課程線上虛擬仿真實驗教學改革研究與實踐

徐培

摘要：本文以《液壓與氣動技術》課程為研究對象，基于現代教學技術“FluidSIM+云課堂”實現課程線上虛擬仿真實驗教學與實踐。通過分析課程已有的研究基礎及改革的必要性為研究入點，重點探析了《液壓與氣動技術》課程線上虛擬仿真實驗教學情況以及存在的問題，并提出了改革相關的意見，以期在新的教育教學手段下實現課程效果的提升。

關鍵詞：《液壓與氣動技術》;教學改革;“FluidSIM+云課堂”

0? 引言

依托于互聯網的現代教育技術給當代高等教育各個專業帶來了機遇，同時隨著通信技術和科學技術的不斷發展與更新，更是為教育教學改革提供了動力與工具支撐。全國上下，無論是“雙一流”院校還是普通院校，無論是文科，還是理工科或其他學科，都在思考如何借助新的教學技術實現教育教學質量的提升，當然也包括我院數控技術專業。

1? 已有教學改革基礎

1.1 《液壓與氣動技術》課程線上教學已有基礎概述

《液壓與氣動技術》課程是我院數控技術專業的專業課程，對于學生相關方面的技能要求比較高。從該課程開設以來，我院就不斷在探究其教學內容、教學手段、教學評價等問題，并且逐漸形成了以“任務驅動，學做一體”的教學模式，同時將任務引入到課堂，并作為課程考核依據，不僅促進了教學實踐，而且著實提高了學生參與學習的主動性與積極性，鍛煉了學生的動手能力與實踐操作能力。不僅如此，該課程始終堅持用先進的教學理念，2008年獲得校級精品課程，2016年獲得省級質量工程精品資源共享課程建設項目，經過多年的教學建設與資料準備，該課程已經建成了包括課程標準、教學課件、任務書、模擬試卷、動畫視頻、實驗指導書等一系列網絡共享資源，在一定程度上保證了課程的線上教學，師生可以借助互聯網完成課程的授課、學習、共享、考核等教學工作與學習工作。不僅如此，該課程師資隊伍逐漸完善，目前已經有4位講師及以上職稱的專職教師。實驗資源較為豐富，新建液壓傳動實驗室，擁有三臺液壓氣壓一體實驗臺和一臺綜合型實驗臺，擁有完整的液壓仿真軟件，該軟件也使用了一學期，從師生反饋效果來看，還是比較好的。

綜上，從已有的研究和設備基礎來看，《液壓與氣動技術》課程線上虛擬仿真實驗教學已經有了較好的基礎和準備，這為本課程的授課與教學提供了有利的支撐。

1.2 課程改革的必要性

2020年，突如其來的“疫情”確實也給教育行業帶來了很大的沖擊，通過線上教學更是成為疫情期間各個高校的主要方式與手段。當然，線上教學并非只是單純地借助互聯網實現課程給教學，也不僅僅只是對該門課程的學習。本文認為，線上教學實際上是一種更為廣義上的學習，無論對教師層面還是學生層面來說，都需要積極借助各方面的資源和內容從而實現課程的教學，換句話說就是要合理科學借助信息化手段實施教與學。基于《液壓與氣動技術》課程前期的線上線下資源建設完善，這也為課程的線上授課提供了便利。但是也遇到了麻煩：傳統的理論教學通過線上學習是可以實現，而且也較易達成教學效果與目的，但是作為實驗來說的話，可能就存在難度。之前學生可以通過實驗設備完成對課程的實驗操作，但是如果學生無法到學校，尤其疫情期間學生更不能返校學習的情況下，如何實現實驗教學，這是一個必須解決的大問題。

經過調查在線教學方式，本文也發現了一些問題，主要表現為以下幾點：第一，教學過程簡潔化問題。如何在保證教學質量的同時，能夠實現教學過程簡單化，避免繁瑣的操作和反復操作;第二，在投資有限的情況下，如何實現在線教育的實踐領域擴寬;第三，如何合理科學管理教學質量。這些問題也是當前在線教育中老師們遇到的棘手問題。同時也是本文認為實現課程在線教育的必要性出發點。當然，解決線上實驗教學問題并非只是為了應對疫情，而是對當代的教育敲響了“警鐘”，不適應的教學手段應該淘汰，而借助于現代教學技術的教學方式應該要能夠更廣泛應用于實驗環節中，這樣才能夠更好促進現代教育的改革。

2? 課程改革的優勢與急需解決的問題

在以上研究基礎以及改革必要性分析基礎上，本文提出課程改革的方向：基于“FluidSIM+云課堂”搭建《液壓與氣動技術》課程線上虛擬仿真實驗教學。

2.1 “FluidSIM+云課堂”教學優勢

FluidSIM軟件由德國Festo公司Didactic教學部門和Paderborn大學聯合開發，是專門用于液壓與氣壓傳動的教學軟件，FuidSIM軟件分兩個軟件，其中FluidSIM-H用于液壓傳動教學，而FluidSIM-P用于氣壓傳動教學。FluidSIM軟件在繪圖過程中能夠實現CAD功能和仿真功能緊密聯系在一起，這樣就能夠使回路圖繪制和相關液壓（氣壓）系統仿真相一致，也能夠驗證設計的正確性。不僅如此，該軟件還能夠促進學生自學、教學和多媒體教學液壓（氣壓）技術知識，能夠實現對課程的系統學習。從已經使用的情況和效果來看，FluidSIM軟件能夠從專業的角度訓練和提高學生的實驗操作能力，能夠為《液壓與氣動技術》課程提供良好的實驗教學支撐。

