直播技術在測試類課程教學中的實踐應用

摘 要 文章針對測試類課程在教學過程中實際設計演示受眾有限等問題，提出了將直播技術應用于原理講解、結構展示、測試過程的教學方法，結合近距離直播和窺鏡直播的方式，給出了教學過程中直播技術的具體應用方案，討論了直播技術應用于實踐教學的優(yōu)越性，結合陀螺儀原理及測試說明了教學過程的有效性，對測試類課程教學有一定的參考價值。

關鍵詞 測試類課程；直播；投屏；教學方法；大班教學

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.09.021

Practical Application of Live-streaming Technology in the Teaching"of Testing Courses

DU Dangbo， ZHENG Jianfei， SHAO Shoupeng

（Rocket Force University of Engineering， Xi'an， Shaanxi 710025）

Abstract Aiming at problems such as the limited audience for actual design demonstrations in the teaching process of testing courses， this paper proposes a teaching method that applies live-streaming technology to principle explanation， structure display， and the testing process. Combining close-range live-streaming and endoscope live-streaming methods， it presents a specific application plan of live-streaming technology in the teaching process， discusses the advantages of applying live-streaming technology to practical teaching， and illustrates the effectiveness of the teaching process by combining the principle and testing of gyroscopes. It has certain reference value for the teaching of testing courses.

Keywords testing courses; live-streaming; screen projection; teaching method; large-class teaching

測試類課程大量開設于工科院校，在培養(yǎng)學生專業(yè)知識、實踐本領等方面起到了關鍵作用。測試類課程中往往包含對測試對象結構組成、工作原理、測試方法、故障診斷等方面的詳細介紹與講解。傳統(tǒng)教學方法中，對這些步驟的講解主要通過圖片和視頻的方式讓學生產(chǎn)生直觀認知，通過觀摩和實操的方式讓學生進一步掌握實踐方法[1-3]。然而，由于教學人數(shù)多、操作對象少，設備內在結構復雜、圖形展示有限，使得測試類課程授課過程中存在很多現(xiàn)實難題，教學手段不能有效覆蓋所有學生，教學效果容易打折扣[4-5]。針對此問題，本文將闡述直播技術在測試類課程教學過程中的應用，解決受眾少的問題，讓學生在教學過程中能夠有效跟上思路、抓住重點、學會測試。

1" 測試類課程傳統(tǒng)教學方法存在的現(xiàn)實困難

測試類課程內容主要注重學生對測試系統(tǒng)、測試對象、測試方法原理的理解與掌握。然而，由于部分教學對象較為復雜，此類課程往往理論知識覆蓋面較廣，從理論到實際設備過度較大。理論數(shù)學模型建立、測試原理、測試方法、誤差處理等理論知識對于學生來說晦澀難懂，另外還存在實際設備物理結構復雜，無法直觀觀看，測試過程時間過長等問題，使得理論與實踐聯(lián)系不緊密，教學效果受限。

為了能讓學員有更為直觀的認識，傳統(tǒng)教學方法往往采用3D模型、動畫等方式來突破教學重點、難點，這種方法在一定程度上能夠有效解決直觀認識問題，但仍然存在互動不夠，遇到較為深入的問題時模型動畫較為死板，無法直觀調整講解等問題。同時在實際設備測試訓練時，由于測試間空間限制，測試設備臺套限制，測試對象體積限制等，使得教學效果受限。具體來說，有以下幾個方面。

