线上线下、虚实结合的多元化实践教学模式探索——以“液压与气压传动”课程为例＊

袁加奇，范骏，陈为，郦银花

（江苏开放大学信息工程学院，江苏 南京 210036）

随着机电液一体化技术的不断发展，该技术在国民经济的各行各业得到广泛应用，特别是在高新技术装备中尤为突出，成为国家工业水平的重要评价标准之一[1-2]。液压与气压传动技术是联结机械控制与动力传递的重要纽带，掌握好液压与气压传动理论知识、实践操作及相关控制技术是高校机械类专业学生必须具备的专业技能[3]。为了让学生更好地掌握本门课程的内容，提高学生的操作实践技能，教育教学工作者通过探索与实践对该课程的实践教学提出了许多行之有效的建议，如通过利用项目式教学、信息化手段、虚拟仿真软件、AR 技术等[4-7]。本文以上海数林软件有限公司开发的“液压与气压传动”虚拟实训平台为例，对“液压与气压传动”课程教学中的线上线下、虚实结合的多元化教学模型进行了设计与实践。

1 “液压与气压传动”课程教学现状

“液压与气压传动”课程是一门实践性较强的课程，而在实际教学中，教师往往注重于前面液压与气压元器件的基本部分内容讲解，因为这些基础内容是后续学习液压和气压回路以及开展实验实训、课程设计的基础。但由于课程的教学课时有限，而“液压与气压传动”课程的知识体系封闭，难以与其他相关课程相结合，存在理论与实践脱节的问题。高校因经费、场地等原因，普遍无法购置足够数量的液压与气压传动试验设备，在课堂中让每位学生实际独立安装和调试设备的时间很少，因此实践教学往往效果不佳。考虑到液压试验拆装维护不便以及安全性等问题，而“液压与气压传动”又与“机械传动”“电气控制”“PLC”“检测技术”等多门专业课程联系密切，难以开展创新性试验，限制了学生自主能动性的发挥。学生如果对液压与气压实验装置操作不熟练，无法正常完成实验项目，且与实际工作相脱节，就无法激发学生对本门课程的学习兴趣，不利于正常实践教学环节的开展。因此，能够在有限的课堂教学内，充分利用学生的业余时间，让学生能够充分地学习好液压与气压传动技术及其实际应用的内容显得十分重要。

2 “线上线下、虚实结合”教学模式的设计

在“液压与气压传动”课程教学中引入管理学通用模型PDCA 循环。将课程的教学过程分为4 个过程：教学准备（P）、教学实施（D）、教学检查（C）和教学反思（A），如图1 所示。在教学准备阶段，教师设计教学内容，将课程内容碎片化，并将相应的教学视频、PPT、讲义、动画等内容上传至超星学习通平台。同时在平台上发布主题讨论、在线测试、作业任务等内容。教学实施过程是教学的主要阶段，分为课前、课中、课后3 个环节。课前教师通过平台或QQ 发布实训任务，学生通过虚拟实训平台进行虚拟实训练习；课中，教师组织学生在课堂中完成线下实训任务；课后利用业余时间通过QQ 或腾讯会议进行答疑和检查。教学检查是对学生的学习过程进行检查和反馈，以过程为导向，鼓励学生积极参与课程学习。教学反思是对教学过程中出现的问题进行及时调整，对薄弱的环节重点设计，进一步优化实践教学过程。教学反思后又重新进入教学准备阶段，形成PDCA 循环。

图1 PDCA 实践教学模式的设计

3 “线上线下、虚实结合”实践教学模式的实现

3.1 线上线下混合式教学

依托超星学习通平台，将课程内容设计整理，碎片化后制作成相应的视频、PPT 及文档，并上传至超星学习通平台，如图2 所示。制作教学视频40 个，总时长超600 min。学生的学习活动均占相应的权重，包括签到、观看视频文档、主题讨论、课堂互动、作业、测试等。

图2 线上教学资源

3.2 虚实结合的实践教学

为充分利用学生业余时间学习，增加学生平时参与实训的时间，满足学生随时学随地学的需要，激发学生的学习兴趣，并提高线下教学的效率，实现从虚到实，再从实到虚的衔接，江苏开放大学与上海数林软件有限公司合作开发了“液压与气压传动”虚拟仿真实训平台，如图3 所示。根据“液压与气压传动”课程的教学目标，并结合实际液压与气压传动试验台，课程共设计36 个实验项目，其中液压传动部分24 个实验项目，气压传动部分12 个实验项目，包含液压与气压传动的基本回路、典型回路、液压与气压回路的设计以及相关电气控制方面的知识。

图3 “液压与气压传动”虚拟仿真实训平台

下面以“实验一：用换向阀的换向回路”为例，介绍一下虚拟实训的设计流程。考虑到学生对课程内容的掌握情况不同，根据实验的难易等级，把实验主要分为3 个子实验，分别是试运行、换向回路连接实验和综合设计实验。每个子实验包括实验装置、实验报告以及相关知识3 个部分，具体如图4、图5、图6所示。

图4 液压传动实验装置

图5 实验报告

图6 相关知识介绍

在实验1.1 试运行子实验中，学生需要在实验装置上操作3 种液压换向回路的试运行，观察运行结果，分析和比较3 种液压换向回路的特点，完成实验报告并提交。试运行子实验主要考察学生对液压元件的外形结构、工作原理和连接方式；考察学生对液压基础知识的掌握情况，巩固所学的理论内容。

在实验1.2 用换向阀实现的换向回路安装调试子实验中，学生需要能够读懂各液压元件的图形符号、液压回路的原理图，并能够分析换向回路的运行运力，根据原理，完成液压回路的安装、连接、检测和运行，并完成相应的实验报告。实验1.2 用换向阀实现的换向回路安装调试子实验主要考察学生对液压控制回路的分析能力。

在实验1.3 电磁换向阀实现的换向回路安装调试子实验中，学生需要选用电磁换向阀实现换向回路原理图选用液压元器件，并进行液压回路及电气回路的安装与调试。实验1.3 电磁换向阀实现的换向回路安装调试子实验主要考察学生对目标任务的分析、理解和设计能力，并激发学生的创新意识。

为了加强学生对本门课程的学习，以及本门课程与其他课程联系，还设计了拓展性及开放性的实验项目，如可编程序控制（PLC）电气控制实验：机-电-液一体化控制实验，自行设计、组装和扩展各种典型回路实验。虚拟仿真实训平台与实际液压与气压传动实验平台相互结合，学生从在虚拟仿真平台上熟悉回路工作原理，到线下实验的操作验证，再到虚拟仿真平台上的巩固练习，“虚—实—虚”的循环不仅解决了学生随时随地学的问题，同时还解决了硬件设备条件不足，还能结合实际案例不断拓展创新。 液压与气压实验台如图7 所示。

图7 液压与气压实验台

4 总结与讨论

在“液压与气压传动”课程中采用线上线下、虚实结合的多元化教学模式，并在教学过程引入PDCA循环，以教师为主导，以学生为主体。依托超星学习通平台实现线上线下混合式教学，虚拟仿真实训平台与线下实验台相结合，实现“虚-实-虚”的良好循环。有效解决了课程学时不足、实训条件不够、理论内容枯燥等问题，同时还采用多元化的考核评价机制，丰富学生的学习形式，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习主动性，拓展学生学习的专业知识与课程衔接。本课程的教学模式在2018、2019 级工业机器人技术、机电一体化技术专业学生中广泛推广及持续改善，教学效果得到显著提升。