机电虚拟仿真实验教学新体系的构建—融合线上线下模式

孙平平 李守金 王桂杰

潍坊科技学院 智能制造学院 山东寿光 262700

【摘要】针对当前机电虚拟仿真实验教学存在的问题，构建一套新的虚拟仿真实验教学体系。该体系对接产业需求，摒弃已经落后于时代发展的验证型实验，整合现存的虚拟仿真实验教学内容，创新相关前沿课程的实验，将机电虚拟仿真实验教学新体系分为基础型实验、复合型实验和设计创新型实验三个阶段。同时借助网络教学平台，线上线下交叉融合，改革实验教学模式及评价机制，切实制订适合新型应用型本科院校学生学期特点的实验教学体系，为其它兄弟院校提供借鉴。

【关键词】机电；虚拟仿真；实验教学；线上线下

中图分类号:G482　　　文献标志码：A

0 引言

实验教学是利用仪器设备，在人为控制条件下，引起实验研究对象的内在因素发生变化，学生通过观察、测定、分析、综合、设计等获得知识、能力和素养的教学活动^[1]。

虚拟仿真实验是参考真实实验的操作平台，利用各种VR（虚拟现实）技术制作与真实实验相同的操作场景，并借助相关软件在计算机上实现操作。

潍坊科技学院作为新建应用型本科院校，所招收的学生知识基础薄弱、学习兴趣不高。为此学院因材施教，制订适合此类学生的人才培养体系，将课程的教学内容分为理论与实验，降低理论内容难度，提高实验内容占比，扩建专业实验室。学生通过做实验理解抽象、深奥的理论知识，这种“做中学、学中做”的教学方法相比在教室纯粹的灌输理论知识，不仅能提高学生的学习主动性，而且能激发学生的学习潜能。

1、机电虚拟仿真实验教学现状分析

1.1机电实验教学存在问题及解决方法

机电专业的实验教学不同于其它专业，实验原理抽象、复杂，实验设备规模大、成本高，操作具有一定的危险性，况且因为机电专业是大多企业需求的专业，所以学校招生计划多，在实验设备一定的情况下，学生数额多会导致每一个学生做实验的时间相对较少，学生反复练习的机会少，从而使得学生只学了皮毛不能真正掌握该项内容的核心，久而久之会使得学生理论知识体系掌握不牢，知识基础薄弱这一恶性教学规律。

针对此类问题，学院积极探寻“适合的才是最好”的教学方法，针对当前的教育信息化要求，建设虚拟仿真实验教学平台。虚拟仿真实验能将复杂、抽象、深奥的理论知识通过动画演示、虚拟加工等等虚拟仿真的形式展示给学生。学生也能借助虚拟仿真软件在虚拟仿真实验设备上操作练习，虚拟仿真设备是真实设备的虚拟体现，涵盖真实设备的结构、功能，学生通过虚拟仿真浸入式学习，不仅排除了机电专业实验设备操作的高风险、高污染性，而且能节约实验操作带来的大量的原材料的消耗问题，从根本上实现绿色、生态的实验教学。

1.2机电虚拟仿真实验教学存在问题

（1）虽然机电专业的实验已经借助虚拟仿真实验教学平台进行教学。但是因为没有建立一个有效衔接体系作为实验的参考，使得当前的虚拟仿真实验课程重合度高。

（2）其次，实验没有按照基础先行，能力跟进这一层层推进的原则进行，使得学生不能根据所学内容构建一套内容循序的知识体系，不符合教学规律。

（3）再次，机电虚拟仿真实验教学设置没有与时俱进，基础型实验较多，创新设计型实验较少，且没有将行业需求和创新思维导入到体系中，从而很难契合当下地方企业人才的需求度。鉴于以上问题，构建适合应用型本科院校学生学情的能满足地方企业发展需要的机电虚拟仿真实验教学新体系势在必行。

