線上線下融合的液壓課程教學改革探析

李小冬 周 珂

(濟寧學院 產業(yè)學院，山東 曲阜 273155)

隨著高等教育的普及，我國已經建成了世界上規(guī)模最大的高等教育體系，高等教育毛入學率超過50%，由高等教育大眾化階段邁入高等教育普及化階段?！吨袊圃?025》指出，加快培養(yǎng)制造業(yè)發(fā)展急需的專業(yè)技術人才、經營管理人才、技能人才；建設一支素質優(yōu)良、結構合理的制造業(yè)人才隊伍，走人才引領的發(fā)展道路。制造業(yè)人才屬于應用型人才，在應用型人才培養(yǎng)中理論與實踐結合是重中之重，培養(yǎng)學生分析、解決復雜工程問題的能力更是離不開課程實驗、課程實訓、課程設計、實習等實踐環(huán)節(jié)。在國家工業(yè)轉型升級和地方普通本科高校向應用型轉變的背景下，為培養(yǎng)企業(yè)需要的應用型技術人才，濟寧學院以學生為本，不斷探索適合本科教學的理實一體化課程教學模式并取得了一定成效。

由于高等學校人員密度大，人員業(yè)務往來繁雜，在傳染性疾病防控過程中，如何保質保量地完成理實一體化課程的教學任務是廣大師生、家長、社會密切關注的問題。常態(tài)化疫情防控狀態(tài)下，迫切需要探索如何開展線上線下融合的理實一體化教學[1]617。

線上線下融合教學給理論課教學帶來了極大的便利，在理實一體化教學的《液壓與氣壓傳動》等課程中卻面臨很多問題[2]86。僅從線上開課講授理論知識不能達成課程目標[3]73，更不能滿足課程對畢業(yè)要求的支撐[4]76；而集中線下開設實驗、實訓將影響課程的學習效果[5]114。因此，充分利用虛擬仿真、實驗直播/錄播[6]11、線上/線下研討[7]696、課程設計答辯等多種授課方法[8]262，開展線上線下融合的理實一體化教學是十分必要的。

一、理實一體化課程開展線上線下融合教學存在的困難

液壓類課程是機械設計制造及其自動化、智能制造工程等專業(yè)非常重要的專業(yè)課程，《液壓與氣壓傳動》課程目標與機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求部分對應關系如表1所示。

液壓類理實一體化課程開展線上線下融合教學存在如下困難：

(一)缺失實踐環(huán)節(jié)的線上理論課不易理解

《液壓與氣壓傳動》課程中的流體力學部分理論性較強，液壓元件的原理、結構、參數(shù)計算、回路的設計與分析等部分實踐性較強。學生未到?；虿糠謱W生不能到場，僅靠線上理論課程開展實例講解與分析教學效果不佳[9]72，也無法達到“識別和判斷液壓與氣壓系統(tǒng)中的復雜工程問題關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)等相關信息”“安全開展測試實驗，正確采集液壓/氣動實驗數(shù)據(jù)”等課程目標。

(二)虛擬仿真軟件無法替代實際現(xiàn)場對分析和解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)

虛擬仿真軟件可以輔助教學，幫助學生完成元件的辨識、回路搭接等實驗、實操環(huán)節(jié)，但不能完全代替現(xiàn)場真實液壓氣動元件、回路、壓力系統(tǒng)帶來的感官和操作體驗。目前有些虛擬仿真軟件中可以通過設置來模擬幾種常見的簡單問題供學生開展分析，但是分析的程序和結果都是提前設計好的，無法完全模擬工程現(xiàn)場出現(xiàn)的復雜問題，也無法提供所有分析和解決問題的渠道。

(三)集中開展實驗實訓影響后續(xù)課程開設

理實一體化《液壓與氣壓傳動》課程在實驗室授課，理論與實踐環(huán)節(jié)交織便于學生掌握元件、回路、系統(tǒng)的知識點，培養(yǎng)分析與解決復雜工程問題的能力。如果將實踐環(huán)節(jié)剝離出來集中做實驗，將影響同期和后續(xù)開設的《機械綜合課程設計》《機器人編程與調試》等課程的學習效果。

