高職云端可視化實訓教學模式的構(gòu)建與探索
——以《機電一體化技術(shù)》課程為例

梅文濤

(天津渤海職業(yè)技術(shù)學院，天津 300402)

一、引言

突如其來的新冠肺炎疫情讓中國措手不及，隨后的發(fā)展更是打亂了整個世界的秩序。疫情發(fā)展到如今，小范圍、多點面、不確定的疫情讓全國范圍大中小學生的學習都在隨時調(diào)整，線上線下學習的隨時切換已經(jīng)成為一種常態(tài)。對于高職院校而言，各個學校在進行線上線下教學切換的同時也開展了不同形式的線上教學方式方法的探索，以期能夠?qū)崿F(xiàn)高職院校高素質(zhì)技術(shù)技能人才的培養(yǎng)目標，也進一步踐行停課不停學的教學部署。但是高職院校的人才培養(yǎng)目標是高素質(zhì)技術(shù)技能人才，因此實訓課程在教學計劃中占有非常大的比例，在線上線下隨時切換的教學環(huán)境下如何實現(xiàn)停課不停學、如何有效落實實訓課程的教學計劃成為一個無法回避的問題，而且是較為關(guān)鍵的一個問題，這也是疫情期間決定高職教學質(zhì)量的一項重要內(nèi)容。各高職院校在疫情期間針對實訓教學開展了多種形式的探索，并將之付諸教學實踐，如信息化教學、虛擬仿真實訓教學等，這些實訓教學模式的探索從各個方面進一步夯實了前些年的理論探索并應用于實踐，但是其弊端也逐漸暴露出來。

當前隨著國內(nèi)疫情形勢進一步好轉(zhuǎn)，部分省份的高職院校學生陸續(xù)返校學習，實訓室的現(xiàn)場教學可以更加靈活。但是疫情的反復讓相當多的學生并未能實現(xiàn)返校學習。如何更進一步改革高職院校實訓教學模式，使學生能夠在一定程度上進行真實的設(shè)備實訓，而不僅僅是虛擬仿真，實現(xiàn)當前疫情下高職實訓教學質(zhì)量的進一步改善呢?針對這一訴求，本文提出并實踐了一種高職遠程可視化的實訓教學模式，將其應用在機電一體化技術(shù)專業(yè)《機電一體化技術(shù)》課程的實訓教學中，取得了良好的教學效果，并獲得了學生的高度認可。

二、疫情期間高職實訓教學模式分析

高職實訓課程是為了實現(xiàn)培養(yǎng)目標中“技能”的掌握，以學生對技術(shù)知識的實踐運用為主，不同于以技術(shù)知識為授課內(nèi)容的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學模式中學生對技能的操作練習不可或缺。針對高職實訓教學模式的探索在疫情前已經(jīng)取得了較大的成果，不論德國的雙元制還是美國的CBE(能力本位)均在國內(nèi)進行過有益探索，并且提出了適合我國國情的工學結(jié)合、現(xiàn)代學徒制等教學模式，疫情期間，虛擬仿真的實訓教學也蓬勃發(fā)展。

(一)信息化教學方式在高職實訓教學中的探索

信息化實訓教學是隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，將圖片、視頻、動畫等信息技術(shù)融入高職實訓課程中，學生通過互聯(lián)網(wǎng)等手段獲取學習資源。這種教學模式剛好切合了當前疫情下學生無法在實訓場所通過實訓設(shè)備進行實訓這一情況。而且這一教學模式可較為方便地獲取學習資源，學生在課外也可以進行信息技術(shù)的學習和編輯，提高信息分析和處理能力。高職院校這些年建立的在線課程中有相當多的信息資源庫，為這一模式的開展奠定了一定的基礎(chǔ)。

