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机械类实验课程线上探索与组织实践探究

2021-03-12 83 上传者：管理员

摘要：新冠疫情下，为了保证实验课程与线上理论课程同步，机械类专业进行了线上实验的探索与组织实践。在学校和学院的积极引导下，机械类线上实验课程分别从虚拟仿真教学云平台、规划实验教学模式、制定实验教学方案、学生书写实验报告并反馈、学院建立线上实验质量督导等方面进行了探索及实践，保证了全院近600人次的线上实验顺利实施，使学生的知识、能力和素质得到培养，同时为理工实验课程的线上与线下结合模式的推广应用提供参考。

关键词：
云平台
实验课程
线上与线下结合模式
线上视频与直播
闭环反馈
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引言

为落实教育部《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》的要求，各大高校均进行了在线授课、实验和网络实习等。实验课程作为理论课程的重要组成部分，对提高大学生的实践能力和创新能力具有重要作用。特殊时期多数高校针对专业特点进行了实验教学的实施。

北京理工大学张建卫教授对疫情期间教学互动、家庭功能和自主动机对学生在线学习投入的影响进行了研究，并提出了相关对策和建议[1]。陈晶等通过腾讯会议与雨课堂结合的线上教学策略，达到了会计类课程线上教学的目的[2]。唐艳妮等针对大学物理实验的特点，总结出先虚后实、先理论模拟再动手实践的工作和学习思路，提出了基于慕课资源-仿真实验-设计研究-趣味演示的一系列居家实验方案和实践方法，充分利用了在家可利用资源的优势，体现了线上与线下混合、先学而后教的翻转课堂模式[3]。与此类似，西北工业大学闫毅等利用QQ群分享屏幕与视频直播的学习平台，通过在线讲授理论环节-开发居家替代实验-游戏式实验等实验形式，结合虚拟仿真实验，展开了理论-实践，与虚拟-现实相结合的在线实验教学新方式，同时学生得到了劳动教育[4]。以上线上实验教学方法利用了网络教学平台与学生在家的优势，达到了实验目的。而机械类专业基础实验工具在家很难做实验，且相对复杂。因此，学院开展了实验云平台模拟以及线上直播等不同的教学形式。

济南大学机械工程学院实验室根据疫情期间的实验教学要求，在具备专业认证的实验室安全要求的基础上[5]，结合前期使用翻转课程进行理论教学的经验[6]，进行了线上实验的实践探索。线上实验包括实验云平台的运用、线上视频和直播的教学模式、教学方案的制定，以及实验报告书写及反馈等，通过线上实验的具体实施，将为探索机械类实验课程线上与线下相结合模式的应用奠定基础。

一、线上实验探索

新冠疫情防控时期，学生因无法返校而无法进入实验室参与具体实验过程，济南大学虚拟仿真教学云平台的上线为部分实验的实施提供了条件。为弥补另外一部分实验无法在云平台虚拟操作的不足，实验室老师们制定了“线上视频+直播”的教学方式，从教学模式的制定、教学方案的实施，再到学生书写实验报告的要求均制定了细致的规范。根据前期实验报告的情况，通过闭环反馈，可为后期实验的进行提供参考和依据。线上实验与组织实施结构如图1所示。

图1线上实验与组织实施结构图

线上实验的教学质量是保证学生获取实验知识、提高实践能力、培养良好素质的关键，因此建立有效的线上实验质量督导制度十分必要。学院根据实验类型及时间安排，安排督导委员会成员老师参与线上实验过程，督导老师会及时反馈关于实验过程中的问题，特别是涉及到图片、视频、直播过程中声音等，保证在家的每位学生均可看到、听到和学习到所涉及的实验过程、实验内容和实验结果。

二、线上实验课程组织与实施

根据机械类实验课程的特点，结合学校和学院现有的可进行线上实验的条件，将实验可分为云平台仿真模拟实验和“线上视频+直播”两种实验方式。另外，实验是充分理解理论知识的关键过程，也应是一个闭环的授课过程。因此，在评价线上实验的效果时，除了按照要求手写实验报告外，还需要对实验过程进行评价，以便实验老师掌握线上实验的效果，用以调整实验的内容、方法和方式。

