基于混合式教学的“液压与气压传动”在线开放课程设计

赵 雷, 杨 奕, 张利国, 张 华, 杨 川

(1. 重庆机电职业技术学院 电气与电子工程学院, 重庆 402760；2. 重庆理工大学 电气与电子工程学院, 重庆 400054)

传统的教学模式是教师引导、启迪学生的学习并对学生的学习效果进行考评。随着计算机和互联网技术的发展,产生了多种多样的网络化学习方式，学生在学习过程中,充分表现出学习的主动性、积极性与创造性。混合式教学方式强调情境和活动两种学习,将传统学习方式与网络化学习结合起来,集两种方式的优点,达到更好的学习效果[1-3]。

“液压与气压传动”是机械和机电一体化类专业开设的核心专业课程,是一门具有很强的实践性、技能型课程。在传统教学模式中,理论教学和实训教学结合得不紧密,学生的技能训练不能得到及时的理论指导,而理论课也没有紧密结合生产、生活,学生对技能的掌握往往不到位。随着教育部大力推动和支持深化教育教学改革,项目式教学、行动导向教学、理实一体化教学等新的教学模式在高校中得到推广应用[4]。同时,由于高校在校学生人数增加,人均实训设备数量和实训时间不足,使得传统“液压与气压传动”及其类似课程的实训教学模式改革迫在眉睫。

重庆机电职业技术学院“液压与气压传动”课程教学团队以重庆市骨干高职院校建设为背景,进行了混合式教学模式改革。

1 教学目标设计

“液压与气压传动”课程在专业课程体系中起承前启后的作用。该课程实践性较强,学生应通过学习,初步掌握液压传动和气压传动的基础知识和基本技能,能够初步设计和搭建简单的液压系统和气动系统,能够运用液压气动专业知识和技能解决工程实际问题,并且养成良好的职业道德和团队合作精神。培养学生的自主学习能力和科研能力,也是该课程教学的目标之一[5]。

2 教学方法设计

2.1 四位一体,虚实结合的混合式教学

为了达到“液压与气压传动”课程的教学目标,该课程的教学团队结合开发的课程资源和“互联网+”等网络技术,开发了四位一体、虚实结合的混合式教学模式,即线上与线下结合、虚拟与现实结合、理论与实践结合、仿真与实操结合。四位一体、虚实结合的混合式教学模式如表1所示[6]。

表1 四位一体、虚实结合的混合式教学模式

以换向阀教学为例,循序渐进地进行换向阀的结构原理视频→换向阀的虚拟拆装→换向回路的FluidSIM软件运动仿真→实训室搭建换向回路等4个情境的教学过程,实现课程的教学目标。

2.2 智能移动终端APP教学

虚拟实训具有开放性和共享性,虚拟教学资源可以反复使用,虚拟系统构建过程短,功能扩展和管理比较方便,学生可以获得更多的实训操作机会。实际上,无法开展的实训项目也可以虚拟进行。

目前,市面上用于高校课程教学中的APP应用程序很少。本课程前期工作已经开发完成液压与气动虚拟实训平台APP,开发流程分为4个阶段[7-10]。

第一阶段:校企合作,选取企业生产中使用的真实液压与气动元件,构建液压与气动虚拟教学情境；

第二阶段:构建面向单台PC机的液压与气动虚拟实训平台；

第三阶段:构建面向远程访问的网络版液压与气动虚拟实训平台；

第四阶段:构建面向移动终端的液压与气动虚拟实训平台APP。

APP教学可使学生随时随地通过手机等移动终端方便地获取实训项目。将组成液压与气动元件的所有零件逐个移除,其内部结构能如同真实场景一样展示给学生,使学生能够更好地理解液压与气动元件的工作原理。APP教学方式符合当代大学生的学习习惯,使学生不受时间与地点所限，灵活安排自己的学习,从而更好地掌握必备的专业知识与技能,学校承受的实训设备数量不足的压力也可减轻。

2.3 人机交互式自学教室

“液压与气压传动”课程的网络平台和人机交互式自学教室为学生提供了良好的交互式学习环境(见图1)。

课程网络平台相当于一个空中教室,能提供丰富的学习资源,学生可以通过学习电子教案、电子课件、原理动画、知识点视频、回路仿真、真实案例、章节同步练习等方式,实现人与网络平台资源的交互。该网络平台提供了学习论坛和在线交流功能,学习论坛时时互动,可以上传共享学习资料、发表学习体会,也可以进行主题讨论；教师可以针对大多数学生提出的重点、难点定期进行在线答疑、交流心得。这样的学习方式既体现了学生主体地位,又发挥了教师主导作用。

3 教学活动设计

“液压与气压传动”课程的线下教学活动包括主题研讨课、集中答疑课、项目仿真训练、典型任务实践操作等；线上教学活动包括师生之间、生生之间的同步交流与异步交流、章节同步练习、自我测试等。不同的教学活动设计有不同的侧重点[11-12]。

