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“空中实验室”破解实践教学难题 虚拟仿真带来教学场景变革

2020-04-14 08:23:05

来源:中国教育报

学生正在进行线上CAD绘图。武汉科技大学 供图

“大小齿轮宽度为什么不同?”“零件如何选取?”疫情期间,武汉科技大学大三学生胡文韬,用了整整三周时间,完成了“机械设计课程设计”的全部课程。完成虚拟实验并获80分以上、精确计算40多种零件的尺寸、自学专业制图App完成电脑制图、老师一对一视频答辩,整个过程打通“四关”才能顺利完成考核。

在武汉科技大学,“机械设计课程设计”这门课是有名的既难学又难过。即使在学校有老师手把手地教,每年的淘汰率仍有近10%。如今,线上开课,考核标准不变,学生怎样顺利完成学业?事实上,该校多措并举,积极构筑“空中实验室”,帮助学生打通了课程设计的“最后一公里”,实现了工科实践教学从理论传授、课程设计、虚拟实验、在线考核的全程护航。

虚拟仿真带来教学场景变革

疫情发生后,理工科实验实践类课程一直是高校教学的头疼问题。“机械设计课程设计”就是典型的实践和理论集合的应用型课程。在武汉科技大学,教师们一方面担心学生们的机械制图所需的特定图纸无法购买,学生在家,课程整体进度也很难准确把握;另一方面,也担心一旦课程设计延后,就会影响到3个学院的19个班级,约600余名学生的学业进度。

最终,经过详细论证,权衡利弊,学校决定如期开课、线上施行。各项课前的准备工作立即启动,为了解决课程资料和教材无法发放的问题,老师们连夜整理校对电子档,发送给每一名学生。

“这也太‘丰富’了吧!”看着老师发来的电子压缩包里,一份任务书、一组数据、一份讲稿和两本近700页的电子书,学生赵驰既震惊又担忧,“这是一门具有很强实操性的课程,没有实物实验,就靠看数据和书本,我真的能行?”

很快,他就发现自己的担心是多余的。在资料里,他发现了一份名为“减速器拆装及结构认知”虚拟实验的任务书。

原来,为了解决无法开展实物实验问题,老师们特意为学生们开设了“减速器拆装及结构认知”虚拟实验。点击链接进入实验平台,遵循操作提示,学生们便可模拟仿真拆装“减速器”的步骤,系统里自动给出相应的评分。

“操作可以重复多次,要获得80分以上,才能进行下一步的任务。”引导老师侯宇提醒大家。通过在这套系统里做仿真实验,学生们直观地看到了齿轮啮合、轴内部结构和各个零件,对减速器有了更加感性的认识,为后面的课程设计打下良好的基础。

“在线教学”实现课堂内外衔接

学习的过程亦是思考的过程。在翻阅电子书的过程中,学生的脑袋里会有无数的问题。为了及时引导,负责这门课的15位老师都建立了相应的教学群,针对学生们在设计、计算、画图等方面的问题在线答疑。

“齿轮间如何定位?”晚上11点半,学生彭尚文遇到了问题。他下意识地将问题发给了引导老师杨金堂,“没想到,杨老师竟然‘秒回’我了。”

在接下来的20分钟里,杨老师从齿轮定位错误的原因、为何不能使用轴套定位、如何合理定位,条分缕析,直到彭尚文表示“明白了”,才嘱咐他早点休息。

“简直是常识大科普,思路一下子就通了。”看见群里还有不少同学也提出了类似的问题,彭尚文自告奋勇地去给同学们答疑,“既能给老师减轻压力,还能及时巩固新常识点。”

除了单独答疑,老师们还定期直播,讲解共性问题。作为课程总负责人的李贵,是直播课的主讲老师,他将学生们递交的“装配图”投屏,用红笔勾出常见的错处,依次给学生们讲解。

“对视孔盖通气塞周围的结构”是制图中的一大难点,即使看过书,也做了虚拟实验,很多同学仍旧一头雾水。了解到情况后,李贵连夜制作了通气塞结构的三维模型,在直播课上给学生们展示内部细节,讲解设计制造工艺的限制。

直播课结束时,面对满屏“听懂了,李老师辛苦啦”的留言,李贵那一双布满血丝的眼睛里全是笑意。

除此之外,老师们提倡学生将每天完成的演算、图纸等工作进度的照片上传到群相册中,以供老师批阅。一来,可以掌握学生们的课程设计进度;二来,可以发现学生在课程设计过程中存在的问题,及时止损。

在交上来的照片中,李贵只要发现了问题,便用醒目的红色字体在旁边标出;看见部分学生进度落后了,他便挨个儿私聊他们询问情况,并告诉他们有问题要及时询问;他还常常在学生作业评语后面写一些鼓励的话,“慢一点没关系,每天进步一点点”“加油,有问题随时找我”。“这几周,基本上从早到晚都在电脑前,虽然看得眼睛都疼了,可能把握住每一名学生的实时进度,值了!”李贵说。

“联合作战”激发学生探究热情

“电脑制图?也太难了吧。”看着陌生的操作界面和一众见都没见过的操作App,大家一下子都蒙了。往年的课程设计,要求提交手绘图纸,由于担心学生买不到图纸,今年也顺势作出了改变,全部采用电脑制图。

提出电脑制图的要求后,之前一直忙前忙后的老师们,留下几句“加油”“注意截止时间”的话,便不见了踪影。“自己学来的常识,才记得更牢。”老师们决定考验一下学生们的自主学习能力。

短暂的迷茫后,学生们很快确定了“联合作战方案”。你负责查找资料,了解操作系统的原理;我负责查国标,翻阅明细表,弄懂图框绘制……一时间,群里讨论得热火朝天。为了一个小凸台的作用、顶盖的结构,甚至能争论上小半天时间。

真理越论越明,学生们对制图的步骤愈发清晰,对尺寸标注的规范越发明确。查表、快捷键、运用线型、实操App等,一开始摸不着头绪的新技能,学生们也一一掌握。

当然,设计的过程并非一蹴而就,而是一个反复打磨的过程。随着理解的深入,之前未顾及的问题浮出水面。

“以前画错了可以擦掉再来。”如今,步步皆须谨慎,稍有差错,就得打回原形,推翻重做。“上周三画了一大半,发现齿轮和顶盖距离很近,可能发生干涉,为了整体结构精巧,只能重新制作。”赵驰回忆说,机械设计的每一个数据都是严格来源于设计数据,精度高,来不得半点马虎。

三周时间过去了,学生们装配图纸的完成率已达到90%以上,线上一对一答辩也接近尾声。与往年线下课程设计相比,进度相同,通过率持平。

“虚拟实验、线上讲课、电脑制图、视频答辩,这些都是从未经历过的挑战,也出现了很多意想不到的困难,但老师和同学们一起努力赢下了挑战。学生们表现出来的自主学习能力让人惊喜,老师们的敬业奉献更令人感动。”该校机械学院副院长王兴东表示,同学们从这次线上课程中,不仅收获了常识和技能,更提高了学习能力和协作精神,为接下来的学习打下坚实的基础。

编辑:通讯员 陈孖川 孙鸿宇 方芳

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