基于虛擬仿真平臺的線上線下混合式教學研究

苑春苗 張靖林 丁世勛 張浩楠

摘? 要：伴隨著大數據時代的來臨，高等教育模式正面臨著重大改革。為提高相似理論與相似方法課程的教學效果與質量，該文構建基于虛擬仿真平臺的線上線下混合式教學模式，從課前學習、課上教學、課堂討論和課后輔導等方面對混合式教學進行綜合的論述，通過教學反思，對教學模式提出相應建議與心得，以期更好地提高學生學習的效率，為混合式教育模式的改革分享經驗。

關鍵詞：相似理論與相似方法；虛擬仿真平臺；混合式教學；教學模式設計；教學反思

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）02-0041-04

Abstract： With the advent of the era of big data， the higher education model is facing major reforms. In order to improve the teaching effect and quality of the course of Similar Theories and Similar Methods， this paper constructs an "online and offline hybrid" teaching model based on the virtual simulation platform， and comprehensively discusses the hybrid teaching from the aspects of pre-class learning， in-class teaching， classroom discussion and after-class tutoring etc. Through the teaching reflection， the author puts forward corresponding suggestions and experiences on the teaching mode， in order to better improve the efficiency of students' learning and share experience for the reform of mixed education mode.

Keywords： Similar Theories and Similar Methods; virtual simulation platfor; the hybrid teaching; teaching mode design; teaching reflection

隨著互聯網技術的不斷發展，高等教育的教學模式也隨著互聯網技術的廣泛應用而發生重大改變[1]，虛擬仿真平臺、翻轉課堂逐漸發展成為近幾年教育界的研究熱點[2]。教學模式的發展改變了傳統教育在形象性和信息顯示等方面的缺點，不僅給廣大學子提供了廣闊的學習平臺，同時激發了現階段我國教育改革的攻堅時期，基于仿真平臺的線上線下相互結合的混合式教學模式已然成為教學模式研究及應用的重點[3-4]。面對當下教育信息化及教學模式的改革，教學工作者需要緊隨時代的需求，開拓新的教學方法。

實際科研中經常會遇到根據工程實驗構建實驗模型，將實驗結果應用于工業實際等問題[5]。在這種情況下，人們不得不去尋求有別于傳統研究模式的新的、更方便有效的理論和方法，相似理論與模型實驗，便在這樣的情況下誕生[6]。相似理論與相似方法課程主要包括相似準數構建的基本原理、相似的概念、相似三定理的定義和運用方法，以及條件、工程實際的具體應用等，是為人們提供應用于指導模型實驗方法的一門學科，為了更好地培育安全工程專業人才，合理運用相似理論與方法解決工程實際問題，以實際問題為導向，將實踐教學和科研項目中的具體案例問題融合在虛擬仿真實驗中，引導學生探索、思考、解決問題，加深對基礎知識和企業現場具體需求的理解。本文基于虛擬仿真平臺的混合式教學模式核心理念，對相似理論與相似方法課程進行教學設計，為高等教育模式的改革分享經驗。

一? 虛擬仿真平臺混合式教學模式

虛擬仿真這個概念最早是在1989年由威廉·沃爾夫教授提出的[7]。當下的虛擬仿真平臺混合式教學模式主要是針對在校學生，包括大學生、研究生等設置的，是指在小規模范圍內將課堂教學與線下教學相互融合的的一種混合式學習模式[8-9]。通過在教學課堂中運用針對性比較強的在線虛擬仿真教學資源，比如虛擬實驗視頻等，實施翻轉課堂教學[10]。

