基于信息化模式下的新型化工實(shí)訓(xùn)裝置的研究

何璐紅，劉海龍，趙 揚(yáng)，賀素姣

(河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450042)

1 前言

信息化技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)方面。教育領(lǐng)域中，一場(chǎng)信息化的顛覆性變革正悄悄地發(fā)生著。教育技術(shù)學(xué)科是多學(xué)科交叉的創(chuàng)新實(shí)踐領(lǐng)域，要整合多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)力量，在創(chuàng)新中開(kāi)展教學(xué)、研究和社會(huì)服務(wù)，在學(xué)科與教育改革實(shí)踐的互動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的學(xué)術(shù)視野和研發(fā)能力?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)+教育”[1]的服務(wù)模式將成為今后研究的主題。

信息化課程建設(shè)的理念是以學(xué)生為中心、以能力為重點(diǎn)和關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程。信息化課程建設(shè)的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)化：將教材轉(zhuǎn)化為支持學(xué)習(xí)的數(shù)字化資源，將學(xué)習(xí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)活動(dòng)，將結(jié)果性(終結(jié)性)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為發(fā)展性評(píng)價(jià)。信息化課程設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)是平臺(tái)、內(nèi)容和活動(dòng)。信息技術(shù)不僅改變了教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施方式，對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)工具以及教學(xué)內(nèi)容等也產(chǎn)生了巨大的影響[2]。信息技術(shù)推動(dòng)了教育模式和學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展，引導(dǎo)教育創(chuàng)新的方向。信息技術(shù)與教育深度融合已經(jīng)成為教育發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)于快速發(fā)展的中國(guó)而言，既是難得的機(jī)遇，也是巨大的挑戰(zhàn)。從宏觀層面來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與當(dāng)代教育的深度融合，必須站在全局戰(zhàn)略高度，做前瞻性的規(guī)劃，才有可能抓住機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)我國(guó)教育跨越式發(fā)展[3]。

在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，知識(shí)更新的速度也越來(lái)越快，通過(guò)信息化手段、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)已經(jīng)成為一種非常普遍的學(xué)習(xí)方式[4]。很多高校開(kāi)始建設(shè)自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)，高等教育中，“新工科”建設(shè)、專業(yè)工程認(rèn)證、信息化教學(xué)等項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生[5]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于開(kāi)展自主學(xué)習(xí)平臺(tái)的研究，在理論課教學(xué)環(huán)節(jié)居多，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)上，付諸實(shí)踐的較少。目前，對(duì)于自主學(xué)習(xí)型實(shí)訓(xùn)裝置的開(kāi)發(fā)研究，主要體現(xiàn)在：

(1)多數(shù)高校開(kāi)展的是網(wǎng)絡(luò)課程的理論學(xué)習(xí)，沒(méi)有和實(shí)際實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

(2)很多高校的自主學(xué)習(xí)型研究主要集中在網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)或者一些軟件的應(yīng)用，這種模式過(guò)分依賴了網(wǎng)絡(luò)和各種管理平臺(tái)，缺乏質(zhì)量管控意識(shí)。

(3)傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置是單獨(dú)的就某個(gè)工段進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺乏人機(jī)交互性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論實(shí)操的全過(guò)程考核。

2 研究思路

課題研究的是具有自主學(xué)習(xí)功能的實(shí)訓(xùn)裝置，相比傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置和教學(xué)模式，提供了更便捷的學(xué)、教、管理和交流的方案。實(shí)訓(xùn)裝置共設(shè)計(jì)三個(gè)功能，學(xué)生課前通過(guò)各種資源進(jìn)行線上預(yù)習(xí)，利用3D模擬裝置進(jìn)行練習(xí)，最終通過(guò)操作軟件進(jìn)行自動(dòng)考核打分模式。

