后疫情时代线上线下混合式教学的融合探索

2021-03-15

化工职业技术教育 2021年1期

自新冠肺炎疫情发生，北京欧倍尔软件技术开发有限公司积极响应“停课不停学”的号召，免费开放线上学习资源供高校、职校等客户使用，服务于学校、教师的教学。同时，也一直在思考在后疫情时代，如何让线上教学资源以及线上线下混合式教学模式更好的服务于教学。

1 欧倍尔集团虚拟仿真资源和智慧实训基地

目前欧倍尔集团包括北京欧倍尔软件技术开发有限公司（以下简称“公司”）、北京欧倍尔科学仪器有限公司、山东欧倍尔软件科技有限责任公司。

公司的主要产品和技术服务方向包括虚拟仿真资源和智慧实训基地。其中，智慧实训是在天津大学化工基础实验中心带领下，打造的集教学、培训于一体的智慧系统，而虚拟仿真资源则是在中科大陈宗海教授指导下进行设计和研发。

公司产品和技术涵盖化学化工、食品工程、环境工程、生物制药、工程力学、材料工程、能源电力和分析鉴定等多个专业领域。开发了实验、实训、生产实习、半实物仿真工厂等专业化仿真教学平台，同时应用了3D技术、AR 增强现实技术和VR 虚拟现实技术，并实现了PC 端、移动端和网络化等多维度操作，丰富了教学应用模式和应用场景，有效解决了教学过程中受时间、空间和教学资源等限制而造成的困扰和问题，为教育教学和人才培养提供了技术支持和保障，创造了条件和优势。

2017—2020年，公司在化学化工、食品、环境和分析鉴定等专业领域，应用相关仿真产品以及相关设备支持教育部高等学校化工类专业教学指导委员会、教育部高等学校食品科学与工程类专业教学指导委员会、全国石油和化工行指委、中国化工教育协会、全国煤炭行指委、中国煤炭教育协会、中国化学会以及各省市化学化工学会开展省级、国家级大赛共计五十余场（图1）。在近五年的比赛组织中，为全国院校参赛选手免费提供练习软件，并进行全程免费技术服务指导。

图1 山东省职业院校化工生产技术技能大赛

在化工行业企业智慧实训基地建设方面，公司积极响应相关政策，并严格执行各省化工专项行动办的建设标准，协助各化工园区营造建设集化工、机械、仪器仪表、自动化控制和网络等技术于一体的员工实训基地。基地功能涵盖科研、实验、实训、仿真、鉴定、竞赛以及线上与线下培训，实现科技研发、人才培养与企业实际需求的零距离对接（图2）。

图2 实训基地效果图

图3 线上资源开放模式

2 线上线下混合式教学的思考

自疫情以来，公司一直积极响应“停课不停学”，通过自主研发的线上智慧平台，将线上的虚拟仿真教学资源以及其他线上学习资源免费开放给院校使用。同时，公司的售后部门针对每所院校设立答疑群，实时指导在线使用。所开放的产品也都能够完成在线考试和成绩收取，方便教师的教学。目前，平台免费试用人数已经突破百万。疫情期间，欧倍尔线上资源免费开放模式如图3所示。

2.1 线上线下混合式教学模式

尽管免费开放使用线上学习资源能够促进公司产品的发展，但是随着后疫情时代的到来，实现线上学习资源以及线上线下混合式教学，才能适应于职业教育的需要。伴随着相关政策的出台，公司有了明确的发展方向。首先是《国家职业教育改革实施方案》中提出“启动1+X 证书制度试点工作”，在2020年第四批X 证书申报工作中，公司积极参与化工精馏安全控制、煤炭清洁高效利用和环境专业方向的智能水厂运行与调控、水环境监测与治理等多个方向。另外，依据教育部等九部门印发的《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》（教职成〔2020〕7号）和《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知》（教职成厅函〔2020〕26号），公司积极与相关院校教师和行业专家沟通，结合技术产品和公司发展，设计研发了线上线下混合式智慧实训模式（图4）。

图4 线上线下混合式智慧实训模式

2.2 线上虚拟仿真资源建设

公司自主研发的线上智慧平台，拥有丰富的教学资源和科学的课程体系。录入学生的信息后，可以按照课程分类在线完成知识点、理论试题以及虚拟仿真资源的系统化学习、培训和考核。考核通关后颁发通关证书，获得进入实训室实际操作的资格。线下则是通过智慧平台预约进入实训室，设备的开启可以通过智能人脸识别和智能门禁系统完成，同时设备是和线上虚拟仿真相结合，可以实现远程操作指导，自动评判操作等功能。欧倍尔线上智慧平台仿真资源如图5所示。