1.1" 理論課堂教具演示僅能覆蓋前排少數(shù)人員，課堂演示展示效果有限

當前的測試類課程在進行理論講解時，大都采用預先設計制作好的動畫輔助教學來講解基本原理，觀看角度固定，觀看過程較快，與課堂教學配合時往往只能走馬觀花，學生缺乏對實際設備的直接認知，使得理論知識理解受限。特別是對于物理結構較為復雜的設備和系統(tǒng)測試，動畫往往會對真實設備工作的狀態(tài)進行一定簡化，使得學生理論聯(lián)系實際時存在困難。針對這種情況，傳統(tǒng)教學方法會采用參觀見學的方式加深理解，但由于課堂教學與參觀見學無法同時進行，因此學生在參觀中無法直接聯(lián)系課堂所講授的內容，對加深基礎知識的理解幫助有限。例如，慣性器件的教學過程中，教師可以通過動畫、原理圖等方式講解其工作原理和測試原理。部分教師在上課時會帶上定制的教具，用以展示陀螺轉子高速旋轉后所具有的神奇特性，但此類教具往往體積較小，只能是滿足前排同學在講解的同時觀看，下課后也無法保障每位學生的交互體驗，效用有限。事實上，此類教具往往是定制產(chǎn)品，能夠有針對性地展示課程教學中的關鍵原理和現(xiàn)象，只是受限于觀看角度和觀看人數(shù)，發(fā)揮不了最大作用。

1.2" 部分設備內部結構復雜，無法直接展示，且3D模型輔助教學效果有限

當前工業(yè)水平不斷提高，各類設備的內部結構變得越來越復雜，特別是對于很多高精尖設備來說，其內部的部件、器件、零件很多，相互耦合，實物設備的觀察角度有限，無法有效通過實物展示來講解。部分教師采用3D模型動畫的方式來輔助教學，一定程度上能夠立體展示結構，但由于模型和動畫都是提前制作好的，一定程度上限制了觀察的角度和尺度，且由于光影等技術問題，模型往往缺乏關鍵的線路、實際焊點等，導致模型與實際有差別。此外，部分模型過于簡化，無法與實際設備的位置實現(xiàn)一一對應，且模型動畫由于相對固定，無法在課堂教學過程中與學生實現(xiàn)交互，使得學生理解此類結構時存在一定的片面性，導致教學效果大打折扣。

1.3" 實地實裝觀摩教學受測試間面積、測試時長限制，無法滿足較多人員同時觀摩

當前的測試類課程實踐教學大都采用參觀演示加實操的方式，但由于測試間面積大小和設備布局的限制，只能同時保障十幾人的實踐觀摩，且近距離接觸的可能性較低，如選課人數(shù)較多，只能分批次組織教學，但同樣存在觀摩視角受限、環(huán)境因素限制等問題。同樣，當測試對象體積較小時，也存在大班教學困難的情況，僅能滿足少部分人員近距離觀摩，且由于對象較小，此類觀摩效果也不理想。

例如，某些設備的測試需要用到特定的測試設備，在特定的測試環(huán)境下進行，此類場地最多同時容納十余人，且操作設備的人員往往就幾個人，能夠實際操作的人員有限，且無法滿足多人同時觀摩。此外，部分設備的測試往往需要較長時間的準備，且測試過程時間較長，單獨一兩節(jié)課程無法滿足測試時長要求，相應的測試項目無法直觀演示，實踐教學效果就打了折扣。

2" 直播技術在教學過程中的應用

2.1" 基于現(xiàn)場教具內外結構直播的課內實踐教學方法

針對課堂教學無法全面展示實裝或教具的問題，一方面通過直播設備將教具和被測設備的外觀投影到屏幕上進行講解；另一方面，通過窺鏡攝像頭，可以展示講解其內部構造，更加有利于實踐認知。通過教師課件和實物攝像的切換，使全教室的學生同時接受教具演示，更加有利于對實踐知識的理解掌握。

如圖1所示，上述方法可很好地解決精心設計的教具和演示方案無法被大多數(shù)學生看到的問題，此方法有別于直接利用視頻展示，互動性很強，基于此方法，可以組織學生進一步分組體驗，有更大的教法開發(fā)空間[6-7]。這種方法與直接觀看預先設計好的視頻的區(qū)別是，學生能夠更為直觀地看到具體實物，雖然是通過平面視頻直播的方式觀看，但實物可以隨意旋轉，調整觀看角度，且教師能夠隨時講解，隨時暫停調整角度，自由度更高，更加有利于學生理解。