虛擬仿真平臺混合式教學模式的基本流程為老師通過虛擬仿真平臺提前建立好工程與科研中重點、難點案例問題庫，采用線上線下混合式教學融合模式，線下講授虛擬實驗相關的事故發生機理等基礎理論，線上通過虛擬仿真實驗平臺，實現以問題為導向的人機交互，進行相應事故場景理解深化、實驗技能提升、常用事故預防技術及裝備現場應用的虛擬仿真、實驗綜合知識考核等。學生通過提前學習課程內容，然后在線下課堂中以問題的形式對老師進行反饋，老師通過收集學生產生的疑問，了解學生的學習動態，在課上有針對性地講解課程重點和難點，在與學生一起處理作業或其他任務總體上，教師可以根據自己的偏好和學生的反饋，自主設置和調控課程的進度、節奏和評分系統，學生必須保證學習時間和學習強度，參與在線討論，完成規定的作業和考試等，在線學習會占最終成績的一定比例。基于虛擬仿真平臺的混合式教學模式作為目前主流的一種教學方式相比于其他傳統教育具有一定的優勢，具體比較見表1。

二? 教學模式改革的思考

（一） 課程分析

相似理論與相似方法是全國各大高等學府工科類安全工程類專業的一門非常重要的專業基礎課程，該課程是相似理論與相似方法在實踐中的應用過程，課程的信息量較大，相似三定理的理論性較強，涉及的領域比較廣泛，不僅涉及力學、高等數學領域，同時對模型和創新點具有較高的要求，例題的解算步驟繁瑣、應用性比較強。該課程的學習目標主要為，使學生能夠應用相似理論和相似方法的基礎理論內容和專業知識搭建相應的物理模型以供實際實驗的需要，解決實際科研過程中無法根據實驗構建實驗模型等復雜安全工程問題及對問題進行分析與求解；能夠利用相似理論等知識理論進行復雜工程問題的識別和分析；能夠利用相似理論等知識對工業復雜安全問題進行相應實驗模型的建立，拿出最優的實驗模型方案。

（二） 教學中的問題

這門課程對培養學生自主創新能力及良好科研基礎的養成有重要作用，通過問卷調查，筆者在教授這門課程中總結出該課程在傳統課堂的教學過程中主要存在如下問題。

首先，相似理論與相似方法課程涉及的領域比較廣泛，對學生創新性能力要求較高，教學任務較重，在講解過程中存在許多難點、疑點；相應的例題需要搭配一定的圖文進行講解，這就導致使用傳統的教學方式不再滿足于掌握知識點的基本要求，學習效率不佳。

其次，傳統的教學模式中，老師主要把精力集中于知識的傳輸過程，忽略了學生對知識的消化吸收情況，學生基本上為被動學習，學生的主動性和積極性無法體現，對學生掌握了哪些知識點更是很難進行掌握。

最后，在傳統的教學模式下，學生不能很好地進行深度學習，相似理論與相似方法課程不僅需要學生進行深度的理論學習，同時在日后的科研過程中需要依據理論進行相應的實踐，傳統課堂不能突破時間及空間的限制，所以這種模式下很難保證學生學習的效率和深度。

僅靠傳統的黑板式教學很難達到預期的效果，所以必須對原有的傳統的“黑板+PPT”式教學進行改革，將目前主流的基于虛擬仿真平臺的混合式學習方式融入到線下教學模式中。通過線上的課程對實際問題進行虛擬仿真，可以彌補傳統式教學課時有限導致學生對實際工況理解不夠充分、學習效率低下的情況。目前該門課程已完成所有的準備工作，并已開展了教學實踐，通過學生反饋情況表明該方式取得了較好的結果，得到了廣大師生的一致認可。

三? 教學設計

（一）? 課程目標

為了改變相似理論與相似方法課程傳統式教學中存在的種種問題，依據當下教育改革以學生為中心的目標、信息化的教學模式，參照基于虛擬仿真平臺的混合式的核心教學理念，對該課程進行教學設計，從而改變相似理論與相似方法課程的教學方法，使其達到以下教學目標。