依據(jù)高職高專實(shí)訓(xùn)教學(xué)特點(diǎn)和課程改革要求，課題的理念是打造一種自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式，該教學(xué)模式是一種非常方便、靈活、高效的教學(xué)方式，該模式還應(yīng)用到不同層次的教學(xué)之中，在這一理念和模式下，建立“以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)指導(dǎo)體系”，以“自主學(xué)習(xí)”為導(dǎo)向，通過(guò)信息技術(shù)和教師的督導(dǎo)，學(xué)生在課前、課中、課后將所學(xué)知識(shí)鞏固強(qiáng)化，提高了自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。自主學(xué)習(xí)型課堂教育學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 自主學(xué)習(xí)型課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Teaching structure of independent learing dassroom

3 研究的核心內(nèi)容

文章研究的新型化工實(shí)訓(xùn)裝置，是具有自主學(xué)習(xí)功能的實(shí)訓(xùn)裝置，在信息化支撐下可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)裝置從結(jié)構(gòu)、原理、工藝過(guò)程的自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)操作訓(xùn)練的自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程到結(jié)果的全自動(dòng)考核。通過(guò)新型控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的有機(jī)結(jié)合，以信息化、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)課程等手段，通過(guò)自主學(xué)習(xí)的方式，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化的功能，形成教、練、考一體化模式，具有自主學(xué)習(xí)功能的實(shí)訓(xùn)裝置功能見(jiàn)圖2。

圖2 具有自主學(xué)習(xí)功能的實(shí)訓(xùn)裝置功能圖Fig.2 Function map of training device with independent learning

具體的研究?jī)?nèi)容如下：

(1)設(shè)計(jì)并制造具有自主學(xué)習(xí)型實(shí)訓(xùn)裝置，將新興技術(shù)植入教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，完成某實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的知識(shí)講授、操作訓(xùn)練和實(shí)訓(xùn)考試三個(gè)環(huán)節(jié)，以化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)課—吸收解吸為例進(jìn)行樣機(jī)制造(如圖3)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能同時(shí)，提高其自學(xué)能力、研究能力和創(chuàng)新能力。

圖3 吸收解吸實(shí)訓(xùn)裝置的基礎(chǔ)工藝流程Fig.3 Basic process flow of absorption and desorption training device

(2)根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容開(kāi)發(fā)微課及教學(xué)視頻音頻素材，學(xué)生在課前就可以通過(guò)移動(dòng)終端掃描裝置的二維碼，進(jìn)行設(shè)備的預(yù)習(xí)和認(rèn)知，利用Unity3D技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)裝置平臺(tái)，在系統(tǒng)的引領(lǐng)下，學(xué)生通過(guò)交互操作，直觀了解裝置的構(gòu)成及各部件作用，熟練掌握設(shè)備的工藝流程，實(shí)現(xiàn)裝置、結(jié)構(gòu)、流程的自主學(xué)習(xí)模式。

(3)在實(shí)操方面，課題設(shè)計(jì)操作軟件，學(xué)生按照系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的步驟來(lái)操作，同時(shí)裝置會(huì)給與提醒，并且根據(jù)操作結(jié)果進(jìn)行賦分，真正做到了操作步驟的自主學(xué)習(xí)。學(xué)生通過(guò)指紋識(shí)別和面部識(shí)別進(jìn)行身份確認(rèn)后，可以根據(jù)操作步驟和操作質(zhì)量進(jìn)行“自動(dòng)打分”考核模式，考核成績(jī)直接上傳至教師端，實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)打分”的考核模式。

4 研究的核心價(jià)值

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證與“新工科”建設(shè)的相關(guān)要求，教育目標(biāo)的定位是要求學(xué)生要有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，針對(duì)不同的實(shí)際問(wèn)題，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。具有自主學(xué)習(xí)功能的實(shí)訓(xùn)裝置可以促進(jìn)學(xué)生知識(shí)領(lǐng)會(huì)、工程技能的提升及職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成；可以培養(yǎng)學(xué)生的化工思維、化工技能和化工素養(yǎng)，從而形成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，有適應(yīng)化工發(fā)展的能力；可以變化工實(shí)訓(xùn)的“裝置操作”為“情境再現(xiàn)”，通過(guò)3D仿真演示，實(shí)現(xiàn)行業(yè)企業(yè)工作場(chǎng)景模擬；在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，角色分工、協(xié)作一致，完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，樹(shù)立工程理念、積累工程素養(yǎng)。