眾所周知，云課堂的優點是比較多的，例如課堂活動多元化、教學管理數據化、教學便捷化等。將云課堂與FluidSIM軟件相結合，實際上更好發揮了二者之間的優勢，取長補短，多方面提高學生的學習效果與質量。遵循教學的基本流程，依照“課前-課中-課后”的基本流程組織教學。

2.1.1 課前準備

建立《液壓與氣動技術》該課程相應的課件、操作視頻、實驗指導書、實驗任務書等資源，并在學生開設線上虛擬仿真實驗之前上傳必要的教學資源。實現課前的線上交互，在學生上課之前將相關資料發給學生，要求學生做好知識點的預習、復習工作，隨后在課中就能夠取得較好的上課效果。

教師：課前需要通過云課堂發布任務、視頻等資料，實時跟蹤收到的學生反饋及問題，進而對課程內容策略進行有效的調整。

2.1.2 課中實驗環節

課中實驗環節，教師主要做好四方面工作：任務分析與引導、直播FluidSIM仿真、問題追逐、學生作品分析。首先任務與引導，根據課程教學大綱及要求，對學生每次課程進行任務分析與引導，從而讓學生了解到該課程的目的及具體要求，并且能夠從教師的言語中分析實驗要求。第二，直播FluidSIM仿真，學生觀看視頻后則可以通過上線實現對實驗的仿真訓練，這樣就能夠解決學生因為沒有實物實驗器材而無法完成實驗的難題，學生可以通過線上仿真實驗實現實踐操作。第三，問題追蹤。教師要對學生教學過程中的反饋問題進行實時跟蹤，要能夠掌握線上實驗的難點，避免學生因為操作不當或者無法操作完成不了實驗的情況出現。而且問題反饋的收集也是為了更好促進教學質量。最后，學生作品分析。學生在線上課堂完成了拓展訓練，將學生作品通過云課堂進行展示，一方面提高了學生學習的主動性，另一方面，也增加了師生的溝通與交流，這樣也才能夠更好實現課程的線上教學環節。

2.1.3 課后反饋交流

課后，則可以借助云課堂發布線上考核，能夠將傳統的期末考核方式轉變為過程性考核和期末考核相結合的方式，尤其是要注重過程性考核的比重，這樣就能夠讓學生了解到學習不再是一件簡單的事情，“臨時抱佛腳”的學習態度和方式已經不再適用于當前的教育。課程改革更加重視學生對知識點的掌握以及理論與實踐相結合的效果。此外，借助云課堂的數據收集與反饋，教師能夠更好地掌握學生學習情況以及學習效果。從而能夠更好地為下一次的課程做好準備以及調整，為課程的改革提供更多的經驗與總結。

2.2 課程改革需要解決的問題

“FluidSIM+云課堂”相結合的教學優勢是明顯的，但是也必須要面對幾個問題，解決了這些問題才能夠更好促進《液壓與氣動技術》課程線上虛擬仿真實驗教學改革與實踐。

2.2.1 教學資源不夠完善

從已有的教學資源來看，雖然本課程已經建立了基本的教學網絡資源，但是還并不完善。在教學環節中教師的授課還是主要局限于一些理論知識，教學內容和方式缺少多元化。這樣的話，其實對于線上實驗的效果是會影響的，建立線上仿真實驗的目的在于提高學生動手操作能力，即使學生在家無法接觸到真正的機器，但是也不影響其對實驗操作能力的提高與培養。所以，實驗教學雖然以理論為基礎，但是其教學目標還是與理論教學存在區別的。

2.2.2 技術不成熟，系統操作不便捷

線上仿真實驗要實現從線下搬到線上，就需要成熟的技術支撐，同時還必須要有一套比較容易操作的教學流程。過于復雜繁瑣的操作程序不僅影響教學效果，而且也增加了教師的工作量。反復的工作也容易讓教師、學生產生厭煩的心理。

2.2.3 線上管理缺乏經驗與科學性

線上教育畢竟是一個新的技術與工具，在很多方面都還存在著一定的不成熟以及缺乏經驗，同時也包括對系統的管理方面。管理的不科學也會造成該門課程教學改革與實施的順利進行。

3? 教學改革的反思

《液壓與氣動技術》課程線上虛擬仿真實驗的改革與實踐并非一蹴而就的事情，在團隊多年的堅持與運用下，其得到了不斷的更新與發展，著實提高了學生的操作能力。在新的教育環境和技術加持下，本課程改革要直面存在的問題，從問題本身找到解決出路，這樣才能更好適應當前的專業教育以及人才培養。

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