图1 人机交互式自学教室

(1) 交互式视频设计。针对各知识点的视频内容设计几个问题,在视频播放过程中会随时弹出问题对话框。学生回答正确后才能继续观看,从而实现互动和对学生的监督作用。视频内容力求生动有趣，贴近生活、生产实际,展示方式多样化。例如采用生产现场采访形式、场景实操模式、真人动画模式、完全动画模式等多种新颖的拍摄模式。

(2) 异步讨论主题设计。教师针对学生提出的问题,精选出具有一定深度、广度和复杂性的问题(例如溢流阀与减压阀的区别),形成讨论空间,引导学生思考,让不同的观点碰撞出火花,激发学生的兴趣和参与热情。在论坛上,学生之间可以实现互动,丰富了讨论区的内容,又促进了学习交流[13]。

(3) 课程答疑库设计。当学生利用网络在人机交互式教室进行自主学习时遇到问题,不能像在传统教室的学习那样得到教师的及时指导,所以靶向性的及时答疑和帮助尤为重要。课程小组的任课教师将课程教学中学生经常遇到的问题及答案,按照章节进行总结和排列,放置在课程答疑库里。当学生遇到问题时,首先去答疑库中搜索是否有类似的问题,获取答案及帮助。通过答疑库,可以帮助学生解决一些学习过程中的难点问题,同时也减轻了教师对相同问题重复答疑的工作量[14]。

(4) 作业的设计。通过做作业,学生可以巩固所学的知识,更好地进行下一个知识点的学习。学生完成作业的情况也是对教学效果的检验与反馈。作业要避免雷同,支持个性化的学习。例如:让学生提交的液压控制系统设计中,提供给每个学生的液压元件和要求完成的回路动作都不一样,学生设计出的电气控制线路图和完成的作业也不可能雷同。

(5) 在线测试题库设计。网络课程将在线测验试题放在题库中,学生可以按照章节进行测试练习,系统也可以随机组合出一套试题,供学生进行全真模拟考试训练。题目的形式是以各个知识点为依据的选择题,每套试题都能覆盖课程所有的知识点。每次测试要有详细的成绩分析及薄弱知识点的分析,为学生进一步学习提供参考意见[15]。

4 教学评价设计

基于混合式教学的“液压与气压传动”课程强调的是学生在学习过程中的真实感受与体验,强调的是过程,而不仅是传统学习中的学习结果。“液压与气压传动”课程采用线上和线下融合、过程性评价和终结性评价结合的多元化考核评价体系(见图2)[16-17]。

网络课程平台可以全面跟踪整个学习过程,后台对每位学生的累计学习时间、资源查阅与使用、章节练习、在线交互讨论、课程测试的情况进行统计与分析。学生可以随时查看学习进度、学习成果、存在的问题,教师也可以随时了解学生的学习状况,从而辅助学生解决问题、改进学习方法,取得更好的学习效果。同时,评价数据也应该实时更新、实时分析,实现过程评价。

终结性评价主要设有课程学习总结的在线测试、线下虚拟仿真实训室的回路设计仿真测试,它是对课程最终效果进行的评价,用以评价学习者是否达到教学目标。

图2 “液压与气压传动”课程多元化考核评价体系

5 “液压与气压传动”在线开放课程的特色

(1) 四位一体,虚实结合。充分利用开发的教学资源,结合“互联网+”等网络技术,采用从线上到线下、从虚拟到现实、从理论到实践、从仿真到实操的“四位一体,虚实结合”混合式教学模式。

(2) 面向远程访问。构建面向远程访问的液压气动网络虚拟实训平台,对液压气动元件进行虚拟拆装,教学资源丰富,实验器材频繁使用而不会被损坏。可以根据科技的进步和企业的发展灵活添加元件,扩展性好。

(3) 基于移动终端的虚拟实训平台APP。APP的学习方式,使学生随时随地可获取实训项目,不受时间、空间的限制,帮助学生掌握更多的使用技能,符合当今大学生的学习特点。

(4) 人机交互式自学教室。通过网络平台设计交互式的视频,在视频播放过程中随时弹出问题对话框,学生回答正确后才能继续观看,人机互动,增强趣味性。通过章节练习、自测等方式实现人与教学内容交互,通过在线交流、学习论坛等实现学生与教师交互、学生与学生交互。学生虽然身各一方,但仍在互联网的大教室里共同学习和讨论。

(5) 校企合作,共建共享课程。选取企业生产中使用的液压气动元件作为教学资源,选取企业的液压气动系统设备作为典型案例,到企业生产现场录制教学视频,使教学更贴近企业生产实际。课程也对企业开放,为企业员工提供技能培训,开展社会服务,共建共享课程。

6 结语

重庆机电职业技术学院“液压与气压传动”课程教学团队潜心研究基于混合式教学的在线开放课程,致力于课程教学改革。围绕“液压与气压传动”课程的在线开放,先后申请立项了重庆市高等教育教学改革研究项目“泛在学习模式下的液压与气压传动数字教材开发与应用”“面向PC与安卓移动终端访问的虚拟网络气动实训平台”等多项课题,获得重庆市职业教育学会高职优秀网络课程三等奖和2017年重庆市高等教育教学成果奖三等奖等奖项。教学团队开发的“液压与气动测试题库”APP、“液压与气动典型回路仿真”APP将陆续投入教学使用。

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