线上线下混合式教学在实践课中的应用研究——以《智能制造技术》课程为例

梁 艳 贾 先

（西安思源学院，陕西 西安 710038）

【关键字】线上线下；混合式教学；实践教学

0 引言

随着媒体设备和媒体手段的丰富，线上教学越来越被人们接受。 如图1 所示，单纯的线上或线下教学各有利弊，所以在教学中尤其在实践课教学中越来越多的教师尝试将线上和线下教学混合进行，充分发挥各自的优势。 在实践课环节，线下教学因其面对面交流示范、实时调节等特点具有很强的优势，但传统教学方法抑制了学生学习的主动性、创新性，不能够激发学生的学习兴趣，无法满足学生个性化发展需求[1]。线上线下混合教学一方面要发挥MOOC 资源丰富、互动方便的优势，另一方面也要发挥实验课堂教育在培养学生实际操作方面不可替代的优势[2]。 所以在教学中，对于一些以显性知识传授为主、隐性知识传授为辅的识记类课程，可以采用以线上教学为主、线下教学为辅的模式，而对于一些实践为主的课程和需要更多的协作、团队学习、手把手辅导的课程，还应以线下教学为主、线上教学为辅的模式[3]。

图1 线上线下教学模式特点对比

因此，在实践课的线上线下混合教学中，如何对教学内容进行线上线下分配和衔接，教师在线上和线下教学中怎样进行角色互换充分调动学生的积极性是本科教学单位需要研究的内容。 本文以“智能制造技术” 这门实践课为对象开展了线上线下混合式教学，并根据实践过程对教学情况进行了分析和总结。

1 智能制造技术课程的特点分析

“智能制造技术” 课程是西安思源学院在智能制造需求背景下开设的一门针对应用型机械类学生的实践课。 该课程主要以学校工业4.0 实验室的一条智能制造生产线为蓝本，以加工一组特定零件的智能生产线组线为项目实例，从零件的工艺分析设计、到智能生产线的构建、 再到数控编程、PLC 控制及工业机器人的集成应用等多个模块对机械设计制造及其自动化学生的所学相关课程理论知识进行实践训练，根据课程内容及实验形式该课程具有如下特点：

（1）课程涉及技术内容学科和时间跨度大。 该课程涉及机械制造技术、数控编程技术、传感技术、PLC 控制技术、 工业机器人集成应用技术、robotstudio 仿真软件应用、MES 系统应用技术等多种技术的综合应用；学科跨度大；且课程开设时间从大二到大四，时间跨度长。

（2）课程理论联系实践性强。 智能制造技术实践课程是以智能制造生产线的设计为实例，需要将所学知识与实践进行紧密联系。

（3）知识的综合应用要求高。项目中应用到工艺设计与数控编程及智能生产线的结构设计关系应用、数控机床与工业机器人及PLC 控制的集成应用，综合集成度要求较高。

（4）实践形式多样。 课程的实践有观摩实验、仿真操作验证实验、现场测绘及设计实验等多种形式。

综上所述，“智能制造技术”这门实践课，学科范围广、课程内容多、课程理论性强、综合实践应用要求高。 学生要很好地掌握这门课程，除了要将以前的基础课程理论基础打好之外，还需要：

（1） 对已学的必要知识进行复习和拓展应用，并对一些重要操作进行提前演示演练。

（2）在掌握各种理论知识在具体的综合设计应用中的方法、原则、步骤。

（3）在实践过程中需要通过现场的观摩、测量、仿真、操作、设计等具体的手段来保证实践应用的正确。

（4）教师需要在现场引导学生进行讨论和实验验证从而使学生投身于工作现场完成具体的设计应用。

根据以上分析，“智能制造技术” 课作为一门实践课程，它有需要对抽象理论进行理解和应用的部分、也有需要学生现场观察、操作和讨论设计的内容，还有需要学生对不同时期学过的知识进行消化并综合应用内容， 所以该课程采用线上线下混合式教学的模式使线上教学和线下教学内容形成优势互补会效果更好。

2 线上线下混合教学的实践与分析

“智能制造技术”课程在17 级机械设计制造及其自动化专业中进行线上线下混合式教学实施。该课程内容根据机械设计制造及其自动化专业学生知识背景分为四个模块， 分别为智能制造生产线总体规划、智能制造生产线仓库单元设计、智能制造生产线加工单元设计、智能制造生产线总控单元设计。

2.1 线上教学实施

“智能制造技术”课程线上教学课程，具体的实践内容和适合采用的线上线下教学方式如图2 所示。 根据智能制造技术课程内容和要求，工作原理、设计原则类内容适合在线上进行， 如智能制造生产线总体规划模块中的智能制造工艺设计方法及流程、生产设备的选择方法原则等；立体仓库单元模块中的立体仓库的构成、常用形式选择方法、堆码机的工作原理和常用机构形式、PLC 硬件选择方法步骤等； 加工单元模块中的数控机床与工业机器人的集成方法步骤、Robotstudio 软件的具体应用示范等；总控单元模块中的总控单元任务确定方法等。 以上内容需要提前预习或者花费时间理解及需要反复观看并熟悉过程的部分， 可以提前给学生布置并配备相应的学习任务要求学生在线上完成。

