職業(yè)院校智能制造類專業(yè)課程新雙線教學(xué)模式研究與實(shí)踐

摘 要：在智能制造類專業(yè)課程的雙線教學(xué)中，存在線上實(shí)訓(xùn)資源少、虛擬仿真平臺(tái)應(yīng)用難度大、線上線下教學(xué)內(nèi)容銜接困難和學(xué)生實(shí)訓(xùn)實(shí)操掌握程度不足等問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)狀，從虛擬資源的課程兼容、虛擬應(yīng)用的持續(xù)更新、教師能力的綜合提升、校企合作的深度配合和綜合考評(píng)的雙線同步方面提出雙線互通、虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)改革思路，并應(yīng)用于智能制造類專業(yè)課程的教學(xué)過(guò)程中，這種教學(xué)模式將線上、線下教學(xué)方式及虛擬仿真技術(shù)有效融合至課前、課中及課后的教學(xué)環(huán)節(jié)中，形成教師主導(dǎo)、學(xué)生主體、企業(yè)參與的全新雙線教學(xué)生態(tài)。實(shí)踐表明，該模式有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能制造 雙線 虛實(shí)結(jié)合 教學(xué)改革

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，線上教學(xué)已形成常態(tài)化，全國(guó)各地各類學(xué)校和學(xué)生都參與到線上教學(xué)中。隨著線上教學(xué)開展，高等院校也形成了多樣的教學(xué)方法和模式，接下來(lái)將結(jié)合智能制造類專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從線上線下、虛實(shí)結(jié)合等多角度進(jìn)行教學(xué)模式的研究與實(shí)踐。

1 雙線教學(xué)及虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 雙線教學(xué)現(xiàn)狀

西南石油大學(xué)鄭華林等[1]以機(jī)械制造基礎(chǔ)課程為例，以“金課”建設(shè)為目標(biāo)，搭建線上教學(xué)平臺(tái)，秉承“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，建立基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的雙線混合教學(xué)模式，教學(xué)實(shí)施結(jié)果表明其教學(xué)質(zhì)量明顯提升；北京航空航天大學(xué)劉雅靜等[2]以制造類實(shí)訓(xùn)課程為研究對(duì)象，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中存在理實(shí)不同步、學(xué)生理解不深刻等問(wèn)題，制作結(jié)構(gòu)化微課，融合線上線下，搭建實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量；四川大學(xué)張春曉等[3]針對(duì)特殊情況下如何提升實(shí)訓(xùn)實(shí)踐課程線上教學(xué)質(zhì)量的問(wèn)題，建立基于PBL-TBL融合的導(dǎo)學(xué)、自學(xué)、評(píng)學(xué)、質(zhì)疑、總結(jié)及提升的線上教學(xué)模式，并應(yīng)用于企業(yè)實(shí)訓(xùn)課程的線上教學(xué)中，取得良好的教學(xué)效果；貴陽(yáng)康養(yǎng)職業(yè)大學(xué)路芳[4]結(jié)合職教本科學(xué)生的特點(diǎn)，采用以就業(yè)為導(dǎo)向的教學(xué)思路，在教師積極性和學(xué)生自覺(jué)性等方面采取措施保障教學(xué)質(zhì)量；武漢交通職業(yè)學(xué)院的楊曉樓[5]在平臺(tái)選擇、課程搭建、作業(yè)及考核方式等方面不斷優(yōu)化，有機(jī)結(jié)合線上教學(xué)平臺(tái)與直播課，并實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度持續(xù)跟進(jìn)，也取得了優(yōu)異的教學(xué)效果。

總的來(lái)說(shuō)，雙線教學(xué)模式在本、?？圃盒６荚诔掷m(xù)實(shí)施和改進(jìn)，并取得了一定的教學(xué)成果，本、?？圃盒Ｔ诮窈笠廊粫?huì)采用雙線教學(xué)模式提高教學(xué)質(zhì)量。許多本科院校甚至借助虛擬仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)類課程的線上授課，解決線上無(wú)法開展實(shí)訓(xùn)課程的問(wèn)題，然而專科類院校雖有虛擬仿真的規(guī)劃，但很少深入，職業(yè)院校的雙線教學(xué)未來(lái)急需規(guī)劃與研究。

1.2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬仿真是一種依托計(jì)算機(jī)開發(fā)的模擬軟件應(yīng)用技術(shù)，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如房產(chǎn)開發(fā)領(lǐng)域的建筑設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域的機(jī)加工模擬、設(shè)計(jì)領(lǐng)域的零部件建模等，在職業(yè)教育的實(shí)訓(xùn)課程中，虛擬仿真技術(shù)可以讓學(xué)生在電腦前就能體驗(yàn)到“真實(shí)”的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景。

