基于混合式教學的“液壓與氣壓傳動”在線開放課程設計

趙 雷, 楊 奕, 張利國, 張 華, 楊 川

(1. 重慶機電職業(yè)技術學院 電氣與電子工程學院, 重慶 402760；2. 重慶理工大學 電氣與電子工程學院, 重慶 400054)

傳統(tǒng)的教學模式是教師引導、啟迪學生的學習并對學生的學習效果進行考評。隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展,產(chǎn)生了多種多樣的網(wǎng)絡化學習方式，學生在學習過程中,充分表現(xiàn)出學習的主動性、積極性與創(chuàng)造性?；旌鲜浇虒W方式強調情境和活動兩種學習,將傳統(tǒng)學習方式與網(wǎng)絡化學習結合起來,集兩種方式的優(yōu)點,達到更好的學習效果[1-3]。

“液壓與氣壓傳動”是機械和機電一體化類專業(yè)開設的核心專業(yè)課程,是一門具有很強的實踐性、技能型課程。在傳統(tǒng)教學模式中,理論教學和實訓教學結合得不緊密,學生的技能訓練不能得到及時的理論指導,而理論課也沒有緊密結合生產(chǎn)、生活,學生對技能的掌握往往不到位。隨著教育部大力推動和支持深化教育教學改革,項目式教學、行動導向教學、理實一體化教學等新的教學模式在高校中得到推廣應用[4]。同時,由于高校在校學生人數(shù)增加,人均實訓設備數(shù)量和實訓時間不足,使得傳統(tǒng)“液壓與氣壓傳動”及其類似課程的實訓教學模式改革迫在眉睫。

重慶機電職業(yè)技術學院“液壓與氣壓傳動”課程教學團隊以重慶市骨干高職院校建設為背景,進行了混合式教學模式改革。

1 教學目標設計

“液壓與氣壓傳動”課程在專業(yè)課程體系中起承前啟后的作用。該課程實踐性較強,學生應通過學習,初步掌握液壓傳動和氣壓傳動的基礎知識和基本技能,能夠初步設計和搭建簡單的液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng),能夠運用液壓氣動專業(yè)知識和技能解決工程實際問題,并且養(yǎng)成良好的職業(yè)道德和團隊合作精神。培養(yǎng)學生的自主學習能力和科研能力,也是該課程教學的目標之一[5]。

2 教學方法設計

2.1 四位一體,虛實結合的混合式教學

為了達到“液壓與氣壓傳動”課程的教學目標,該課程的教學團隊結合開發(fā)的課程資源和“互聯(lián)網(wǎng)+”等網(wǎng)絡技術,開發(fā)了四位一體、虛實結合的混合式教學模式,即線上與線下結合、虛擬與現(xiàn)實結合、理論與實踐結合、仿真與實操結合。四位一體、虛實結合的混合式教學模式如表1所示[6]。

表1 四位一體、虛實結合的混合式教學模式

以換向閥教學為例,循序漸進地進行換向閥的結構原理視頻→換向閥的虛擬拆裝→換向回路的FluidSIM軟件運動仿真→實訓室搭建換向回路等4個情境的教學過程,實現(xiàn)課程的教學目標。

2.2 智能移動終端APP教學

虛擬實訓具有開放性和共享性,虛擬教學資源可以反復使用,虛擬系統(tǒng)構建過程短,功能擴展和管理比較方便,學生可以獲得更多的實訓操作機會。實際上,無法開展的實訓項目也可以虛擬進行。

目前,市面上用于高校課程教學中的APP應用程序很少。本課程前期工作已經(jīng)開發(fā)完成液壓與氣動虛擬實訓平臺APP,開發(fā)流程分為4個階段[7-10]。

第一階段:校企合作,選取企業(yè)生產(chǎn)中使用的真實液壓與氣動元件,構建液壓與氣動虛擬教學情境；

第二階段:構建面向單臺PC機的液壓與氣動虛擬實訓平臺；

第三階段:構建面向遠程訪問的網(wǎng)絡版液壓與氣動虛擬實訓平臺；

第四階段:構建面向移動終端的液壓與氣動虛擬實訓平臺APP。

APP教學可使學生隨時隨地通過手機等移動終端方便地獲取實訓項目。將組成液壓與氣動元件的所有零件逐個移除,其內部結構能如同真實場景一樣展示給學生,使學生能夠更好地理解液壓與氣動元件的工作原理。APP教學方式符合當代大學生的學習習慣,使學生不受時間與地點所限，靈活安排自己的學習,從而更好地掌握必備的專業(yè)知識與技能,學校承受的實訓設備數(shù)量不足的壓力也可減輕。

2.3 人機交互式自學教室

“液壓與氣壓傳動”課程的網(wǎng)絡平臺和人機交互式自學教室為學生提供了良好的交互式學習環(huán)境(見圖1)。

課程網(wǎng)絡平臺相當于一個空中教室,能提供豐富的學習資源,學生可以通過學習電子教案、電子課件、原理動畫、知識點視頻、回路仿真、真實案例、章節(jié)同步練習等方式,實現(xiàn)人與網(wǎng)絡平臺資源的交互。該網(wǎng)絡平臺提供了學習論壇和在線交流功能,學習論壇時時互動,可以上傳共享學習資料、發(fā)表學習體會,也可以進行主題討論；教師可以針對大多數(shù)學生提出的重點、難點定期進行在線答疑、交流心得。這樣的學習方式既體現(xiàn)了學生主體地位,又發(fā)揮了教師主導作用。

