線上線下、虛實結合的多元化實踐教學模式探索
——以“液壓與氣壓傳動”課程為例＊

袁加奇，范駿，陳為，酈銀花

（江蘇開放大學信息工程學院，江蘇 南京 210036）

隨著機電液一體化技術的不斷發展，該技術在國民經濟的各行各業得到廣泛應用，特別是在高新技術裝備中尤為突出，成為國家工業水平的重要評價標準之一[1-2]。液壓與氣壓傳動技術是聯結機械控制與動力傳遞的重要紐帶，掌握好液壓與氣壓傳動理論知識、實踐操作及相關控制技術是高校機械類專業學生必須具備的專業技能[3]。為了讓學生更好地掌握本門課程的內容，提高學生的操作實踐技能，教育教學工作者通過探索與實踐對該課程的實踐教學提出了許多行之有效的建議，如通過利用項目式教學、信息化手段、虛擬仿真軟件、AR 技術等[4-7]。本文以上海數林軟件有限公司開發的“液壓與氣壓傳動”虛擬實訓平臺為例，對“液壓與氣壓傳動”課程教學中的線上線下、虛實結合的多元化教學模型進行了設計與實踐。

1 “液壓與氣壓傳動”課程教學現狀

“液壓與氣壓傳動”課程是一門實踐性較強的課程，而在實際教學中，教師往往注重于前面液壓與氣壓元器件的基本部分內容講解，因為這些基礎內容是后續學習液壓和氣壓回路以及開展實驗實訓、課程設計的基礎。但由于課程的教學課時有限，而“液壓與氣壓傳動”課程的知識體系封閉，難以與其他相關課程相結合，存在理論與實踐脫節的問題。高校因經費、場地等原因，普遍無法購置足夠數量的液壓與氣壓傳動試驗設備，在課堂中讓每位學生實際獨立安裝和調試設備的時間很少，因此實踐教學往往效果不佳。考慮到液壓試驗拆裝維護不便以及安全性等問題，而“液壓與氣壓傳動”又與“機械傳動”“電氣控制”“PLC”“檢測技術”等多門專業課程聯系密切，難以開展創新性試驗，限制了學生自主能動性的發揮。學生如果對液壓與氣壓實驗裝置操作不熟練，無法正常完成實驗項目，且與實際工作相脫節，就無法激發學生對本門課程的學習興趣，不利于正常實踐教學環節的開展。因此，能夠在有限的課堂教學內，充分利用學生的業余時間，讓學生能夠充分地學習好液壓與氣壓傳動技術及其實際應用的內容顯得十分重要。

2 “線上線下、虛實結合”教學模式的設計

在“液壓與氣壓傳動”課程教學中引入管理學通用模型PDCA 循環。將課程的教學過程分為4 個過程：教學準備（P）、教學實施（D）、教學檢查（C）和教學反思（A），如圖1 所示。在教學準備階段，教師設計教學內容，將課程內容碎片化，并將相應的教學視頻、PPT、講義、動畫等內容上傳至超星學習通平臺。同時在平臺上發布主題討論、在線測試、作業任務等內容。教學實施過程是教學的主要階段，分為課前、課中、課后3 個環節。課前教師通過平臺或QQ 發布實訓任務，學生通過虛擬實訓平臺進行虛擬實訓練習；課中，教師組織學生在課堂中完成線下實訓任務；課后利用業余時間通過QQ 或騰訊會議進行答疑和檢查。教學檢查是對學生的學習過程進行檢查和反饋，以過程為導向，鼓勵學生積極參與課程學習。教學反思是對教學過程中出現的問題進行及時調整，對薄弱的環節重點設計，進一步優化實踐教學過程。教學反思后又重新進入教學準備階段，形成PDCA 循環。

圖1 PDCA 實踐教學模式的設計

3 “線上線下、虛實結合”實踐教學模式的實現

3.1 線上線下混合式教學

依托超星學習通平臺，將課程內容設計整理，碎片化后制作成相應的視頻、PPT 及文檔，并上傳至超星學習通平臺，如圖2 所示。制作教學視頻40 個，總時長超600 min。學生的學習活動均占相應的權重，包括簽到、觀看視頻文檔、主題討論、課堂互動、作業、測試等。