而采用窺鏡的方法，更有利于對實際設備內部結構進行講解，配合3D模型同步變化，教學效果會大大提升。一方面配合3D模型，窺鏡可深入設備內部直接觀察理論模型與實際設備的對應關系，另一方面，部分設備運行時內部結構的變化情況也能夠很好地反映出來。特別是針對某些設備故障診斷、維修相關的課程，可以很好地展示設備內部由于故障變化而引起的表征變化，從故障機理出發(fā)，直觀地讓學生理解設備發(fā)生故障后部件的變化。基于此類技術，可以開發(fā)多種教學方法，教師可以直接針對實物進行講解，有更大的發(fā)揮空間；也可以讓學生分組、分角色對設備不同部位、不同故障、不同工作狀態(tài)下的結構進行講解，同時可以通過大屏進行二次標注，具備較大的教法創(chuàng)新空間。

2.2" 基于測試間實時直播與關鍵環(huán)節(jié)錄播相結合的觀摩實踐教學方法

針對部分設備測試時間較長、測試場地面積有限，無法保障大班教學條件等問題，教師可綜合運用錄像和直播設備，擴大受眾面。

一方面，針對測試時間長、測試準備工作多的場景，教師可利用錄像設備，提前采集測試關鍵環(huán)節(jié)畫面和操作動作，可在課堂直接講解展示。采集時，結合測試場地分布與測試對象特點，提前部署攝像點位，多角度、多方位采集視頻材料，以便上課時全方位展示。這種做法雖然和直接播放測試錄像相似，但由于采集的點位多，觀看視角多，教師可以結合實際測試場地，有選擇地進行講解介紹，自由度更高。另一方面，針對測試時間較短的場景，利用直播設備，多角度、全方位地對測試情況進行講解，實時直播測試過程，利用設備及時切換角度，以達到關鍵環(huán)節(jié)全覆蓋。

如圖2所示，在實際測試場地架設直播設備，教師與學生可實時觀看測試演示與上機操作，對于測試過程中應當注意的要點、測試原理的講解，都可以通過不同視角切換配合大屏二次創(chuàng)作的方式，進一步全方位實時展示[8]。對于部分可暫停的測試項目，此方法更有利于教師逐步進行講解和示范。而對于測試時間較長的項目，教師現(xiàn)場講解配合關鍵環(huán)節(jié)錄播，可以全面講解測試項目?；诖朔椒?，可以設計多種教學模式，提前設計故障，啟發(fā)激勵學生思考等，有助于快速提高大班教學效果。

3" 直播技術應用于課堂教學的優(yōu)點

3.1" 擴大受眾面

利用直播的方法，可以將以往需要近距離觀看的演示投屏到大屏上，讓所有學生都能看到，破解精心準備的教具只能讓前排學生觀看的窘境。同時在教具演示或者實驗演示時，教師的視角和學生的視角往往不同，不同視角下，設備的結構展示、原理講解都會有所不同。而直播的方式有效避免了傳統(tǒng)演示時因為學生視角受限、教師視角學生觀察不到所帶來的理解偏差，對關鍵結構和部件也能夠進行重點講解，有利于突破重難點。且這種方式可以很好地吸引學生注意力，指導學生關注重點，同時通過調整直播角度，可以多角度講解分析，加深學生的理解。

3.2" 內部結構特征全方位展示

利用窺鏡直播的方法，可以將以往只能通過3D模型演示或者拆機才能看到的內部結構展示給學生，更好地從實際設備出發(fā)來講解知識點。窺鏡的選擇有很多種，教師可以利用不同的鏡頭組合方式達到更好的展示講解效果。當需要同時展示多個部位，或者一個窺鏡不能滿足時，可以添加窺鏡。此外，部分設備還能滿足運行時通過窺鏡察看內部狀態(tài)，用以講解設備處于不同運行狀態(tài)時內部結構的變化。對于故障診斷類課程，窺鏡可以很好地幫助教師講解故障器件內部結構原理的變化，特別是對于一些復雜設備，其故障部位很有可能從外觀或者簡單拆機觀看不到，而通過窺鏡觀察判斷還能初步定位故障點，為教師教學提供了極大的便利。

