摘" 要：采用基于虛擬仿真技術(shù)的線上線下混合教學(xué)模式，將課外實踐和課內(nèi)問題進(jìn)行有機融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，以發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力為理念，提高課程教學(xué)質(zhì)量。文章深入研究了虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，探索了基于仿真技術(shù)的線上線下混合式教學(xué)模式，提出了新工科專業(yè)課程教學(xué)改革的具體實施方案，促進(jìn)相似課程的教學(xué)改革實踐，完善混合式教學(xué)模式，為我國進(jìn)一步實施基于虛擬仿真技術(shù)的線上線下混合教學(xué)模式奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；混合式教學(xué)；探究與實踐；實施方案

中圖分類號：H191" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2023）02-0033-04

當(dāng)今世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正處在取得重大突破的歷史關(guān)口，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)新應(yīng)用新業(yè)態(tài)方興未艾［1］，這些新技術(shù)發(fā)展對創(chuàng)新型人才的需求正在推動高等教育發(fā)生深刻變革。面對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及近年來新冠肺炎疫情的影響，信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合的混合教學(xué)模式越來越受到大家的重視，如何充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，解決傳統(tǒng)教學(xué)模式在實踐環(huán)節(jié)中的缺失是當(dāng)前教學(xué)改革研究亟待解決的問題。傳統(tǒng)工程教育的培養(yǎng)模式、課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法等與信息及相關(guān)領(lǐng)域新知識產(chǎn)生與應(yīng)用的快速發(fā)展不夠協(xié)調(diào)，傳統(tǒng)工程教育模式已經(jīng)不能完全適應(yīng)新技術(shù)新應(yīng)用新業(yè)態(tài)的需要［2］。

隨著虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展，通過匯聚豐富的線上教學(xué)資源，采用線上和線下相結(jié)合的教學(xué)方法，既能體現(xiàn)教師啟發(fā)式、探究式教學(xué)，又能充分調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性，實現(xiàn)提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)。本研究通過對虛擬仿真技術(shù)的分析，結(jié)合仿真實驗教學(xué)的特點，將線上資源和線下教學(xué)經(jīng)驗相結(jié)合，構(gòu)建了基于虛擬仿真技術(shù)的線上線下混合教學(xué)模式，并在高等院校“核動力裝置熱力分析”課程中開展教學(xué)實踐，為線下和線上的混合式教學(xué)模式研究提供更好的思路和方法。

一、研究背景

傳統(tǒng)的教學(xué)模式更注重教師的授課經(jīng)驗和技巧，對教師的要求極高，需要教師具有很強的業(yè)務(wù)能力才能更好地啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生。高校教學(xué)課程多、知識雜、時間緊、任務(wù)重，很多情況下都依賴于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力要求也極高。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以書本上的知識為主，主要介紹系統(tǒng)概念、組成、功能，對于系統(tǒng)及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運行特性等抽象概念沒有很好的展示手段，學(xué)生無法準(zhǔn)確理解相關(guān)基礎(chǔ)知識。隨著知識的爆炸性增長，學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容越來越多，專業(yè)課程的學(xué)時不斷減少，教師沒有足夠的時間去反復(fù)強調(diào)知識點，導(dǎo)致學(xué)生對課程內(nèi)容的理解不夠，只能依靠死記硬背來應(yīng)付考試。這樣的教學(xué)模式無法滿足新工科工程教育理念的推廣。

虛擬仿真試驗的課程教學(xué)已經(jīng)具有了資源的多樣性，可為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資料。教師在課堂講授的同時，學(xué)生可以利用全面的線上資源主動地獲取相關(guān)知識。特別是在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展，手機、筆記本電腦網(wǎng)絡(luò)普及化的今天，結(jié)合線上和線下資源，將教學(xué)從課堂內(nèi)擴展到課堂外，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，可以達(dá)到改善教學(xué)效果、提高教學(xué)水平的目的。

