疫情防控常态化下的《泵与泵站实验》教学探讨

林少华 林子增

摘 要：《泵与泵站实验》是给排水科学与工程专业一项重要的实验课程，但存在在线教学资源缺乏、实验操作得不到保证、难以实现过程质量控制等问题。“在线直播+虚拟仿真”是较完美的实验教学形式，可以充分发挥在线直播代入感强和虚拟仿真技术沉浸感强的优势，有利于学生进一步探索创新。为了积极应对疫情可能带来的长期挑战，有必要加强虚拟仿真实验平台建设。

关键词：泵与泵站实验; 在线直播; 虚拟仿真实验平台

中图分类号：G641          文献标识码：A        文章编号：1006-3315（2021）5-119-002

新冠肺炎疫情严重威胁着人类生命安全和健康。疫情期间，为了贯彻教育部《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》《关于在疫情防控期间有针对性地做好教师工作若干事项的通知》等指导性文件，做到“停课不停教、不停学”，全国高校通过在线教学方式，有效保证了本科教学的正常进行。

实验教学，一方面要向学生传授实验基础理论知识，包括仪器仪表的工作原理、测量方法、实验原理等。另一方面要训练学生的基本实验技能，包括仪器设备的操作使用、维护、实验内容的设计与实验数据的整理等。为了在疫情封锁居家学习中有效开展实验教学，人们进行了有益探索，如通过调整学习进度，待疫情得到控制，学生返校后再进行相关实验教学等。但疫情仍在全球范围内持续蔓延，在国际间往来日益紧密频繁的前提下，疫情仍可能季节性发作或小规模暴发，防疫已经进入常态化。在给排水科学与工程专业知识体系中，《泵与泵站》课程属于水的采集和输送核心知识领域。《泵与泵站实验》是实践教学体系中的核心实践单元之一[1]。为此有必要梳理疫情期间，《泵与泵站实验》在线教学中存在的问题，积极做好各种准备，以利于应对由新冠肺炎疫情可能带来的长期挑战。

一、《泵与泵站实验》在线教学的问题

1.教学资源缺乏

中国大学慕课、超星尔雅、学堂在线等在线教育平台中，关于《泵与泵站实验》的教学资源极少。这主要是因为，在线课程建设的目的主要在于“评得上”国家级或是省级精品课程[2]。所制作的在线教学课程适用面越宽，使用人数越多，越受欢迎，因而，对于不少高校或教师而言，在线课程建设通常瞄准专业特色课程或核心课程的理论教学，对于实验课程教学则普遍选择忽略。而在各学校的专业培养方案中，《泵与泵站实验》的课时安排通常较少更加剧了这种选择性忽略。

2.实验操作得不到保证

实验教学的根本目的在于培养学生运用实验方法观察、了解各种运动现象，研究、探索其运动规律的技能。作为一门专业课程的实验环节，《泵与泵站实验》教学要求学生掌握离心泵流量、扬程、轴功率、转速的测定，以及离心泵操作方法[1]。即使有常规意义上的网络教学资源，学生也只是通过这些录播的教学资源进一步学习了离心泵的理论知识，而无法实现操作环节，更勿论让学生自主构建实验系统，进行主動学习研究了。

3.难以实现过程质量控制

在必须进行网络实验教学的情况下，部分学校利用录播视频、在线直播等形式在线开展本科实验教学。这种实验教学形式，致使教学过程中的质量评估更加困难。录播视频，缺乏互动;网络直播教学在教学互动方面虽有改善，但仍存在“只见屏幕，不见你我”的弊端[2]。有时互动发言和讨论貌似更多，然而高频率的互动使得教师更加难以注意到学生的真实学习效果，无法实时观察到学生状态，对屏幕后学生真实的学习状态和效果难以监督评价[2]。

二、《泵与泵站实验》在线教学改革思考

1.教学形式选择

实验教学最核心的部分是训练学生设计实验、操作仪器设备、采集数据并进行整理等基本实验技能。录播实验教学最多实现了实验基础理论知识（仪器仪表的工作原理、测量方法、实验原理等）的传授，并不能解决学生动手操作环节缺失的问题，并不可取。

在线直播进行《泵与泵站实验》教学是一种很好的实验教学形式。但这种教学不同于一般理论在线直播教学，应该既包括知识、理论的讲授过程，又应由老师进行实验室现场实时操作，才能起到良好效果。这种教学形式中教师做“网红”，代入感强，可在一定程度上解决录播教学中仅限于知识机械传授的弊端。如果能够更近一步由实验老师或者实验员代学生在现场进行实验操作，老师根据学生的指令进行实验，学生记录数据并在课后进行数据处理及分析，显然更加接近传统的实验教学。这种直播教学还有利于老师观察学生的学习状态，有利于教学过程质量控制。但这种教学形式存在一个重要的不足，即教师的工作量巨大，特别是在实验分组较多情况下。

为了达到实验教学传授实验基础理论知识和训练学生的基本实验技能的双重目的，笔者以为“在线直播+虚拟仿真”是较完美的实验教学形式。这种组合教学形式可以发挥在线直播代入感强的优势，教师在传授实验基础理论知识基础上，仅仅进行演示实验即可;再发挥虚拟仿真技术沉浸感强的特点，让学生自主进行实验系统构建、实验操作，可以在很大程度上解决由于需要大型仪器设备或需要团队协作，无法在线开展现场实验的问题，更有利于学生展开自主探索创新。

2.虚拟仿真实验平台构建

虚拟仿真技术（VR）是计算机技术、电子信息、仿真技术等多种高新技术集成之结晶。通过VR可以产生虚拟世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。通过VR技术，可将泵与泵站教学实验室进行数字化和虚拟化，构建虚拟仿真实验室。虚拟实验室在进行泵与泵站实验室数字化和虚拟化过程中，应该提供多种设备供学生选择，如不同型号水泵、管道、配件等，以便让学生自己设计实验系统，这样在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识[3]。

基于疫情防控期异地教学的需要，应构建基于Web技术的开放式网络化的实验平台，同时，为了实现过程质量，虚拟实验平台还应内置考试或过程考核系统，通过后台匹配账号、密码，对学生的实验时长、实验技能进行考核或复核，对学生学习情况进行考核、评判。

三、结语

在疫情期间《泵与泵站实验》在线教学存在教学资源缺乏、实验操作得不到保证、难以实现过程质量控制等问题。录播实验教学存在学生动手操作环节缺失的问题;在线直播教学代入感强，可以一定程度上解决上述问题，可以更加接近传统的实验教学。“在线直播+虚拟仿真”是较完美的实验教学形式，可以充分发挥在线直播代入感强，虚拟仿真技术沉浸感强的优势，并有利于学生探索创新。为了保证在线实验教学质量，积极应对疫情可能带来的长期挑战，有必要进一步加强虚拟仿真实验平台建设。

参考文献：

[1]高等学校给水排水工程专业指导委员会.高等学校给排水科学与工程本科指导性专业规范[M]北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]黄廷林，王俊萍，梁恒，时文歆，李伟光，陆建红.新冠肺炎疫情背景下在线教学的探索实践与改革思考——以高校给排水科学与工程专业教学为例[J]给水排水，2020，46（9）：149-155

[3]周莹，蔡燕飞，巩凯，史劲松.疫情间的实践课程虚拟仿真线上教学探索[J]实验室研究与探索.2020，39（11）：119-122