3 教學活動設計

“液壓與氣壓傳動”課程的線下教學活動包括主題研討課、集中答疑課、項目仿真訓練、典型任務實踐操作等；線上教學活動包括師生之間、生生之間的同步交流與異步交流、章節(jié)同步練習、自我測試等。不同的教學活動設計有不同的側重點[11-12]。

圖1 人機交互式自學教室

(1) 交互式視頻設計。針對各知識點的視頻內容設計幾個問題,在視頻播放過程中會隨時彈出問題對話框。學生回答正確后才能繼續(xù)觀看,從而實現(xiàn)互動和對學生的監(jiān)督作用。視頻內容力求生動有趣，貼近生活、生產(chǎn)實際,展示方式多樣化。例如采用生產(chǎn)現(xiàn)場采訪形式、場景實操模式、真人動畫模式、完全動畫模式等多種新穎的拍攝模式。

(2) 異步討論主題設計。教師針對學生提出的問題,精選出具有一定深度、廣度和復雜性的問題(例如溢流閥與減壓閥的區(qū)別),形成討論空間,引導學生思考,讓不同的觀點碰撞出火花,激發(fā)學生的興趣和參與熱情。在論壇上,學生之間可以實現(xiàn)互動,豐富了討論區(qū)的內容,又促進了學習交流[13]。

(3) 課程答疑庫設計。當學生利用網(wǎng)絡在人機交互式教室進行自主學習時遇到問題,不能像在傳統(tǒng)教室的學習那樣得到教師的及時指導,所以靶向性的及時答疑和幫助尤為重要。課程小組的任課教師將課程教學中學生經(jīng)常遇到的問題及答案,按照章節(jié)進行總結和排列,放置在課程答疑庫里。當學生遇到問題時,首先去答疑庫中搜索是否有類似的問題,獲取答案及幫助。通過答疑庫,可以幫助學生解決一些學習過程中的難點問題,同時也減輕了教師對相同問題重復答疑的工作量[14]。

(4) 作業(yè)的設計。通過做作業(yè),學生可以鞏固所學的知識,更好地進行下一個知識點的學習。學生完成作業(yè)的情況也是對教學效果的檢驗與反饋。作業(yè)要避免雷同,支持個性化的學習。例如:讓學生提交的液壓控制系統(tǒng)設計中,提供給每個學生的液壓元件和要求完成的回路動作都不一樣,學生設計出的電氣控制線路圖和完成的作業(yè)也不可能雷同。

(5) 在線測試題庫設計。網(wǎng)絡課程將在線測驗試題放在題庫中,學生可以按照章節(jié)進行測試練習,系統(tǒng)也可以隨機組合出一套試題,供學生進行全真模擬考試訓練。題目的形式是以各個知識點為依據(jù)的選擇題,每套試題都能覆蓋課程所有的知識點。每次測試要有詳細的成績分析及薄弱知識點的分析,為學生進一步學習提供參考意見[15]。

4 教學評價設計

基于混合式教學的“液壓與氣壓傳動”課程強調的是學生在學習過程中的真實感受與體驗,強調的是過程,而不僅是傳統(tǒng)學習中的學習結果。“液壓與氣壓傳動”課程采用線上和線下融合、過程性評價和終結性評價結合的多元化考核評價體系(見圖2)[16-17]。

網(wǎng)絡課程平臺可以全面跟蹤整個學習過程,后臺對每位學生的累計學習時間、資源查閱與使用、章節(jié)練習、在線交互討論、課程測試的情況進行統(tǒng)計與分析。學生可以隨時查看學習進度、學習成果、存在的問題,教師也可以隨時了解學生的學習狀況,從而輔助學生解決問題、改進學習方法,取得更好的學習效果。同時,評價數(shù)據(jù)也應該實時更新、實時分析,實現(xiàn)過程評價。

終結性評價主要設有課程學習總結的在線測試、線下虛擬仿真實訓室的回路設計仿真測試,它是對課程最終效果進行的評價,用以評價學習者是否達到教學目標。

圖2 “液壓與氣壓傳動”課程多元化考核評價體系

5 “液壓與氣壓傳動”在線開放課程的特色

(1) 四位一體,虛實結合。充分利用開發(fā)的教學資源,結合“互聯(lián)網(wǎng)+”等網(wǎng)絡技術,采用從線上到線下、從虛擬到現(xiàn)實、從理論到實踐、從仿真到實操的“四位一體,虛實結合”混合式教學模式。

(2) 面向遠程訪問。構建面向遠程訪問的液壓氣動網(wǎng)絡虛擬實訓平臺,對液壓氣動元件進行虛擬拆裝,教學資源豐富,實驗器材頻繁使用而不會被損壞?？梢愿鶕?jù)科技的進步和企業(yè)的發(fā)展靈活添加元件,擴展性好。

