工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程教學(xué)設(shè)計(jì)

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【摘要】分析單一線上或線下教學(xué)存在的客觀問題，提出工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程進(jìn)行混合式教學(xué)改革的必要性。采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，進(jìn)行課前、課中、課后三位一體的混合教學(xué)活動(dòng)方案設(shè)計(jì)，為工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程進(jìn)行混合式教學(xué)改革提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人；混合式教學(xué)設(shè)計(jì)；翻轉(zhuǎn)課堂

引言

工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程不僅是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的核心課程，同時(shí)也在機(jī)電一體化技術(shù)等專業(yè)開設(shè)。該課程要求學(xué)生在了解工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，掌握機(jī)器人軌跡類應(yīng)用的現(xiàn)場編程與調(diào)試方法。課程對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力和動(dòng)手操作能力有較高要求。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展對(duì)高等職業(yè)教育信息化不斷提出新的要求和挑戰(zhàn)。大規(guī)模在線開放課程MOOC作為一種新興的教學(xué)和學(xué)習(xí)模式，在2008年由加拿大學(xué)者DaveCormier和BryanAlexander提出。這是一種將課程資源和參與者聚集到開放式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行知識(shí)講解和問題討論的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式，具有開放性、大規(guī)模和社會(huì)性等特點(diǎn)，是提升高質(zhì)量教學(xué)資源公開性和教育過程公平性的一個(gè)重要舉措[1]。本文將在教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、課程資源庫建設(shè)和教學(xué)過程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，探索工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程線上線下混合式教學(xué)模式改革。

1混合式教學(xué)改革的必要性分析

教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”雙方面組成了教學(xué)行為，二者的協(xié)同性直接決定教學(xué)質(zhì)量[2]。線下面對(duì)面授課，優(yōu)勢在于教與學(xué)的及時(shí)有效互動(dòng)；自由的學(xué)習(xí)時(shí)空、豐富多樣的學(xué)習(xí)資源、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)需求則是線上教學(xué)的顯著優(yōu)勢。但是單一的線上或線下教學(xué)模式在教學(xué)實(shí)踐過程中暴露出如下問題。

1.1單一線下教學(xué)問題分析

傳統(tǒng)線下教學(xué)模式，教師是教學(xué)活動(dòng)的主體，學(xué)生被動(dòng)接受教師灌輸?shù)闹R(shí)。這種教學(xué)模式忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體地位，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和激發(fā)學(xué)生的求知欲望。其次，工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程知識(shí)點(diǎn)和操作技能點(diǎn)較多，但分配課時(shí)數(shù)僅為32學(xué)時(shí)，教師只能以中等水平學(xué)生為準(zhǔn)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)方案，無暇顧及不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。再者，因班級(jí)學(xué)生人數(shù)較多，教師在講授機(jī)器人實(shí)操要領(lǐng)時(shí)，學(xué)生只能聚眾圍觀，無法仔細(xì)觀看教師的示范性操作，教學(xué)效果不甚理想。

1.2單一線上教學(xué)問題分析

病毒肺炎疫情期間，在教育部“停課不停教、停課不停學(xué)”的號(hào)召下，工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程開展了基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的線上教學(xué)。實(shí)踐證明，線上教學(xué)不僅對(duì)師生雙方都提出了更高的要求和挑戰(zhàn)，而且出現(xiàn)了不小的問題。首先，頻頻卡頓的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)時(shí)常干擾正常的教學(xué)秩序；其次，師生因空間距離溝通不暢，學(xué)生遇到困難無法及時(shí)得到教師的幫助和指導(dǎo)，影響其繼續(xù)學(xué)習(xí)的積極性。再者，實(shí)操教學(xué)是該課程的核心組成部分，然而，線上教學(xué)只能使用虛擬仿真軟件進(jìn)行模擬練習(xí)，無法完成熟練掌握機(jī)器人手動(dòng)操縱技能等教學(xué)目標(biāo)。綜上所述，在信息化不斷普及的背景下，工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程應(yīng)適時(shí)進(jìn)行混合式教學(xué)改革，將線上線下教學(xué)優(yōu)勢相融合，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

2課程內(nèi)容重構(gòu)與教學(xué)資源庫建設(shè)

