COVID-19 疫情背景下國際學生線上實驗課程探索與實踐

張澤宇，田明銳，朱佳慶，董 武，耿 麒*

（1.長安大學 公路養護裝備國家工程研究中心，西安 710064；2.格拉斯哥大學 詹姆斯瓦特工程學院，英國 格拉斯哥G12 8QQ）

為實現全球命運共同體的理念，促進各國之間政治、經濟、文化等多個領域飛速發展，推動“一帶一路“倡議的執行。我國西北區域多個高校共同發起了高校聯盟，吸引來自周邊國家、地區的高校加入其中，互幫互助，越來越多的國際留學生選擇前往中國進行交流、學習。以長安大學為例，截至2021 年底，在校國際學生人數突破1 600余人，分別來自巴基斯坦、俄羅斯、剛果（布）、厄瓜多爾和智利等國家，分布于16 個學院。大量外籍學員的融入不僅增加了教學的豐富性，而且還促進了各國間的交流與共同進步。

2020 年春季，新冠肺炎疫情突發，因其難以防范，傳播速度快等特點，教育部作出決議，為防止新冠肺炎疫情的傳播，避免交叉感染，提出了“停課不停學“的教育計劃。因此，國內高校為防止人員流動過大，配合防疫政策，均采取線上教學模式。而國際學生群體因其特殊性，也在自己所在地區進入線上學習時代。至此在線學習在全國范圍內首次實現了全學科、全學段的覆蓋。

但是在線課程存在學生學習興趣低、互動不積極及對知識重難點把握不清等問題。張澤宇等人通過對工程機械特色專業課的研究，提出了一種線上+線下的實驗教學新模式。熊紅等人通過對于疫情下學習通的在線課程教學探索，提出了一種線下線上相結合的教學模式。龐令佳等人依托慕課、微視頻平臺等APP 將翻轉課堂融入到體育教學的翻轉課堂中。Matamoros 則通過研究學生群體的“多樣性”，依托翻轉課堂理念，研究出了一種差異化的教學方法。上述文獻通過翻轉課堂的方式，一定程度地提高了在線教學的效果。

但是，在教學團隊開展長安大學專業特色實驗課程工程機械性能試驗的教學過程中，留學生課程的線上教學仍然面臨以下3 個關鍵問題。

（1）留學生群體較之普通高校學生相比，其群體分布范圍廣、國際間時差較大，且各個國家之間存在文化差異，因此難以做到在線直播課程開播時間具體統一，進而導致教師開播時，大量同學無法及時進入會議參與學習。若只采取錄播教學手段則又難以及時得到學生的反饋，容易造成問題堆積，學生易于產生畏學、厭學等心理。

（2）工程機械中的實踐課程是一門互動較為密切的課程，需要同學們在實踐過程中積極配合老師參與其中，共同動手實踐。留學生群體無法身臨實驗現場、切身參與實驗過程體驗工程機械的工作、狀態。若僅僅只通過在線直播的手段進行在線觀看學習，很容易讓趣味十足的實踐課程變得索然無味，難以持續保證學生們良好的學習狀態，進而導致學生課程注意力下降，課堂效率降低，實踐教學目標難以達到預期效果。

（3）對于本課程所采用的實驗樣機多為國內廠商常用的工程裝備，但對于留學生來講，他們所在的國家及地區不完全有與之相對應的設備及相對應的就業崗位。而本實驗室的設備及課時難以支撐國際教學多樣化、個性化的性能實驗。因此在上課過程中，部分學生的學習動力不足，課堂氛圍較為冷清，使得課程意義變為單純的“應付考試”。

針對上述3 類問題，通過在英國格拉斯哥大學訪學期間發現：（1）該高校是以教師正常上課時間為主，不考慮學生作息，經常出現國內網課學生凌晨考試的情況。（2）英國高校的教學模式主要是以任務驅動，小組討論為主，共同完成課堂任務，更有利于提高學生的參與度。（3）專業課程教學多以教師科研為主，課程多、課時大，以講授某種仿真需求、某種仿真技術或某款仿真軟件為目的，但缺乏面向應用的宏觀統籌。

鑒于長安大學工程機械學院的專業特色及特色課程的教學現狀與經驗，結合英國高校現有的教學模式，以學生為中心，以鼓勵學生提高動手實踐能力，培養學生團隊協作能力為目標，采用“教、學、做”一體化的實驗教學方法，建立“理論認識、實例仿真、實踐應用”相結合的教學體系，探索后疫情時代來華留學生專業實驗課程遠程授課新模式。

