疫情背景下融合信息技術(shù)的沖壓工藝學(xué)課程線上教學(xué)模式探索與實(shí)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(xué)生不能返校需要開展線下教育學(xué)習(xí)的困境。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，MOOC、微課及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，基于此，文章提出了融合信息技術(shù)的沖壓工藝學(xué)課程線上教學(xué)新模式，通過融合BOPPPS方法的教學(xué)課件設(shè)計(jì)，多信息手段并行的線上教學(xué)和騰訊會議與雨課堂結(jié)合的線上考試等全新的教學(xué)流程實(shí)施，有力解決了線上教學(xué)效果差、效率低的問題，學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量大幅提升。

關(guān)鍵詞：BOPPPS方法;線上教學(xué);教學(xué)模式;虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們健康生活帶來了巨大挑戰(zhàn)。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(tǒng)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(xué)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(jī)和模具對板料施加一定的壓力，使材料在常溫或高溫下進(jìn)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(xué)課程是飛行器制造工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，內(nèi)容涵蓋材料力學(xué)、塑性力學(xué)、工程材料、機(jī)械制造、數(shù)字化設(shè)計(jì)和自動控制等多個(gè)學(xué)科，教學(xué)中需要大量的公式推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)演示及課程設(shè)計(jì)，在新冠肺炎疫情背景下如何開展高校的教學(xué)亟需理念和模式的突破。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，教育信息技術(shù)也多點(diǎn)開花，MOOC、微課、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、虛擬教學(xué)技術(shù)等都在高等教育教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用探索[3-4]。針對新冠肺炎疫情背景下沖壓工藝學(xué)課程實(shí)施面臨的難點(diǎn)和需求，開展融合信息技術(shù)的沖壓工藝學(xué)課程線上教學(xué)模式探索尤為重要。

一、新冠肺炎疫情背景下沖壓工藝學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

幾年來，我國的航空航天技術(shù)取得了巨大成功，殲20、運(yùn)20、C919和天宮飛船等大國重器順利完成定型和應(yīng)用，越來越多的薄壁復(fù)雜構(gòu)件得到廣泛使用，同時(shí)沖壓工藝學(xué)課程的內(nèi)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(yǎng)需求。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造力和實(shí)踐能力，前期課程實(shí)施措施如下：

（一）以國家重大需求為導(dǎo)向引入新理論

結(jié)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(jìn)行實(shí)際講解，梳理問題解決思路，給出問題解決路徑，在此基礎(chǔ)上引入本課程中相關(guān)理論點(diǎn)，由淺入深，來加深學(xué)生的理解。再將精密數(shù)控成形、機(jī)器人智能裝配、新型制造檢測技術(shù)引入，講解相關(guān)理論基礎(chǔ)，拓寬學(xué)生的視野，提升專業(yè)理論水平。

（二）融合科技前沿發(fā)展引入新技術(shù)

航空航天核心裝備向著極小、極大兩個(gè)極端方向發(fā)展，而成形理論、成形方法與傳統(tǒng)沖壓工藝也相差甚遠(yuǎn)。對于尺寸很小的沖壓件，需要將微沖壓技術(shù)、微尺寸效應(yīng)以及微小模具精密制造等新技術(shù)引入課堂，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對于極大的沖壓件，傳統(tǒng)的機(jī)床難以高效、柔性加工，采用機(jī)器人進(jìn)行成形是國際前沿技術(shù)，也是學(xué)生們感興趣的方向，可以提升學(xué)生對專業(yè)的興趣和認(rèn)可度。

（三）將信息技術(shù)融入到?jīng)_壓工藝學(xué)課程

航空航天用沖壓件與汽車、手機(jī)等民用構(gòu)件有一定的差異性，而本校飛行器制造工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后85%以上會進(jìn)入軍工企業(yè)。所以，在課程講授完畢后，以飛機(jī)制造的典型沖壓件為樣件，讓學(xué)生開始課程設(shè)計(jì)，結(jié)合課程講授的理論設(shè)計(jì)沖壓件及模具，并以某一典型件加工模具，進(jìn)行實(shí)際的沖壓成形實(shí)驗(yàn)，通過全流程操作，使學(xué)生完全掌握沖壓工藝學(xué)課程。

疫情背景下，大部分可以實(shí)際操作的事情，都難以實(shí)現(xiàn)。學(xué)生們無法進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，也無法到航空航天院所進(jìn)行實(shí)地實(shí)習(xí)，因此將信息技術(shù)融入到?jīng)_壓工藝學(xué)課程成為必然趨勢。

二、融合BOPPPS方法的教學(xué)課件設(shè)計(jì)