图5 平台仿真资源

公司紧跟职业教育人才培养需求设计和研发虚拟仿真资源：一是人性化设计的仿DCS控制数据系统，参数可自主调节，可以手动输入变量值，实现手动控制功能，也自动控制调节；二是拥有强大的后台数据模型，能够基于实时数据库，建立遵循反应动力学和自动控制等基本原理的数学机理模型；三是科学的智能评分系统，可以根据厂家提供操作规程、设备操作要求、工艺参数要求定制开发，可按操作步骤和过程对学员的操作进行综合评价；四是友好的3D操作场景，中控室、构筑物、设备、阀门、绿化、房间等按实际工厂1:1 还原，设备、阀门开关等可以进行参数调节和设备启停，还具备设备运行效果展示，如运行动画、气体探测器等，3D拆分或半透展示设备内部结构原理等功能。

2.3 线下实训设备设计和研发

在设计和研发线下实训设备时，充分听取了相关院校专家和教师的建议，已经实现了线下线上的有机融合。目前，线下实训设备具备以下功能及特点：

⑴ 智能准入系统（图6）采集图像数据，与人脸识别系统进行实时数据共享，学员完成课程任务，获得设备预约资格，通过人脸识别系统启动设备，进行操作。

⑵ 远程视频指导（图7）与设备视频终端实时联通，实现在线视频通话功能，教师远程视频答疑指导学员操作，高效互动。

⑶ 全方位实验监控（图8）搭载视频监控系统，通过视频信号传输，实时监控学员实验操作现场，全方位了解学员操作过程。

⑷ 远程操作设备（图9）实时展示设备表盘数据、状态数据，实现小组成员远程协作完成团队操作练习。

图6 智能准入系统

图7 远程视频指导

图8 全方位实验监控

图9 远程操作设备

3 线上线下混合式教学的融合案例

3.1 线上线下混合式教学建设

积极与高校以及相关企业合作，建设了一大批适合当前行业人才培养的实训基地。尤其是在化工行业，合作单位既包括本科和职业院校，还包括很多化工企业和化工工业园等单位。对于前者，主要是建设用于提升学生职业技能、创新实践能力的实训设备；而对于后者则是共同设计研发用于员工岗前培训及岗位技能提升的培训与考核实训基地。

3.2 线上线下混合式实训基地建设

在建设过程中始终坚持以学生为中心的基本建设原则，兼顾方便教师教学和企业培训，因此在线上线下混合式实训基地建设中坚持以下原则：

⑴ 先进性与成熟性相结合

将先进的工业仿真技术、物联网技术应用于化工及化工安全培训考核系统。

⑵ 前瞻性与实用性相结合

能针对项目定制要求，满足实用性需求，又能兼顾未来训练考核需求的发展方向。

⑶ 安全性与开放性相结合

系统本质安全可靠，同时也有具备开放性和可拓展性，满足后期模块及业务拓展。

⑷ 模拟与真实应用相结合

一方面，利用模拟培训系统实现培训与演练；另一方面，需要还原现实，达到高度仿真效果。

⑸ 硬件与软件相结合

发挥硬件的展示操作效果，同时利用行业领先的软件技术，将二者进行深层次有机融合，提高系统应用效果。

依托于以上五大建设原则，公司建设的实训基地取得了客户的好评。部分建设案例如下：

2020年9月，与湖北兴发化工集团股份有限公司合作，共同建设兴发集团技能实训中心建设项目。该实训中心项目将建设一个集化工工艺实训、设备维修实训、电气操作实训、仪表操作实训、安全操作实训等多方向的综合实训基地。目前，该项目已正式开工建设。

另外，在企业合作建设中，积累了大量的建设经验。合作建设单位包括山东滨安科技有限公司、鲁西化工集团（图10）、山西阳煤集团、湖北三宁化工、鲁北化工、万华化学集团、中海油安全技术公司等知名企业。

图10 鲁西化工建设项目

在院校合作建设中，始终坚持以促进就业和适应产业发展需求为导向，建设项目致力于培养高素质劳动者和技术技能人才，在本科院校和职业院校的合作建设中均获得了肯定与认可。合作院校包括山东大学、贵州大学、安徽师范大学（图18）、安徽工业大学、辽宁工业大学、南京科技职业技术学院（图11）、四川化工职业技术学院、河北化工医药职业技术学院等。部分建设项目中采用声光电模拟起火现象，培训学员应急处置能力；配置设备结构展示柜，将阀门管件、仪表、填料、泵、换热器结构进行展示。配套VR 设备，学员可进行安全操作体验。