相較于傳統(tǒng)實訓教學，信息化教學方式的教學改革增加了實訓課程的信息化內(nèi)容，借助于互聯(lián)網(wǎng)實訓平臺、手機APP等，在一定程度上提高了學生的學習興趣；但是相較于傳統(tǒng)的實訓場(區(qū))的現(xiàn)場實訓，無法真正實現(xiàn)以學生為中心、教學做合一。學生對真實的實訓設(shè)備沒有切身的體會，無法感知真實設(shè)備運行調(diào)試以及組裝中的問題，其教學效果以及教學質(zhì)量比之虛擬教學要更差一些，因此部分高職院校在信息化實訓教學的基礎(chǔ)上進一步進行了虛擬仿真的實訓教學探索。

(二)虛擬仿真的實訓教學

疫情發(fā)生前已經(jīng)有相當多的高職院校建設(shè)并開展了一系列虛擬仿真、VR以及虛實一體的實訓教學的探索，如鄧岐杏提到的機床拆裝實訓的可視化虛擬實訓，王欣羽提到的虛擬仿真工廠，筆者所在的學院也曾探究并踐行過沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于高職院校機械專業(yè)的部分課程實訓教學的研究。疫情發(fā)生后，在教育部停課不停學的部署下，相當一部分高職院校建設(shè)的虛擬仿真資源實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)連接開放，供學生進行遠程虛擬仿真實訓，如天津渤海職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院的《工程制圖與CAD》課程的VR仿真資源，在學院的教學中起到了積極的作用。

但是基于虛擬技術(shù)，特別是沉浸式虛擬技術(shù)的特殊要求，這些技術(shù)很少能夠脫開專用設(shè)備進行普及型、網(wǎng)絡(luò)化、遠程性的應用。而且因為模型構(gòu)建、課程設(shè)計等問題，部分虛擬資源在應用時的“虛實不一”的問題也非常普遍，這使遠程實訓教學很難達到相應的教學質(zhì)量要求。

(三)實訓室現(xiàn)場教學

疫情的不確定性讓教師在開展現(xiàn)場教學的同時必須花費更多的精力進行風險防控，教學開展的效果和質(zhì)量在很大程度上大打折扣，而且因為是部分學生在校，教師在保證實訓室現(xiàn)場教學的同時還要滿足在線學生的實訓教學效果，這極大地增加了教師在實訓教學中的教學難度。

三、構(gòu)建高職云端可視化實訓教學模式

機電一體化技術(shù)專業(yè)作為學院雙高計劃專業(yè)群建設(shè)中的五大專業(yè)之一，如何創(chuàng)新實訓教學模式以期實現(xiàn)人才培養(yǎng)體系的發(fā)展，特別是在當前疫情反復的情形下，這是專業(yè)建設(shè)研究的重點之一。本文探索高職實訓教學中將人工智能技術(shù)中的視覺技術(shù)融入專業(yè)人才培養(yǎng)體系中，構(gòu)建一種可視化的實訓教學模式，作為機電一體化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)體系的補充或者作為其體系的一部分，這將在一定程度上滿足當前高職實訓教學的需求，為高職院校育人模式提供新思路與新視角。

(一)教學基本架構(gòu)

云端可視化教學旨在探索一種基于真實設(shè)備的遠程實訓教學模式，是一種開放共享式的實訓教學平臺。在該模式下，學生借助于遠程云端可視化設(shè)備，通過遠程操作，控制真實設(shè)備完成實訓項目，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制與調(diào)試任務(wù)。同時通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)膶嵱柺椰F(xiàn)場視頻畫面，觀察實驗設(shè)備的運行情況，判斷設(shè)備運行是否達到任務(wù)要求。學生可在線實時調(diào)試，滿足學生的多樣化創(chuàng)新設(shè)計需求。教師可以通過現(xiàn)場和云端兩種方式獲得學生的實訓過程和結(jié)果，實現(xiàn)實時指導，雙向互動。圖1是基于該模式的基本架構(gòu)。

圖1 遠程可視化實訓教學基本架構(gòu)

