疫情背景下融合信息技术的冲压工艺学课程线上教学模式探索与实践

王长瑞，田威，胡俊山，李波，廖文和

摘  要：新冠肺炎疫情背景下，高校面临着学生不能返校需要开展线下教育学习的困境。随着科学技术的发展，MOOC、微课及虚拟现实技术取得了巨大进步，基于此，文章提出了融合信息技术的冲压工艺学课程线上教学新模式，通过融合BOPPPS方法的教学课件设计，多信息手段并行的线上教学和腾讯会议与雨课堂结合的线上考试等全新的教学流程实施，有力解决了线上教学效果差、效率低的问题，学生学习质量大幅提升。

关键词：BOPPPS方法;线上教学;教学模式;虚拟现实

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）30-0009-04

Abstract： In the context of COVID-19 epidemic， colleges and universities are faced with the dilemma that students can not return to school for offline education and learning. With the development of science and technology， MOOC， microlecture and virtual reality technology have made great progress. Based on this， a new online teaching mode of Stamping Technology integrated with information technology is proposed in this paper. Through the design of teaching courseware integrated with BOPPPS method， the implementation of online teaching by parallel multi-information means and online examination combined with Tencent Meeting and Rain Classroom as well as other new teaching process， the problems of the poor effect and low efficiency in online teaching are advantageously solved， which significantly improves students' learning quality.

Keywords： BOPPPS method; online teaching; teaching mode; virtual reality

2020年，新冠肺炎疫情在全球肆虐，給国家经济发展、人们健康生活带来了巨大挑战。避免被传染的最好方式就是保持社交距离，减少人与人的接触[1]。但是传统的高等教育以密集式线下课堂教育为主，与疫情防控需要背道而驰。2021年年初，新冠肺炎疫情又卷土重来，如何在新冠肺炎疫情背景下开展有效、可行的教育教学工作面临难题[2]。

冲压工艺是塑性加工的基本方法之一，通过压力机和模具对板料施加一定的压力，使材料在常温或高温下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种工艺方法。而冲压工艺学课程是飞行器制造工程专业的专业核心课程，内容涵盖材料力学、塑性力学、工程材料、机械制造、数字化设计和自动控制等多个学科，教学中需要大量的公式推导、实验演示及课程设计，在新冠肺炎疫情背景下如何开展高校的教学亟需理念和模式的突破。

随着科学技术的不断发展，教育信息技术也多点开花，MOOC、微课、网络教学平台、虚拟教学技术等都在高等教育教学中进行了应用探索[3-4]。针对新冠肺炎疫情背景下冲压工艺学课程实施面临的难点和需求，开展融合信息技术的冲压工艺学课程线上教学模式探索尤为重要。

一、新冠肺炎疫情背景下冲压工艺学课程教学现状

几年来，我国的航空航天技术取得了巨大成功，歼20、运20、C919和天宫飞船等大国重器顺利完成定型和应用，越来越多的薄壁复杂构件得到广泛使用，同时冲压工艺学课程的内容也在不断地更新，以满足新一代航空航天高层次人才的培养需求。为了提高学生的学习能力、创造力和实践能力，前期课程实施措施如下：

（一）以国家重大需求为导向引入新理论

结合歼20等国家重大型号冲压工艺零件在制造、装配过程中遇到的问题进行实际讲解，梳理问题解决思路，给出问题解决路径，在此基础上引入本课程中相关理论点，由浅入深，来加深学生的理解。再将精密数控成形、机器人智能装配、新型制造检测技术引入，讲解相关理论基础，拓宽学生的视野，提升专业理论水平。

（二）融合科技前沿发展引入新技术

航空航天核心装备向着极小、极大两个极端方向发展，而成形理论、成形方法与传统冲压工艺也相差甚远。对于尺寸很小的冲压件，需要将微冲压技术、微尺寸效应以及微小模具精密制造等新技术引入课堂，提升学生的学习兴趣。对于极大的冲压件，传统的机床难以高效、柔性加工，采用机器人进行成形是国际前沿技术，也是学生们感兴趣的方向，可以提升学生对专业的兴趣和认可度。

（三）将信息技术融入到冲压工艺学课程

航空航天用冲压件与汽车、手机等民用构件有一定的差异性，而本校飞行器制造工程专业的学生毕业后85%以上会进入军工企业。所以，在课程讲授完毕后，以飞机制造的典型冲压件为样件，让学生开始课程设计，结合课程讲授的理论设计冲压件及模具，并以某一典型件加工模具，进行实际的冲压成形实验，通过全流程操作，使学生完全掌握冲压工艺学课程。

