基于虚拟仿真教学平台的混合教学模式研究

李永华 陈秉智 王悦东

摘 要：在新冠肺炎疫情背景下，为了适应“停课不停学”的教学环境，本研究提出一种基于虚拟仿真教学平台的混合教学模式。以大连交通大学的动车组结构及原理课程为例，依据该课程特点，在线上理论教学的基础上构建线下虚拟仿真教学平台，并将该平台引入实践教学中，形成“线上+线下”的新型混合教学模式，为学生提供更加良好的学习体验，从而达到优化教学效果、提升学生认知水平和工程实践能力的目的和要求。

关键词：虚拟仿真教学平台;混合教学模式;动车组结构及原理课程

2020年初爆发的新冠肺炎疫情使中国社会被迫按下“暂停键”，众志成城地打赢疫情防控阻击战成为全国人民的共同目标。

鉴于疫情的持续性和常态化，为保证正常的教学进度和安排，教育部发起“停课不停学，停课不停教”的号召。在辽宁省教育厅的积极响应下，大连交通大学各教学机构结合各学科的主要特点，统筹部署，构建“互联网+”线上教学模式。但对于概念性强、理论复杂、实践性和工程性强等特点的课程，由于缺少线下观摩、面授讲解等实践性教学环节，无疑会削弱教学效果，导致学生对知识及课程的理解不透彻，难以达到教学目标要求。因此，开展新型模式的“线上+线下”教学模式以适应疫情常态化下的教学环境是非常有必要的。对于“线上+线下”教学模式的研究，众多学者已经做了较多工作。王瑞芬探讨了以应用为导向、以任务为驱动的“线上+线下”混合式教学模式，并将其应用在教学实践中，以期锻炼和提升学生的实践和应用能力;周怡琳等学者结合精密机械与仪器的课程特点，基于“爱课堂（ICLASS）”平台建立在线教学资料库，并对该课程混合教学模式进行改革探索，根据教学平台的使用情况深度剖析了混合教学模式的教学效果;章强等学者深入讨论了“线上+线下”混合教学模式的优势和具体的教学实施过程，并针对现有的混合教学模式的问题，从教师、学生及教学管理三个层面提出相应改进措施。

鉴于动车组结构及原理的课程特点，本研究将数字化虚拟装配与仿真引入到线下实践教学环节，将其作为线上理论教学的有益补充，共同促进新型教学模式的发展。

一、面向虚拟仿真的线下教学平台构建

动车组结构及原理作为车辆工程专业的基础课程，在理论教学上涉及多学科、多领域知识，具有实践性和工程性强等特点。线上直播授课缺少线下实践性教学，学生无法充分理解所学内容，导致学生应用和实践能力较差。此外，线上直播授课容易出现传统教学中重理论、轻实践的现象，不仅不能收到积极的教学效果，而且会得其反。

基于上述问题，以提高教学效率和效果为目的，围绕新型教学模式主题，构建虚拟仿真线下教学平台。该平台通过“虚拟体验式、多向互动式”的新型线下教学模式，培养学生空间想象力，增强对转向架结构的认知，再将“主动参与式”的结构基本原理引入其中，使学生体验转向架结构各组成部分及其零部件的运作过程，并以任务驱动方式引导学生运用相关知识解决问题。

在平台构建基础上，将转向架结构及主要组成部分、关键零部件的技术参数及工作原理等内容有机融合到混合教学模式中，形成以知识框架为“骨”、转向架结构基本认知为“肉”、结构基本原理展示为“经络”的认知型教学模式。该模式充分调动学生的主观能动性，在教师的引导下，学生自主发现、分析并解决问题，使学生成为混合教学模式的主体。为达到优化教学效果，还需设计合理的预习题、测验题，帮助学生掌握学习重点，并为课程最终测评提供评审依据。

虚拟仿真教学平台的构建可分为教学目的、转向架及主要组成部分、虚拟装配、关键零部件工作原理展示四个模块。除教学目的，各模块内容可表述为以下三个方面：

一是转向架及主要组成部分，几种典型转向架、轮对轴箱装置、一系悬挂等转向架及组成部分简介。

二是虚拟装配，典型转向架、轮对组成、不同轴箱定位方式、液压减震器等转向架及组成部分的虚拟装配展示。

三是关键零部件工作原理展示，一系悬挂装置、轴向定位装置、驱动装置、制动装置等关键零部件的工作原理展示。

各模块除上述功能外，还有自主知识点检测功能，学生完成仿真项目后，可对所学内容进行自测，答题结束后提交考核报告。该平台的构建为学生提供了完备的知识框架和交互式的学习体验。