二、虛擬仿真技術(shù)在“核動力裝置熱力分析”課程中的實踐

（一）虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)被認(rèn)為是20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，在實際運用的過程中，重點通過計算機發(fā)揮相應(yīng)的功能，使得虛擬環(huán)境得以構(gòu)建，讓人們可以接觸到感覺真實但虛擬的空間［3］。虛擬仿真技術(shù)具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性四個基本特征［4］，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，在教育、醫(yī)療、建筑、化工、機械、航空等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［5-6］。將虛擬仿真技術(shù)用于教學(xué)能夠彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式在實踐教學(xué)方面的不足，符合當(dāng)今時代背景下學(xué)生的心理特點，可極大地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣［7］。虛擬仿真技術(shù)具有介入性、交互性和互動性的特點，教師可以根據(jù)需求引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣開展虛擬實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，以適應(yīng)快速發(fā)展的社會對高質(zhì)量人才的需求［8］。高?？蒲泄ぷ髦袑μ摂M仿真技術(shù)的應(yīng)用也越來越重視，通過科研項目的技術(shù)積累，可以建立獨特的虛擬仿真實驗教學(xué)資源，完成線上線下混合式教學(xué)體系建設(shè)。

（二）教學(xué)內(nèi)容與任務(wù)

“核動力裝置熱力分析”是核科學(xué)與技術(shù)碩士研究生專業(yè)必修課，課程目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生利用熱力學(xué)的基本理論和方法，對核動力裝置能量轉(zhuǎn)換和利用的合理性和有效性進(jìn)行分析和評價，了解熱力循環(huán)對核動力裝置效率的決定性影響以及改進(jìn)熱效率的方向和措施。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解壓水堆核電廠熱力系統(tǒng)的基本熱力循環(huán)形式，掌握核動力裝置熱力分析的基本理論和方法，對核電廠節(jié)能的途徑和基本原則、經(jīng)濟學(xué)分析方法的基本原理有正確認(rèn)識。

課程的主要任務(wù)是通過課堂教學(xué)和項目設(shè)計（研究）等環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生綜合運用相關(guān)理論和技術(shù)手段設(shè)計壓水堆核動力裝置主要工藝系統(tǒng)、利用科學(xué)原理分析核動力裝置組成和運行特性并得到合理有效的結(jié)論的能力，支撐畢業(yè)要求中的相應(yīng)指標(biāo)點。課程總體性強，需要學(xué)生充分利用所學(xué)知識才能掌握。

目前采用的教學(xué)方式以課堂研討為主，通過大作業(yè)幫助學(xué)生將相關(guān)知識點體系化，學(xué)會運用所學(xué)知識解決實際問題。在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在完成第大作業(yè)的過程中，對于較簡單的熱平衡與分析都沒有問題，而對編程要求較高的優(yōu)化計算部分，大多數(shù)學(xué)生完成得不好，達(dá)不到預(yù)期的效果。究其原因，主要是課堂學(xué)時有限，絕大部分課時用于對基本概念、基本原理和方法的研討，而對如何解決實際問題的方法和技巧的介紹課時相對較少，一方面學(xué)生的理解不夠深入，另一方面也高估了學(xué)生編程能力的平均水平，難以達(dá)到教學(xué)要求。高校應(yīng)通過課程建設(shè)，開發(fā)線上學(xué)習(xí)資源，合理分配線上（預(yù)習(xí)、拓展）、線下（研討、實踐）學(xué)習(xí)內(nèi)容，采用混合式教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

（三）教學(xué)實施過程

教學(xué)實施過程以“立德樹人”為根本標(biāo)準(zhǔn)，圍繞提高學(xué)生批判性思考能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作溝通能力、解決復(fù)雜問題能力、“人技”互動能力等方面的需求開展課程建設(shè)，完善教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方式，豐富教學(xué)手段。

圖1為基于虛擬仿真技術(shù)的線上線下混合教學(xué)模式探究與實踐的總體思路?？傮w來說，教學(xué)實施過程分為課程資源開發(fā)、教學(xué)方案實施、累加式考核和測評總結(jié)四個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)針對不同對象開展相應(yīng)的組織工作。