BOPPPS方法是目前國內(nèi)外研究比較熱門的課程設(shè)計(jì)方法，通過課前、課中和課后的多階段、多手段的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效率、高提升的教育教學(xué)活動[5]。首先，導(dǎo)入（Bridge-in）環(huán)節(jié)（見圖1）是如何吸引學(xué)生開展學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合理的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。比如，通過思政引領(lǐng)的形式，結(jié)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(shù)，可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)理論、技術(shù)等知識的有效銜接與灌輸。結(jié)合學(xué)生工作后的實(shí)際工作環(huán)境和案例進(jìn)行目標(biāo)（Outcomse）設(shè)計(jì)，讓學(xué)生了解每堂課的知識點(diǎn)在未來工作的應(yīng)用領(lǐng)域，提升學(xué)生們對核心知識點(diǎn)掌握的積極性。前測（Pre Test）主要是利用雨課堂和網(wǎng)絡(luò)課程的形式，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)每個(gè)課程的內(nèi)容，對其中的疑難點(diǎn)進(jìn)行了解，并做好記錄，以備在上課時(shí)與老師進(jìn)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(jìn)行多樣、互動、有效的參與式學(xué)習(xí)，下一節(jié)詳細(xì)講解。在課程中或者課程結(jié)束后，通過后測（Post Test）和總結(jié)（Summary）的方式加深學(xué)生們的理解和記憶。

三、多信息手段并行的線上教學(xué)

課程講授階段是整個(gè)課程實(shí)施的核心部分。針對疫情背景下學(xué)生不能到校而采用線上形式授課，進(jìn)行了如下探索：

（一） 采用騰訊會議開展線上教學(xué)

依托騰訊云平臺，開展教學(xué)。騰訊會議可以進(jìn)行50人以上課程教學(xué)活動。課前老師提前建立一個(gè)微信群，預(yù)約騰訊會議號，及時(shí)通知學(xué)生上課時(shí)間。騰訊會議有語音識別功能，保證老師講課時(shí)一直處于主屏線上窗口?；贐OPPPS設(shè)計(jì)的課程課件也可以通過騰訊會議進(jìn)行實(shí)時(shí)播放，包括一些動圖及實(shí)際生產(chǎn)過程的視頻等，這樣即使學(xué)生不在現(xiàn)場也可以更為直觀地了解相關(guān)知識點(diǎn)在航空航天制造過程中的應(yīng)用。此外，老師也可以通過PPT中的畫筆功能進(jìn)行公式的推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生一步步學(xué)習(xí)公式的推導(dǎo)過程。在20余人的小班級時(shí)，可以允許學(xué)生都開放視頻模式，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生們的學(xué)習(xí)狀態(tài)，通過點(diǎn)名回答問題的方式，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。為了保護(hù)學(xué)生的隱私，學(xué)生開放視頻時(shí)可以將背景修改為虛擬背景[6]。針對講授過程中可能出現(xiàn)的卡頓、斷網(wǎng)等問題，老師可以通過手機(jī)進(jìn)行騰訊會議，出問題時(shí)利用手機(jī)進(jìn)行及時(shí)溝通。

（二）采用雨課堂等進(jìn)行線上教學(xué)

在利用騰訊會議講授課程時(shí)，若學(xué)生人數(shù)超過50人，則網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)經(jīng)常會出現(xiàn)卡頓等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響學(xué)生聽課效果，講授效果大幅降低[7]。在進(jìn)行50人以上的教學(xué)時(shí)一般會要求學(xué)生關(guān)閉視頻，這時(shí)就無法實(shí)時(shí)掌控學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果。雨課堂和學(xué)習(xí)通是專門針對教學(xué)而開發(fā)的網(wǎng)上教學(xué)平臺，可以在課前準(zhǔn)備與當(dāng)前教學(xué)中講解課程相關(guān)的習(xí)題，在講解時(shí)按需發(fā)送到學(xué)生們的手機(jī)上，讓學(xué)生答題，并實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生們的答題情況，針對大家的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行在線掌握，并有針對性地開展更為細(xì)致的分析和討論，使得學(xué)生以類似游戲的方式開展學(xué)習(xí)，提升大家聽課的有效時(shí)間。雨課堂等還具有隨機(jī)點(diǎn)名功能，在講授過程中，針對一些核心點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)點(diǎn)名，確保每個(gè)學(xué)生都在聽課，使得學(xué)生們隨時(shí)都可以參與到老師的講解過程，實(shí)現(xiàn)真正的線上教學(xué)新模式。

（三）引入虛擬仿真進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真技術(shù)是近幾年新興的信息技術(shù)，通過AR、VR和數(shù)字孿生的手段[8]，將實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)搬到虛擬平臺，在虛擬世界里實(shí)現(xiàn)沖壓工藝學(xué)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)（見圖2）。比如，以飛機(jī)鈑金蒙皮拉形實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生們隨機(jī)分配到不同飛機(jī)拉伸蒙皮，鍛煉其工藝分析能力，結(jié)合沖壓工藝學(xué)課程進(jìn)行零件的模具設(shè)計(jì)，根據(jù)零件特點(diǎn)線下設(shè)計(jì)模具型面和尺寸，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中選擇合適的模具，通過虛擬平臺設(shè)置工藝參數(shù)，模擬成形過程中拉形機(jī)上拉速度和形成，分析成形過程中相應(yīng)的零件的厚度分布云圖、應(yīng)力分布云圖、應(yīng)變分布云圖及FLD曲線，了解成形過程材料的塑性變形規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)試樣一樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)解決了疫情期間學(xué)生不能到校的問題。

