“线上+线下+虚实结合”混合实训教学模式的探索与实践

仇高贺，余 俊

（温州职业技术学院，浙江 温州 325005）

“中国制造2025”战略明确提出把“智能制造”作为主攻方向，大力推进“制造大国”向“制造强

国”转变[1]。企业自动化、智能化发展已经是大势所趋。未来的自动化从业人员对此领域的设备和控制都必须有足够的专业知识储备。但是目前国内大多数职业院校自动化实训课程采用“理论+实践”教学模式，在授课安排中理论课时多、实践课时少，理论知识晦涩难懂，与实际应用脱节，在操作过程中也无法将知识灵活运用，教学效果不太理想，导致高职自动化专业的人才培养问题日益凸显，人才供需出现“结构性失业”现象。众所周知，课程教学是影响职业教育发展的关键因素，是许多职业教育问题的根源，教学改革往往可以迅速解决职业教育中的许多重大问题[2]。如果课程重视关键能力培养，将关键能力培养渗透专业课程，就可以在一定程度上解决自动化综合实训课程建设开发与实际自动化职业岗位能力需求不一致的问题，帮助高职学生精通强化关键职业专业能力，以更好地胜任毕业后的工作岗位[3]。

自动化实训课程在国内外的长久发展与革新中，已经拥有悠久的历史发展内涵和较为健全的课程体系[4]。杨铨认为教师在实际教学过程中可以采取“四层一贯穿”的教学模式，所谓四层就是指岗位技能、实训模块、专业理论以及公共课程等，而“一贯穿”则要求将这些内容结合开展，进而更好地帮助学生获得全面专业提升[5]。李智等认为自动化生产线教学应当使用任务驱动教学法，可以让学生在完成“任务”的过程中，培养分析问题、解决问题的能力，培养学生独立探索及合作精神[6]。自动化实训课程的教学内容会明显带有与时代发展有关的特色，这种紧随时代发展的趋势特征是其他专业所不具备的，不管是对社会发展还是对人民生产生活都发挥着重要的导向作用[7]。近年来，伴随着信息技术的高速发展，虚拟仿真技术逐渐受到广泛重视，是可以应用于教学过程中的一类新兴技术，其对真实生产等环节的高还原度和操作过程的高自由度，让使用者可以系统全面地对模拟对象进行学习。采用先进的虚拟现实技术可以激发学生的学习兴趣，培养学生独立思考和自主学习的能力，同时还弥补了高职院校实训场地紧张，设备少、旧、简陋等缺陷。朱力杰等对酸奶生产线教学开展虚拟仿真教学取得良好效果[8]。温州职业技术学院自动化专业“自动化生产线综合实训”课程以就业为导向，以“以学生为中心”的线上、线下、虚实结合的混合式教学模式实践，全面开展线上知识传授及仿真任务实施、线下自动化生产线综合实训及知识内化、虚实结合全方位实现学生对于自动化生产线综合实训课程的职业能力培养，以期培养满足实际企业需求的自动化技术创新性人才。本文以温州职业技术学院“自动化生产线综合实训”课程为例，对基于“线上+线下+虚实结合”混合教学模式实践做进一步探讨和验证。

一、教学模式设计思路

1.实训内容源于企业，服务于岗位

自动化综合实训课程的培养目标是要培养面向生产制造企业或自动化设备生产企业的设计、研发和维护等项目工程师，因此必须做到课程设计知识体系和能力培养等实训内容来源于实际企业活动，服务于实际岗位需求。实训内容来源于企业活动，可以培养学生职业意识，使学生学有所长，学有所专。服务于实际岗位需求，使学生可以学以致用。“自动化生产线综合实训”课程，要求学生掌握自动机或自动线的设计、安装、调试、操作和维护，以及自动化元器件选型、自动化生产线调试与维护等基本知识和技能，深入贴合实际企业活动，满足实际岗位需求，达成以“职业为导向”的教学目标。