二、虚拟仿真教学平台的主要功能

虚拟仿真教学平台主要完成转向架及主要组成部分结构介绍、虚拟装配和基本工作原理展示三方面内容，使学生能够在巩固线上理论知识的同时，提升分析和解决问题的能力。平台主要功能简要概括为以下四个方面：

一是教学目的模块，阐述虚拟仿真教学平台的目的及需要达到的考核标准。

二是转向架及主要组成部分模块，介绍转向架系统类型及各结构组成部分的特点。

三是虚拟裝配模块，采用交互式的方式进行转向架及组成结构的虚拟装配、拆卸。

四是关键零部件工作原理展示模块，通过动态演示直观展示关键零部件的运动状态和工作原理。

该平台中虚拟装配和工作原理展示等仿真项目均以三维动态形式呈现，装配过程中点击任意装配零部件即可显示其名称或主要参数。平台还包含自主手动装配子项目，可实现手动装配功能，增强对结构的认知和动手实践能力。可见，以线上理论教学+线下虚拟仿真实践教学为依托的新型混合教学模式达到了理论和实践的深度融合，对提升疫情常态化下的教学效果有明显的优势。

三、虚拟仿真教学平台的教学实践

如何使虚拟仿真教学平台在混合教学模式中充分发挥作用是教学实践中的首要问题。借鉴传统实践性教学环节，将虚拟仿真教学平台与线上理论教学充分融合。比如，学生可通过平台进行课前预习，熟悉下节课程，课后巩固线上所学内容，真正做到理论联系实际。线上讲授理论教学时，教师可借助平台进行深层次的理论知识讲解，激发学生更高的积极性。

（一）线下预习及巩固

线上理论教学之前，学生借助虚拟仿真教学平台进行课前预习，初步了解课程学习内容。通过课前预习，学生可以了解转向架复杂的结构及原理，配合线上授课建立相对完整的知识结构框架。线上授课后，学生可将课上所学知识代入到虚拟仿真教学平台中，加深学习印象，从而达到理论结合实践的教学目的。

（二）线上授课及解惑

针对学生预习所遇到的疑惑和知识难点，在线上授课时，教师可借助虚拟仿真教学平台集中进行答疑解惑，使學生深入理解。根据学生反馈情况，教师更为深入详尽地讲解课程内容，充分提高虚拟仿真教学平台对线上理论教学的增益，弥补线上理论教学的不足，完善“线上+线下”混合教学模式。受益于虚拟仿真教学平台的学习认知，线上理论教学的效率也会得到提升。

（三）课程考核方式

“线上+线下”混合教学模式需要建立相应完整的课程考核制度，且该考核制度应贯穿于整个疫情防控大背景下的教学过程。针对课程特点以及基于虚拟仿真教学平台的混合教学模式的实践，该课程考核制度不仅要考核学生对基础知识的掌握程度，也应该对学生自主学习能力及发现、分析和解决问题的能力等进行全方位考查。动车组结构及原理课程考核制度由线上教学（70%）和线下教学（30%）两部分组成，其中线上教学成绩主要包括作业、期末考试成绩、考勤等，线下教学成绩主要是虚拟仿真教学平台各模块中自测成绩的汇总考核。

在分析传统“线上+线下”教学模式的基础上，结合疫情常态化下的教学目标及要求，依据动车组结构及原理的课程特点，借助虚拟仿真技术构建虚拟仿真实践教学平台，并与线上直播理论教学相融合，探究了新型混合教学模式，得到以下结论：

线下虚拟仿真实践教学平台有助于弥补疫情常态化下实践教学环节的缺失，使学生能够在短时间内高效地掌握动车组复杂的结构及原理，增强学生的认知能力和工程实践能力。

线上直播理论教学+线下虚拟仿真实践教学的新型混合教学模式相互补充和支撑，既能凸显以教师为主导的线上直播教学，又能充分调动学生的学习兴趣，彰显以学生为主体的线下实践教学，为在疫情期间培养具有相关专业知识的应用创新型人才提供了新的教学思路和方法。

参考文献：

[1]陈实，梁瑶.“线上+线下”培训模式探究——基于新冠疫情带来的思考[J].财富时代，2020，（4）.

[2]王瑞芬.线上线下混合教学模式在统计学中的应用[J].教育教学论坛，2020，（25）.

[3]周怡琳，孔志刚，姚燕，等.基于线上教学平台的精密机械与仪器混合教学模式的改革探索[J].高教学刊，2020，（20）.

[4]章强，亢振军，朱静敏.基于线上线下混合教学模式的探索——以海洋生态学课程为例[J].广东化工，2020，（12）.

责编：桃 子