圖2 線上教學資源

3.2 虛實結合的實踐教學

為充分利用學生業余時間學習，增加學生平時參與實訓的時間，滿足學生隨時學隨地學的需要，激發學生的學習興趣，并提高線下教學的效率，實現從虛到實，再從實到虛的銜接，江蘇開放大學與上海數林軟件有限公司合作開發了“液壓與氣壓傳動”虛擬仿真實訓平臺，如圖3 所示。根據“液壓與氣壓傳動”課程的教學目標，并結合實際液壓與氣壓傳動試驗臺，課程共設計36 個實驗項目，其中液壓傳動部分24 個實驗項目，氣壓傳動部分12 個實驗項目，包含液壓與氣壓傳動的基本回路、典型回路、液壓與氣壓回路的設計以及相關電氣控制方面的知識。

圖3 “液壓與氣壓傳動”虛擬仿真實訓平臺

下面以“實驗一：用換向閥的換向回路”為例，介紹一下虛擬實訓的設計流程。考慮到學生對課程內容的掌握情況不同，根據實驗的難易等級，把實驗主要分為3 個子實驗，分別是試運行、換向回路連接實驗和綜合設計實驗。每個子實驗包括實驗裝置、實驗報告以及相關知識3 個部分，具體如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 液壓傳動實驗裝置

圖5 實驗報告

圖6 相關知識介紹

在實驗1.1 試運行子實驗中，學生需要在實驗裝置上操作3 種液壓換向回路的試運行，觀察運行結果，分析和比較3 種液壓換向回路的特點，完成實驗報告并提交。試運行子實驗主要考察學生對液壓元件的外形結構、工作原理和連接方式；考察學生對液壓基礎知識的掌握情況，鞏固所學的理論內容。

在實驗1.2 用換向閥實現的換向回路安裝調試子實驗中，學生需要能夠讀懂各液壓元件的圖形符號、液壓回路的原理圖，并能夠分析換向回路的運行運力，根據原理，完成液壓回路的安裝、連接、檢測和運行，并完成相應的實驗報告。實驗1.2 用換向閥實現的換向回路安裝調試子實驗主要考察學生對液壓控制回路的分析能力。

在實驗1.3 電磁換向閥實現的換向回路安裝調試子實驗中，學生需要選用電磁換向閥實現換向回路原理圖選用液壓元器件，并進行液壓回路及電氣回路的安裝與調試。實驗1.3 電磁換向閥實現的換向回路安裝調試子實驗主要考察學生對目標任務的分析、理解和設計能力，并激發學生的創新意識。

為了加強學生對本門課程的學習，以及本門課程與其他課程聯系，還設計了拓展性及開放性的實驗項目，如可編程序控制（PLC）電氣控制實驗：機-電-液一體化控制實驗，自行設計、組裝和擴展各種典型回路實驗。虛擬仿真實訓平臺與實際液壓與氣壓傳動實驗平臺相互結合，學生從在虛擬仿真平臺上熟悉回路工作原理，到線下實驗的操作驗證，再到虛擬仿真平臺上的鞏固練習，“虛—實—虛”的循環不僅解決了學生隨時隨地學的問題，同時還解決了硬件設備條件不足，還能結合實際案例不斷拓展創新。 液壓與氣壓實驗臺如圖7 所示。

圖7 液壓與氣壓實驗臺

4 總結與討論

在“液壓與氣壓傳動”課程中采用線上線下、虛實結合的多元化教學模式，并在教學過程引入PDCA循環，以教師為主導，以學生為主體。依托超星學習通平臺實現線上線下混合式教學，虛擬仿真實訓平臺與線下實驗臺相結合，實現“虛-實-虛”的良好循環。有效解決了課程學時不足、實訓條件不夠、理論內容枯燥等問題，同時還采用多元化的考核評價機制，豐富學生的學習形式，激發學生的學習興趣，提高學生的學習主動性，拓展學生學習的專業知識與課程銜接。本課程的教學模式在2018、2019 級工業機器人技術、機電一體化技術專業學生中廣泛推廣及持續改善，教學效果得到顯著提升。