為解決以上問題，本課程團隊采用虛實結合、線上線下融合的方式開展理實一體化教學改革探索。通過合理的引導和多種交互手段，不僅能夠達到課程目標，也能夠緩解暫時不能到現(xiàn)場聽課學生的焦慮情緒，可用于常態(tài)化疫情防控下理實一體化課程教學。

表 1 《液壓與氣壓傳動》課程目標與機械專業(yè)畢業(yè)要求對應關系(部分)

二、線上線下融合的理實一體化教學模式

(一)多維度線上理實一體化教學

線上線下融合的理實一體化教學模式，即突破線上授課以理論為主的教學模式，采用線上課件、生產現(xiàn)場視頻、實驗室直播、真實案例線上討論、虛擬仿真軟件操作等多種互動手段開展網絡教學和現(xiàn)場教學。在常態(tài)化疫情防控中、在防控等級較高的條件下為未能到校學生提供線上理實一體化授課，也可在防控等級較低的情況下作為未到場學生的預習與復習資源。

在線上線下融合的理實一體化《液壓與氣壓傳動》課程教學中，所有學生通過教師線上推送的視頻、課件參加課前預習。預習視頻主要包括各種元件的實物展示視頻(外觀、結構等)，元件的使用場景、部分生產場景視頻，液壓、氣壓基本回路的實驗視頻、液壓系統(tǒng)安裝調試、應用實例視頻等。課件主要側重于對理論知識體系脈絡和知識點的講解，包括流體力學基礎(液體靜力學、液體動力學、管道流動、孔口流動、沖擊與氣蝕、介質物理性質、氣體狀態(tài)方程、氣體流動規(guī)律等)、元件的原理(控制元件、執(zhí)行元件、動力裝置、輔助元件等)、液壓回路的設計(方向控制回路、壓力控制回路、速度控制回路)等。通過預習實物視頻、實驗視頻和生產應用視頻，學生增強了對液壓氣壓元件和回路的直觀印象，提高了學習興趣；通過預習課件、知識體系講解和知識點講解視頻，學生建立了具體實物與抽象概念之間的聯(lián)系，對知識體系有了初步了解，為課上理實一體化學習打下了良好的基礎。

在課堂教學過程中，線下聽課的學生在實驗室聽課，未到場學生(未返校生或因病因隔離等特殊情況不能到實驗室聽課的學生)參加線上直播聽課。教師將生產現(xiàn)場視頻與理論講解融合，開展理實一體化線上教學。在課堂討論環(huán)節(jié)，針對直播中的真實案例、實驗總結等開展線上線下討論，通過混合編組促進生生互動。

(二)虛實結合的線上線下實踐教學

通過梳理、整合優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)，在保證課程目標的基礎上，合理控制現(xiàn)場(實操環(huán)節(jié))時長。以實驗室現(xiàn)場直播、生產現(xiàn)場視頻錄播(直播)、教師現(xiàn)場視頻演示互動等多種手段，對虛擬仿真支持不足的實踐環(huán)節(jié)進行補充和強化。

在虛擬仿真軟件操作環(huán)節(jié)，線上與線下的學生混合編組，所有學生參與軟件操作，并在完成操作后開展小組討論。在演示實驗環(huán)節(jié)，教師通過直播實驗開展師生互動。在動手實操環(huán)節(jié)，線上聽課與線下聽課學生混合編組實現(xiàn)生生互動。線上學生在預習實驗視頻和操作難點與注意事項的基礎上，通過直播與同組返校生交流，為現(xiàn)場提供技術支援，由返校生現(xiàn)場操作實驗。

三、線上線下融合的理實一體化教學設計

(一)針對線上線下融合教學的課程重構

純線下講授元件、拆裝元件，講授回路、搭建回路、測試分析的理實一體化教學方式，對現(xiàn)場實物(零部件、實驗臺)依賴較多，不完全適用于線上線下融合的液壓教學。根據(jù)學情分析和學校理實一體化實驗室實際情況，按照線上線下融合教學對液壓課程內容進行了重構。篇幅所限，以先導式溢流閥為例，教學設計如下：