1.2.1 智能制造類專業(yè)課程與虛擬仿真技術(shù)的適應(yīng)性

智能制造類專業(yè)課程主要有機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝、液壓與氣壓傳動(dòng)、裝備制造、逆向設(shè)計(jì)等，大部分課程都有一定的實(shí)訓(xùn)實(shí)操環(huán)節(jié)，這些課程的線上授課是一大難題，如有完善的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源將很好地解決這一難題，而目前大部分職業(yè)院校虛擬仿真資源匱乏。

1.2.2 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真技術(shù)可以將實(shí)物的模型導(dǎo)入到平臺(tái)中，學(xué)生在電腦前通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤及虛擬眼鏡等實(shí)現(xiàn)設(shè)備的模擬運(yùn)行，相比傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)有一定優(yōu)勢(shì)。一方面，因一些高端設(shè)備價(jià)格昂貴，學(xué)校采購(gòu)數(shù)量有限，在線下教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生沒(méi)有足夠時(shí)間實(shí)操，以致實(shí)訓(xùn)效果差，但若有虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，每個(gè)學(xué)生都能隨時(shí)操作虛擬設(shè)備，這將大幅提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。另一方面，學(xué)生可以通過(guò)課前在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中的預(yù)習(xí)模擬，提高熟練度的同時(shí)提前規(guī)避實(shí)操中的一些問(wèn)題，讓線下教學(xué)更加順暢，提高教學(xué)效果。學(xué)生在后期還可以通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行隨時(shí)隨地的實(shí)操鞏固，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合能力。

1.2.3 虛擬仿真技術(shù)的實(shí)施困難

虛擬仿真技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，也是未來(lái)線上實(shí)訓(xùn)課程的重要輔助工具，但實(shí)施起來(lái)卻存在諸多困難。首先，部分院校雖有計(jì)劃搭建平臺(tái)，但由于職業(yè)院校硬件、經(jīng)費(fèi)等條件有限，導(dǎo)致搭建速度慢，平臺(tái)尚未搭建成功可能已經(jīng)淘汰，并且虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)非一次性投入就能完成，后續(xù)需要持續(xù)更新模型和軟件，維護(hù)費(fèi)用也很高；其次，教職人員接受培訓(xùn)后能開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，但僅限于使用，對(duì)于課程的互通、虛擬課件的更新等方面無(wú)從下手，主要原因是虛擬仿真平臺(tái)軟件的開發(fā)難度大，非專業(yè)人員很難完成；最后，國(guó)內(nèi)虛擬仿真技術(shù)公司制作軟件主要以Unity為主，并搭配建模、動(dòng)畫軟件實(shí)現(xiàn)功能，這些公司前期主要對(duì)接本科院校和科研單位，雖開發(fā)了一些虛擬仿真產(chǎn)品，但無(wú)法直接套用到職業(yè)院校的課程中，對(duì)接職業(yè)院校重新開發(fā)軟件又需要大量時(shí)間和資金，這導(dǎo)致推行進(jìn)一步困難。

由此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀，改變傳統(tǒng)雙線教學(xué)方法，融合虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)雙線互通、虛實(shí)結(jié)合的新雙線教學(xué)改革思路，以智能制造類專業(yè)學(xué)生為教學(xué)對(duì)象，實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)，并對(duì)教學(xué)成果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 雙線互通、虛實(shí)結(jié)合的新雙線教學(xué)改革思路

線上線下互通教學(xué)是未來(lái)教學(xué)主要形式，合理安排課前、課中及課后內(nèi)容，并與線上、線下有效配合，能更好地提升教學(xué)效果。針對(duì)職業(yè)院校中智能制造類專業(yè)課程，職業(yè)院校應(yīng)將虛擬仿真應(yīng)用平臺(tái)與線下實(shí)訓(xùn)設(shè)備有效結(jié)合進(jìn)來(lái)，形成虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式，能大幅提高學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力。

智能制造類專業(yè)課程設(shè)置了大量實(shí)訓(xùn)實(shí)操環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的雙線教學(xué)離不開虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合雙線教學(xué)體系現(xiàn)存問(wèn)題，形成教學(xué)改革思路，如圖1所示。

