疫情防控常態化下的《泵與泵站實驗》教學探討

林少華 林子增

摘 要：《泵與泵站實驗》是給排水科學與工程專業一項重要的實驗課程，但存在在線教學資源缺乏、實驗操作得不到保證、難以實現過程質量控制等問題。“在線直播+虛擬仿真”是較完美的實驗教學形式，可以充分發揮在線直播代入感強和虛擬仿真技術沉浸感強的優勢，有利于學生進一步探索創新。為了積極應對疫情可能帶來的長期挑戰，有必要加強虛擬仿真實驗平臺建設。

關鍵詞：泵與泵站實驗; 在線直播; 虛擬仿真實驗平臺

中圖分類號：G641? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）5-119-002

新冠肺炎疫情嚴重威脅著人類生命安全和健康。疫情期間，為了貫徹教育部《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》《關于在疫情防控期間有針對性地做好教師工作若干事項的通知》等指導性文件，做到“停課不停教、不停學”，全國高校通過在線教學方式，有效保證了本科教學的正常進行。

實驗教學，一方面要向學生傳授實驗基礎理論知識，包括儀器儀表的工作原理、測量方法、實驗原理等。另一方面要訓練學生的基本實驗技能，包括儀器設備的操作使用、維護、實驗內容的設計與實驗數據的整理等。為了在疫情封鎖居家學習中有效開展實驗教學，人們進行了有益探索，如通過調整學習進度，待疫情得到控制，學生返校后再進行相關實驗教學等。但疫情仍在全球范圍內持續蔓延，在國際間往來日益緊密頻繁的前提下，疫情仍可能季節性發作或小規模暴發，防疫已經進入常態化。在給排水科學與工程專業知識體系中，《泵與泵站》課程屬于水的采集和輸送核心知識領域。《泵與泵站實驗》是實踐教學體系中的核心實踐單元之一[1]。為此有必要梳理疫情期間，《泵與泵站實驗》在線教學中存在的問題，積極做好各種準備，以利于應對由新冠肺炎疫情可能帶來的長期挑戰。

一、《泵與泵站實驗》在線教學的問題

1.教學資源缺乏

中國大學慕課、超星爾雅、學堂在線等在線教育平臺中，關于《泵與泵站實驗》的教學資源極少。這主要是因為，在線課程建設的目的主要在于“評得上”國家級或是省級精品課程[2]。所制作的在線教學課程適用面越寬，使用人數越多，越受歡迎，因而，對于不少高校或教師而言，在線課程建設通常瞄準專業特色課程或核心課程的理論教學，對于實驗課程教學則普遍選擇忽略。而在各學校的專業培養方案中，《泵與泵站實驗》的課時安排通常較少更加劇了這種選擇性忽略。

2.實驗操作得不到保證

實驗教學的根本目的在于培養學生運用實驗方法觀察、了解各種運動現象，研究、探索其運動規律的技能。作為一門專業課程的實驗環節，《泵與泵站實驗》教學要求學生掌握離心泵流量、揚程、軸功率、轉速的測定，以及離心泵操作方法[1]。即使有常規意義上的網絡教學資源，學生也只是通過這些錄播的教學資源進一步學習了離心泵的理論知識，而無法實現操作環節，更勿論讓學生自主構建實驗系統，進行主動學習研究了。

3.難以實現過程質量控制

在必須進行網絡實驗教學的情況下，部分學校利用錄播視頻、在線直播等形式在線開展本科實驗教學。這種實驗教學形式，致使教學過程中的質量評估更加困難。錄播視頻，缺乏互動;網絡直播教學在教學互動方面雖有改善，但仍存在“只見屏幕，不見你我”的弊端[2]。有時互動發言和討論貌似更多，然而高頻率的互動使得教師更加難以注意到學生的真實學習效果，無法實時觀察到學生狀態，對屏幕后學生真實的學習狀態和效果難以監督評價[2]。