3.3" 利用大屏二次操作加深理解

通過投屏二次操作可以進一步放大、縮小、標注等，幫助學生加深理解，這是單純通過肉眼觀看教具和實驗所不具備的優(yōu)勢。對于復雜設備，如果直接觀看，無法呈現(xiàn)關鍵部件、關鍵環(huán)節(jié)等教學重點，特別是對于故障診斷課程，大屏更有利于直接觀看故障部位，且這種模式對于窺鏡同樣適用。在此基礎上，教師可以直接在屏幕上將具體教學對象標注出來，配合講解課程內容中的關鍵步驟，同時可利用回放、軟件截圖等方式，讓學生對比不同狀態(tài)、不同視角下的設備結構，突破重點難點講解。

3.4" 可搭配開發(fā)更多智能軟件

直播技術有很大的開發(fā)空間，可以搭配AI大模型，讓學生全方位掌握知識。例如，直播講解結構中的關鍵部位時，可以通過圖片等形式傳遞給AI，在學生分析的基礎上，由AI進行點評，或者由AI給出相似的圖片實例，來印證教師課堂講授的知識。也可以配合開發(fā)數(shù)字孿生軟件，實時將實物直播和3D模型變化關聯(lián)起來，實現(xiàn)實物與模型之間的聯(lián)動，更好地為教學服務。特別是對于故障診斷、排除相關內容來說，教師可以在講解實物結構原理的基礎上，利用模型可變的優(yōu)勢，設計故障注入，展示不同故障時其結構可能發(fā)生變化的情況，開發(fā)多種教學案例，更好地輔助教學。在此基礎上，配合AI大模型，還可以實現(xiàn)故障分析排除的考核。同時，直播時還可以利用輔助的隨堂測試軟件，實時評價學生的知識掌握情況。

4" 教學案例

以慣性導航系統(tǒng)中關鍵設備陀螺儀為例進行說明，在講解其工作原理及測試方法時采用本文提出的方案。在傳統(tǒng)的授課過程中，為了說明陀螺儀的定軸性，利用定制陀螺教具來展示，當轉子高速旋轉后可產(chǎn)生定軸性的神奇現(xiàn)象。然而這種定制的教具往往體積較小，學生觀看角度受限，且直觀沖擊力不強。如果把體積做大，高速旋轉的轉子又會帶來一定的危險性。采用本文提出的方法，此演示過程可通過直播技術投屏到大屏，實時與學生互動，激發(fā)其學習興趣。這樣既避免了播放視頻時學生感觸不深，又能夠讓更多的學生觀看到教具效果。在講解結構組成時，可以結合外置攝像頭、內窺鏡攝像頭與提前制作好的3D模型共同綜合講解，大大提升重難點的突破力度。特別是進一步講解由陀螺儀等關鍵設備組成的陀螺穩(wěn)定平臺時，此方法能夠很好地展示平臺的內部構造，各框架軸的旋轉方式，進一步加深學生對穩(wěn)定回路結構和工作原理的理解。在講解重點測試方法時，可以通過測試場地直播的方式，將以往只能分批觀看，耗時且效率低的教學模式變?yōu)橥ㄟ^多機位直播，教師實時講解的方法，直觀展示測試流程與方法，同步講解測試原理和要點。以上教學過程中，均可巧妙設計學生互動，所有攝像頭和大屏均可由學生來操控，從而提升學生學習的積極性。

5" 結語

現(xiàn)場直播技術在測試類課程教學中的應用可以有效解決傳統(tǒng)教學過程中教具展示、測試間觀摩等場景受眾有限的問題，教師利用直播技術可以更好地向學生展示原理、結構、測試方法，其中窺鏡直播還可以對設備內部結構進行展示，有效避免過于依賴視頻、圖片導致學生理解不充分的問題，更加有利于學生對設備結構、原理、測試過程的學習與掌握。直播技術可以增強教學的互動性，通過與AI大模型的配合、各類數(shù)字孿生算法的對應聯(lián)系，提升學生的參與程度，進一步激發(fā)其學習興趣，可以實現(xiàn)較好的教學效果。

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基金項目：教育部高等學校自動化類專業(yè)教學指導委員會第五批教改研究面上項目（2024033）；陜西本科和高等繼續(xù)教育教學改革研究重點攻關項目（23BG056）。