(3) 基于移動終端的虛擬實訓平臺APP。APP的學習方式,使學生隨時隨地可獲取實訓項目,不受時間、空間的限制,幫助學生掌握更多的使用技能,符合當今大學生的學習特點。

(4) 人機交互式自學教室。通過網(wǎng)絡平臺設計交互式的視頻,在視頻播放過程中隨時彈出問題對話框,學生回答正確后才能繼續(xù)觀看,人機互動,增強趣味性。通過章節(jié)練習、自測等方式實現(xiàn)人與教學內容交互,通過在線交流、學習論壇等實現(xiàn)學生與教師交互、學生與學生交互。學生雖然身各一方,但仍在互聯(lián)網(wǎng)的大教室里共同學習和討論。

(5) 校企合作,共建共享課程。選取企業(yè)生產(chǎn)中使用的液壓氣動元件作為教學資源,選取企業(yè)的液壓氣動系統(tǒng)設備作為典型案例,到企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場錄制教學視頻,使教學更貼近企業(yè)生產(chǎn)實際。課程也對企業(yè)開放,為企業(yè)員工提供技能培訓,開展社會服務,共建共享課程。

6 結語

重慶機電職業(yè)技術學院“液壓與氣壓傳動”課程教學團隊潛心研究基于混合式教學的在線開放課程,致力于課程教學改革。圍繞“液壓與氣壓傳動”課程的在線開放,先后申請立項了重慶市高等教育教學改革研究項目“泛在學習模式下的液壓與氣壓傳動數(shù)字教材開發(fā)與應用”“面向PC與安卓移動終端訪問的虛擬網(wǎng)絡氣動實訓平臺”等多項課題,獲得重慶市職業(yè)教育學會高職優(yōu)秀網(wǎng)絡課程三等獎和2017年重慶市高等教育教學成果獎三等獎等獎項。教學團隊開發(fā)的“液壓與氣動測試題庫”APP、“液壓與氣動典型回路仿真”APP將陸續(xù)投入教學使用。

參考文獻(References)

[1] 林禮區(qū),周晨,姜銳,等.工程教育認證背景下機械類專業(yè)實踐教學體系改革[J].實驗技術與管理,2017,34(9):204-207.

[2] 凌越.高職院校應用混合式教學的實踐探索[J].中國教育信息化,2014(6):41-43.

[3] 黃鶴,徐起.基于移動互聯(lián)網(wǎng)模式下的混合式教學研究[J].現(xiàn)代商貿工業(yè),2015,36(9):149-150.

[4] Meese N, Mcmahon C. Analysing sustainable development social structures in an international civil engineering consultancy[J].Journal of Cleaner Production, 2012, 23(1):175-185.

[5] 朱世美,房曉東.面向遠程自主學習的網(wǎng)絡課程教學設計研究:以《Photoshop圖像處理》課程為例[J].中國醫(yī)學教育技術,2014,28(1):32-35.

[6] 胡桂香,錢新杰.基于移動平臺進行的教學信息化探索[J].科技資訊,2014,12(30):157.

[7] 趙雷,張利國,張華.基于移動終端的虛擬氣動實訓平臺的開發(fā)和應用[J].職業(yè)教育(中旬刊),2016(7):56-57.

[8] 張新星.基于仿真技術的機電一體化技術課程教學應用研究[J].時代農機,2015(2):151-152.

[9] 趙茜.信息技術支持下轉換教學法的應用[J].西南師范大學學報(自然科學版),2015(11):204-209.

[10] 林雪燕,潘菊素.基于翻轉課堂的混合式教學模式設計與實現(xiàn)[J].中國職業(yè)技術教育,2016(2):15-20.

[11] Domański T. Prob ability Calibration of Load Duration Modification Factor for Timber Roofs in the Polish Mountain Zones[J/OL].Archives of Civil Engineering，2015,60(2).https://doi.org/10.2478/ace-2014-0013.

[12] Vásquez J, Reyes A, Mahn A, et al. Experimental Evaluation of Fuzzy Control Solar Drying with Thermal Energy Storage System[J].Drying Technology, 2016,34(13):1558-1566.

[13] 楊興波,張林.混合式教學中交互策略的研究[J].軟件導刊(教育技術),2015,14(5):41-43.

[14] 郝軼.虛擬實訓教學系統(tǒng)的構建過程探索[J].科技創(chuàng)新導報,2014,11(14):123-124.

[15] 賈衛(wèi)平.工程教育認證背景下的應用型機械類人才工程能力培養(yǎng)體系的構建[J].實驗技術與管理,2015,32(1):38-40,47.

[16] 王鷹.基于Android應用的移動學習資源設計與開發(fā)研究:以“中南大學視頻公開課”為例[J].現(xiàn)代教育技術,2014,24(3):50-56.

[17] 王志華,曹廣勝,張立剛.教育信息化視角下的虛擬仿真實驗資源建設[J].實驗科學與技術,2017,15(4):152-155.