林少華 林子增

摘 要：《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》是給排水科學(xué)與工程專業(yè)一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)課程，但存在在線教學(xué)資源缺乏、實(shí)驗(yàn)操作得不到保證、難以實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量控制等問題。“在線直播+虛擬仿真”是較完美的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，可以充分發(fā)揮在線直播代入感強(qiáng)和虛擬仿真技術(shù)沉浸感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，有利于學(xué)生進(jìn)一步探索創(chuàng)新。為了積極應(yīng)對(duì)疫情可能帶來(lái)的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，有必要加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：泵與泵站實(shí)驗(yàn); 在線直播; 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G641? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）5-119-002

新冠肺炎疫情嚴(yán)重威脅著人類生命安全和健康。疫情期間，為了貫徹教育部《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》《關(guān)于在疫情防控期間有針對(duì)性地做好教師工作若干事項(xiàng)的通知》等指導(dǎo)性文件，做到“停課不停教、不停學(xué)”，全國(guó)高校通過在線教學(xué)方式，有效保證了本科教學(xué)的正常進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面要向?qū)W生傳授實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括儀器儀表的工作原理、測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)原理等。另一方面要訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，包括儀器設(shè)備的操作使用、維護(hù)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理等。為了在疫情封鎖居家學(xué)習(xí)中有效開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，人們進(jìn)行了有益探索，如通過調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，待疫情得到控制，學(xué)生返校后再進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)等。但疫情仍在全球范圍內(nèi)持續(xù)蔓延，在國(guó)際間往來(lái)日益緊密頻繁的前提下，疫情仍可能季節(jié)性發(fā)作或小規(guī)模暴發(fā)，防疫已經(jīng)進(jìn)入常態(tài)化。在給排水科學(xué)與工程專業(yè)知識(shí)體系中，《泵與泵站》課程屬于水的采集和輸送核心知識(shí)領(lǐng)域?！侗门c泵站實(shí)驗(yàn)》是實(shí)踐教學(xué)體系中的核心實(shí)踐單元之一[1]。為此有必要梳理疫情期間，《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》在線教學(xué)中存在的問題，積極做好各種準(zhǔn)備，以利于應(yīng)對(duì)由新冠肺炎疫情可能帶來(lái)的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

一、《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》在線教學(xué)的問題

1.教學(xué)資源缺乏

中國(guó)大學(xué)慕課、超星爾雅、學(xué)堂在線等在線教育平臺(tái)中，關(guān)于《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)資源極少。這主要是因?yàn)椋诰€課程建設(shè)的目的主要在于“評(píng)得上”國(guó)家級(jí)或是省級(jí)精品課程[2]。所制作的在線教學(xué)課程適用面越寬，使用人數(shù)越多，越受歡迎，因而，對(duì)于不少高?；蚪處煻?，在線課程建設(shè)通常瞄準(zhǔn)專業(yè)特色課程或核心課程的理論教學(xué)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)則普遍選擇忽略。而在各學(xué)校的專業(yè)培養(yǎng)方案中，《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》的課時(shí)安排通常較少更加劇了這種選擇性忽略。

2.實(shí)驗(yàn)操作得不到保證

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法觀察、了解各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，研究、探索其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的技能。作為一門專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》教學(xué)要求學(xué)生掌握離心泵流量、揚(yáng)程、軸功率、轉(zhuǎn)速的測(cè)定，以及離心泵操作方法[1]。即使有常規(guī)意義上的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，學(xué)生也只是通過這些錄播的教學(xué)資源進(jìn)一步學(xué)習(xí)了離心泵的理論知識(shí)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)操作環(huán)節(jié)，更勿論讓學(xué)生自主構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)研究了。

3.難以實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量控制

在必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情況下，部分學(xué)校利用錄播視頻、在線直播等形式在線開展本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，致使教學(xué)過程中的質(zhì)量評(píng)估更加困難。錄播視頻，缺乏互動(dòng);網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)在教學(xué)互動(dòng)方面雖有改善，但仍存在“只見屏幕，不見你我”的弊端[2]。有時(shí)互動(dòng)發(fā)言和討論貌似更多，然而高頻率的互動(dòng)使得教師更加難以注意到學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)效果，無(wú)法實(shí)時(shí)觀察到學(xué)生狀態(tài)，對(duì)屏幕后學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果難以監(jiān)督評(píng)價(jià)[2]。