2.2 线下教学实施

根据图2 所示，“智能制造技术”线下教学内容在学生学习线上内容的基础上需要具体现场实践为主。如智能制造生产线总体规划模块中的智能生产线加工过程现场观摩、智能加工设备和生产线的现场观察等； 立体仓库单元模块中的仓库形式和规格现场勘测、货格及行走机构的行程等现场测量；出入库控制实现方式的硬件使用和现场布线情况观察分析，加工单元模块中的数控机床与工业机器人集成应用现场布局观测及集成硬件应用和布置情况勘察，数控机床动作与程序设计及工业机器人动作与程序设计现场实验； 总控单元模块中的各模块PLC 控制设计及验证，运行管理系统现场观摩与设计及验证等。

2.3 线上线下混合式教学在实践课程中的应用特点分析

通过“智能制造技术”实践课的线上线下实施发现，线上课程的内容适合进行实践课程的抽象理论理解、剖析，设计原则的熟悉和理解，设计步骤的提前熟悉，实验设备的操作方法及注意事项，综合类实验早期知识的复习和多种理论知识的联系和串讲。以上内容线上教学，既可以使学生提前复习遗忘的内容也可以使学生有足够的时间对复杂设计、操作步骤进行熟悉并对复杂或抽象理论进行理解，更能够节省线下实践课实施时间，使学生做到实践过程有的放矢、熟练高效。

图2 智能制造技术线上线下实验内容分配原则

线下课程的内容适合进行现场的验证、 观摩、测试、对比类实验，如对复杂应用的观摩实验，在理解抽象理论的基础上对该理论在实践应用中效果验证，模拟实际应用情况进行现场设计并根据现场实验场景进行验证等。具有这些特点的内容适合在线下进行，线下教学一方面使抽象的理论变成现实呈现在学生面前增强学生理论联系实践的能力， 另一方面通过现场的观摩、测试、操作对设计过程和结果进行引导、矫正和验证，增强学生的实践应用能力，使学生的实践应用能力更贴近于实际应用，并且提高课堂教学效率。

线上线下混合式教学除了在教学内容上具有不同特点和联系外， 在课程的教学实施上和教师的作用上也有不同的特点。 线上课程一般要在线下课程前进行学习任务和内容的发布， 学习时可以根据线下实践内容设置问题进行循序引导， 帮助学生理解学习内容以备线下使用； 教师在线上教学过程中是理论的讲解者和课堂学习的过程的实施者。 实践课的线下课程是在线上课程学习完成的基础上进行的， 线下课程的实施以学生已经具备了实践课所要求的理论内容为基础，可以根据线上内容的学习和实践课的教学内容要求来进行实践实施，所以是学生进行实践的过程；在这个过程中以学生的“学”和“实践”为主，学生处于主导地位，教师处于辅助地位， 教师引导和鼓励学生进行讨论和实践，通过观察、操作、勘测、设计等手段发挥学生的主动性使学生将理论和实践进行结合， 使线上和线下内容进行无缝对接，完成教学目标。

2.4 应用效果

在“智能制造技术”实践课程的线上线下混合式教学实施过程中，课堂效率、学生兴趣及主动性都得到了有效提高。如表1 所示的加工单元模块的工业机器人I/O 配置设计及仿真实验。

“工业机器人I/O 配置设计及仿真实验” 单纯进行线下实验时需要8 个课时，第1、2 课时进行相关内容复习和设计步骤讲解，第3～8 课时进行流程完善和软件仿真，因为本实验需将工业机器人和数控加工流程进行综合考虑并进行设计，且需要综合应用工业机器人和其仿真软件的知识，学生需要回顾之前的知识和软件操作过程且需要学习新的综合应用知识，用时长、内容多，纯线下教学因为时间紧、内容综合性强、学生因为知识多、联系广、实践性强要么不能很好完成，要么兴趣不高，实验效果不理想。采用了线上线下混合式教学后， 学生可以在线上反复观看教学视频，线下实施是有备而来，且学生因为线上学习为线下打下了良好基础，从而线下实践积极性高且容易发挥主观能动性，4 个课时就可以完成， 缩短了50%的线下课时并教学效果明显。

表1 工业机器人I/O 配置及仿真实验内容及实施

3 结论

通过对“智能制造技术”实践课的线上线下混合式实践，得出以下结论：（1）实践课程进行线上线下混合式教学效果更明显。 （2）实践课程进行线上线下混合式教学时，要注重线上和线下内容的分配。（3）实践课程进行线上线下混合式教学时，要对线上和线下内容的衔接进行有效设计。 （4）实践课程进行线上线下混合式教学时，教师要适时进行角色转换，做好引导。

线上线下混合教学需要在教学中注意以下问题：（1）学生需有较强的自律性，尤其是线上学习环节，由于教师不能面对面交流和监督需要学生有一定的自律性。 （2）需要教师提前对线上线下部分内容进行合理分配并通过多种手段进行引导。 （3）需要有灵活多样的考核方式对学生的线上线下学习效果进行考核。