“互聯網+”背景下汽車實驗線上教學模式探索與創新

李凡

摘要：“互聯網+高等教育”已成為國家層面推進教學改革的重要目標，本文分析了傳統實驗教學存在問題，探討并提出“一課一模式”的實驗教學計劃，形成線上資源、虛擬仿真、設計研究等多種形式的理實結合、虛實結合的線上實驗方案，實現汽車實驗線上教學改革的實踐與創新。

關鍵詞：互聯網+;線上教學;探索

0? 引言

2020年春季學期，因疫情影響，機電工程學院遵循學校“停課不停學”的相關部署要求，積極推進“線上教學”。實驗中心快速根據課程實驗特點調整教學計劃，形成“一課一模式”的實驗教學方案。

1? 實驗開展情況及存在問題

目前，國家“一帶一路”、“中國制造2025”和“互聯網+”三大戰略備受矚目，加之以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展，對于轉型中的高校應用型人才培養工作也提出了挑戰。教育部2017年提出“新工科”的概念，同時新工科研究和實踐將圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展。這意味著在線模式或混合模式必將成為今后新工科教學改革一大趨勢。互聯網教學區別于傳統意義上的課堂面對面教育，人們可以在喜歡的任何時間，任何地點，只要能夠有連上互聯網的終端設備，就可以享受學習的樂趣，他突破了傳統教育的時間和空間。實踐教學是高等教育中的重要環節，多年來始終沿承傳統的實驗教學，怎樣創新線上實踐教學成為工科人才培養的重要問題。

機電工程學院注重實踐創新能力，突出應用型人才培養，現已建成汽車模擬4S店、汽車養護中心、汽車新能源實驗室、機械設計實驗室、虛擬加工實驗室等實驗室，設施優良，條件優越，完全能夠滿足理論教學及實訓要求。學院努力培養專業理論知識牢固，實踐動手能力管用，具有一定創業能力和良好創新精神的應用型人才。強化理論與實踐相結合，推行“理實一體化”課程，構建實踐育人體系，堅持專業實踐練四年不斷線，將專業能力培養貫穿人才培養的全過程。

盡管學院在實訓儀器設備和實訓教學管理上都加大了資金和人員投入，不斷建立設備齊全的實訓室和實訓基地，為實訓教學的開展提供基本保障。但由于經費投入、設備更新、場地限制等原因，仍然存在實訓資源緊張，學生操作技能練習不足等問題，同時疫情的出現使傳統實驗受到了限制，所以在加強傳統設備投入的同時，應該考慮線上教學的常態化，利用虛擬技術以及豐富的線上資源來解決當前實訓中存在的問題。

2? 實驗教學模式改革與實施

隨著互聯網技術的發展，高等教育形成了專業教育與信息技術有機融合的教學模式。當前疫情影響，讓網絡線上教學模式發展迅速，也成為開展“互聯網+高等教育”教學改革的重要契機。但是，不同性質的課程在開展線上教學時所面臨的問題不盡相同，實驗中心根據課程實驗特點調整教學計劃，形成了“一課一模式”的實驗教學方案。

2.1 實驗教學方案

演示類實驗：對于一些演示性、認識性、驗證性的普通實驗，采用實驗教學錄像，開展演示性實驗教學。由實驗教師進行現場操作并錄制成教學錄像，并配套設計實驗的目的、注意事項、實驗結果的分析與數據處理方法等等，制作成網絡實驗課程提供給學生觀看。

軟件操作及課程設計類實驗實訓課程：此類課程實驗通過教師線上授課，線下練習及輔導答疑的形式進行。授課過程中，可采用分組教學，小組討論，共性問題集中講解。

實踐操作性強的實訓課程：此類課程實驗采用仿真實驗，實驗采用理論+實物教學+虛擬仿真一體化教學，實現理實結合、虛實結合。老師在課程中通過動畫視頻、教學視頻和原理視頻三部分讓學生了解拆裝步驟和認識各個零部件。學生通過實驗臺教學觀看真人版現場操作，掌握正確的操作方法。最后學生通過仿真實驗了解對該軟件的操作使用方法，根據老師所講的實驗步驟和方法利用軟件完成相關操作。