二、《泵與泵站實驗》在線教學改革思考

1.教學形式選擇

實驗教學最核心的部分是訓練學生設計實驗、操作儀器設備、采集數據并進行整理等基本實驗技能。錄播實驗教學最多實現了實驗基礎理論知識（儀器儀表的工作原理、測量方法、實驗原理等）的傳授，并不能解決學生動手操作環節缺失的問題，并不可取。

在線直播進行《泵與泵站實驗》教學是一種很好的實驗教學形式。但這種教學不同于一般理論在線直播教學，應該既包括知識、理論的講授過程，又應由老師進行實驗室現場實時操作，才能起到良好效果。這種教學形式中教師做“網紅”，代入感強，可在一定程度上解決錄播教學中僅限于知識機械傳授的弊端。如果能夠更近一步由實驗老師或者實驗員代學生在現場進行實驗操作，老師根據學生的指令進行實驗，學生記錄數據并在課后進行數據處理及分析，顯然更加接近傳統的實驗教學。這種直播教學還有利于老師觀察學生的學習狀態，有利于教學過程質量控制。但這種教學形式存在一個重要的不足，即教師的工作量巨大，特別是在實驗分組較多情況下。

為了達到實驗教學傳授實驗基礎理論知識和訓練學生的基本實驗技能的雙重目的，筆者以為“在線直播+虛擬仿真”是較完美的實驗教學形式。這種組合教學形式可以發揮在線直播代入感強的優勢，教師在傳授實驗基礎理論知識基礎上，僅僅進行演示實驗即可;再發揮虛擬仿真技術沉浸感強的特點，讓學生自主進行實驗系統構建、實驗操作，可以在很大程度上解決由于需要大型儀器設備或需要團隊協作，無法在線開展現場實驗的問題，更有利于學生展開自主探索創新。

2.虛擬仿真實驗平臺構建

虛擬仿真技術（VR）是計算機技術、電子信息、仿真技術等多種高新技術集成之結晶。通過VR可以產生虛擬世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互。通過VR技術，可將泵與泵站教學實驗室進行數字化和虛擬化，構建虛擬仿真實驗室。虛擬實驗室在進行泵與泵站實驗室數字化和虛擬化過程中，應該提供多種設備供學生選擇，如不同型號水泵、管道、配件等，以便讓學生自己設計實驗系統，這樣在虛擬實驗室中，學生既可以在虛擬實驗臺上動手操作，又可自主設計實驗，有利于培養的操作能力、分析診斷能力、設計能力和創新意識[3]。

基于疫情防控期異地教學的需要，應構建基于Web技術的開放式網絡化的實驗平臺，同時，為了實現過程質量，虛擬實驗平臺還應內置考試或過程考核系統，通過后臺匹配賬號、密碼，對學生的實驗時長、實驗技能進行考核或復核，對學生學習情況進行考核、評判。

三、結語

在疫情期間《泵與泵站實驗》在線教學存在教學資源缺乏、實驗操作得不到保證、難以實現過程質量控制等問題。錄播實驗教學存在學生動手操作環節缺失的問題;在線直播教學代入感強，可以一定程度上解決上述問題，可以更加接近傳統的實驗教學。“在線直播+虛擬仿真”是較完美的實驗教學形式，可以充分發揮在線直播代入感強，虛擬仿真技術沉浸感強的優勢，并有利于學生探索創新。為了保證在線實驗教學質量，積極應對疫情可能帶來的長期挑戰，有必要進一步加強虛擬仿真實驗平臺建設。

參考文獻：

[1]高等學校給水排水工程專業指導委員會.高等學校給排水科學與工程本科指導性專業規范[M]北京：中國建筑工業出版社，2012

[2]黃廷林，王俊萍，梁恒，時文歆，李偉光，陸建紅.新冠肺炎疫情背景下在線教學的探索實踐與改革思考——以高校給排水科學與工程專業教學為例[J]給水排水，2020，46（9）：149-155

[3]周瑩，蔡燕飛，鞏凱，史勁松.疫情間的實踐課程虛擬仿真線上教學探索[J]實驗室研究與探索.2020，39（11）：119-122