疫情背景下融合信息技術的沖壓工藝學課程線上教學模式探索與實踐

王長瑞，田威，胡俊山，李波，廖文和

摘? 要：新冠肺炎疫情背景下，高校面臨著學生不能返校需要開展線下教育學習的困境。隨著科學技術的發展，MOOC、微課及虛擬現實技術取得了巨大進步，基于此，文章提出了融合信息技術的沖壓工藝學課程線上教學新模式，通過融合BOPPPS方法的教學課件設計，多信息手段并行的線上教學和騰訊會議與雨課堂結合的線上考試等全新的教學流程實施，有力解決了線上教學效果差、效率低的問題，學生學習質量大幅提升。

關鍵詞：BOPPPS方法;線上教學;教學模式;虛擬現實

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）30-0009-04

Abstract： In the context of COVID-19 epidemic， colleges and universities are faced with the dilemma that students can not return to school for offline education and learning. With the development of science and technology， MOOC， microlecture and virtual reality technology have made great progress. Based on this， a new online teaching mode of Stamping Technology integrated with information technology is proposed in this paper. Through the design of teaching courseware integrated with BOPPPS method， the implementation of online teaching by parallel multi-information means and online examination combined with Tencent Meeting and Rain Classroom as well as other new teaching process， the problems of the poor effect and low efficiency in online teaching are advantageously solved， which significantly improves students' learning quality.

Keywords： BOPPPS method; online teaching; teaching mode; virtual reality

2020年，新冠肺炎疫情在全球肆虐，給國家經濟發展、人們健康生活帶來了巨大挑戰。避免被傳染的最好方式就是保持社交距離，減少人與人的接觸[1]。但是傳統的高等教育以密集式線下課堂教育為主，與疫情防控需要背道而馳。2021年年初，新冠肺炎疫情又卷土重來，如何在新冠肺炎疫情背景下開展有效、可行的教育教學工作面臨難題[2]。

沖壓工藝是塑性加工的基本方法之一，通過壓力機和模具對板料施加一定的壓力，使材料在常溫或高溫下進行分離或塑性變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種工藝方法。而沖壓工藝學課程是飛行器制造工程專業的專業核心課程，內容涵蓋材料力學、塑性力學、工程材料、機械制造、數字化設計和自動控制等多個學科，教學中需要大量的公式推導、實驗演示及課程設計，在新冠肺炎疫情背景下如何開展高校的教學亟需理念和模式的突破。

隨著科學技術的不斷發展，教育信息技術也多點開花，MOOC、微課、網絡教學平臺、虛擬教學技術等都在高等教育教學中進行了應用探索[3-4]。針對新冠肺炎疫情背景下沖壓工藝學課程實施面臨的難點和需求，開展融合信息技術的沖壓工藝學課程線上教學模式探索尤為重要。

一、新冠肺炎疫情背景下沖壓工藝學課程教學現狀

幾年來，我國的航空航天技術取得了巨大成功，殲20、運20、C919和天宮飛船等大國重器順利完成定型和應用，越來越多的薄壁復雜構件得到廣泛使用，同時沖壓工藝學課程的內容也在不斷地更新，以滿足新一代航空航天高層次人才的培養需求。為了提高學生的學習能力、創造力和實踐能力，前期課程實施措施如下：

（一）以國家重大需求為導向引入新理論

結合殲20等國家重大型號沖壓工藝零件在制造、裝配過程中遇到的問題進行實際講解，梳理問題解決思路，給出問題解決路徑，在此基礎上引入本課程中相關理論點，由淺入深，來加深學生的理解。再將精密數控成形、機器人智能裝配、新型制造檢測技術引入，講解相關理論基礎，拓寬學生的視野，提升專業理論水平。

（二）融合科技前沿發展引入新技術

航空航天核心裝備向著極小、極大兩個極端方向發展，而成形理論、成形方法與傳統沖壓工藝也相差甚遠。對于尺寸很小的沖壓件，需要將微沖壓技術、微尺寸效應以及微小模具精密制造等新技術引入課堂，提升學生的學習興趣。對于極大的沖壓件，傳統的機床難以高效、柔性加工，采用機器人進行成形是國際前沿技術，也是學生們感興趣的方向，可以提升學生對專業的興趣和認可度。

（三）將信息技術融入到沖壓工藝學課程

航空航天用沖壓件與汽車、手機等民用構件有一定的差異性，而本校飛行器制造工程專業的學生畢業后85%以上會進入軍工企業。所以，在課程講授完畢后，以飛機制造的典型沖壓件為樣件，讓學生開始課程設計，結合課程講授的理論設計沖壓件及模具，并以某一典型件加工模具，進行實際的沖壓成形實驗，通過全流程操作，使學生完全掌握沖壓工藝學課程。