(二)教學平臺搭建——線上線下相結(jié)合的教學模式

為了滿足云端可視化實訓教學系統(tǒng)，實現(xiàn)線上線下教學相統(tǒng)一，遵循著實用、節(jié)儉、可控的原則，針對學院現(xiàn)有設(shè)備進行了改造，搭建完成了云端可視化教學平臺，滿足了教學要求。

首先，將現(xiàn)有《機電一體化技術(shù)》課程所使用的設(shè)備在現(xiàn)有條件下安全可靠地接入到互聯(lián)網(wǎng)中。在這一過程中，為了實現(xiàn)線上學生的程序調(diào)試，將現(xiàn)有生產(chǎn)線實訓設(shè)備的控制單元通過通信設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)。

其次，為實現(xiàn)線上學生的可視化，在生產(chǎn)線設(shè)備現(xiàn)場接入多個高清攝像頭及無線語音設(shè)備，滿足線上學生的視頻以及語音信息采集與通信需求。線上學生可通過攝像頭觀看設(shè)備運行狀態(tài)，并且可以與教師或者現(xiàn)場同學進行交流。

最后，在教學過程中，為了加強學生團隊合作以及工程實踐理念，將現(xiàn)場同學和線上學生相結(jié)合來完成設(shè)備調(diào)試。借助于線上線下混合式教學方式，在完成教學任務(wù)的同時，喚起學生對生產(chǎn)實際項目的認知，在掌握專業(yè)知識與技能的同時，培養(yǎng)學生踏實肯干的勞動精神、愛崗敬業(yè)的職業(yè)精神、精益求精的工匠精神。

(三)實訓模式教學驗證

依據(jù)《機電一體化技術(shù)》課程標準，按照技能大賽要求，結(jié)合1+X《工業(yè)機器人應用編程》職業(yè)技能等級證書相關(guān)內(nèi)容，對課程教學內(nèi)容進行整合，借助于本次實訓教學模式，增加了新知識新技術(shù)，強化安全操作、規(guī)范操作意識，注重學生工程實踐能力和工匠精神的培養(yǎng)。同時，在線上線下混合式教學過程中有效融入思政元素，提高學生人文素養(yǎng)。借助于本次教學模式的探索，解決了學生學習目的不明確、學習興趣不高等問題，取得了較好的成效，有效提高了學生學習積極性，踐行了三全育人的教學理念。本次課程的教學設(shè)計為《項目四 分揀入庫項目》中的《任務(wù)二 分揀站的程序調(diào)試》。教學流程設(shè)計如下：

1.實訓場景搭建：按照要求搭建了本次教學的實訓場景及線下和線上實訓平臺，線下學生在實訓室內(nèi)可進行設(shè)備程序的編寫與調(diào)試；線上同學既可以通過自己的電腦進行程序的編寫也可通過遠程控制利用實訓室電腦進行程序的編寫調(diào)試，實訓室內(nèi)借助多角度攝像頭既可以觀看到教師的實時講解也可以觀看設(shè)備的運行狀態(tài)，同時與現(xiàn)場同學進行交流。

2.教學開展：教師針對學情分析，根據(jù)情況開展教學，探索在不同的教學資源條件下借用不同的教學模式進行教學。在程序調(diào)試環(huán)節(jié)，教師借助于搭建的云端可視化教學平臺開展實訓教學，線上同學可以通過遠程控制進行現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)試，并與現(xiàn)場同學組隊進行程序調(diào)試的交流，不但實現(xiàn)了線上線下的同步進行，還將有效解決了線上同學無法控制設(shè)備不能有效開展實訓的教學難點問題，實現(xiàn)前文所提到的高職教育的本質(zhì)技術(shù)技能的提升。在實訓教學過程中還進一步融入了工程概念，遠程調(diào)試已經(jīng)是工程實踐中較為成熟的應用手段之一，將工程項目相關(guān)內(nèi)容有機地融入專業(yè)學習與操作訓練之中，培養(yǎng)學生工程實踐意識。本次的云端可視化教學主要針對的是學生的程序練習和調(diào)試過程。在課程資源建設(shè)中可以借助于已有資源，不需要重新建設(shè)專有資源，降低了教師的教學難度，提升了教學質(zhì)量。