第一，知識目標。熟悉相似基本理論，掌握相似三定理與方法，熟練課本中的相關例題以達到可以根據工程實際建立相應物理模型的知識儲備。

第二，能力目標。不僅局限于課本內容的理解和吸收，還可以運用基本的相似理論與方法結合虛擬仿真實驗建立實際工程模型并對模型進行實驗和求解。

第三，素質目標。培養學生良好的創新思考能力、動手能力，塑造學生綜合分析工程實際、解決工程實際問題的素養。

（二）? 教學過程與實施

1? 課前學習

在課堂教學之前，老師首先通過虛擬仿真平臺根據課程的安排和教學大綱內容形成相應的案例問題庫，將以問題為導向的關鍵知識推送給同學，達到主動學習的目的。老師在制作教學問題庫時，不僅要符合大綱的基本要求，同時還要充分考慮學生學習的能力和效率，做到問題合理有序，重點突出。老師根據學生近期的學習情況在虛擬仿真平臺發布課前學習計劃，同時設置知識討論重點及隨堂測試題目，學生在學習完成后可以對課程內容形成初步的了解。在完成討論重點和隨堂習題后可以在平臺進行交流和溝通，分享自己的學習心得及疑惑，同時，老師可以根據學生的反饋，了解學生的學習進度及情況，對學生的疑惑進行匯總，以便在線下課堂中重點講解。充分了解學生的學習情況，課堂的教學會更加有針對性，此方法極大地提高了課堂效率。課前學習教師和學生的任務流程圖如圖1所示。

圖1? 教師和學生的任務流程圖

2? 課堂講解

結合學生在虛擬仿真平臺的學習情況、分享與反饋，老師的課堂講解主要包括以下幾個環節。

1）老師對平臺進行數據分析，從中選取比較有價值的重點內容及自己總結的文章重點對學生進行講解，在講解過后加深學生對此節課的理解，幫助學生加深對知識點的理解，完成知識框架的建構。

2）在同學完成課前學習的情況下，老師可以按照平臺中學生的反饋適當地調整課堂講解計劃，對學生基本掌握的基礎部分可以縮短時間，主要針對知識討論點及學生提出的難點、疑點進行講解，并將存在的問題進行闡述及延伸。將學生提出的重點拿出來一起討論、講解。

3）課堂教學要充分利用師生相處的時間，老師可以提出相比于基礎知識更加有深度的內容與同學們進行交流和討論，激發學生自主思考和創新能力，通過深層次的交流和討論，不斷提高學生對這一節課程的理解，培養學生的思維和解決問題的能力。

4）在教學過程中還可以隨時發起簽到、臨時提問、搶答等環節，保證每位同學都能積極參與，可以采取獎懲制度，對曠課或表現突出的同學進行加分和減分。

此方法極大地節省了教學時間，提高學習效率，避免老師在基礎問題上投入大量時間，在學生存在疑惑的部分沒有對其進行充分的講解等情況的發生，同時也使學生對課堂內學習的內容進行更好的理解和吸收。

3? 課堂討論

在課程開始之初，針對平臺中的反饋及學習情況，可以將班級同學劃分為幾個大組，每個組中不僅要包括學習進度比較靠前的同學也要包括學習能力比較慢的同學，將課堂時間重點放在課堂共同討論環節，對于比較復雜的問題可以拆分為若干個子問題，將問題和知識討論點在劃分的幾個大組中進行討論，鍛煉學生自主討論解決問題的能力，同時能力較強的同學可以帶動學習能力較差的同學，充分保證學習進度的一致性，最后通過老師與學生的討論和交流引導學生解決問題。

4? 課堂測試及輔導

經過課前的學習、課堂的講解，學生對此章內容的相關知識點有了較深的認識，通過小組之間的討論和合作，對文章中的重點和難點問題也有了深刻的理解，在下課之前，老師將上課之前在平臺發布的問題讓學生重新做一遍，與上課前的進行對比，考察學生在此次課程中的學習效果。完成此次測試的同時，老師在平臺中發布1～2個比較深入的問題，待學生在課下討論完成，建立相應的習題庫，供期末復習使用。利用平臺幫助學生更好地構建知識的框架，時刻關注學生的學習情況。

（三）? 多元化考核方式

針對線上和線下相結合的混合式授課特點，為了更加公正、合理地評判學生最后的成績，相似理論與相似方法課程采取多元化的評判標準，加大平時成績所占的比例，將最終的考核比例定為平時成績40％+期末成績60％。