2.1 虛擬資源的課程兼容

智能制造類專業(yè)課程虛擬資源主要包含各類機(jī)床操作模型、加工工藝模型、液壓氣壓模型、控制電路模型和機(jī)器人模型等。若按每門課程單獨(dú)開發(fā)虛擬資源，這會(huì)導(dǎo)致成本過(guò)高，且不利于虛擬課程的推廣?？梢钥紤]多課程兼容開發(fā)虛擬資源，如液壓模型可以融合至各類控制機(jī)床模型中，控制電路模型也可以和機(jī)器人加工模型兼容等。模型兼容減少了開發(fā)資源的總量，一定程度降低了開發(fā)成本，并且各課程之間有一定的銜接，更能促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)性理解。

2.2 虛擬應(yīng)用的持續(xù)更新

隨著職業(yè)教育法的頒布，近幾年職業(yè)院校發(fā)展迅速，智能制造類專業(yè)及其課程、教材都一直在優(yōu)化與更新。線下教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備由于成本過(guò)高，通常采購(gòu)后會(huì)使用五到十年再更新，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生很難接觸到最新的技術(shù)和設(shè)備。為了保證教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，職業(yè)院?？稍谔摂M資源方面著手，不斷開發(fā)新設(shè)備、新技術(shù)到平臺(tái)中，因?yàn)檐浖拈_發(fā)成本要遠(yuǎn)低于實(shí)體設(shè)備的采購(gòu)成本。

2.3 教師能力的綜合提升

教師教學(xué)能力不僅僅體現(xiàn)在雙線教學(xué)的應(yīng)用上，也需要有一定的虛擬資源開發(fā)能力。虛擬軟件開發(fā)技術(shù)可細(xì)分為模型設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、場(chǎng)景搭建等模塊，職業(yè)院?？筛鶕?jù)不同老師的專業(yè)特點(diǎn)和職業(yè)需求，安排其對(duì)應(yīng)的模塊培訓(xùn)，最終以教研室為單位組建開發(fā)團(tuán)隊(duì)，定期進(jìn)行線上教學(xué)資源更新，保障線上實(shí)訓(xùn)教學(xué)的正常實(shí)施。

2.4 校企合作的深度配合

職業(yè)院校是為地方企業(yè)服務(wù)的，職業(yè)院校的專業(yè)需要和地方企業(yè)崗位相匹配。首先在教學(xué)課程方面，就必須與企業(yè)的實(shí)際加工設(shè)備相一致，面對(duì)企業(yè)從普通產(chǎn)線到智能化產(chǎn)線的轉(zhuǎn)變，學(xué)校對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)訓(xùn)資源就需要更換最新的產(chǎn)線模型；其次在教師培訓(xùn)方面，職業(yè)院校需要與合作企業(yè)建立完善培養(yǎng)機(jī)制，教師多進(jìn)企業(yè)實(shí)踐，企業(yè)多派技術(shù)人員來(lái)校指導(dǎo)，形成良性循環(huán)；最后在學(xué)生學(xué)習(xí)方面，職業(yè)院?？砂才艑W(xué)生進(jìn)企業(yè)短期實(shí)踐，并引進(jìn)產(chǎn)業(yè)教授現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，結(jié)合前期線上模型演練，提高學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力。

2.5 綜合考評(píng)的雙線同步

職業(yè)院校對(duì)學(xué)生的考評(píng)方式包括過(guò)程考核和終期考核，其中過(guò)程考核的比例逐年增高并成為考核學(xué)生能力的主要方式。教師需合理安排線上、線下考評(píng)內(nèi)容并合理同步，如課程簽到、日常作業(yè)等可讓學(xué)生在線上完成，而課堂互動(dòng)及階段性測(cè)試等可在線下完成，針對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，如線上虛擬平臺(tái)考評(píng)和線下設(shè)備實(shí)操考評(píng)可同步評(píng)估，最終形成雙線“線上、線下”、三環(huán)節(jié)“課前、課中、課后”綜合考評(píng)制度。

3 教學(xué)實(shí)踐及反思

智能制造類專業(yè)涉及實(shí)訓(xùn)類課程眾多，其中液壓與氣壓傳動(dòng)課程與機(jī)械和控制系統(tǒng)的眾多課程緊密關(guān)聯(lián)，以液壓與氣壓傳動(dòng)課程作為新雙線教學(xué)模式的評(píng)估指標(biāo)具有顯著意義。接下來(lái)以液壓與氣壓傳動(dòng)課程之齒輪泵章節(jié)作為案例，搭建教學(xué)過(guò)程體系如圖2所示，具體教學(xué)過(guò)程如圖2所示。