2.2 機械設計課程設計案例

機械設計課程設計是《機械設計基礎》課程的一個綜合應用，讓學生應用所學的專業知識設計齒輪減速器，包括帶傳動、齒輪傳動的設計及計算、相關標準件的選擇等，課程分三部分進行，第一部分為撰寫設計說明書，第二部分為繪制圖紙，第三部分為考核答辯。課程采用釘釘視頻會議方式授課，授課過程中，采用分組教學，組內討論，組與組之間討論，共性問題集中講解。每組所有成員可共同討論分析繪制步驟，并對繪制的圖紙共同分析，找出不足并改正，起到了多重把關的效果。考核采用答辯的形式，完全按照畢業設計相關要求進行，即讓學生鞏固了所學的專業知識、也提高了學生動手能力，更為日后的畢業設計提供了保障。

2.3 新能源汽車虛擬仿真實驗案例

近年來，隨著國家綜合能力的提高，能源供應的緊迫感與日俱增，新能源汽車取代傳統汽車以成為必然趨勢。在學生實驗中由于新能源汽車設備價格昂貴、使用成本高、拆卸步驟環境要求嚴格，對學生人身安全有危險。所以學校建設新能源汽車虛擬實驗平臺，實現了新能源汽車試驗的線上操作。

實驗采用理論+實物教學+虛擬仿真一體化教學，實現理實結合、虛實結合。老師在課程中通過動畫視頻、教學視頻和原理視頻三部分讓學生了解拆裝步驟和認識各個零部件。學生通過新能源實驗臺教學觀看真人版現場操作，掌握正確的新能源汽車實驗操作方法。最后學生通過仿真實驗了解對該軟件的操作使用方法，根據老師所講的實驗步驟和方法利用軟件完成新能源汽車電機的拆裝操作。整個實驗過程學生采用自主、互動、研討及合作等方式完成主體實驗。

實驗目的：使學生熟悉新能源汽車基本知識與工作原理，加深對所學專業理論知識的理解;幫助學生了解新能源汽車的拆裝操作規程，使學生建立嚴謹的學習態度;為學生以后就業或深造提供保障;學生可通過此虛擬仿真實驗平臺操作提升學生的專業認知和學習興趣。

本實驗采用三段式教學：教學中注重課前指導，采用視頻案列演示進行課前預習。課上采用學生自主、互動、研討及合作完成主體實驗。課后進行知識點考核，完成學生學習效果的自我檢驗。

實驗的具體教學中有兩種模式：拆裝練習模式及考核模式。拆裝練習模式中老師引領示范、學生跟隨操作，或學生根據說明提示完成操作。因實驗操作步驟較多，且操作過程中需要觀察，操作的工具設備也比較多，同時培養學生觀察、思考和總結的能力，老師在示范過程中只強調關鍵步驟和注意事項。考慮到學生在實驗操作中的不確定性，仿真教學軟件中設計了提示和恢復功能，讓學生在操作不正確情況下了解錯誤發生原因，觀察錯誤操作的后果，并能恢復到誤操作前的工況，修正操作。考核模式中，關鍵步驟會有相應的知識點考核，學生答錯會進行實驗分數的扣減，利于學生學習效果的自我檢驗。實驗采用學生倆人為一組進行，以便對關鍵的操作步驟、關鍵知識點進行研究討論，掌握其工作原理。虛擬實驗拆裝過程中，學生可組成團隊進行探討研究，分工合作完成新能源電機拆裝的虛擬仿真實驗項目，能全面了解新能源汽車電機拆裝工作流程，實驗不僅有效調動學生學習專業理論知識的積極性，還鍛煉了他們的實踐操作技能，以及發現問題、解決問題的能力，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。