（四）利用虛擬平臺關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度

學(xué)生們上課時(shí)對知識的記憶分為瞬時(shí)記憶、短時(shí)記憶和長時(shí)記憶，前兩種記憶都很短，在1min以內(nèi)。要形成長時(shí)記憶，除了課上的多手段教學(xué)，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(qiáng)學(xué)生的記憶外，課后的及時(shí)復(fù)習(xí)至關(guān)重要。結(jié)合德國心理學(xué)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(xué)們按時(shí)完成相關(guān)微課的學(xué)習(xí)，并對微課后的習(xí)題進(jìn)行解答，關(guān)注每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，并利用交流窗口與學(xué)生進(jìn)行及時(shí)地答疑解惑，確保學(xué)生對核心知識點(diǎn)的掌握形成長時(shí)記憶。并結(jié)合課程章節(jié)的特點(diǎn)，適時(shí)適量地布置一些手寫的作業(yè)，讓學(xué)生自己推導(dǎo)給定沖壓件模具刃口尺寸、零件展開尺寸的公式推導(dǎo)及理論計(jì)算，并將相關(guān)結(jié)果傳到虛擬平臺，進(jìn)一步加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和記憶。

因此，結(jié)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(xué)手段，再利用騰訊會議線上教學(xué)能取得比線下教學(xué)更好的講授效果;通過雨課堂和學(xué)習(xí)通等在線實(shí)時(shí)互動與交流，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)與效率，并增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生沉浸其中，以游戲般的感覺完成枯燥的成形實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)生們對課程理論知識的理解水平;并利用虛擬平臺及時(shí)對知識點(diǎn)進(jìn)行考核，提升學(xué)生的記憶水平和能力。

四、騰訊會議與雨課堂結(jié)合的線上考試

考試是檢驗(yàn)教師教學(xué)成果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效途徑，針對新冠肺炎疫情期間學(xué)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(xué)課程中模具設(shè)計(jì)與計(jì)算的公式多，線上考試會面臨人數(shù)多、考試內(nèi)容復(fù)雜的難點(diǎn)。為此，首先，采用雨課堂試卷編輯功能進(jìn)行網(wǎng)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(xù)學(xué)生答題，相關(guān)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(xué)生提前熟悉題型、考試流程及計(jì)算題公式的輸入和編寫，并對學(xué)生們的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測，確保正式考試的網(wǎng)路順暢;再次，考試前設(shè)置身份驗(yàn)證功能，通過人臉識別功能與學(xué)生的身份證照片和學(xué)生照片進(jìn)行比對，確保學(xué)生本人參加考試?？荚嚂r(shí)學(xué)生利用電腦答卷，手機(jī)作為二機(jī)位布置在學(xué)生身后45°的位置，監(jiān)控學(xué)生考試期間的環(huán)境;最后，利用雨課堂自帶的作弊監(jiān)測功能對學(xué)生的考試行為進(jìn)行判斷，確?？荚嚻陂g無作弊現(xiàn)象發(fā)生（見圖3）。在整個(gè)考試結(jié)束后，老師們可以在網(wǎng)上對學(xué)生的試卷進(jìn)行評分，并可以設(shè)置答案公布時(shí)間（試卷批閱后多長時(shí)間），讓學(xué)生及時(shí)了解自己答題錯(cuò)誤的原因。當(dāng)然相關(guān)的試卷可以進(jìn)行下載，以備教務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)測和考核。

總之，通過融合信息技術(shù)的沖壓工藝學(xué)課程線上教學(xué)模式探索與實(shí)踐，學(xué)生們認(rèn)為此新模式富有新意，大家學(xué)習(xí)積極性高，知識掌握程度高，通過虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了理論知識與工程實(shí)踐的新體驗(yàn)。通過本課程的實(shí)施為未來專業(yè)基礎(chǔ)課程的教育教學(xué)探索了新途徑。

五、結(jié)束語

針對新冠肺炎疫情背景下，學(xué)校對沖壓工藝學(xué)課程線上教學(xué)改革的迫切需求，在借鑒原有線下教學(xué)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，采用融合信息技術(shù)，通過BOPPPS課程設(shè)計(jì)方法，融合多信息技術(shù)多教學(xué)手段的線上教學(xué)新模式，探索了沖壓工藝學(xué)課程線上教學(xué)模式實(shí)施流程，在新冠肺炎疫情期間為學(xué)生提供了高效、高質(zhì)量線上學(xué)習(xí)的新方法，教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)線下教學(xué)。

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