液壓課程開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建研究

[摘 要] “智能制造”時(shí)代背景對“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革提出了更高的要求，構(gòu)建開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系是一種新思路。通過運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，建設(shè)立體化、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，構(gòu)建開放式實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，從實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源、實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式以及實(shí)訓(xùn)教學(xué)評價(jià)四個方面對“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行了課程改革。教學(xué)實(shí)踐證明，該實(shí)訓(xùn)體系的應(yīng)用提高了“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的信息化與現(xiàn)代化，減少了實(shí)訓(xùn)管理成本，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，很好地達(dá)到提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

[關(guān) 鍵 詞] 液壓傳動；開放式；虛擬實(shí)訓(xùn)；教學(xué)改革；考核評價(jià)

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

“液壓傳動”課程是高職機(jī)電類專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，包括理論與實(shí)訓(xùn)兩部分。液壓實(shí)訓(xùn)作為這門課程的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生掌握液壓基礎(chǔ)知識與技能的保障，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力與提升綜合素質(zhì)的重要途徑。深化實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量一直是“液壓傳動”課程教改的重要任務(wù)。隨著我國“智能制造”強(qiáng)國戰(zhàn)略的提出，培養(yǎng)能滿足智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的創(chuàng)新應(yīng)用型機(jī)電專業(yè)技能人才已經(jīng)成為高職院校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一。這樣的時(shí)代背景對“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革提出了更高的要求[1]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日漸成熟，通過信息化技術(shù)開展虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)、開放式實(shí)訓(xùn)教學(xué)的成功案例越來越多。[2]-[4]因此，基于培養(yǎng)機(jī)電創(chuàng)新應(yīng)用型技能人才的指導(dǎo)思想，結(jié)合“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐，提出構(gòu)建開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的教改思路。

一、開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的提出

液壓虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)以液壓元件和液壓回路為對象，結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等進(jìn)行虛擬化教學(xué)，形象地展示液壓元件的結(jié)構(gòu)、工作原理，可虛擬拆裝液壓元件與設(shè)計(jì)液壓回路，動態(tài)模擬液壓回路的工作過程，并實(shí)時(shí)獲取壓力、流量等數(shù)據(jù)。[5]虛擬實(shí)訓(xùn)的開展可以節(jié)約實(shí)訓(xùn)硬件投入，減少實(shí)訓(xùn)管理成本，又不受實(shí)訓(xùn)時(shí)間與地點(diǎn)的限制。

開放式實(shí)訓(xùn)教學(xué)，是指實(shí)訓(xùn)時(shí)間、空間、內(nèi)容、手段及教學(xué)方法都是開放的。[6]學(xué)生不但可以根據(jù)自己的能力和愛好選擇相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，還可將自己的創(chuàng)意帶入實(shí)訓(xùn)。[7]這對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力與創(chuàng)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(shù)應(yīng)用于“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了液壓虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等虛擬實(shí)訓(xùn)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(shí)訓(xùn)的教學(xué)案例越來越多，但關(guān)于虛擬實(shí)訓(xùn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)模式研究還沒有形成系統(tǒng)化。

2.實(shí)訓(xùn)教學(xué)中過分倚重虛擬實(shí)訓(xùn)的開展，反而忽視了真實(shí)實(shí)訓(xùn)在教學(xué)中不可替代的地位，主次顛倒，沒有將虛擬實(shí)訓(xùn)與真實(shí)實(shí)訓(xùn)巧妙融合、優(yōu)勢互補(bǔ)。

3.現(xiàn)有虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容單一、真實(shí)體驗(yàn)感不強(qiáng)，虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源亟須優(yōu)化完善。

4.關(guān)于虛擬實(shí)訓(xùn)考核評價(jià)的探討也很少。

針對實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的一系列問題，充分運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過建設(shè)立體化、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，構(gòu)建開放式實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，從實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源、實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式以及實(shí)訓(xùn)教學(xué)評價(jià)四個方面對“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行改革，構(gòu)建開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。

二、開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建

（一）優(yōu)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，建立立體化、虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源