其中平時成績為平臺線上學習成績20％，平時討論、問答等環節10％，以及簽到情況10％。平臺線上成績包括對虛擬仿真平臺中問題庫的學習、隨堂測試、討論等，這種多元化的考核方式需要老師、同學、組員之間相互合作完成，最后取綜合得分為最終得分，每一個環節老師都應該公平、公正、合理地進行評價。相似理論與相似方法課程的期末考核主要通過考試的形式進行。該課程期末考試依據平時課堂內容和教學大綱綜合分析，按照各部分知識的重難點，以及學生對各部分知識的掌握情況，綜合確定相應的題型和考試方式。試卷對能力層次的要求結構合理，期末考核中基礎題目占比30%，重點知識占50%，難點掌握及開拓創新知識占比20%。多元化的考核方式要求老師、學生共同參與、討論，可以極大地調動學生們的積極性和主動性，同時對于學習效率也有極大的提升。

（四）? 教學反思與心得

在當下經濟、信息快速發展的時代，經過實踐證明，基于虛擬仿真平臺的混合式教學模式符合當下的發展，是一種新興的、有效的教學方法。盡管如此，在實行這一新模式時還要注意以下幾個方面。

首先，教學模式的創新并不是一概而論，在現實實施過程中還要考慮學科的門類及內容，線上線下相互結合的教學方式并不是對傳統模式的摒棄。而是在傳統教學模式基礎上的創新，要根據具體學科的種類選擇相應的教學方法，做好線上線下的相互融合，才能充分保證教學效果。

其次，從思想上接受新的教育模式帶來的挑戰，做好線上教學平臺的建設和實施，確保在當下改革的年代不被淘汰，混合式教學的基礎就是在線上教學中老師將初級的知識體系通過學生容易接受的方式進行上傳，線上的教學資源不僅要新穎還要全面，在正式實施前，線上資源要通過多輪測試以確保萬無一失。

最后，學生面對虛擬仿真平臺等線上教學平臺可以清楚地看到學生的學習狀況、學習進度、疑點難點等各類數據，老師要及時進行數據分析，根據數據分析內容及時對線下課堂的進度和安排做出調整，確保線上教學與線下教學的緊密結合，這對老師來說也是一項挑戰，需要老師及時轉變觀念，以適應新改革帶來的挑戰。

四? 結束語

隨著互聯網信息時代的來臨，本文基于虛擬仿真平臺的混合式教學模式從課前學習、課上教學、課堂討論和課后輔導等方面對相似理論與相似方法課程進行了教學改革，對教學進度和內容進行完善和編排，使其更加符合當下信息化發展的需求。并通過多元化考核方式對學生最終的成績進行綜合評價，確保考核的公平性，驗證了該改革方法可以很好地調動學生的學習積極性、主動性，有利于擴展學生的思維，保證教學質量的提升。綜上所述，基于虛擬仿真平臺的混合式教學模式是一種值得推廣的教學模式。

參考文獻：

[1] 楊宗凱.高校“互聯網＋教育”的推進路徑與實踐探索[J].中國大學教學，2018（12）：13-16.

[2] 秦婧，周靜紅.SPOC混合式教學模式效果的調查研究[J].河北農機，2019（6）：58-62.

[3] 厲蘭潔.SPOC環境下翻轉課堂的設計與應用研究[D].成都：四川師范大學，2016.

[4] 任苗苗，馬燕，李明勇.基于SPOC的混合學習教學模式設計與實踐——以“數據結構”課程教學為例[J].軟件，2017，38（4）：12-17.

[5] 崔廣心.相似理論與模型試驗[M].徐州：中國礦業大學出版社，1990.

[6] 李鐵才，李西峙.相似性和相似原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2014.

[7] 李蕊.“互聯網+”時代高職高等數學混合教學模式存在的問題與對策[J].高等職業教育（天津職業大學學報），2018，27（5）：83-86.

[8] 盧颯.基于翻轉課堂的混合式教學在電路課程中的應用研究[J].蘭州教育學院學報，2016，32（12）：117-119.

[9] 田晉.基于混合教學模式的課程教學改革[J]．計算機時代，2018（25）：67.

[10] 黃麗蓮，席志紅，項建弘，等.基于“電路基礎”課程混合式教學的探索研究[J].課程教育研究，2020（8）：157-158.