中學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行考評，包含教師點評、學(xué)生互評、企業(yè)參評等，作為過程評價依據(jù)。

以機(jī)械設(shè)計及制造專業(yè)近兩年共計328名學(xué)生為教學(xué)對象，以液壓與氣壓傳動課程雙線學(xué)習(xí)成果為評估指標(biāo)，采用項目式教學(xué)方法，統(tǒng)計學(xué)生的理論知識、實踐能力、創(chuàng)新能力及學(xué)習(xí)興趣四個維度的階段性教學(xué)效果。結(jié)果顯示，學(xué)生平均理論水平從60分提升至78分，實踐能力從70分提升至90分，創(chuàng)新能力從60分提升至75分，學(xué)習(xí)興趣從80分提升至90分，學(xué)生綜合能力提升明顯。

職業(yè)院校目前非常重視雙線教學(xué)，許多院校都在建立和完善線上教學(xué)資源，然而雙線教學(xué)目前剛起步不久，教師們需要不斷地探索與研究來提升教學(xué)質(zhì)量。接下來我們要改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，建立以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，合理設(shè)置線上、線下教學(xué)內(nèi)容，并做好銜接，努力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并不斷提升自身的教學(xué)能力，掌握更多教學(xué)軟件，做好虛實結(jié)合，讓教學(xué)內(nèi)容更加豐富、合理。

4 結(jié)語

針對智能制造類專業(yè)課程的雙線教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用前景，提出了雙線互通、虛實結(jié)合的教學(xué)改革思路，有效將線上、線下教學(xué)方式及虛擬仿真技術(shù)融合至課前、課中及課后的教學(xué)環(huán)節(jié)中，形成教師主導(dǎo)、學(xué)生主體、企業(yè)參與的全新教學(xué)生態(tài)，并取得一定的教學(xué)效果。雙線互通、虛實結(jié)合是未來智能制造類專業(yè)課程教學(xué)的主要模式，這種模式目前還處于起步階段，今后還需要教師繼續(xù)探索和研究，不斷優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量。

基金項目：安徽省質(zhì)量工程省級課題（2024jyxm0909、2024jyxm0914、2023jyxm1304）；安徽省高校科學(xué)研究項目（2024AH052010）；安徽省職業(yè)與成人教育學(xué)會教學(xué)研究規(guī)劃課題（Azcj2023058）；蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目（wzykytd202403）。

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