3.教學評價：本次教學過程的同步實施將有利于實現(xiàn)教學評價的公平開展，也有利于教學評價的全過程的一致性。特別是借助于云平臺的構(gòu)建，較大地促進了線上學生的學習機積極性，同時線下線上教學相結(jié)合也在一定程度上促進了學生的團隊合作意識，從另一個角度促成了學生素養(yǎng)的提升。

四、應用意義與不足

不論是當前疫情下的實訓教學開展，還是針對將來線上線下教學模式的長期發(fā)展，云端可視化實訓教學模式都是未來高職實訓教學長期存在的一種教學方式，特別是伴隨著國家百萬擴招計劃的開展，線上教學必將是一種大的趨勢。但是如何有效地開展并取得相應的實訓教學效果和教學質(zhì)量必將是高職院校面臨的重大教學改革內(nèi)容。結(jié)合本次對實訓教學模式的探索，總結(jié)如下：

(一)教學模式的實用性

在本次教學探索中，沒有采用昂貴的專用設(shè)備，而是借助于現(xiàn)有的設(shè)備，通過軟件系統(tǒng)的控制實現(xiàn)了線上線下同步交流以及學生對設(shè)備的可操控性、可交流性、可視性，讓線上的同學真實地體驗實訓過程。同時將線上線下的學生組隊訓練，既鍛煉了學生的團隊合作意識又實現(xiàn)了工程理念的教學應用。

(二)課程資源的通用性

教師針對學情分析，探索在不同的教學資源借用不同的教學模式進行教學。在課程資源建設(shè)中可以借助于已有資源，不需要重新建設(shè)專有資源。

(三)教學的可拓展性

云端可視化實訓教學模式可進一步拓展，通過專有實訓設(shè)備、實訓場景、實訓內(nèi)容進行拓展和建設(shè)，搭建專有實訓控制軟件可以實現(xiàn)專有化的實訓記錄和實訓控制；云端可視化實訓教學模式可與其他模式相結(jié)合拓展新的教學內(nèi)容和教學模式，如結(jié)合虛擬仿真技術(shù)可實現(xiàn)機械拆裝的線上教學。

(四)不足之處

高職實訓教學內(nèi)容豐富，僅就機電一體化技術(shù)專業(yè)而言，在鉗工實訓、車工實訓、鉚焊金工實訓、機械拆裝實訓這些方面，不論是虛擬實訓方式、信息化教學方式抑或是本文構(gòu)建的實訓教學模式都無法與學生的現(xiàn)場實訓和實際動手實訓相媲美。

五、結(jié)語

基于遠程可控軟件建立的云端可視化實訓教學在《機電一體化技術(shù)》課程中的實踐旨在探索一種基于真實設(shè)備的遠程實訓教學模式，是一種開放共享式的實訓教學平臺。學生不僅可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)遠程實訓操作，而且是控制真實設(shè)備完成實訓項目，實時觀察設(shè)備運行情況。該實訓教學模式實現(xiàn)了當前后疫情時代高職院校培養(yǎng)與提升高職院校學生的職業(yè)技能的關(guān)鍵，破解人才培養(yǎng)中學時壓縮和知識面擴展之間的矛盾，讓學生能夠進行線上的真實設(shè)備實訓，實現(xiàn)疫情下高職實訓教學質(zhì)量的進一步改善。同時又具有較大的拓展空間，可進一步建設(shè)和發(fā)揮技術(shù)在教學實踐中的作用，實現(xiàn)技術(shù)在教學環(huán)節(jié)的深度交互融合。