疫情背景下，大部分可以实际操作的事情，都难以实现。学生们无法进行实际的实验，也无法到航空航天院所进行实地实习，因此将信息技术融入到冲压工艺学课程成为必然趋势。

二、融合BOPPPS方法的教学课件设计

BOPPPS方法是目前国内外研究比较热门的课程设计方法，通过课前、课中和课后的多阶段、多手段的设计，实现高效率、高提升的教育教学活动[5]。首先，导入（Bridge-in）环节（见图1）是如何吸引学生开展学习的关键环节，合理的设计至关重要。比如，通过思政引领的形式，结合贪污腐败事件探讨手表为什么有的很便宜，有的却非常昂贵，由此引入微冲压新技术，可以有效提升学生的学习兴趣，实现理论、技术等知识的有效衔接与灌输。结合学生工作后的实际工作环境和案例进行目标（Outcomse）设计，让学生了解每堂课的知识点在未来工作的应用领域，提升学生们对核心知识点掌握的积极性。前测（Pre Test）主要是利用雨课堂和网络课程的形式，让学生提前预习每个课程的内容，对其中的疑难点进行了解，并做好记录，以备在上课时与老师进行沟通交流。对于课程讲授阶段（Participation），将采用多种信息手段形式，进行多样、互动、有效的参与式学习，下一節详细讲解。在课程中或者课程结束后，通过后测（Post Test）和总结（Summary）的方式加深学生们的理解和记忆。

三、多信息手段并行的线上教学

课程讲授阶段是整个课程实施的核心部分。针对疫情背景下学生不能到校而采用线上形式授课，进行了如下探索：

（一） 采用腾讯会议开展线上教学

依托腾讯云平台，开展教学。腾讯会议可以进行50人以上课程教学活动。课前老师提前建立一个微信群，预约腾讯会议号，及时通知学生上课时间。腾讯会议有语音识别功能，保证老师讲课时一直处于主屏线上窗口。基于BOPPPS设计的课程课件也可以通过腾讯会议进行实时播放，包括一些动图及实际生产过程的视频等，这样即使学生不在现场也可以更为直观地了解相关知识点在航空航天制造过程中的应用。此外，老师也可以通过PPT中的画笔功能进行公式的推导，引导学生一步步学习公式的推导过程。在20余人的小班级时，可以允许学生都开放视频模式，时刻关注学生们的学习状态，通过点名回答问题的方式，了解学生的学习效果。为了保护学生的隐私，学生开放视频时可以将背景修改为虚拟背景[6]。针对讲授过程中可能出现的卡顿、断网等问题，老师可以通过手机进行腾讯会议，出问题时利用手机进行及时沟通。

（二）采用雨课堂等进行线上教学

在利用腾讯会议讲授课程时，若学生人数超过50人，则网络传输时经常会出现卡顿等现象，严重影响学生听课效果，讲授效果大幅降低[7]。在进行50人以上的教学时一般会要求学生关闭视频，这时就无法实时掌控学生的学习状态和效果。雨课堂和学习通是专门针对教学而开发的网上教学平台，可以在课前准备与当前教学中讲解课程相关的习题，在讲解时按需发送到学生们的手机上，让学生答题，并实时关注学生们的答题情况，针对大家的薄弱环节进行在线掌握，并有针对性地开展更为细致的分析和讨论，使得学生以类似游戏的方式开展学习，提升大家听课的有效时间。雨课堂等还具有随机点名功能，在讲授过程中，针对一些核心点和关键点进行随机点名，确保每个学生都在听课，使得学生们随时都可以参与到老师的讲解过程，实现真正的线上教学新模式。

（三）引入虚拟仿真进行课程实验

虚拟仿真技术是近几年新兴的信息技术，通过AR、VR和数字孪生的手段[8]，将实际操作的实验搬到虚拟平台，在虚拟世界里实现冲压工艺学的常规实验（见图2）。比如，以飞机钣金蒙皮拉形实验为例，学生们随机分配到不同飞机拉伸蒙皮，锻炼其工艺分析能力，结合冲压工艺学课程进行零件的模具设计，根据零件特点线下设计模具型面和尺寸，在实验系统中选择合适的模具，通过虚拟平台设置工艺参数，模拟成形过程中拉形机上拉速度和形成，分析成形过程中相应的零件的厚度分布云图、应力分布云图、应变分布云图及FLD曲线，了解成形过程材料的塑性变形规律，最终实现与现实试样一样的实验结果。同时，虚拟实验解决了疫情期间学生不能到校的问题。