1. 利用線上課程資源以問題為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

首先要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容開發(fā)豐富的教學(xué)資源，利用科研成果進(jìn)行適應(yīng)性的改造，形成豐富的網(wǎng)絡(luò)平臺資源以滿足線上教學(xué)的需求，線上資源包括微視頻、分析軟件、互動平臺等內(nèi)容。要求網(wǎng)絡(luò)平臺簡單高效，能夠滿足至少30名學(xué)生同時上線操作，并可以對每位學(xué)生的操作過程、研究內(nèi)容、分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和打分。通過豐富的網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，提供多樣性的學(xué)習(xí)內(nèi)容，帶動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生養(yǎng)成積極主動的學(xué)習(xí)習(xí)慣。帶著問題找答案、依循過程求結(jié)果，在實際操作中牢記知識點。建立線上多樣化資源，在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)探究的能力。豐富學(xué)生學(xué)習(xí)的手段，滿足學(xué)生的探索興趣，提高學(xué)生的實踐能力。

2. 教學(xué)過程中以多樣化手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

在課堂教學(xué)過程中充分結(jié)合課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生針對每一個知識點，采用相對應(yīng)的學(xué)習(xí)方式自主學(xué)習(xí)。比如對于設(shè)備運行特性可以結(jié)合三維展示的微視頻從不同的角度去觀察、對應(yīng)、明確各個部件結(jié)構(gòu)；對于系統(tǒng)的運行特性可以采用實驗分析軟件搭建分析模型，通過數(shù)據(jù)和曲線的形式驗證知識點，總結(jié)所發(fā)現(xiàn)的問題。在課堂通過研討的形式相互交流，驗證自己的理解，做到分析問題、解決問題、加深印象。在課堂教學(xué)中，提倡以學(xué)生為主體的思想，采用以自主、合作、探究為主的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生在合作中學(xué)習(xí)。老師由單純的講課轉(zhuǎn)變?yōu)橛心康牡匾龑?dǎo)，學(xué)生由被動地聽講轉(zhuǎn)化為主動的思考，在實踐中掌握知識點，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)的效果。

3. 多元化評價方法規(guī)范教學(xué)過程

對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的累加式考核采取教師主導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)輔助的方式開展，一方面根據(jù)考試的結(jié)果，同時參考學(xué)生的課堂表現(xiàn)，結(jié)合課后作業(yè)的完成情況，綜合考查學(xué)生的表現(xiàn)，給出最終的綜合成績。由于上課時間有限，且上課的學(xué)生比較多，課堂討論可以采用分組的形式開展，5—6名學(xué)生分為一組，以組為單位組織匯報和研討，教師根據(jù)匯報表現(xiàn)給出成績，也可以由學(xué)生打分。教師通過課前的自主學(xué)習(xí)評價、課中的綜合評價、課后的練習(xí)評價，能夠全方位地了解學(xué)生對知識點的掌握程度與應(yīng)用能力，從而真正有效地提高教學(xué)質(zhì)量。多元化評價方法其中比較重要的一個內(nèi)容是學(xué)生的組織和協(xié)調(diào)能力評價，因為各個小組的學(xué)生需要根據(jù)討論題目合作來完成成果展示，所以學(xué)生的組織能力、協(xié)調(diào)能力、綜合素質(zhì)都可以得到鍛煉，既提高了學(xué)生的能力，又可以給出綜合成績。

4. 通過豐富的測評環(huán)節(jié)開展反思和總結(jié)

測評和總結(jié)是混合式教學(xué)改革的一個重要環(huán)節(jié)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及教學(xué)理念的不斷更新，針對不同層次的學(xué)生需要給出不同的授課方案，最后通過測評展示教學(xué)效果。授課過程中還要根據(jù)客觀測評的結(jié)果對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，不斷總結(jié)，改善教學(xué)效果。真正體現(xiàn)以學(xué)生為主體、因材施教的個性化授課方式。在這一過程中，教師要隨時根據(jù)學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)資源、改善教學(xué)方法，真正達(dá)到引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果。

三、線上線下混合式教學(xué)課程實施效果

通過結(jié)合虛擬仿真實驗的混合教學(xué)課程主要得到以下效果：

（一）積極培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的理念

創(chuàng)新是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的動力之源，是推進(jìn)各項事業(yè)發(fā)展進(jìn)步的根本動力。沒有創(chuàng)新就沒有科學(xué)事業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，也就沒有科研工作的前途和希望。學(xué)生是國家的未來，也是創(chuàng)新的主體，在學(xué)習(xí)過程中灌輸創(chuàng)新的思維至關(guān)重要。創(chuàng)新來源于不斷地學(xué)習(xí)和積累，首先要做到對專業(yè)知識深刻、精確的掌握，然后可以熟練地運用所學(xué)知識解決實際問題，在具體的實踐過程中才能發(fā)現(xiàn)問題，提出創(chuàng)新思想。因此，在教學(xué)過程中，利用線上和線下資源鼓勵學(xué)生拓寬視野、發(fā)散思維，在實踐中去學(xué)習(xí)和提高，加深對問題的理解，從而通過不斷積累和探索提升創(chuàng)新的實力和水平。