2.教学空间场地转移，线下、线上有机结合

在传统线下场地教学中，教学内容固定，教学方式单一，学生比较被动。再加上自动化综合实训课程往往依托设计定型的成套自动化设备，为方便教学组织，一般采用快速拆装式综合实验台，实训多为验证性或演示性的实训项目。线下场地教学环节中学生独立思考空间小，动手能力锻炼不足。学生只能模仿老师拆装或运行，却不知道其中的原理，实际设备稍有变化，学生就不知所措。线上虚拟仿真实训与线下实际场地综合实训相结合，可以有效地将知识点串连起来，扩展学生知识视野，才能适应当今自动化技术快速发展的趋势。将线上虚拟仿真实训课程安排在前期，让学生真正理解知识点，同时既可以保障学生人身安全，又可以很好地维护设备，最重要的是让学生理解自动化设计、维护的原理。虚拟仿真为线下场地实训做足前期准备，同时又能够激发学生学习的主观能动性和创造性。

3.虚实结合，混合式教学模式成果考核评价

采用“线上+线下+虚实结合”教学模式来实现自动化实训课程教学，整合线下和线上教学的软硬件资源，为学生自主学习创建“一二三四”的教学体系：一个中心——以学生为中心；两个结合——线上线下两种空间结合；三个层次教学——基础性实训、综合设计性实训、研究性实验三个层次教学体系；四位一体教学策略——“做—学—教—研”四位一体的教学策略实施。混合教学模式下教师对学生的考核不仅仅追求评价结果，更要将评价过程纳入评价体系，鼓励学生重视学习过程中自身能力和综合素质的提升。一是评价指标多元化，从虚拟仿真实训与三维产品设计、元器件选型、线下场地实训和实训报告等多个维度来体现学习结果；二是依据教学内容的难易程度，注重过程考核比重，强调学生动手能力所占分值；三是引入创新思维考核，着力培养学生独立思考、自主学习、产品设计和标准件选型等的能力。

二、“线上+线下+虚实结合”混合教学模式实践与成效

温州职业技术学院自动化生产线综合技术依托亚龙YL-335B 型自动生产线装备作为实训平台，平台由机械手输送单元、供料单元、装配单元、加工单元和分拣单元5个单元组成。各单元的基本功能为：机械手输送单元通过伺服驱动准确地找到目标工件并抓取然后输送到指定地点；供料单元向系统提供杯型原料；装配单元将芯件镶嵌到供料单元提供的杯型工件中心的空腔内；加工单元将镶嵌好的芯件和杯型工件放到冲压机构下面，模拟完成一次冲压成型工作；分拣单元按照杯型工件和芯件的材料属性（材质和颜色）进行分拣，使不同颜色和材质的工件从不同的料槽分流。这样便实现了自动化生产输送、装配、加工、分拣目的，模拟一条小型生产线工作过程。

1.根据企业岗位特性需求分解，构建职业导向教学内容

本课程的教学模式方向，是以实际企业活动为依托，最终服务实际岗位需求。打破理论授课式的学科型课程体系，以自动化企业人才需求和岗位设置为出发点，整合教学资源形成线上、线下“一体两翼”式教学模式。所谓“一体”是指以学生为主体，“两翼”是指线上线下两个学习空间，它们相互协同，促使学生进行自主学习。混合式教学模式想要取得事半功倍的效果，课程虚拟教学平台的搭建尤为重要。虚拟教学平台的建设，打破了时间与空间的约束，给予学生线上独立学习的机会，在模拟的实践环境中亲身经历企业真实的岗位工作流程（详见表1）。线下场地实训平台后续跟进促进培训模块实践进行有效衔接，而任务驱动项目则成为资源共享的纽带，激发学生为解决实际遇到的各种问题而产生学习动力，有利于培养出知行合一的技术技能型人才。

表1 不同教学内容对应的工作岗位

模拟企业分工，根据学生兴趣分成几个小组：每个小组包括若干名机械设计工程师、电气工程师、设备维护工程师、生产工程师和销售工程师，自动化生产线考核环节是以不同组作为项目考核，模拟不同企业从非标设备营销、投标、生产线设计、组装到安装调试整个过程。通过实训环节学生能够理解不同岗位需要哪些技能和素质，有利于学生提前适应企业对于不同岗位职责的要求。