貫徹本專業(yè)的人才培養(yǎng)宗旨，梳理傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，優(yōu)化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，發(fā)揮虛擬實(shí)訓(xùn)與真實(shí)實(shí)訓(xùn)各自的優(yōu)勢，建立以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力為核心的立體化、虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源。優(yōu)化后的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源如下圖所示。

優(yōu)化后的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，并緊跟行業(yè)技術(shù)前沿進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，逐層深入，形成基礎(chǔ)型、綜合型與創(chuàng)新型三個層次實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

其中，基礎(chǔ)型實(shí)訓(xùn)以液壓元件拆裝與液壓回路搭建為主，綜合型實(shí)訓(xùn)以液壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建為主，有真實(shí)、虛擬兩種實(shí)訓(xùn)方式，且配有豐富、立體的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)資料。除了傳統(tǒng)的文字、圖片等形式指導(dǎo)資料，學(xué)生還可以微信掃描相應(yīng)實(shí)訓(xùn)的二維碼觀看動畫或微課熟悉實(shí)訓(xùn)過程。在立體化實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，虛擬實(shí)訓(xùn)既可以作為真實(shí)實(shí)訓(xùn)前的模擬，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、自主性學(xué)習(xí)。

創(chuàng)新型實(shí)訓(xùn)案例來源于學(xué)生學(xué)科競賽、教師科研項(xiàng)目、課外創(chuàng)新項(xiàng)目等，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目涵蓋液壓、機(jī)械、傳感器、PLC等機(jī)電綜合知識，鍛煉學(xué)生機(jī)電綜合運(yùn)用能力以及創(chuàng)新能力。例如，結(jié)合學(xué)生第二課堂開展的“制作液壓挖掘機(jī)項(xiàng)目”，體現(xiàn)了項(xiàng)目的創(chuàng)新性、拓展性，鼓勵學(xué)生發(fā)散思維，積極探索，學(xué)生能夠獲得較大學(xué)習(xí)成就感。

（二）利用信息化技術(shù)，構(gòu)建開放式虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺

開放式虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺整合開發(fā)的虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，分為虛擬實(shí)訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)與成果展示三大模塊。虛擬實(shí)訓(xùn)模塊發(fā)布虛擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可供學(xué)生自主進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)，也可用于真實(shí)實(shí)訓(xùn)前的模擬或者課程教學(xué)演示；虛擬實(shí)訓(xùn)模塊的開發(fā)需要經(jīng)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(shù)，虛擬實(shí)訓(xùn)的真實(shí)性、可操作性與趣味性直接關(guān)系虛擬實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果。實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)模塊發(fā)布實(shí)訓(xùn)注意事項(xiàng)、實(shí)訓(xùn)目錄、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)等指導(dǎo)性信息；成果展示模塊展示個性創(chuàng)新作品、優(yōu)秀學(xué)生競賽作品和科研項(xiàng)目成果，激發(fā)學(xué)生的靈感和學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮創(chuàng)新能力。

（三）建立“虛實(shí)結(jié)合、優(yōu)勢互補(bǔ)”的啟發(fā)式、探究式實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

在“以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)”的實(shí)訓(xùn)教學(xué)理念指導(dǎo)下，拋棄“教師講，學(xué)生做”的被動型實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，創(chuàng)建開放的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，虛實(shí)結(jié)合，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，采用學(xué)生主動參與、相互協(xié)作的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生思考探索，并最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。

實(shí)訓(xùn)以3名學(xué)生為一組，實(shí)訓(xùn)任務(wù)通過開放式虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺發(fā)布，教師做必要的指引后，學(xué)生通過立體化的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)資料可以自主獲取詳盡的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，即使在實(shí)訓(xùn)過程中碰到問題也可以隨時(shí)調(diào)看，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中走動大大減少，實(shí)訓(xùn)過程更加有序。學(xué)生在立體化實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)的幫助下可以通過平臺先行虛擬實(shí)訓(xùn)，再到旁邊場地進(jìn)行真實(shí)實(shí)訓(xùn)。對一些比較簡單的基礎(chǔ)型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可以只進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)，充分發(fā)揮“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)。在“虛實(shí)結(jié)合、優(yōu)勢互補(bǔ)”的啟發(fā)式、探究式實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式中，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)主體，學(xué)生自主實(shí)訓(xùn)的時(shí)間增加，實(shí)訓(xùn)過程更加有序高效，實(shí)訓(xùn)教師“1對N”的指導(dǎo)壓力減輕，有助于實(shí)訓(xùn)效果的提升。