二、《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》在線教學(xué)改革思考

1.教學(xué)形式選擇

實(shí)驗(yàn)教學(xué)最核心的部分是訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作儀器設(shè)備、采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理等基本實(shí)驗(yàn)技能。錄播實(shí)驗(yàn)教學(xué)最多實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)（儀器儀表的工作原理、測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)原理等）的傳授，并不能解決學(xué)生動(dòng)手操作環(huán)節(jié)缺失的問題，并不可取。

在線直播進(jìn)行《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》教學(xué)是一種很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。但這種教學(xué)不同于一般理論在線直播教學(xué)，應(yīng)該既包括知識(shí)、理論的講授過程，又應(yīng)由老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)操作，才能起到良好效果。這種教學(xué)形式中教師做“網(wǎng)紅”，代入感強(qiáng)，可在一定程度上解決錄播教學(xué)中僅限于知識(shí)機(jī)械傳授的弊端。如果能夠更近一步由實(shí)驗(yàn)老師或者實(shí)驗(yàn)員代學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，老師根據(jù)學(xué)生的指令進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生記錄數(shù)據(jù)并在課后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，顯然更加接近傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這種直播教學(xué)還有利于老師觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有利于教學(xué)過程質(zhì)量控制。但這種教學(xué)形式存在一個(gè)重要的不足，即教師的工作量巨大，特別是在實(shí)驗(yàn)分組較多情況下。

為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)傳授實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)和訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能的雙重目的，筆者以為“在線直播+虛擬仿真”是較完美的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。這種組合教學(xué)形式可以發(fā)揮在線直播代入感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，教師在傳授實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)基礎(chǔ)上，僅僅進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)即可;再發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)沉浸感強(qiáng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)操作，可以在很大程度上解決由于需要大型儀器設(shè)備或需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，無(wú)法在線開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的問題，更有利于學(xué)生展開自主探索創(chuàng)新。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建

虛擬仿真技術(shù)（VR）是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息、仿真技術(shù)等多種高新技術(shù)集成之結(jié)晶。通過VR可以產(chǎn)生虛擬世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。通過VR技術(shù)，可將泵與泵站教學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)字化和虛擬化，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行泵與泵站實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化和虛擬化過程中，應(yīng)該提供多種設(shè)備供學(xué)生選擇，如不同型號(hào)水泵、管道、配件等，以便讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這樣在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生既可以在虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上動(dòng)手操作，又可自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)的操作能力、分析診斷能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)[3]。

基于疫情防控期異地教學(xué)的需要，應(yīng)構(gòu)建基于Web技術(shù)的開放式網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還應(yīng)內(nèi)置考試或過程考核系統(tǒng)，通過后臺(tái)匹配賬號(hào)、密碼，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行考核或復(fù)核，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核、評(píng)判。

三、結(jié)語(yǔ)

在疫情期間《泵與泵站實(shí)驗(yàn)》在線教學(xué)存在教學(xué)資源缺乏、實(shí)驗(yàn)操作得不到保證、難以實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量控制等問題。錄播實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在學(xué)生動(dòng)手操作環(huán)節(jié)缺失的問題;在線直播教學(xué)代入感強(qiáng)，可以一定程度上解決上述問題，可以更加接近傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！霸诰€直播+虛擬仿真”是較完美的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，可以充分發(fā)揮在線直播代入感強(qiáng)，虛擬仿真技術(shù)沉浸感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，并有利于學(xué)生探索創(chuàng)新。為了保證在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，積極應(yīng)對(duì)疫情可能帶來(lái)的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高等學(xué)校給水排水工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[M]北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012

[2]黃廷林，王俊萍，梁恒，時(shí)文歆，李偉光，陸建紅.新冠肺炎疫情背景下在線教學(xué)的探索實(shí)踐與改革思考——以高校給排水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)為例[J]給水排水，2020，46（9）：149-155

[3]周瑩，蔡燕飛，鞏凱，史勁松.疫情間的實(shí)踐課程虛擬仿真線上教學(xué)探索[J]實(shí)驗(yàn)室研究與探索.2020，39（11）：119-122