（四）利用虚拟平台关注学生的学习进度

学生们上课时对知识的记忆分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆，前两种记忆都很短，在1min以内。要形成长时记忆，除了课上的多手段教学，通过形象记忆、动作记忆、语义记忆、情绪记忆和情景记忆等增强学生的记忆外，课后的及时复习至关重要。结合德国心理学家艾宾浩斯的遗忘曲线，制作课程微课，上传至虚拟平台，让同学们按时完成相关微课的学习，并对微课后的习题进行解答，关注每个学生的学习进度，并利用交流窗口与学生进行及时地答疑解惑，确保学生对核心知识点的掌握形成长时记忆。并结合课程章节的特点，适时适量地布置一些手写的作业，让学生自己推导给定冲压件模具刃口尺寸、零件展开尺寸的公式推导及理论计算，并将相关结果传到虚拟平台，进一步加深学生对知识点的理解和记忆。

因此，结合航空航天类冲压件的需求背景，通过分析与综合、比较与分类、抽象与概括的教学手段，再利用腾讯会议线上教学能取得比线下教学更好的讲授效果;通过雨课堂和学习通等在线实时互动与交流，实时掌握学生学习状态与效率，并增强学生学习兴趣;结合虚拟实验，使学生沉浸其中，以游戏般的感觉完成枯燥的成形实验操作，提高学生们对课程理论知识的理解水平;并利用虚拟平台及时对知识点进行考核，提升学生的记忆水平和能力。

四、腾讯会议与雨课堂结合的线上考试

考试是检验教师教学成果和学生学习效果的有效途径，针对新冠肺炎疫情期间学生不能到校的情况，开展线上考试是合适的选择。目前，各类线上考试平台不少，但是冲压工艺学课程中模具设计与计算的公式多，线上考试会面临人数多、考试内容复杂的难点。为此，首先，采用雨课堂试卷编辑功能进行网上试卷制作，其中的公式编译器有利于公式的输入，也便于后续学生答题，相关的选择题、填空题和简答题可以采用模板的形式直接上传，提高试卷制作的效率;其次，利用制作的模拟试卷让学生提前熟悉题型、考试流程及计算题公式的输入和编写，并对学生们的网络进行检测，确保正式考试的网路顺畅;再次，考试前设置身份验证功能，通过人脸识别功能与学生的身份证照片和学生照片进行比对，确保学生本人参加考试。考试时学生利用电脑答卷，手机作为二机位布置在学生身后45°的位置，监控学生考试期间的环境;最后，利用雨课堂自带的作弊监测功能对学生的考试行为进行判断，确保考试期间无作弊现象发生（见图3）。在整个考试结束后，老师们可以在网上对学生的试卷进行评分，并可以设置答案公布时间（试卷批阅后多长时间），让学生及时了解自己答题错误的原因。当然相关的试卷可以进行下载，以备教务系统的监测和考核。

总之，通过融合信息技术的冲压工艺学课程线上教学模式探索与实践，学生们认为此新模式富有新意，大家学习积极性高，知识掌握程度高，通过虚拟实验实现了理论知识与工程实践的新体验。通过本课程的实施为未来专业基础课程的教育教学探索了新途径。

五、结束语

针对新冠肺炎疫情背景下，学校对冲压工艺学课程线上教学改革的迫切需求，在借鉴原有线下教学优势的基础上，采用融合信息技术，通过BOPPPS课程设计方法，融合多信息技术多教学手段的线上教学新模式，探索了冲压工艺学课程线上教学模式实施流程，在新冠肺炎疫情期间为学生提供了高效、高质量线上学习的新方法，教学效果优于传统线下教学。

参考文献：

[1]张应强，姜远谋.后疫情时代我国高等教育国际化向何处去[J].高等教育研究，2020（12）：1-9.

[2]曾倩，韦耿，蒙庆华，等.在新型冠状病毒肺炎疫情突发事件下高等教育的教学思考[J].高教学刊，2021（2）：10-14.

[3]冯秀芝，任艳玲，刘立萍.信息化环境下高等教育的变革与应对策略[J].教育教学论坛，2020（3）：66-68.

[4]李伟容.信息化背景下项目导向教学在职业英语课堂的发展研究[J].高教学刊，2020（26）：89-91.

[5]彭颖.基于BOPPPS结构的“金课”教学设计初探——以《财务管理学》为例[J].高教学刊，2021（4）：105-108.

[6]孙爱香，张立涛，张军.基于腾讯会议的翻转课堂在实验教学中的应用——以Java程序设计基础为例[J].黑龙江教育，2021（3）：35-36.

[7]陆竞艳，黄晓红，郑锦花，等.线上教学模式在病理学教学中的探索与实践[J].高教学刊，2021（5）：145-148.

[8]王军锋，费菲，聂迎春，等.COVID-19疫情下虚拟仿真化学实验开放教学模式探究和实践[J].高教学刊，2021（5）：30-33.