疫情下的云端实践教学研究——以电火花加工技术实训为例

鹿德台，李雪琴，郭卫萍

(中国石油大学(华东)石油工业训练中心，山东 青岛 266580)

2020年突如其来的新冠肺炎疫情造成全国各行业停工停产，严重影响了社会的平稳运行。国内各高校因其特殊的人口密度和人口流动性，成为受影响最大的领域之一。2020年2月4日教育部下发了关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见(高教厅【2020】2号文)[1]。为贯彻执行教育部“停课不停学”精神，中国石油大学(华东)做出延迟2019—2020春季学期开学的决定。石油工业训练中心(以下简称“工训中心”)积极响应上级疫情防控要求，充分利用信息化技术和网络资源平台，迅速开展了线上云端教学活动。

“金工实习”是面向理工类本科生开设的重要基础实践类课程，年均授课量达24万人时。“电火花加工技术实训”作为课程的重要组成部分，以电火花线切割机床和电火花成型机床为主要训练内容，要求学生掌握电火花设备的基本操作方法，锻炼学生的动手能力及工程实践能力[2]。而疫情对重亲历、重体验实践类课程的开展带来了很大的冲击和挑战，需要解决如下实践教学问题：学生不能接触设备的实践课怎样开展；线上教学常态化怎样运行；课程内容怎样编排设置才能让学生有更大收获。中心教学团队首先明确了以“停课不停学，停课不停练，停课不停做”的教学原则，围绕三个问题就线上课程内容、授课方式、平台建设进行紧急研讨。结合“学生为中心”的教学理念，制定现有条件下的教学方法，采用网络课堂讲解、实操仿真直播、工程软件训练、作品设计和加工四个教学环节，让学生实现了居家学习、虚拟训练、工程绘图、作品设计等目标，通过云端网络真正体验到工程实践的魅力。

一、教师角色转变

疫情下云端网络教学首先要求教师改变自身角色，教师由传统课程的主导者和执行者转变为网络课程的建设者和引导者[3]。线下实践教学通过传统课堂形式进行授课，课堂纪律规范着学生和教师的举止行为，学生是课堂的听众和学习者，教师是课堂组织的主导者和教学内容的宣讲者，学生和教师在课堂秩序下完美配合，完成“教”和“学”的知识传授过程。网络教学打破了面对面的传统课堂形式，教师必须解决一系列的困难和问题[4]，比如选用哪种云端授课工具重新构建课堂教学环境、脱离真实的操作怎样培养工匠精神、没有课堂秩序怎样监管学生状态、云端下的教学方式学生有多大的收获等。基于以上问题，需要教师不仅重视自身实践能力，也需要培养自身综合能力，快速接受新媒体事物，寻找虚拟仿真实训教学平台，注重教学资源收集整合，最大限度地解决实践无设备问题。同时要求教师放低姿态，不仅作为师者也作为学者，俯下身子与学生同思考同交流，及时发现和解决云端下教学带来的问题和困难。

二、云端工具选用

疫情发生以来，各大互联网相继推出了许多网络授课平台，如清华雨课堂、钉钉视频会议、腾讯课堂、QQ直播、录播课堂等。诸多的网络授课直播软件可以说是“侧重不同，各有特色”，比如清华雨课堂数据监控功能较好，能统计学生的课前预习、课堂学习和课后复习情况，通过习题得分和时长数据掌控学生的学习状态；钉钉视频会议可以显示多窗口的画面，视频对话互动效果较好，教师可以实时掌握学生的学习状态；腾讯课堂操作简单、容纳人数较多，教师建立课堂后，学生无需下载软件，通过上课码即可直接进入课堂；腾讯QQ则是具有普及性和便利性的社交软件，能够在手机端和电脑端实现个体间或群体间便捷化的实时通讯，同时具备远程请求和远程控制协助功能以及强大的文件储存和传输功能。根据电火花加工技术的教学要求，直播平台需容纳30人以上的在线听课，实现课堂的回放、教师与学生点对点的交流和文件传输、远程协助解决遇到的问题等， 经过测试及实际对比后，最终确定以腾讯QQ为主、其他教学软件为辅的教学工具，结合教学内容各取所需、优势互补，协调统一运用各教学工具，全面保障云端实践教学质量。

三、云端下卓越型人才培养体系探索

迫于疫情形势下学生不能到现场实践，教学过程面临脱离实践设备的问题，给实践教学提出了新的教学改革要求，这就需要教师探索由线下课程转为线上课程教学体系，思考电火花加工技术实训是否还能围绕以“学生为中心，项目为主导”的教学理念[5]。“工训中心”教学团队经过反复研讨和摸索，建立了有层次、有深度的疫情下电火花加工技术教学体系(如图1)。该体系以网络课堂进行理论讲解模块、机床操作方针实践的直播模块、工程设计的居家训练模块、作品设计和加工模块四个教学模式，全面代替了线下教学过程，实现了与线下传统课堂相同的“卓越型”人才培养目标。