2.构建机电虚拟仿真实验教学新体系

按照人才培养目标，根据企业需求，依据基础先行、层层推进、有序运行的递进原则，机电虚拟仿真实验教学新体系主要包括基础型实验、复合型实验和设计创新型实验三个阶段。

2.1基础型实验

基础型实验涵盖机械原理、理论力学、材料力学、数控机床编程与操作、电工与电子技术、液压与气压传动、传感器原理与应用等多门课程。可借助各级各类虚拟仿真平台，虚拟仿真平台将真实的机器结构或实验设备进行三维建模并运动分析、虚拟运作，学生通过虚拟运动的机器或实验设备掌握抽象的、深奥的、难以想象的机器的工作原理，从而为以后的专业学习奠定基础。

2.2复合型实验

复合型实验涵盖机械设计、电子电路设计、先进制造技术、数控机床故障诊断与维修、虚拟样机技术、单片机与嵌入式系统原理、机器人技术及应用、工程测量与控制技术等多门课程，借助各类虚拟仿真教学平台、软件，使学生仿若在真实设备操作一样进行设备的运行、工件的加工，体现沉浸式学习的特点。

2.3设计创新型实验

在设计创新型实验中，学生以创新创业训练项目、各级各类科技竞赛等为依托，不同学科交叉融合，建立项目团队共同设计创新仿真平台。

比如机械、电子、计算机学科交叉融合，机械专业学生负责机械结构设计、三维建模、运动、动力可行性分析等；电子专业学生负责电气设备的选型、组装、布置等；计算机专业学生负责驱动程序编写等。团队成员专业配比合理，能力相当，团结协作共同研发与当地产业密切相关的产品，并实时投入市场运作，实现学校培养人才链与地方产业链对接，满足地方产业的人才需求。

学生一方面以项目、竞赛为契机学习了设计方法，提高了实践能力；另一方面团队协作完成的项目又为基础型实验、复合型实验提供新的虚拟仿真实验平台，科研反哺教学，从另一层面实现科研成果转化，从而形成了一套有机循环的生态教学系统。

3.探索机电虚拟仿真实验教学新模式

3.1线上线下交叉融合推进机电虚拟仿真实验教学运行

后疫情时代，线上线下教学模式成为主流。线上教学模式有助于教师根据学生的能力层次因此施教。因学生良莠不齐、能力不等，教师可根据教学内容的难易程度录制教学视频，线上发布教学资源。教师讲授还是以线下为主，但是可以将课程教学内容分模块发布到网上，线下没有掌握的同学可以线上继续学习，线下掌握的同学可以线上学习该知识模块的拓展项目，提升自己的能力。

潍坊科技学院近两年已经与超星学习通、智慧树、省联盟等网络教学平台建立了良好的合作关系。早些年很多老师也因教学需要创建了雨课堂、云班课等线上教学模式。这些线上教学的实践经验，能为虚拟仿真实验教学提供模式参照。

3.2 探索线上线下交叉融合的的过程管理及考核评价机制

据调研，机电专业大多数实验还是传统的做实验、写实验报告，以实验报告的平均成绩赋分总评成绩。这种评价模式单一且方便学生作弊，学生在未有效完成实验的情况下依旧可以参考网上或其他同学的实验结果来撰写实验报告。

笔者探索新的过程管理及评价反馈机制，教师将线上学习成绩与实验报告成绩按照一定比例赋分给学生作为总评成绩。这种过程形成性评价促进了实验教学质量的提高。

4.结语

实验教学改革是高校教学改革的主要方向，潍坊科技学院机电实验教学遵循“立足区域，服务地方制造业”的办学宗旨，构建一套虚拟仿真实验教学新体系。该体系包含基础型、复合型、设计创新型实验三个阶段。同时改革实验教学模式，以生为本，借助网络教学平台，线上线下交叉融合，并借助教学平台实施过程性考核，与传统的终结性评价合理配比，完善考核评价机制。

参考文献:

[1]熊宏齐.虚拟仿真实验教学助推理论教学与实验教学的融合改革与创新[J].实验技术与管理,2020,37(05):1-4+16.

基金项目：潍坊科技学院2020年校级本科教学改革项目“融合线上线下教学模式的机电虚拟仿真实验教学新体系的构建”（项目编号：BK202009）

作者简介：孙平平（1977,9-），女，汉族，硕士，副教授，研究方向实验教学管理