1.預習。所有學生均通過線上預習教師通過平臺推送的視頻資料及課件，完成預習任務平臺自動記錄預習情況。

2.課程引入。通過回顧上節(jié)課溢流閥的應用，引入新課——先導式溢流閥。

3.預習情況檢查。通過30秒計時答題，檢查線上和線下學生的預習情況，收題后實時顯示答案和答題正確率。

4.講解先導式溢流閥的結構、工作原理。線下學生在實驗室聽課，通過投影屏幕觀看課件；線上學生通過電腦端直播軟件觀看授課直播，手機上同步顯示所講授的對應課件頁。

5.利用虛擬仿真軟件練習先導式溢流閥的拆裝。線下學生通過實驗室電腦練習，線上學生利用遠程電腦端練習。將線上線下學生混合編組，練習期間可以互相討論，練習結束后共同總結經驗，分析失敗原因。

6.實驗室直播授課——拆裝真實溢流閥。教師邊操作邊講解拆裝真實溢流閥的難點與注意事項。線下學生在實驗室聽課，通過投影屏幕觀看課件；線上學生通過電腦端直播軟件觀看授課直播，手機上同步顯示正在講授的課件頁。

7.分組討論先導式溢流閥的特點、遇到的問題及解決方法。將線上線下學生混合編組，線上學生通過連線與線下同學一起討論。

8.實驗室直播授課——溢流閥在回路中的應用。

9.總結強化——先導式溢流閥的原理、特點與應用(課程思政：正視壓力、及時溢流)。

10.作業(yè)、預習視頻、預習資料推送。課后在學生群內和平臺論壇同步答疑。

(二)課程思政設計

學生的心理狀態(tài)對學習和生活有巨大影響，通過課程思政設計，在授課中引導學生樹立遠大理想和愛國主義情懷，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，勇敢地肩負起時代賦予的光榮使命，全面提高學生思想政治素質。

液壓課程中設計的線上線下分組研討、線上連線、虛擬仿真實驗和實驗室直播互動等環(huán)節(jié)，不僅能激發(fā)學生熱情，提高學生參與度，也能緩解學生的焦慮情緒，培養(yǎng)學生的團隊精神。

1.氣液壓系統(tǒng)支撐大國重器，通過課程思政厚植愛國主義情懷。無論是令人驕傲的載人航天，還是中國獨有的世界最大模鍛液壓機、世界最大搶險救援機器人等，都離不開氣液壓系統(tǒng)的支持。在人們日常生活中，氣液壓系統(tǒng)也隨處可見。地鐵、汽車、公交上的氣液壓系統(tǒng)能夠高效、迅速地完成動作指令?，F(xiàn)代工業(yè)與氣液壓系統(tǒng)息息相關，氣液壓技術在制造業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)改造升級中發(fā)揮著重要的作用。

2.通過分析元件、回路與系統(tǒng)之間的關系，引申到個人與集體之間的關系，培養(yǎng)團隊精神與集體榮譽感，幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。在氣液壓系統(tǒng)中，動力、控制、執(zhí)行和輔助元件是構成液壓與氣壓傳動基本回路的最小物質單位，基本回路構成液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的功能單元，液壓與氣壓傳動系統(tǒng)嵌入到機電系統(tǒng)中發(fā)揮動力與運動傳遞及控制的作用。個人如果想要發(fā)揮作用，必須融入集體，通過團隊協(xié)作，像元件、回路組成系統(tǒng)一樣，齊心協(xié)力辦大事。

3.通過氣液壓元件、回路與系統(tǒng)應用的普遍聯(lián)系，學習用馬克思主義哲學認識論、方法論、實踐論來指導學習與實踐。從系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，引入“事物的聯(lián)系具有普遍性，任何事物內部的各個部分、要素是相互聯(lián)系的，任何事物都與周圍的其他事物相互聯(lián)系著，整個世界是一個相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體”的方法論，闡述事物的內在聯(lián)系。液體或氣體是具有流動特性的物質，闡述其靜力學、運動學、動力學特性時引入“物質是運動的物質，運動是物質的根本屬性和存在方式；運動是物質的運動，物質是運動的主體”的辯證關系。