實驗步驟：登錄網站，進入虛擬教學，閱讀實驗目的，了解本實驗的目標與要求;學習軟件中實驗預習部分，關于新能源汽車背景知識，掌握原理與知識點;觀看新能源汽車拆裝視頻，對相關知識有感性的認識;進入沉浸式教學。學生若對相關操作步驟不熟練，可以選擇練習模式，根據提示進行操作練習，熟悉整個拆裝流程，然后再進入考核模式，考核模式下提示較少，且關鍵步驟有知識點考核題目，利于學生對知識的掌握。在師生互動環節中，學生如對知識點有疑惑，可以實時留言給老師進行解答。也可加入QQ群進行實時討論。

學生通過虛擬仿真教學軟件中的拆裝工具對新能源汽車進行靈活拆裝與組合，實現真正的理論與實踐教學相結合，讓每個學生都能動手操作拆卸與組裝，提高教學質量，為學生盡快適應工作崗位打下堅實基礎。

3? 線上實驗教學的啟發與思考

這次疫情既是對我國“互聯網+教育”教學應用能力和應用成果的全面檢閱，更是實驗教學開展教學信息化協同創新的一次契機。

3.1 解決實驗設備問題

線上實驗教學可以從根本上解決現階段學校實訓教學中設備短缺、設備落后等主要問題，線上資源及虛擬仿真可以提供型號齊全、用之不竭、不會損壞的實訓設備，并且可以不斷地擴充和發展。通過線上實驗教學可以使學生足不出戶便可以做各種各樣的實訓，獲得與真實實訓一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解，減少經費的投入，并可向網絡學院、虛擬教育延伸。

3.2 節約資金投入

采用線上已經建設的慕課資源，采用豐富的線上視頻資源可以大大節約實驗室投資金額，只需在原來計算機設備上增加合適軟件和較少硬件，就可以完成實驗教學。引入汽車虛擬仿真實驗教學系統可以大大降低訓練的產生的消耗、提高實習效率、降低實習成本，同時學生可以避免在實體教學用臺架等直接造作可能出現的耗材增加、損壞加劇、浪費材料等現象。

3.3 避免真實實訓或操作所帶來的各種危險

傳統上，對于危險或對人體健康有危害的實訓，一般采用電視錄像的方式來取代實訓，學生無法直接參與實訓，獲得感性認識。利用虛擬現實技術進行虛擬實訓，則可以免除這種顧慮。學生在虛擬實訓環境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實訓。學生可以在實驗室、教室、宿舍、家中任何一個地方，通過局域網和互聯網對汽車構造進行虛擬仿真教學操作。

3.4 線下實踐操作的不可替代性

盡管線上實驗教學具有諸多優點，但部分課程的實踐操作是不可替代的，對學生畢業后進入崗位有著重要的指導作用。所以實驗中心采用了“線上培訓+仿真實驗+線下實踐”的教學模式，初期“線上培訓”由實驗室指導教師利用學校實驗室設備進行錄課及直播教學完成，教師建立課程群，通過視頻資料發放、在線直播課程、仿真實驗及輔導答疑完成實踐內容的認知。后期“線下實踐操作”由返校后指導教師在實驗室指導學生完成。

4? 結論

突如其來的疫情，使教學發生了巨大變化，促進了在線教育的廣泛應用，也推進了在線教育的常態化。在線實驗教學對于傳統面授是一種挑戰，它不能夠取代傳統實做實驗，而是對傳統實驗教學的有利輔助和促進。本次線上資源、虛擬仿真、設計研究等多種形式形式的理實結合、虛實結合的線上實驗教學改革有很多經驗值得后期的實驗教學借鑒，但也存在不足，需要在后期教學中不斷梳理問題，教學成果將成為研究摸索在線教育的常態化模式改革的依據，繼續推進實驗教學改革，促進教學質量的不斷提高。

參考文獻：

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