2.有机结合线下、线上教学资源，实现教学空间转移

（1）教学空间转移，突破线下实训场地限制。克服场地受限、设备缺乏等问题，尤其是在疫情严重，学生无法返校时，通过线上虚拟仿真软件将自动化生产线需要的知识内容加以讲解并提供练习。实践证明虚拟仿真教学能直接有效地提高学生的技能水平，具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点，可以解决无法返校开展线下实训的难题，同时也开辟一条教学实践新思路。

（2）线上教学示范，学生全方位模拟岗位任务。教学环节教师集中示范，然后学生分组学习， 建立团队、分工合作，线上全方位掌握不同岗位上的不同任务，模拟仿真各种工种的实操练习。例如使用FluidSIM软件可以把液压回路、气动回路、电气控制等模型有效结合。FluidSIM仿真不仅可以实现实训教学，还可按照实践要求编写出实训指导说明书，让学生根据实训要求，独立在计算机上进行气压传动与气动回路的设计及其电气控制和模拟运行。能让学生有效地将电气控制和气压传动结合起来，将碎片化的知识综合起来，保证其原理正确，在仿真成功之后，再让学生在自动化生产线335B上进行组装和调试。这样做不仅可以解决实训设备少、学生动手实践机会少的问题，而且能够提高学生参与的主动性。实践证明，这样后期场地实操效率大大提高，从而提升场地实训教学效果。

线上仿真软件多具有用户界面直观、采用图形操作界面、面向对象设置参数、易于操作等特点。特别是由于2020年新型冠状病毒肆虐全球，许多高校都使用仿真软件开展线上教学，取得良好教学效果。线上虚拟仿真教学还可以弥补设备不全给学生带来的知识认知偏差。例如电磁振动盘在自动化生产线供料系统得到广泛应用，尤其在小五金、小塑料件、医疗用品等供料中，而亚龙生产线335B却缺少这样的关键设备。

3.虚实结合，混合式教学模式成果考核评价

（1）虚拟实训平台融入教学考评环节，生产岗位特质植入教学考评始末。使用南京工业职业技术学院开发的生产线综合虚拟实训平台可以进行生产线安装、调试实训。该平台具有两大模块，一个是安装部分考核，另一个是编程部分考核。安装部分有8个子模块：供电检查模块、生产线5个子单元安装模块、气路安装模块、电路安装模块。在场地实训中由于受到场地、人员、空间限制，往往不能让在场学生全部看到教师正确示范，更谈不上让学生理解其中的知识点。由于综合虚拟实训平台的加入，教师可以在线上虚拟仿真平台演示给所有学生看，学生边听边练很快就能够掌握相关知识点，取得很好效果。编程部分考核提供不同类型的PLC，通过编写PLC程序进行虚拟调试与仿真，学生能快速掌握PLC编程技巧。线上虚拟考评可以突破时间和空间限制，提升学生学习的自觉性，线上考评分纳入也提升了学生学习动力。

（2）突破空间考核限制，细化职业能力考核标准。由于受到资金和场地限制，学校不可能提供过多与生产线相关的设备。即便有这样的设备，由于自动化设备动作速度快，学生也无法看清设备动作过程，更谈不上搞懂设备原理。这就无法开展后期自动机的设计与维修，也无法针对学生学习状况进行考评打分，而虚拟仿真技术可以及时弥补这一点。

（3）线下实际考评不可或缺。返校复学后，教师根据线上虚拟仿真教学效果及时查漏补缺，重点讲解和练习线上教学中学生还存在问题和疑惑的知识点。教学实践中把学生将来工作中的技能要求进行适当分解，在实训过程中把技能点与每一节课的每一个知识点进行充分的融合，实现培养学生职业技能的目标。在最后课程考核环节突出职业技能考核项目，细化各项职业能力考评标准，从而提高学生学习的导向性，深入对职业技能的理解和认识。

4.教学模式成效

（1）“线上+线下+虚实结合”教学模式让学生学习的积极性和主动性大大提高。采用“以学生为主体、重真实性、重实践性”的教学模式，线上虚拟仿真环节的加入极大提高了学生参与性和存在感，调动了学生的学习积极性和主动性。每次课堂都设定明确的学习任务，学生有明确的实训作业指导书和需要完成的具体技术指标，这对课堂教学质量的提高非常有帮助。教学模式转换后课堂任务完成率、课后作业及时完成率、课堂参与度都得到极大提高。