一、工程機械性能實驗課程概述

長安大學工程機械學院擁有“道路施工技術與裝備教育部重點實驗室”“公路養護裝備國家工程實驗室”等諸多國家級/省部級實驗室。工程機械性能實驗課程是工程機械學院的專業特色實驗課程，也是工程機械底盤理論與性能課程學習中不可缺少的實驗環節。該課程主要教授內容有工程車輛的牽引性能、滾動阻力及發動機與傳動系實驗等多個方面，通過工程機械性能實驗，使學生認識輪式機械和履帶式機械的傳動與作業方式，掌握在穩定負荷作用下整機的牽引性能與行駛阻力的實驗方法，熟知測量系統的組成與實驗儀器設備的操作步驟，了解影響車輛牽引性能、行駛阻力與附著性能的主要因素。該課程旨在對工程機械中常見的機械性能方面的問題進行研究學習。工程機械性能實驗課程是培養交通裝備設計、車輛底盤制造等領域人才的核心課程之一。同時，也為同學們后續的畢業設計、從事工程技術工作和科學研究提供實踐基礎。

該課程屬獨立設課的教學實驗課程。學生通過前期所學的相關專業理論課程，初步認識了本實驗的內容。之后跟隨指導教師進入實驗室分組進行實踐操作。這種課程結構不僅解決了學生在學習抽象理論知識時的難點問題，使學生掌握工程機械各測量參數的測試原理、不同傳感器的應用范疇、車輛在穩定負荷作用下的性能實驗方法、不同行走機構牽引性能與行駛阻力的特點，進而達到深刻認知牽引型工程機械的目的，而且還培養了學生的實踐能力、團隊協作能力與工程應用能力，實現對知識、能力及素質方面的培養目標。

二、留學生的遠程翻轉實驗課程新模式

受到疫情環境的影響，線上教學已成為現階段教師不可或缺的教學方式。信息化時代的到來給予了翻轉課堂發展的萌芽，隨著傳統的規范化教學越來越難以適應當下時代的發展模式，從而又促進了翻轉課堂理念的發展。因此教師也常常會將翻轉課堂的理念與線上教學相結合。相比于傳統的線下授課模式，線上教學模式雖然突破了時空的限制，使教學變得更加便捷，但其存在監督能力差，監管性不嚴的問題，無法根據學生狀態及時調整教學思路，容易導致學生對于本門學科的畏難情緒，不利于展開后期教學，因此提出了留學生的遠程翻轉實驗課程新模式。

（一）考慮時差的遠程課程構建方案

迫于疫情條件，學生群體陷入線上教學時期。但是由于國際留學生群體的特殊性，班內同學多來自全球各地不同國家、地區。例如居住在土耳其、烏克蘭及黎巴嫩共和國等地的同學，與國內時差為5 個小時。日常作息與國內時間有較大的差異。受限于錄播課程難以及時得到學生的實時反饋，造成教學過程枯燥乏味，學生缺乏學習興趣。因此為保證教學質量，針對留學生線上課程提出考慮時差的遠程課程構建方案——將原課時劃分為在線師生互動+離線自主學習兩部分。其中“在線師生互動”部分的時間是通過統計全班學生所在時區，選取以國內作息時間為主，兼顧學生所在國家（地區）的時差，盡可能地照顧絕大多數同學在線上課的問題；“離線學生自主學習”部分是將相似時區的留學生小組劃為一個團隊，通過討論交流、自主學習，完成課程任務。

（二）實驗課程的翻轉教學模式

實踐課程作為工程機械專業中一種常見的課程形式，是以實驗為依托反饋專業課程知識體系。因此，將翻轉課堂理念融入到實踐課程當中，仍然要保持學生對于實驗本身的關注程度。以學生主導的翻轉課堂實驗教學模式與傳統的教師陳述式教學不同：在該教學模式中，教師于課前發布學習任務，并且提供參考材料、教學視頻等素材庫，以任務驅動激發學生的興趣與關注，引導學生將前期專業理論課程中的知識點進行梳理，明確課程教學內容和實驗工藝流程，讓學生在課堂之外自主學習。以上述內容為基礎，在在線課程中采取小組合作的形式設計實驗內容，鞏固重點難點，并通過翻轉課堂將所學知識內化為專業技能，提高學生的專業素質，培養學生的自主學習和解決工程問題的能力。

