基于信息技术的高校《智能制造技术》数字化混合式课堂教学探究

赵琳 潘广源 张森
(临沂大学 自动化与电气工程学院，山东临沂 276000)

摘要：随着信息技术的飞速发展，高等教育领域正经历着深刻的数字化转型。在《智能制造技术》课程中，传统的课堂教学模式已难以满足新时代对复合型、创新型人才培养的需求。本文以高校《智能制造技术》课程为研究对象，探讨如何深度结合数字化与混合教学策略，构建线上线下协同的智慧课堂，从而提升学生的工程实践能力与数字化素养，为智能制造领域人才培养提供可复制的教学范式。

关键词：信息技术；高职学校；智能制造；数字化

当前高校《智能制造技术》课程普遍存在教学资源更新滞后于产业发展、实训设备投入不足等问题，导致学生难以有效掌握智能传感、数字孪生等前沿技术应用能力。传统课堂单向灌输的教学方式，既无法满足工程实践能力培养需求，也难以激发学生在人机协作、系统集成等领域的创新思维。而教育信息化发展为教学模式改革提供了新契机，随着5G 网络和虚拟仿真技术的普及，使复杂工艺流程的立体化呈现成为可能；在线学习平台的迭代升级，则为构建虚实结合的教学环境奠定了基础。但现阶段混合式教学在工科课程中的探索仍存在明显改进空间。为此，本文聚焦高校《智能制造技术》教学实践，探索信息技术下数字化混合教学的有效融合方式，力求构建既能发挥数字技术优势，又符合工程技术人才培养的规律课堂教学新模式。

一、《智能制造技术》课程特点

第一，课程内容具有跨学科整合特性，既包含机械设计基础、自动控制原理等传统工科知识模块，又深度融合物联网感知技术、大数据分析平台、数字孪生系统等新一代信息技术。这种知识架构要求学生在掌握机床结构原理的同时，还需理解如何通过传感器网络采集设备运行数据，并运用云计算进行生产效能优化。例如在讲解智能生产线设计时，需要同步解析机械传动装置与工业物联网协议的协同工作原理，这种多维知识交织的特点常常使学生在学习初期产生认知负荷。

第二，理论与实践性强，这与智能制造注重虚实融合的特性直接相关。传统制造类课程可以通过机床操作、零件加工等实体实训巩固知识，但在教授智能仓储系统调度算法时，需要虚拟仿真平台模拟 AGV 小车路径规划；在解析预测性维护技术时，必须借助数字孪生系统观察设备退化过程。这种虚实结合的实践需求对教学资源配置提出了特殊要求，既要配备可编程控制器等实体设备，又需建设包含工业机器人数字模型的虚拟实验室。

第三，技术迭代速度与知识半衰期短。随着工业互联网平台从 1.0 向 3.0 版本快速演进，五年前尚属前沿的远程监控技术，如今已被边缘计算与雾计算架构所取代。教材更新周期与行业发展速度存在天然时差，这就要求教师在教学过程中动态融入最新工程案例。比如在讲解质量控制模块时，除传统统计过程控制方法外，还需引入基于深度学习的视觉检测系统，通过学生分组分析手机外壳缺陷检测的实战项目，直观展现人工智能技术的实际应用场景。

二、信息技术背景下高校《智能制造技术》数字化混合式教学实践

1.线上教学

在信息技术支撑下，《智能制造技术》课程的线上教学体系构建起了混合教学的基础框架。智能教学平台作为线上教学的核心载体，整合了微课视频、三维模型库、行业案例集等多元化数字资源，形成跨学科知识网络。例如，在工业机器人运动控制原理的教学模块中，平台不仅提供可交互的机械臂拆解动画，还关联了伺服电机选型手册与 ROS 编程实例，这种立体化资源呈现方式能有效解决传统教材的平面化局限。线上教学的个性化特征体现在智能推荐系统，基于学习分析引擎能根据实验操作记录与测试反馈，动态生成专属学习路径，对于在机器视觉检测模块表现欠佳的学生，系统会自动推送图像处理基础微课，并降低后续项目任务的检测精度要求。虚拟仿真实验能弥补实体实训设备的时间和空间限制，使抽象技术原理转化为可操作的学习体验。在数字孪生系统教学中，学生通过浏览器即可访问虚拟注塑机模型，实时调整工艺参数观察设备能耗变化。这种虚实融合的实训方式，使学生在掌握工业物联网组网技术时，能够直观观察 RFID 读写器与物流控制系统的数据交互过程，培养工程实践能力。同时，若在线上教学过程中有需要学生预习、花费时间、反复观看熟悉的教学内容可布置成任务，要求其在规定时间内于线上完成，方便快捷。