疫情背景下，大部分可以實際操作的事情，都難以實現。學生們無法進行實際的實驗，也無法到航空航天院所進行實地實習，因此將信息技術融入到沖壓工藝學課程成為必然趨勢。

二、融合BOPPPS方法的教學課件設計

BOPPPS方法是目前國內外研究比較熱門的課程設計方法，通過課前、課中和課后的多階段、多手段的設計，實現高效率、高提升的教育教學活動[5]。首先，導入（Bridge-in）環節（見圖1）是如何吸引學生開展學習的關鍵環節，合理的設計至關重要。比如，通過思政引領的形式，結合貪污腐敗事件探討手表為什么有的很便宜，有的卻非常昂貴，由此引入微沖壓新技術，可以有效提升學生的學習興趣，實現理論、技術等知識的有效銜接與灌輸。結合學生工作后的實際工作環境和案例進行目標（Outcomse）設計，讓學生了解每堂課的知識點在未來工作的應用領域，提升學生們對核心知識點掌握的積極性。前測（Pre Test）主要是利用雨課堂和網絡課程的形式，讓學生提前預習每個課程的內容，對其中的疑難點進行了解，并做好記錄，以備在上課時與老師進行溝通交流。對于課程講授階段（Participation），將采用多種信息手段形式，進行多樣、互動、有效的參與式學習，下一節詳細講解。在課程中或者課程結束后，通過后測（Post Test）和總結（Summary）的方式加深學生們的理解和記憶。

三、多信息手段并行的線上教學

課程講授階段是整個課程實施的核心部分。針對疫情背景下學生不能到校而采用線上形式授課，進行了如下探索：

（一） 采用騰訊會議開展線上教學

依托騰訊云平臺，開展教學。騰訊會議可以進行50人以上課程教學活動。課前老師提前建立一個微信群，預約騰訊會議號，及時通知學生上課時間。騰訊會議有語音識別功能，保證老師講課時一直處于主屏線上窗口。基于BOPPPS設計的課程課件也可以通過騰訊會議進行實時播放，包括一些動圖及實際生產過程的視頻等，這樣即使學生不在現場也可以更為直觀地了解相關知識點在航空航天制造過程中的應用。此外，老師也可以通過PPT中的畫筆功能進行公式的推導，引導學生一步步學習公式的推導過程。在20余人的小班級時，可以允許學生都開放視頻模式，時刻關注學生們的學習狀態，通過點名回答問題的方式，了解學生的學習效果。為了保護學生的隱私，學生開放視頻時可以將背景修改為虛擬背景[6]。針對講授過程中可能出現的卡頓、斷網等問題，老師可以通過手機進行騰訊會議，出問題時利用手機進行及時溝通。

（二）采用雨課堂等進行線上教學

在利用騰訊會議講授課程時，若學生人數超過50人，則網絡傳輸時經常會出現卡頓等現象，嚴重影響學生聽課效果，講授效果大幅降低[7]。在進行50人以上的教學時一般會要求學生關閉視頻，這時就無法實時掌控學生的學習狀態和效果。雨課堂和學習通是專門針對教學而開發的網上教學平臺，可以在課前準備與當前教學中講解課程相關的習題，在講解時按需發送到學生們的手機上，讓學生答題，并實時關注學生們的答題情況，針對大家的薄弱環節進行在線掌握，并有針對性地開展更為細致的分析和討論，使得學生以類似游戲的方式開展學習，提升大家聽課的有效時間。雨課堂等還具有隨機點名功能，在講授過程中，針對一些核心點和關鍵點進行隨機點名，確保每個學生都在聽課，使得學生們隨時都可以參與到老師的講解過程，實現真正的線上教學新模式。

（三）引入虛擬仿真進行課程實驗

虛擬仿真技術是近幾年新興的信息技術，通過AR、VR和數字孿生的手段[8]，將實際操作的實驗搬到虛擬平臺，在虛擬世界里實現沖壓工藝學的常規實驗（見圖2）。比如，以飛機鈑金蒙皮拉形實驗為例，學生們隨機分配到不同飛機拉伸蒙皮，鍛煉其工藝分析能力，結合沖壓工藝學課程進行零件的模具設計，根據零件特點線下設計模具型面和尺寸，在實驗系統中選擇合適的模具，通過虛擬平臺設置工藝參數，模擬成形過程中拉形機上拉速度和形成，分析成形過程中相應的零件的厚度分布云圖、應力分布云圖、應變分布云圖及FLD曲線，了解成形過程材料的塑性變形規律，最終實現與現實試樣一樣的實驗結果。同時，虛擬實驗解決了疫情期間學生不能到校的問題。

