基于虛擬環境的“機器人視覺技術及應用”在線教學改革與實踐

錢丹 阮殿旭 朱紅萍

（沙洲職業工學院，江蘇 張家港 215600）

引言

根據《2020年春季學期延期開學期間在線教學工作方案》總體部署和《關于春季延期開學期間教學安排調整與實施在線教學工作的通知》的實施要求，“機器人視覺技術及應用”課程教學團隊，化“危”為“機”，依托網絡教學平臺，做好“停課不停教、停課不停學”工作，將在線教學引入機器人視覺技術及應用課堂教學體系，為虛實結合的機器人視覺技術的課程教學改革提供了新思路。[1-3]在傳授知識的同時，注重培養學生的自主學習能力；注重實施效果，精準分析學情，對學習質量進行診斷評估，有針對性地制定在線教學計劃，利用信息化手段，確保線上教學與線下教學同質等效。

1 課程教學改革設計

1.1 課程概要

“機器人視覺技術及應用”課程是工業機器人技術專業的一門專業核心課程，結合工業機器人應用編程“1+X”職業技能等級標準的考核要求，培養學生綜合運用電氣、控制、傳感等相關專業知識與技能，使學生在掌握工業機器人應用系統建模、離線與仿真編程及現場編程的基礎上，進一步學習機器人視覺通信應用程序編調、通信參數設置，完成視覺引導的機器人工作站典型項目任務，為今后從事工業機器人操作、運維、管理及技術改造奠定基礎。

1.2 教改主題

構建以學生為主體、虛擬編調相結合的雙主線課堂生態系統[4]，如圖1所示。

圖1 虛擬編調雙主線

2020年新冠疫情期間，教學團隊以“基于視覺引導的機器人搬運工作站”為項目，結合知識和技能的雙任務驅動形式，整合線上理論知識和線下工作過程，利用騰訊課堂、智慧職教云、QQ群等平臺作為傳授知識的載體，將項目作為鍛煉技能的載體，實現“學中練、練中學”。線上是基于平臺資源的自主學習，線下進行項目實施，項目按任務設置分配課時（見表1）。教學過程中學生的主體作用得到充分呈現，教師也真正成為課堂的組織者和學生學習過程中的引導者。

1.3 教學設計

依照“機器人視覺技術及應用”的課程目標和新冠疫情期間純線上教學情況，教學團隊制定線上線下詳細的項目清單和學習要求，如表1所示，以“基于視覺引導的機器人搬運工作站”項目為例，學生需完成圖像集的標定及目標（藥盒）識別與定位、視覺與機器人通信編程與調試、靜態藥盒的搬運示教編程與調試三個任務。

表1 “基于視覺引導的機器人搬運工作站”項目實施過程

2 課程教學改革實踐

2.1 課堂組織

采用基于理論和實踐雙重驅動模式下的遞進式教學組織課堂。

以項目式任務驅動教學，由兩條主線引領：一方面是學生自主完成課程核心知識點的理論學習；另一方面是依照項目操作流程，完成知識點、技能點層層遞進，強調活學活用。

整個線上教學實施過程中，強化“課前預習”+“課中討論”+“課后思考”的教學流程和監控。項目任務開始前，教師在課前布置相關理論知識點，學生充分利用線上信息化教學資源進行預習，并完成一定量的預習測試題。線上直播課堂上，教師結合課前學生預習效果，整理其中的重點、難點，并結合項目任務展開討論。整個課堂教學中，教師引導學生自主探究式學習，如圖2所示。課后學生結合課中所學，完成教師布置的作業，并提交到教學平臺，與同學分享學習成果。

圖2 線上直播課堂

在整個教學實施過程中，加強本課程的教學流程痕跡化管理，每日一記錄，三天一總結，每周一測評。整個教學過程中的任務發布和處理均在平臺上進行，因此，對學生學習的軌跡和學習效果能進行實時過程監控。同時，為了讓學有余力的學生拓展延伸所學的知識和技能，線上還提供了相關交叉學科的知識點視頻資源，如圖3所示。此外，教師定期在線上開設討論社區，增加師生互動環節，使師生能隨時隨地互動探究。

2.2 教學成效及反思

新冠疫情期間，本課程以學生為中心，引入線上教學，從課程教學理念、教學內容、教學方法、考核形式等方面進行課程教學改革。以在線課程平臺為載體，通過線上線下相結合的混合式教學方法，將理論和實踐相結合。但在線上教學過程中還存在一些不足，如對學生線上課堂無法實時監控、在線分組空間受限、師生課堂互動不直接等，還需要進一步探索與實踐。

3 結語

實踐證明，基于虛擬環境的“機器人視覺技術及應用”在線教學改革，響應了國家“停課不停教、停課不停學”的號召，順應了“互聯網+職業教育”時代背景下的課程在線教與學的需求，化“危”為“機”，激發教師和學生持續教與學的熱情，充分利用信息化手段，構建雙主線課堂生態系統，細化項目清單和學習要求，發揮主觀能動性，確保線上教學與線下教學同質等效。基于虛擬環境的“機器人視覺技術及應用”在線教學改革和實踐過程中取得的經驗，也將對其他課程的在線教學改革起到一定的借鑒作用。