工業機器人操作與編程課程混合式教學設計

何燕妮

（上海電子信息職業技術學院，中國 上海 201411）

0 引言

工業機器人操作與編程課程不僅是工業機器人技術專業的核心課程，同時也在機電一體化技術等專業開設。該課程要求學生在了解工業機器人基本結構基礎上，掌握機器人軌跡類應用的現場編程與調試方法。課程對學生的邏輯思維能力和動手操作能力有較高要求。

互聯網技術的日益發展對高等職業教育信息化不斷提出新的要求和挑戰。 大規模在線開放課程MOOC 作為一種新興的教學和學習模式， 在2008 年由加拿大學者Dave Cormier 和BryanAlexander 提出。這是一種將課程資源和參與者聚集到開放式網絡平臺上，對學習者進行知識講解和問題討論的互聯網教學模式，具有開放性、大規模和社會性等特點，是提升高質量教學資源公開性和教育過程公平性的一個重要舉措[1]。

本文將在教學內容重構、課程資源庫建設和教學過程設計的基礎上，探索工業機器人操作與編程課程線上線下混合式教學模式改革。

1 混合式教學改革的必要性分析

教師的“教”和學生的“學”雙方面組成了教學行為，二者的協同性直接決定教學質量[2]。線下面對面授課，優勢在于教與學的及時有效互動；自由的學習時空、豐富多樣的學習資源、實現個性化學習需求則是線上教學的顯著優勢。但是單一的線上或線下教學模式在教學實踐過程中暴露出如下問題。

1.1 單一線下教學問題分析

傳統線下教學模式， 教師是教學活動的主體，學生被動接受教師灌輸的知識。這種教學模式忽視了學生的認知主體地位，不利于培養學生的創新思維和激發學生的求知欲望。 其次，工業機器人操作與編程課程知識點和操作技能點較多， 但分配課時數僅為32學時，教師只能以中等水平學生為準設計課堂教學方案，無暇顧及不同層次學生的學習需求。再者，因班級學生人數較多，教師在講授機器人實操要領時，學生只能聚眾圍觀， 無法仔細觀看教師的示范性操作，教學效果不甚理想。

1.2 單一線上教學問題分析

新型冠狀病毒肺炎疫情期間，在教育部“停課不停教、停課不停學”的號召下，工業機器人操作與編程課程開展了基于網絡平臺的線上教學。 實踐證明，線上教學不僅對師生雙方都提出了更高的要求和挑戰，而且出現了不小的問題。 首先，頻頻卡頓的網絡平臺時常干擾正常的教學秩序；其次，師生因空間距離溝通不暢，學生遇到困難無法及時得到教師的幫助和指導，影響其繼續學習的積極性。再者，實操教學是該課程的核心組成部分，然而，線上教學只能使用虛擬仿真軟件進行模擬練習，無法完成熟練掌握機器人手動操縱技能等教學目標。

綜上所述，在信息化不斷普及的背景下，工業機器人操作與編程課程應適時進行混合式教學改革，將線上線下教學優勢相融合，既發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生作為學習過程主體的主動性和創造性，從而提升教學質量。

2 課程內容重構與教學資源庫建設

以“學以致用”為原則，參照“工業機器人應用編程1+X”中級能力標準，按照“項目引領、任務驅動”設計理念，對教學內容進行重構。 將課程設計為“認識ABB 工業機器人”“工業機器人軌跡類應用”兩個教學模塊。圍繞工業機器人在行業典型應用中所需的現場操作與編程等職業能力， 設置了“認識工業機器人”“工業機器人基礎操作”“機器人軌跡運動工作站”“創建軌跡工具”“編寫軌跡程序”五個學習項目。

為充分發揮線上線下融合教學優勢，需重新優化原有的教學資源，建設教學資源庫。 （1）錄制微課視頻。 從“知識、技能、素養”三方面梳理教學目標，將重難點知識和機器人規范操作錄制成微課視頻。 （2）制作3D 動畫。 將抽象的通信訊號等知識通過3D 動畫具象化，充分調動學生多樣感官，降低認知難度，突破教學重難點的同時激發學生學習興趣。 （3）設計任務單。 課前，教師通過任務單發布學習任務；課中，學生將仿真編程、實操訓練等數據記錄在冊，可完整再現提出問題、診斷問題、優化程序、改進操作的線上線下教學全過程。 （4）設計數字化仿真模型。 利用ABB 工業機器人實訓平臺，設計數字化仿真模型，真實再現機器人工作場景。

3 混合式教學設計

以我校“教務在線系統”為平臺，按照課前線上預習、課中線下探究、課后線上拓展三步驟，進行基于翻轉課堂的混合式教學模式設計。

3.1 課前發布任務，預習新知

教師將學習任務單、微課視頻、課前自測題上傳至網絡平臺。 學生通過閱讀任務單了解任務要求、教學目標和教學重難點后學習微課視頻， 識記知識點，完成自測題，并在討論墻中寫下預習心得。 教師通過分析平臺統計數據了解學生自學情況，以此為依據對課堂教學活動和策略做適當調整。

3.2 課中集中授課，互動探究

在機器人智慧實訓室開展探究式理實一體化互動教學，主要教學活動設計為以下六步：（1）重難點知識講解。教師對學生自學存在困難的共性問題進行集中講解，逐個突破重難點。（2）學生無差別分組。以“組間同質，組內異質”為原則，按四人小組分組，明確組員分工。（3）Robotstudio 仿真。學生利用仿真軟件小組合作編寫程序，并展示初步編程結果，教師引導學生共同糾錯。 （4）安全規范教育。 學生佩戴安全帽，復習機器人安全操作規范，并檢查實訓工位。 （5）實操練習。 學生依據教師歸納的技巧優化仿真程序，教師檢查無誤后學生進行實操練習。 教師巡檢工位，及時指導，記錄評價信息，并通過實訓錄播系統進行規范化操作示范。（6）優化鞏固。學生在任務單中梳理編程流程，記錄優化后的程序和機器人規范操作要點。

3.3 課后自主拓展，個性發展

教師在線上布置階梯化課后作業，包括必答的鞏固性練習和選答的拓展性練習。學生完成鞏固練習后根據個人興趣和能力，自主選擇拓展練習。同時，教師在網絡平臺上傳工業機器人企業真實應用案例，幫助學生把握工業機器人產業發展趨勢，使學生的專業技能和素質得到更廣的拓展。 最后，學生填寫完整的任務單上傳至平臺，教師對學生的課后學習情況做出評價，并將系統自動生成的全過程學習數據推送給每一位學生，至此完成一個完整的任務教學。

4 結語

以課程內容重構、教學資源庫建設和教學過程設計為基礎，對工業機器人操作與編程課程開展基于翻轉課堂的混合式教學改革。 融合線上線下教學優勢，打破教學時空限制，解決學時不足難題，提供個性化學習素材，開啟小組合作探究式學習模式，提升學生學習的積極性，教學效果顯著提高。