3.1 課前

教師通過(guò)線上平臺(tái)發(fā)布齒輪泵教學(xué)資源，包含齒輪泵理論課件、齒輪泵在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)物圖片及視頻、齒輪泵虛擬拆裝、齒輪泵實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書及預(yù)習(xí)題等。學(xué)生通過(guò)線上平臺(tái)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，在熟悉齒輪泵理論知識(shí)之后，完成預(yù)習(xí)作業(yè)，并參考實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書在虛擬仿真應(yīng)用平臺(tái)上進(jìn)行齒輪泵簡(jiǎn)易拆裝等操作，來(lái)進(jìn)一步熟悉齒輪泵的結(jié)構(gòu)。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)后將不理解的內(nèi)容整理并提交至線上平臺(tái)，教師可實(shí)時(shí)線上解答，這樣可充分保障學(xué)生課前預(yù)習(xí)的有效性。

3.2 課中

以實(shí)訓(xùn)課為例，教學(xué)環(huán)境為液壓實(shí)訓(xùn)室，教學(xué)設(shè)備為液壓實(shí)訓(xùn)控制平臺(tái)，學(xué)生安排為4人一組。結(jié)合課前預(yù)習(xí)的知識(shí)積累，教師在教學(xué)過(guò)程中，布置齒輪泵拆裝、簡(jiǎn)易夾緊回路搭建及運(yùn)行等線下實(shí)訓(xùn)任務(wù)，并考慮課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而保障學(xué)生充分掌握課程內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)教師課程安排，分組分工完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，注重理論與實(shí)際相結(jié)合，實(shí)時(shí)記錄實(shí)訓(xùn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并積極與同學(xué)、教師互動(dòng)討論，提升自己動(dòng)手能力的同時(shí)，也能增強(qiáng)個(gè)人分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3.3 課后

教師根據(jù)課中教學(xué)效果，適當(dāng)布置課程拓展作業(yè)，理論方面如內(nèi)、外齒輪泵的應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)等，實(shí)操方面如齒輪泵的效率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系等。學(xué)生可通過(guò)查閱書本、液壓手冊(cè)及網(wǎng)上資料后完成作業(yè)，并將作業(yè)反饋至平臺(tái)上。課后師生對(duì)本次課程中學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行考評(píng)，包含教師點(diǎn)評(píng)、學(xué)生互評(píng)、企業(yè)參評(píng)等，作為過(guò)程評(píng)價(jià)依據(jù)。

以機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)近兩年共計(jì)328名學(xué)生為教學(xué)對(duì)象，以液壓與氣壓傳動(dòng)課程雙線學(xué)習(xí)成果為評(píng)估指標(biāo)，采用項(xiàng)目式教學(xué)方法，統(tǒng)計(jì)學(xué)生的理論知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及學(xué)習(xí)興趣四個(gè)維度的階段性教學(xué)效果。結(jié)果顯示，學(xué)生平均理論水平從60分提升至78分，實(shí)踐能力從70分提升至90分，創(chuàng)新能力從60分提升至75分，學(xué)習(xí)興趣從80分提升至90分，學(xué)生綜合能力提升明顯。

職業(yè)院校目前非常重視雙線教學(xué)，許多院校都在建立和完善線上教學(xué)資源，然而雙線教學(xué)目前剛起步不久，教師們需要不斷地探索與研究來(lái)提升教學(xué)質(zhì)量。接下來(lái)我們要改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，建立以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，合理設(shè)置線上、線下教學(xué)內(nèi)容，并做好銜接，努力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并不斷提升自身的教學(xué)能力，掌握更多教學(xué)軟件，做好虛實(shí)結(jié)合，讓教學(xué)內(nèi)容更加豐富、合理。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)智能制造類專業(yè)課程的雙線教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用前景，提出了雙線互通、虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)改革思路，有效將線上、線下教學(xué)方式及虛擬仿真技術(shù)融合至課前、課中及課后的教學(xué)環(huán)節(jié)中，形成教師主導(dǎo)、學(xué)生主體、企業(yè)參與的全新教學(xué)生態(tài)，并取得一定的教學(xué)效果。雙線互通、虛實(shí)結(jié)合是未來(lái)智能制造類專業(yè)課程教學(xué)的主要模式，這種模式目前還處于起步階段，今后還需要教師繼續(xù)探索和研究，不斷優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)質(zhì)量。

基金項(xiàng)目：安徽省質(zhì)量工程省級(jí)課題（2024jyxm0909、2024jyxm0914、2023jyxm1304）；安徽省高?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（2024AH052010）；安徽省職業(yè)與成人教育學(xué)會(huì)教學(xué)研究規(guī)劃課題（Azcj2023058）；蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（wzykytd202403）。

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