（四）改革實(shí)訓(xùn)評價(jià)方式，創(chuàng)新虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)評價(jià)體系

基于開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，改革實(shí)訓(xùn)評價(jià)方式，創(chuàng)建客觀、全面、開放、科學(xué)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)評價(jià)體系，采取靈活多樣的評價(jià)方式，以推進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的改革，保障虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的順利開展。

開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)評價(jià)涵蓋實(shí)訓(xùn)全程，分為項(xiàng)目實(shí)操成績70%+實(shí)訓(xùn)考核成績30%，每個項(xiàng)目建立相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。基于開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，實(shí)訓(xùn)教師進(jìn)行過程性考核的時(shí)間更加充裕，不僅可以詳細(xì)記錄各組學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過程、討論情況、問題的解決、動手能力、實(shí)訓(xùn)成果和亮點(diǎn)，還可以考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，避免實(shí)訓(xùn)成績單憑實(shí)訓(xùn)報(bào)告“一刀切”的不合理評價(jià)方式，真實(shí)有效地評價(jià)學(xué)生實(shí)訓(xùn)。對學(xué)生的優(yōu)秀成果給予認(rèn)可與表揚(yáng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和榜樣力量；對不足之處，及時(shí)幫助學(xué)生改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步。

三、開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的效果評價(jià)

（一）評價(jià)對象

2016—2017學(xué)年，筆者二次開發(fā)完成液壓元件虛擬拆裝系統(tǒng)，在我院機(jī)電1501、機(jī)電1502班“液壓傳動”課程中進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合液壓元件拆裝實(shí)訓(xùn)，其他實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目仍采用傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)；2017—2018學(xué)年，完善現(xiàn)有液壓元件虛擬拆裝系統(tǒng)，在機(jī)電1601、機(jī)電1602班引入開放式虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，進(jìn)行開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)。2015—2016屆2屆學(xué)生問卷調(diào)查和實(shí)訓(xùn)情況跟蹤情況比較如下。

（二）問卷調(diào)查結(jié)果

為了客觀評價(jià)并進(jìn)一步完善開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，針對開課班級進(jìn)行問卷調(diào)查，問卷發(fā)放情況如表2所示。問卷調(diào)查內(nèi)容包括實(shí)訓(xùn)條件、實(shí)訓(xùn)過程、實(shí)訓(xùn)效果與總體評價(jià)四個方面。問卷調(diào)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(diào)查結(jié)果如表3所示。

調(diào)查結(jié)果顯示，絕大數(shù)學(xué)生對“液壓傳動”課程開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)給予較大肯定。

（三）實(shí)訓(xùn)情況跟蹤

跟蹤比較2015—2016屆2屆學(xué)生實(shí)訓(xùn)情況，發(fā)現(xiàn)參加開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)的學(xué)生在實(shí)訓(xùn)積極性、操作準(zhǔn)確性、實(shí)訓(xùn)效率以及實(shí)訓(xùn)報(bào)告撰寫質(zhì)量等方面表現(xiàn)得更為突出，實(shí)訓(xùn)成績優(yōu)秀率更高。

四、結(jié)語

通過現(xiàn)代化信息技術(shù)的幫助，對傳統(tǒng)“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源、實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式以及實(shí)訓(xùn)教學(xué)評價(jià)等方面進(jìn)行改革，構(gòu)建開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。教學(xué)實(shí)踐證明，該實(shí)訓(xùn)體系提高了“液壓傳動”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的信息化與現(xiàn)代化程度，并最終達(dá)到提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的目的，為培養(yǎng)“智能制造”背景下的機(jī)電創(chuàng)新應(yīng)用型技能人才貢獻(xiàn)了不可忽視的力量。此外，該實(shí)訓(xùn)體系也為開拓新的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式提供了一種思路。

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編輯 馬燕萍