（2）专业教学良好率和专业认同率明显提高。以温州职业技术学院机电一体化专业两届学生的自动化生产线教学成绩做对比，2017级学生同期没有疫情也没有采用混合教学模式，而2018级学生采用“线上+线下+虚拟仿真”教学模式，2018级学生没有一人重修，2018级学生课程平均成绩比2017级平均成绩提高了12.5%，数据说明采用混合教学模式使得学生不但没有受到疫情影响，而且成绩有所提高。从2018级学生调查问卷中可以看出学生的学习成就感提升23%，学生主动学习积极性大大提高，形成良性循环，有利于学生将来充分就业。

（3）设备维护成本大大降低。经过前期线上虚拟仿真教学环节，学生已经基本搞懂生产线各个模块知识内容，后期只是做针对性讲解和重点演练，避免学生野蛮拆装造成设备损坏情况。设备维修费用环比减少84%。

三、结论与建议

长久以来，对教育工作者而言，发现和培养创新人才是职责所系。当中国特色社会主义进入新时代，新时代背景下的创新型技术人才的培养问题迫在眉睫。自动化专业的“自动化生产线技术综合实训”课程知识结构复杂、知识点多、课时有限，因而需要对知识点和技能点进行梳理。电工电路、传感器技术、PLC和变频器技术、液压与气动技术等知识内容需要在“自动化生产线技术综合实训”这门课上进行整合与实现。本课程通过“线上+线下+虚实结合”混合实训教学模式实践，实现高职院校线上、线下、虚实结合教学模式三者之间的有机联动，以此打破教学时间和空间上的限制，针对岗位实际能力需求，紧密贴合实际企业岗位需求，把握岗位任务和教学内容的紧密联系。为了更好地达到教学实践目标，还需要重点把握以下四个问题。

1.充分发挥学生主体性作用

在线上课程导入项目时，教师只是起着任务引导过程中答疑的作用。学生是主体，学生有权与教师进行设计方案和结构的辩论，从而激发学生的学习兴趣和创新性。

2.教师需要密切联系实际

线上教师不只是讲解亚龙335B生产线设计，还应该将学生喜闻乐见的自动化生产线案例或教师参与过的企业真实项目进行讲解，这样才能抓住学生的兴趣点，提升他们的研究热情，才能更好地在课程中开展项目化教学，更好地对学生进行指导，从而有效地提高教学质量。

3.发挥过程化教学作用

在教学过程中，动态地展示实训成果逐步引导学生思考，无论采用哪种教学方法，都将产生良好的教学效果。另外线上虚拟实训过程中教师要适时地进行总结和补充，并适时给以学生鼓励和督促，以提升学生学习的士气。认真批改学生的线上作业，对学生出现的问题及时纠正，对抄袭学生要多督促，才不会出现线上学习懈怠的问题，对学习落后学生开展有针对性的教学辅导是必不可少的。

4.虚实相互结合、取长补短

线上虚拟仿真实训教学是实现教学资源共享的重要方式[9]。在虚拟情境中进行仿真训练，可以让学生快速成长，大大缩短学生从校园到工厂的适应时间，激发学生学习热情、降低教学成本和提高教学效果，为企业输送更多更好的高技能人才。但是线上虚拟实训不能完全替代线下场地实训，因为场地实训具有更直观、更真实等特点，应该把两者有机地结合起来。先进行线上虚拟仿真实训教学，让学生理解生产线基本概念和扩大学生知识视野，然后开展线下场地实训，查漏补缺讲解和练习虚拟仿真还需要加强的知识内容。线上虚拟实训和线下场地实训两者相辅相成才能更好地完成教学目标。

采用虚拟仿真技术部分或完全替代实操的教学模式，融合前沿信息技术与教学研究成果，一定程度上可以缓解教学内容对真实物理环境的依赖。借助虚拟技术，生成一种虚拟环境模拟现实世界，使用户沉浸到该环境中进行相关技能的学习模式。在“自动化生产线综合实训”课程中开展“线上+线下+虚实结合”教学模式实践，鼓励和指导学生有机参加线上线下各类教学内容，有利于强化职业能力培养的成效。