（二）推動教師依托重大國防科研項目開展育人工作

科研育人是我國高校育人體系的重要一環(huán)，是新時代高等教育深化改革的關(guān)鍵課題。特別是對于類似核動力裝置熱力分析這樣涉及技術(shù)密集、更新快速的課程，教師教授的內(nèi)容也要根據(jù)實際裝置的發(fā)展持續(xù)更新，充分依托國防科研領(lǐng)域難得的學(xué)習(xí)機會和探索環(huán)境，不斷提升教師的授課水平。依托重大國防科研項目開展育人工作也是提高學(xué)生思想、理論和實踐水平極其難得的機遇，在科研環(huán)境下抓育人工作，鼓勵教師在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，以及針對具體問題解決實際問題的能力，使學(xué)生能成才、早成才、擔(dān)重任。

四、結(jié)語

近年來，隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷得到發(fā)展和完善，被越來越多的高校和教育工作者應(yīng)用到教學(xué)中，已經(jīng)成為新的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)趨勢?；谔摂M仿真技術(shù)的線上線下混合式教學(xué)模式可以最大限度地提升學(xué)生的實踐能力，拓寬學(xué)生視野，提高課堂教學(xué)互動效果，對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要意義。但是，在課程實施過程中需要學(xué)生投入相對較多的時間和精力開展課前預(yù)習(xí)、課上討論和課后復(fù)習(xí)。這就對教學(xué)內(nèi)容的總結(jié)和提煉提出了較高的要求，需要教師不斷更新和完善教學(xué)資源，有效開展知識點的整理和總結(jié)，才能達(dá)到最好的教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗才能有質(zhì)的飛躍。

線上線下混合式教學(xué)模式對線上資源有較多要求，需要線上資源能夠覆蓋所有的知識點內(nèi)容，需要教師用大量的時間去建設(shè)線上內(nèi)容，一些陳舊的教學(xué)內(nèi)容要根據(jù)新技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行調(diào)整以滿足展示和分析的需求，教師也需要在摸索中前進(jìn)并不斷改進(jìn)和完善。因此，混合式教學(xué)不但是對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的考驗，同時也是對教師教學(xué)能力和水平的一個測試。需要教師和學(xué)生互相配合、共同努力才能建立豐富完善的教學(xué)資源，達(dá)到最好的教學(xué)體驗。該過程中需要針對所遇到的多種問題開展研究，通過多種方式提升個人在教學(xué)中的信息技術(shù)素養(yǎng)，更有效提高課堂教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 習(xí)近平向第六屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會致賀信［EB/OL］. （2019-10-28）. http：//jhsjk.people.cn/article/31410182.

［2］ 劉坤，陳通. 新工科教育治理芻議［J］. 中國大學(xué)教學(xué)，2020（01）：38-41.

［3］ 劉歐，曾令東，李靜. 計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用研究［J］. 信息技術(shù)與應(yīng)用，2021（17）：20-21.

［4］ 郭燕秋，朱遠(yuǎn)征，程平，等. 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（01）：149-151.

［5］ 楊松耀. Model ChemLab-化學(xué)實驗的好幫手［J］. 浙江現(xiàn)代教育，2012（04）：37-38.

［6］ Cai B. Really reappearing of chemical experiments application of Corel ChemLab［J］. Computers amp; Applied Chemistry，2006，23（10）：1038-1040.

［7］ 浦娟，陳書錦，葉慧. 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用分析［J］. 現(xiàn)代職業(yè)教育，2021（15）：44-45.

［8］ 孫金芳，張侃，韓玉龍. 虛擬仿真技術(shù)在物理實驗中的合理應(yīng)用［J］. 河北工程大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2022，39（01）：84-88.

（責(zé)任編輯：淳潔）