5 研究的技術(shù)路線

該課題根據(jù)化工生產(chǎn)以及現(xiàn)代教育的特點(diǎn)，選用化工生產(chǎn)中常見(jiàn)的具有代表性的操作單元之一的吸收、解吸單元作為基礎(chǔ)研究單元，采用的技術(shù)路線如圖4。

圖4 技術(shù)路線原理框圖Fig.4 Schematic diagram of technical route

6 研究的創(chuàng)新點(diǎn)

(1)創(chuàng)新自主學(xué)習(xí)模式，突出以學(xué)生為主體的自學(xué)能力。通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的自主學(xué)習(xí)策略來(lái)支持自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的發(fā)布與接收、實(shí)訓(xùn)裝置的認(rèn)知與操作、課前預(yù)習(xí)與課后評(píng)價(jià)、學(xué)生學(xué)習(xí)成效評(píng)價(jià)等教學(xué)功能。通過(guò)虛擬系統(tǒng)的模擬訓(xùn)練，學(xué)習(xí)在進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室實(shí)操時(shí)，可以提高成功率，大大降低因不當(dāng)操作而帶來(lái)的廢物排放、危險(xiǎn)因素等，甚至利用全模擬技術(shù)將不當(dāng)操作現(xiàn)象虛擬呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了“環(huán)境友好型”化工教學(xué)。

(2)發(fā)揮“雙路徑引導(dǎo)式”學(xué)習(xí)，突出以學(xué)生職業(yè)技能提升為需求。通過(guò)線上互動(dòng)管理平臺(tái)、教師對(duì)學(xué)生的管理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)雙路徑引導(dǎo)學(xué)習(xí)，很好地將信息化和傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合起來(lái)。在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，角色分工、協(xié)作一致，完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，樹(shù)立工程理念、積累工程素養(yǎng)，提升學(xué)生的職業(yè)技能。

(3)拓展實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)涵，突出學(xué)生綜合素質(zhì)的積累。通過(guò)“以學(xué)生為中心”的自主學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，將“新工科”對(duì)應(yīng)的教學(xué)、教育理念承載在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，將崗位責(zé)任、崗位意識(shí)、質(zhì)量觀念灌輸其中，日積月累，自然而然的實(shí)現(xiàn)技能提升，達(dá)到溶于心、畫(huà)于型。在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)團(tuán)隊(duì)分工、角色扮演、崗前交接班會(huì)議等形式，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提升有效溝通能力，培養(yǎng)工程職業(yè)道德和責(zé)任關(guān)懷理念，最終強(qiáng)化項(xiàng)目層級(jí)管理能力。

7 展望

在國(guó)家實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”、“中國(guó)制造2025”、“新工科背景”下，近年來(lái)，很多高校進(jìn)行了課程改革和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案的調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力是高職院校教學(xué)改革的重要目標(biāo)，是促進(jìn)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)和可持續(xù)發(fā)展的需要，更是響應(yīng)新時(shí)期教學(xué)改革發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)踐要求。通過(guò)自主、合作和探究式學(xué)習(xí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自學(xué)能力，進(jìn)而培養(yǎng)實(shí)用、有用、適用、好用、滿足新工科需求的化工專業(yè)人才。

文章論述的新型化工實(shí)訓(xùn)裝置，契合了最新高職高專的課程改革要求，符合國(guó)家號(hào)召信息化教學(xué)的響應(yīng)，關(guān)于實(shí)訓(xùn)裝置，課題組與河南萊帕克化工設(shè)備制造有限公司聯(lián)合研發(fā)樣機(jī)載體，成型后，在省內(nèi)高?；I(yè)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行成果應(yīng)用，取得了良好的教學(xué)效果。