以“學(xué)以致用”為原則，參照“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程1+X”中級(jí)能力標(biāo)準(zhǔn)，按照“項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)理念，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。將課程設(shè)計(jì)為“認(rèn)識(shí)ABB工業(yè)機(jī)器人”“工業(yè)機(jī)器人軌跡類應(yīng)用”兩個(gè)教學(xué)模塊。圍繞工業(yè)機(jī)器人在行業(yè)典型應(yīng)用中所需的現(xiàn)場操作與編程等職業(yè)能力，設(shè)置了“認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人”“工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作”“機(jī)器人軌跡運(yùn)動(dòng)工作站”“創(chuàng)建軌跡工具”“編寫軌跡程序”五個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目。為充分發(fā)揮線上線下融合教學(xué)優(yōu)勢，需重新優(yōu)化原有的教學(xué)資源，建設(shè)教學(xué)資源庫。（1）錄制微課視頻。從“知識(shí)、技能、素養(yǎng)”三方面梳理教學(xué)目標(biāo)，將重難點(diǎn)知識(shí)和機(jī)器人規(guī)范操作錄制成微課視頻。（2）制作3D動(dòng)畫。將抽象的通信訊號(hào)等知識(shí)通過3D動(dòng)畫具象化，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生多樣感官，降低認(rèn)知難度，突破教學(xué)重難點(diǎn)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。（3）設(shè)計(jì)任務(wù)單。課前，教師通過任務(wù)單學(xué)習(xí)任務(wù)；課中，學(xué)生將仿真編程、實(shí)操訓(xùn)練等數(shù)據(jù)記錄在冊，可完整再現(xiàn)提出問題、診斷問題、優(yōu)化程序、改進(jìn)操作的線上線下教學(xué)全過程。（4）設(shè)計(jì)數(shù)字化仿真模型。利用ABB工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)數(shù)字化仿真模型，真實(shí)再現(xiàn)機(jī)器人工作場景。

3混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

以我?！敖虅?wù)在線系統(tǒng)”為平臺(tái)，按照課前線上預(yù)習(xí)、課中線下探究、課后線上拓展三步驟，進(jìn)行基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)。

3.1課前任務(wù)，預(yù)習(xí)新知

教師將學(xué)習(xí)任務(wù)單、微課視頻、課前自測題上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。學(xué)生通過閱讀任務(wù)單了解任務(wù)要求、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)后學(xué)習(xí)微課視頻，識(shí)記知識(shí)點(diǎn)，完成自測題，并在討論墻中寫下預(yù)習(xí)心得。教師通過分析平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)了解學(xué)生自學(xué)情況，以此為依據(jù)對(duì)課堂教學(xué)活動(dòng)和策略做適當(dāng)調(diào)整。

3.2課中集中授課，互動(dòng)探究

在機(jī)器人智慧實(shí)訓(xùn)室開展探究式理實(shí)一體化互動(dòng)教學(xué)，主要教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)為以下六步：（1）重難點(diǎn)知識(shí)講解。教師對(duì)學(xué)生自學(xué)存在困難的共性問題進(jìn)行集中講解，逐個(gè)突破重難點(diǎn)。（2）學(xué)生無差別分組。以“組間同質(zhì)，組內(nèi)異質(zhì)”為原則，按四人小組分組，明確組員分工。（3）Robotstudio仿真。學(xué)生利用仿真軟件小組合作編寫程序，并展示初步編程結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生共同糾錯(cuò)。（4）安全規(guī)范教育。學(xué)生佩戴安全帽，復(fù)習(xí)機(jī)器人安全操作規(guī)范，并檢查實(shí)訓(xùn)工位。（5）實(shí)操練習(xí)。學(xué)生依據(jù)教師歸納的技巧優(yōu)化仿真程序，教師檢查無誤后學(xué)生進(jìn)行實(shí)操練習(xí)。教師巡檢工位，及時(shí)指導(dǎo)，記錄評(píng)價(jià)信息，并通過實(shí)訓(xùn)錄播系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范化操作示范。（6）優(yōu)化鞏固。學(xué)生在任務(wù)單中梳理編程流程，記錄優(yōu)化后的程序和機(jī)器人規(guī)范操作要點(diǎn)。

3.3課后自主拓展，個(gè)性發(fā)展

教師在線上布置階梯化課后作業(yè)，包括必答的鞏固性練習(xí)和選答的拓展性練習(xí)。學(xué)生完成鞏固練習(xí)后根據(jù)個(gè)人興趣和能力，自主選擇拓展練習(xí)。同時(shí)，教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳工業(yè)機(jī)器人企業(yè)真實(shí)應(yīng)用案例，幫助學(xué)生把握工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，使學(xué)生的專業(yè)技能和素質(zhì)得到更廣的拓展。最后，學(xué)生填寫完整的任務(wù)單上傳至平臺(tái)，教師對(duì)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)情況做出評(píng)價(jià)，并將系統(tǒng)自動(dòng)生成的全過程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)推送給每一位學(xué)生，至此完成一個(gè)完整的任務(wù)教學(xué)。

4結(jié)語

以課程內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)資源庫建設(shè)和教學(xué)過程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程開展基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)改革。融合線上線下教學(xué)優(yōu)勢，打破教學(xué)時(shí)空限制，解決學(xué)時(shí)不足難題，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)素材，開啟小組合作探究式學(xué)習(xí)模式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效果顯著提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陶洪峰.自動(dòng)控制原理課程的混合式教學(xué)模式探索[J].大學(xué)教育，2019（3）：62-64.

[2]毛秀麗，李挺，陳帝伊.混合式教學(xué)在“水輪機(jī)”課程中的探索與應(yīng)用[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2020（9）：40-41.

作者：何燕妮 單位：上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院