4.悉心鉆研，精益求精，培養(yǎng)學生崇尚科學精神、基于系統(tǒng)科學的工程思維。液壓與氣壓傳動技術的發(fā)展歷程中，古今中外涌現(xiàn)出了一批做出巨大貢獻的科學家和工程師。在流體力學研究方面，阿基米德、達芬奇、伽利略、帕斯卡、牛頓、伯努利、歐拉、周培源、錢學森等享譽海內外的科學家積極探索；在工程應用方面，設計世界上第一臺水壓機的約瑟夫·布拉曼，發(fā)明壓力平衡式葉片泵的維克斯等不懈努力。在課程教學中，通過典型人物和事跡教育學生，以時不我待只爭朝夕的精神投入到學習和以后的工作中，共同實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢。

5.善用項目管理、時間管理等工具，提高溝通能力，合理減壓卸荷，讓自己和團隊的工作更高效。通過減壓閥、節(jié)流閥、增壓回路、減壓回路、卸荷回路等學習，了解合理控制壓力與個人發(fā)展、團隊協(xié)作的關系，提升學生綜合素質。

四、實施效果評價標準探索

(一)多維度的學業(yè)測評

學業(yè)測評是液壓學習過程中不可缺少的部分，以往一刀切的測評方式已不能有效衡量學生綜合能力的提升情況。為培養(yǎng)學生的自主學習能力，從教師、工程師、學生自身等多個維度開展學業(yè)測評。

液壓教研組通過課上預習答題、課堂答題、分組研討匯報、課程設計答辯、實驗過程中的問答、學生自我評價、小組互評等多種形式，由教師、工程師、學生等共同參與打分，結合全學習過程的課程考核，兼顧梯度與多樣性開展學業(yè)測評，努力提高學生分析與解決工程實際問題能力。

(二)虛實結合的線上線下課程考核體系

表 2 虛實結合的線上線下課程考核體系

與線上線下融合的理實一體化教學模式相適應，對課程考核進行了改革?？己藘热莅ǎ侯A習(線上預習時長、預習題答題正確率)、課堂答題、課上研討表現(xiàn)、虛擬仿真實驗、實驗設計、線下實驗及數(shù)據(jù)分析、期末考試，各項考核內容權重見表2。其中，線上預習時長在一定程度上能夠反映出學生是否在規(guī)定時間內完成了推送視頻資料及課件的預習；預習題答題正確率考核學生的自學能力，并且為教師線上講授課程提供了參考，便于教師有針對性的講解和答疑；課堂答題能夠提高學生的注意力，課上研討能夠進一步鍛煉學生的理解和表達能力；虛擬仿真實驗、實驗設計、線下實驗及數(shù)據(jù)分析，能夠反映出學生是否具備構建合理的實驗系統(tǒng)或裝置、安全開展實驗、正確采集實驗數(shù)據(jù)并進行分析的能力；課程設計答辯考核學生能否利用所學液壓與氣動知識，分析系統(tǒng)工作原理、工作過程、系統(tǒng)中各元件的作用及客觀評價系統(tǒng)優(yōu)缺點的能力；期末考試主要針對液壓傳動、氣壓傳動基本知識、流體力學基礎知識、元件與回路的特點、結構、原理、系統(tǒng)分析等方面進行考核。

(三)教學模式評價

本課程對127名學生按照本文教學模式初步實施了教學改革，并通過多種方式進行課程教學效果評價。通過調查問卷可以看出，90.6%的學生非常認可此次教學改革，92.9%的學生非常滿意在疫情防控狀態(tài)下能夠通過這樣的方式來學習液壓與氣動知識，86.6%的學生在現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)中可以快速適應環(huán)境，能夠在規(guī)定時間內完成實踐任務。90.6%的學生認為通過學習本課程，提高了自主學習能力、分析能力和解決工程問題的能力，教務系統(tǒng)學生匿名評教成績達到95分。課程團隊憑借此項目在學校組織的教師教學創(chuàng)新大賽中獲得二等獎。

五、結論

探索實踐的線上線下融合的理實一體化教學模式，從多維度線上理實一體化教學、虛實結合的線上線下實踐教學兩方面出發(fā)，通過線上線下融合的各種交互方式，保證了學生的參與度，激發(fā)了學生的學習熱情。通過合理的引導和多種交互手段，不僅能夠達到課程目標，也能夠緩解暫時不能到現(xiàn)場聽課學生的焦慮情緒，可用于常態(tài)化疫情防控下理實一體化課程教學，為同類相關課程改革提供了有益的借鑒。