1.网络课堂讲解

网络课堂以理论知识讲解为核心，主要包括电火花的放电原理、放电条件、“一特二精”应用范围等概述性知识。该模块的教学目的旨在让学生了解电火花理论知识，对电火花加工有全面认识，为后期实践操作奠定理论基础。概述性知识主要以教师讲解为主，采用网络课堂进行授课。网络课堂是以班级为单位、以QQ社交平台为主要教学工具，由班长创建QQ学习群，两位指导教师设置为管理员，其他学生作为成员的一种班级自治管理模式，并利用QQ电话和分享屏幕的功能进行网络授课。同时，为了检验学生的学习情况，在课程结束后增设一些自测题，做到“一环节一测试”，以巩固学习内容。

2.实操仿真直播

实践操作是课堂建设中难度最大的教学模块，云端课堂不能接触电火花设备，实践操作则主要通过视频直播的方式讲解机床的部件结构及作用、安全操作规程和示范操作等教学内容，授课时需要两名指导教师相互协作，其中一名教师作为主播在镜头前示范演示，另一名教师利用多台手机进行拍摄，详细讲解拍摄操作步骤，通过多视角让学生观察到机床的完整操作过程，掌握机床的操作方法。视频直播虽然能实现面对面的交流，但是无设备操作的实训课程就成了教师的“独角戏”，为了解决没有设备训练的难题，“工训中心”向多家企业进行咨询，了解到科明360VR教学平台能免费向高校开放电火花线切割虚拟仿真系统。“工训中心”与企业联合建立电火花线切割虚拟仿真平台，让学生通过仿真平台进行沉浸式仿真训练，实现了“虚实结合、以虚助实”的教学模式。主要是仿真实训穿丝孔的加工、工件的装夹、线丝的选择及校正、确定电参数、线切割加工等教学科目，让实践操作更直观化和立体化，切实提高大学生的实践操作能力，并保证学生训练的效果。

3.工程软件训练

工程软件训练模块主要学习“CAXA线切割”编程软件。“CAXA线切割”是电火花线切割机床的计算机辅助制造软件，并具有绘制图形和代码编程两大功能。绘制图形是通过直线和圆弧及其他命令来绘制工程图，代码编程则是利用线性的尺寸及方向而快速、高效、高品质地编制电火花线切割的程序代码。工程软件训练采用网络直播的方式授课，网络软件教学难点在操作方法上释疑解惑，图形绘制本身是一个动态操作过程，训练时学生不熟练绘图软件，遇到操作上的问题就很难用文字和图片表达出来，教师就无法进行答疑。为了能快速消除学生的疑问，就需要及时收集疑问，把疑问分为共性问题和个性问题两类，共性问题采用直播方式集中回答，个性问题实行点对点交流，通过QQ社交软件的远程协助功能，首先让学生演示操作过程中出现的问题，教师了解问题后，通过远程控制学生的电脑示范操作方法，从而实现释疑解惑。

4.作品设计和加工

作品设计与加工环节是电火花加工技术以“学生为中心，项目为主导”的核心教学部分，该环节要求学生融合CAXA软件绘图使用方法，通过软件而设计二维创意作品。例如要求学生制作一件关于防控新冠病毒的创意简笔画，作品要紧扣防疫题材，绘制的新冠病毒要形象，简笔画的轮廓要求是闭环路径，不能出现交叉和断开，由此基于题材要求学生开展头脑风暴设计创意作品。创意作品完成后通过远程网络把文件传输至电火花机床上，教师现场辅助加工，加工后的零件标记学号待开学后领取，从而完成整个“教、学、做”的闭环过程。课程最后设置答辩环节，给每位同学三分钟的时间阐述作品的意义，锻炼学生的表达能力，培养学生的创新创造素质。

四、疫情下的教学分析

通过春季实践教学情况，中心团队对云端下教学进行详细分析，发现网络教学存在以下问题：(1)因网络拥堵影响，网络授课时常出现卡顿、闪退和崩溃等问题，严重影响课堂效果。(2)由于网络授课提供了舒适、自由的学习环境，造成自律性差的学生随意离开网端，忽视课堂秩序。(3)由于个别学生诚信和态度端正问题，课后测试答案很容易形成共享，不能测试个别学生真实水平，教学效果反馈较差。网络教学也有以下优势：(1)多样化教学。疫情下的网络教学也促成了高校和企业之间资源共享，教师借助各种平台实现了网络课堂授课、现场直播操作、虚拟仿真实训、作品制作和加工等多种教学方式，转变了以往实践教学不能采用网络的教学方式。(2)信息化教学。网络教学本是信息技术的分支，网络课堂可实时记录课堂内容，学生不理解知识要点可进行回放，且课后可建立在线测试，能快速、准确地解析出学生作答情况，减少了教师批阅工作量，也实现了无纸化办公。

五、结语

疫情下的云端实践教学颠覆了传统意义上的“传帮带”实践教学模式，给实践教学带来了巨大的挑战和机遇，电火花加工技术实践教学在这场无硝烟的战场中，从最初仓促应战、经过不断持续地改进，到后期的平稳运行，教学团队做出了不懈努力。同时也需要反思以后常态化教学，思考云端实践教学与传统实践教学能否融合，充分发挥“线上+线下”教学的优势，实现“线上+线下”常态化教学，使云端授课模式能在疫情退潮后依然熠熠生辉。