淺談中職學校工業機器人課程混合式教學實踐①

王鵬

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?“工業4.0時代”來臨，工業機器人在智能制造中扮演著重要的角色。“如何提高工業機器人課程教學質量，以培養中職院校學生有效掌握工業機器人技術”已成為不少學校面對的問題。以“工業機器人工程應用虛擬仿真”課程中“工業機器人簡單搬運”課題為例，對中職學校該課程“線上線下”混合式教學模式進行初步實踐。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?中職學校;工業機器人;混合式教學

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）15-0016-02

隨著“工業4.0”智能制造的到來，工業制造領域對智能化生產模式的需要日益增長。工業機器人在提升生產效率和降低生產成本方面扮演著重要的角色，工業機器人行業迎來黃金發展期。面對新形勢與新變革，在傳統教學方式上建立一種新型教學模式，以更好地提高課堂教學質量。

一、混合式教學概述

通過將傳統學習的優勢與數字化或網絡化學習的優勢結合為基本學習形式，有機地整合不同的學習資源、學習活動和學習策略，以期達到最優化教學效益的一種教學模式。混合式教學模式更加強調“以學生為主體，教師為主導”，充分發揮學生學習的積極性、創造力和主動性。因此對教師的教學提出了更高要求，使教師更好地教，學生有效地學。

二、工業機器人教學現狀

目前，中職學校工業機器人教育仍處于起步階段，專業培養方案還不完善，加上學生的專業基礎相對于高職學生較為薄弱。受學校的條件限制，學生很少有機會能接觸到工業機器人的實物，不能全面和真實地了解工業機器人技術。不同學校的工業機器人教學所使用的教材也不盡相同。通過教學實踐發現，在開設“工業機器人實操與應用”課程之前，可先行開設“工業機器人工程應用虛擬仿真”課程。這樣，一方面降低了教學成本;另一方面學生通過模擬真實的場景，可以了解實際崗位上操控機器人需要的真實技能。通過運用“工業機器人工程應用虛擬仿真”教程，主要培養學生通過仿真軟件對工業機器人進行基本操作、功能設置和示教編程等，為后續專業課程學習打下必要的基礎。

工業機器人課程的教學模式多以課堂教學為主。受硬件條件的限制，有些學校基本上以課堂教學為主。課堂上，教師主要依靠紙質教材和課件進行知識點的講解。顯然，理論知識講授占很大的比重，很難激發學生的學習熱情和興趣，對培養學生的自主學習能力、團隊協作能力、創新等能力的作用顯得微乎其微。

三、混合式教學在工業機器人課程中的實踐

為提高“工業4.0時代”背景下中職學校工業機器人課程的教學質量和效率，充分借助信息化技術手段，采用“線上線下”混合教學模式，有效地將知識點傳授給學生，提高學生的實踐能力與自主學習能力。

如以“工業機器人簡單搬運”課題為例，按照“線上線下”混合教學模式，把教學過程分為課前、課中和課后三個階段。

課前：教師將課前學習資源上傳到課程教學平臺，并且通過手機郵箱、QQ、微信等發布課前預習通知。學生接到預習通知后，登錄課程教學平臺，通過在線學習區的電子課件、微視頻、虛擬仿真等信息化教學資源進行自主學習并且檢驗自學效果，拓展了學習的時間與空間。此外，還設置教師答疑區和綜合討論區，以便及時為學生答疑解惑，學生之間可以互相討論交流，滿足學生多樣化的學習需求。

課中：課堂教學活動主要通過創設情境任務引入、任務分解、任務實施和任務總結等環節完成教學任務。

（一）創設情境任務引入

首先，通過觀看一段“企業生產線搬運機器人”視頻，讓學生對機器人搬運有直觀的認識。接著，設疑啟發：讓學生觀察兩幅圖片有哪些不同。當使用RobotStudio進行機器人的仿真驗證時，如果對周邊模型要求不是非常細致的表述時，可以用簡單的等同實際大小的基本模型進行代替，從而節約仿真驗證的時間，激發學生自己嘗試制作機器人簡單搬運的興趣，調動學習的積極性。