（三）融合異國國情的多元化仿真案例

由于課程教學內容及教學設備在部分學生的生源地區缺少對口的崗位支持，導致這部分學生的課堂學習動力不足。本課程通過融合異國國情的多元化仿真案例，遵循當前的課程體系，結合各國工程機械的工作環境與施工設備，設計出具有代表性的數值仿真案例，提供相應傳動系統、液壓系統和控制系統的型號參數，指導學生構建虛擬仿真模型，求解并分析工程車輛的動力與作業性能，增強學生對工程機械專業知識架構的認識與理解，借助相關文獻能夠表述、分析和研究機械工程領域的復雜問題，提升學生個人和團隊在設計與研發中的能力；此外，設置線上提問和討論環節，避免學生因專業課程的抽象與復雜產生畏難心理，同時也使得學生有充分的時間進行大量的模擬訓練。

三、留學生遠程翻轉實驗課程的應用

基于上述國際留學生課程遠程實驗教學過程中存在的問題及解決方案，在工程機械性能實驗課程中開展了實踐與應用。其中，將課程整體分為3 個階段，即課程籌備階段、在線課程階段和離線學習階段。具體開展技術路線如圖1 所示。

圖1 工程機械性能實驗留學生遠程教學改革技術路線

課前籌備階段：教師在課前統計學生所在的時區，將時區相近的學生進行分組。并將整個實驗課程內容劃分為在線師生互動和離線自主學習兩個部分。對于在線學習部分，教師主要以國內作息時間為主，兼顧學生所在地區的時差，并采取直播的形式進行上課；而離線自主學習，則是采取學生觀看錄播視頻，課后自主查閱相關資料及進行小組討論的方式進行學習。另外，為了提高學生的學習興趣，教師應當在課前結合留學生所在國家、地區對于工程機械方面的相關近況，準備與之對應的典型的工程機械設備，型號的關鍵參數。

在線課程階段：教師首先采用在線學習平臺于課前發布學習任務，積極號召學生利用校內資源查閱相關文獻，并給與學生提供主要的參考材料、案例等素材。然后，將在籌備階段準備的工程車輛性能實驗視頻及實驗室內的工程機械作業視頻進行演示、講解，并設計分層次、個性化、多元化的教學方案，以任務驅動，引導學生將前期專業理論課程的知識點進行梳理，培養學生解決實際工程問題的能力。在課程最后，教師可根據不同小組布置與其國家地區關系較為密切的學習任務，并在課程考核階段作為大作業，按組進行講解，從而使學生更好地參與、接觸到實踐中去，把握知識脈絡、構建知識體系。

離線學習階段：根據教師提供的相關信息參數、案例及演示素材等信息，各組學員根據自己所在國家、地區的實際情況開展工程機械性能仿真。對于在仿真模擬中遇到的問題，各小組先進行組內討論、消化。若仍有較為疑惑之處，可上報教師，教師對于虛擬建模、性能分析過程中存在的問題進行個性化解答，輔助學生完成理論課程任務。

四、結束語

本文以當下全球后疫情時期為背景，以長安大學工程機械學院特色專業課為例，以培養高素質、高質量人才為目標，針對留學生群體，探索出一種遠程實驗課程新模式，提出了“考慮時差的遠程課程構建方案”“實驗課程翻轉教學模式”和“融合異國國情的多元化仿真案例”的創新教學方法。該教學方法有效解決了錄播課程效果不佳、遠程實踐參與性不強、留學生學習動力不足的問題，還降低了實驗課程的材料與試錯成本、保障了學生的安全。課程中采用小組合作模式，讓每位學生都積極主動參與到課堂中，不斷提升學生們的協作學習、思維創新、合作溝通能力，提高了學生的知識留存率，也突出工程機械學科專業課的實踐特色。此外，這種教學方式也有助于提升教師教學能力及對資源的利用能力，實現教師、學員共同進步。相應的教學成果可推廣至理論課程的教學過程中，更有利于提高國際人才培養質量。其教學成果不僅可以在本校的教學實踐中應用，還可對其他高校起到一定的示范輻射作用，以促進學院教學體系的革新，提高人才培養的質量。