（一）云平台仿真模拟

虚拟仿真教学云平台包括实验概述、讨论交流、浏览量、学习人数和实验通过人数等互动和数据统计部分，进入“开始学习”虚拟实验后，首先为该实验知识点的介绍，包括图片和文字；其次为各个分实验的实验介绍和虚拟“开始组装”部分。该虚拟仿真教学云平台可完成机械制图、机械设计、机械原理、机械制造技术基础等课程实验。教师通过查看使用详情，可掌握学生的虚拟仿真操作的整体情况，从而有针对性的对实验过程中的难点、重点知识进行答疑。

（二）“线上视频+直播”实验

线上实验过程采用以学生为中心，以产出（实验报告）为导向的教学模式。具体的教学方案包括实验前的图片、视频引导；实验中的教师讲解与实际操作、学生可实时提问、画图记录等；实验后的实验报告书写、提交等，共同组成闭环的教学过程。

考虑学生进行理论知识学习已经有段时间，因此实验前结合所做实验的机械实物进行简单的知识梳理。为此，实验前通过图片或者2分钟内的实验室设备视频简介的形式，结合老师的配音讲解，对所进行的实验设备名称、实验名称、实验考查知识点、实验内容进行一一说明，使得学生更易将理论知识与实验实物相结合，并通过实物强化对知识的理解和掌握。另外，该视频在学生QQ群中可随时学习、反复学习，让学生学习更方便。

图2云平台仿真环境、知识点、学习统计

图3实验设备、仪器图片

图4实验前短视频简介

图5学生实验报告提交情况

实验过程中，教师根据实验类型进行实际操作，并给定学生一定的实验数值范围，在直播实验操作时，引导学生就关键步骤进行绘图与计算、并结合学生的疑问点，进行现场解答和分析，加深学生知识内化的过程。

（三）实验报告及反馈

实验报告是对实验过程及知识点梳理的总结。为了提高学生知识内化和知识建构，同时加深理解，要求学生用手写实验报告的形式进行，通过课堂派提交手写板照片，为使得所拍出的实验报告更清晰，建议学生拍照后用扫描软件扫描后上传。图5为学生利用课堂派交实验报告的情况，图6和图7分别为手写板和计算机绘图实验报告。

图6实验一：车刀几何角度测量实验报告

图7实验二：车床静刚度的测定实验报告

通过实验报告的完成提交情况、书写质量可反映学生线上实验的态度及掌握情况。通过线上实验的每一实验近600份的实验报告，结合学生在QQ直播群的反馈，验证了用“线上视频+直播”的形式可以很好的完成实验过程，实验报告完成的及时、完整、准确。通过学生的反馈，证明了在特殊时期利用该种实验模式的可行性、可实施性。

三、结论

新冠疫情下机械类实验的线上实验模式包括云平台仿真模拟和“线上视频+直播”两种，两者的结合实现了学生在家做实验的目的，主要结论如下：

(1）云平台仿真模拟通过知识点梳理、模拟操作，使得学习更直观、深入。

(2）“线上视频+直播”实验将线上视频与教师实际操作相结合，使得学生对实验内容和过程理解更清晰。

(3）手写板实验报告、绘图等，将整个实验过程组成一个闭环反馈系统，培养了机械类专业学生将理论知识和实验实践结合的能力。

该实验教学模式使得学院近600名学生顺利完成实验，该探索与实践将为理工类线上与线下实验的实施提供参考。

参考文献：

[1]张建卫,周愉凡,宣星宇,等.疫情防控期高校在线教学与学生发展:基于B大学的案例研究[J].中国高教研究,2020(06):64-71.

[2]陈晶,杜俊娟.实验课程线上教学方式探究———基于会计信息系统课程改革[J].时代金融,2020(18):151-152.

[3]唐艳妮,李雪琴,赵云芳,等.疫情中的大学物理实验线上教学探索[J].物理实验,2020,40(05):31-35.

[4]闫毅,颜静,姚东东,等.“高分子材料合成创新实验”线上教学探索与实践[J].大学化学,2020,35(05):249-255.

[5]迟清,张义花,房纪涛,等.面向专业认证的实验室安全规划与实施研究[J].高校实验室科学技术,2019(02):101-104.