（四）利用虛擬平臺關注學生的學習進度

學生們上課時對知識的記憶分為瞬時記憶、短時記憶和長時記憶，前兩種記憶都很短，在1min以內。要形成長時記憶，除了課上的多手段教學，通過形象記憶、動作記憶、語義記憶、情緒記憶和情景記憶等增強學生的記憶外，課后的及時復習至關重要。結合德國心理學家艾賓浩斯的遺忘曲線，制作課程微課，上傳至虛擬平臺，讓同學們按時完成相關微課的學習，并對微課后的習題進行解答，關注每個學生的學習進度，并利用交流窗口與學生進行及時地答疑解惑，確保學生對核心知識點的掌握形成長時記憶。并結合課程章節的特點，適時適量地布置一些手寫的作業，讓學生自己推導給定沖壓件模具刃口尺寸、零件展開尺寸的公式推導及理論計算，并將相關結果傳到虛擬平臺，進一步加深學生對知識點的理解和記憶。

因此，結合航空航天類沖壓件的需求背景，通過分析與綜合、比較與分類、抽象與概括的教學手段，再利用騰訊會議線上教學能取得比線下教學更好的講授效果;通過雨課堂和學習通等在線實時互動與交流，實時掌握學生學習狀態與效率，并增強學生學習興趣;結合虛擬實驗，使學生沉浸其中，以游戲般的感覺完成枯燥的成形實驗操作，提高學生們對課程理論知識的理解水平;并利用虛擬平臺及時對知識點進行考核，提升學生的記憶水平和能力。

四、騰訊會議與雨課堂結合的線上考試

考試是檢驗教師教學成果和學生學習效果的有效途徑，針對新冠肺炎疫情期間學生不能到校的情況，開展線上考試是合適的選擇。目前，各類線上考試平臺不少，但是沖壓工藝學課程中模具設計與計算的公式多，線上考試會面臨人數多、考試內容復雜的難點。為此，首先，采用雨課堂試卷編輯功能進行網上試卷制作，其中的公式編譯器有利于公式的輸入，也便于后續學生答題，相關的選擇題、填空題和簡答題可以采用模板的形式直接上傳，提高試卷制作的效率;其次，利用制作的模擬試卷讓學生提前熟悉題型、考試流程及計算題公式的輸入和編寫，并對學生們的網絡進行檢測，確保正式考試的網路順暢;再次，考試前設置身份驗證功能，通過人臉識別功能與學生的身份證照片和學生照片進行比對，確保學生本人參加考試。考試時學生利用電腦答卷，手機作為二機位布置在學生身后45°的位置，監控學生考試期間的環境;最后，利用雨課堂自帶的作弊監測功能對學生的考試行為進行判斷，確保考試期間無作弊現象發生（見圖3）。在整個考試結束后，老師們可以在網上對學生的試卷進行評分，并可以設置答案公布時間（試卷批閱后多長時間），讓學生及時了解自己答題錯誤的原因。當然相關的試卷可以進行下載，以備教務系統的監測和考核。

總之，通過融合信息技術的沖壓工藝學課程線上教學模式探索與實踐，學生們認為此新模式富有新意，大家學習積極性高，知識掌握程度高，通過虛擬實驗實現了理論知識與工程實踐的新體驗。通過本課程的實施為未來專業基礎課程的教育教學探索了新途徑。

五、結束語

針對新冠肺炎疫情背景下，學校對沖壓工藝學課程線上教學改革的迫切需求，在借鑒原有線下教學優勢的基礎上，采用融合信息技術，通過BOPPPS課程設計方法，融合多信息技術多教學手段的線上教學新模式，探索了沖壓工藝學課程線上教學模式實施流程，在新冠肺炎疫情期間為學生提供了高效、高質量線上學習的新方法，教學效果優于傳統線下教學。

參考文獻：

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[4]李偉容.信息化背景下項目導向教學在職業英語課堂的發展研究[J].高教學刊，2020（26）：89-91.

[5]彭穎.基于BOPPPS結構的“金課”教學設計初探——以《財務管理學》為例[J].高教學刊，2021（4）：105-108.

[6]孫愛香，張立濤，張軍.基于騰訊會議的翻轉課堂在實驗教學中的應用——以Java程序設計基礎為例[J].黑龍江教育，2021（3）：35-36.

[7]陸競艷，黃曉紅，鄭錦花，等.線上教學模式在病理學教學中的探索與實踐[J].高教學刊，2021（5）：145-148.

[8]王軍鋒，費菲，聶迎春，等.COVID-19疫情下虛擬仿真化學實驗開放教學模式探究和實踐[J].高教學刊，2021（5）：30-33.