2.线下教学

线下教学作为数字化混合式课堂的重要组成部分，是指在实体空间内构建起知识内化与技能深化的关键场域，如表1 所示，大部分教学内容均需在线上教学基础上设置。教师依托智能教室的交互设备开展引导式教学，通过多屏联动系统同步呈现智能生产线三维模型与实体控制器操作界面。比如在工业机器人编程实训中，让学生先在虚拟仿真平台完成轨迹规划，接着在真实工作站进行示教器操作，这种“虚-实-实”的迭代训练模式有助于强化肌肉记忆。除此之外，线下课堂要特别注意工程问题的即时解析与协作攻坚。教师利用智能白板的思维导图功能，现场拆解智能仓储系统通信故障案例，引导学生分组排查 RFID 读写器配置参数。在预测性维护技术实训中，各小组用多功能检测仪采集真实机床振动数据，通过边缘计算网关进行实时频谱分析。这种“数据采集-现场诊断-方案优化”的完整流程训练，使学生能直观理解智能运维系统的闭环逻辑。

线下实践为跨学科协作提供真实物理载体，如在智能产线优化项目中，学生调整传送带速度时，电气工程组员同步监测电机负载变化，工业工程团队则评估节拍时间波动，这种多专业联合作业模式能让学生切身体会到智能制造系统的集成特性。

3.线上线下混合式教学在实践课程中的应用特点

线上线下混合式教学在《智能制造技术》实践课程中展现出鲜明的融合创新特征，其核心价值在于通过数字化手段实现教学要素的深度连接。在智能生产线调试教学模块中，教师采用“虚拟预演-实体操作-数字复盘”的三段式教学法：学生首先在仿真平台完成机器人轨迹规划与碰撞检测，接着在实体工作站进行示教器操作，最后通过数字孪生系统回放操作数据优化程序逻辑。混合式教学的学习节奏具备一定弹性，允许学生根据个人理解程度自主选择实训重点，如在机器视觉标定项目中，基础薄弱者可反复观看三维演示视频，而进度领先者能提前接入工业级检测设备进行实战训练。混合式架构还能激活不同学习风格的认知潜能。如在智能仓储系统设计教学过程中，视觉型学习者通过增强现实眼镜观察立体货架布局，动觉型（触觉和运动）学习者则通过力反馈设备体验堆垛机的操作手感。

此外，线上线下混合式教学在课程教学实施与教师作用方面其突出特点也不同。线上在线下的课程前进行，学习过程中基于线下实践内容引导方向，使学生能预先掌握知识体系，教师在线上教学主要负责理论讲解和过程实施的角色。而线下课程也通常在已完成的线上学习基础上开展，即结合线上学习内容进行实践，在这个学习过程中，学生的“学” 和“实践”是中心，教师辅助，负责引导、鼓励学生实践和互动讨论，实现线上线下的无缝对接，达到课程教学目的。 结束语：

综上，在信息技术与教育教学深度融合的浪潮中，《智能制造技术》课程的数字化混合式教学模式不仅能破解传统课堂的理论抽象困境，更通过虚实结合的教学场景重构，培育出既懂智能装备原理又能解决复杂工程问题的复合型人才。未来的探索应着重于教学模式的自我进化机制建设，通过教育大数据的深度挖掘，实现教学内容与产业需求的智能匹配，使《智能制造技术》课程始终保持在智能制造人才培养的前沿阵地，为新型工业化进程提供坚实的人才支撑。

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本文系新工科背景下《智能制造技术》线上、线下混合式课堂教学改革创新研究与实践，2023 年山东省本科教学改革研究重点项目（编号：Z2023266），山东省教育厅，2024.1.25。