（二）任務分解

根據制作簡單搬運工作站的一般流程，通過自主學習、小組協作學習、模擬實訓和教師引導，將教學任務分解為三個小任務來實施，分別由三名學生完成。任務一：簡單搬運工作站模型創建;任務二：機器人搬運軌跡示教編程;任務三：機器人仿真及調試。通過任務分解，引導學生在各階段扮演不同角色。

（三）任務具體實施

任務1：簡單搬運工作站模型創建

首先要求學生登錄課程教學平臺，觀看機器人簡單搬運工作站模型創建的微視頻，結合教師下發的圖紙，在RobotStudio仿真軟件“ABB模型庫”中導入合適的機器人本體;接下來，通過“建模”功能，創建所需模型。學生在制作過程中發現問題，及時向教師提出，教師根據學生提出的問題加以引導。之后，教師通過仿真軟件進行演示，解決學生制作過程中存在的問題。在整個過程中，教師起到的是引導與輔助作用，體現了“做學教合一”的課堂教學模式。

任務2：機器人搬運軌跡示教編程

本環節中，利用事件管理器添加機器人提取、釋放物品動作，機器人搬運軌跡是本次課的教學重點，也是教學難點。為了激發學生學習的積極性，通過設疑啟發：機器人末端執行器的吸盤夾具到達物體上方，物體如何被附加到吸盤夾具上？機器人到達指定位置后，物體如何從吸盤夾具上提取下來？學生帶著問題先通過課程平臺上的視頻和課件進行自主學習再模仿操作。首先，學生創建一個用于提取、釋放物品的虛擬信號并利用事件管理器添加提取、釋放物品動作。接下來，根據小組討論規劃的機器人搬運路徑，運用機器人運動指令moveJ和moveL進行搬運軌跡的示教編程。教師巡回指導，及時解決學生示教編程中存在的問題。之后，教師再通過仿真軟件進行演示，解決教學中的重點與難點。學生根據教師的示范演示后，進一步修正、完善搬運軌跡的示教編程。為了檢測學生的學習情況，教師可以通過極域電子教室軟件讓學生將自己的操作方法展示給所有學生看，實現良好的互動和交流;同時檢驗各組內部由合作學習遞進到自主學習的成效。

任務3：機器人仿真及調試

在前面兩個任務完成的基礎上，學生對整個機器人搬運工作進行仿真驗證。學生在仿真、調試過程中，將發現的問題記錄下來，如果與其他組相同，可以一起探討解決。教師巡回指導，引導學生分析、解決問題。

（四）任務總結

任務完成后，學生可以利用RobotStudio仿真軟件中的錄屏功能將所制作的作品上傳至課程教學平臺中。通過自我評價、組內互評、組間互評和教師評價四維評價方式，評選出優秀小組和個人。總結評價的同時要求各組學生將整個制作過程中的經驗和不足進行小結，不斷優化所學知識點，以便在今后的學習過程中加以改進。

課后：為了鞏固和提升所學知識點，進一步強化學生的工程應用能力和創新能力，設立了課后拓展任務：制作一個帶導軌的機器人搬運工作站。學生登錄課程教學平臺，觀看、學習并完成拓展任務。教師對作業中的問題進行點評并及時反饋給學生。

四、結語

工業機器人是一門理論性和實踐性都很強的課程。通過“線上線下”混合式模式在“工業機器人工程應用虛擬仿真”課程中的應用，解決了“重理論，輕實踐”“受硬件條件限制”等問題。這種教學模式既調動了學生的學習積極性和主動性，又培養了學生的自主學習能力和創新能力，使學生能夠相對容易地理解和掌握工業機器人的知識。

參考文獻：

[1]王海琴，趙水.基于“互聯網+課程”背景下的教學模式探討[J].新課程研究，2017（9）：73-75.

[2]袁永偉，李珊珊，孔德剛，等.虛擬仿真在“工業機器人”實踐教學中的應用研究[J].教育現代化，2017（34）：190-191.

[3]吳華娟.基于“任務驅動、理實一體”教學模式的《電子技術基礎與技能》課程教學設計[J].江蘇教育研究，2016（30）：35-38.

[4]趙達.基于混合學習的工業機器人技術專業教學設計與開發[D].天津：天津大學，2017.

編輯 馮永霞