基于“PLPL”模式的工業機器人實訓課程研究

朱翔宇，單磊

（遼寧科技大學 創新創業學院（工程訓練中心），鞍山遼寧 114051）

2018 年，教育部提出了“新時代高教40 條”和“六卓越一拔尖”計劃2.0，目的是更好地培養一大批適應跨學科融合的創新型后備人才，使他們具備終身學習能力、信息獲取與職業發展規劃能力、產品研發與設計能力、技術升級與創新能力、團隊合作能力、組織管理能力等核心能力[1]。

目前，工業機器人實訓課程存在的問題主要體現在兩方面：教學習慣與考核評價方式。

對于工程訓練類課程，傳統的教學模式都是教師先進行講解，然后再演示，最后指導學生操作。課程早期就是先介紹實訓所用機器人的組成部分，然后介紹示教器的使用以及程序的編寫方法，編寫一段程序后讓機器人執行這段程序，最后要求學生重復上述操作過程。考核分數主要由考勤和實訓報告完成情況兩部分組成，由于考核形式和內容比較簡單且模式化嚴重，僅從操作情況來看，并不能真實反映學生對知識的掌握情況，實訓報告的成績也經常會出現相近的情況。

這樣的教學模式和考評方式難以達到“了解先進的工藝，增強工程實踐水平，提高解決實際工程問題的綜合素質以及培養創新精神和創造能力”的教學目標。因此，探索一種新的教學模式是很有必要的，以提升工程訓練的實踐教學水平和人才培養質量。

1 教學創新的理性認識及創新思路

1.1 教學創新的理性認識

在學科交叉融合的背景下，工業機器人實訓課程創新教學的目標是培養大工程觀下具有動手能力、創新能力和解決復雜工程問題能力的人才[2-3]。

工業機器人實訓教學要改變傳統的模式化教學方式，從教學理念、教學體系、教師思政育人能力和綜合實訓項目開發4 個層面進行工業機器人實訓課程的創新與重構，進一步提升學生的創新能力和解決復雜工程問題的能力，培養出具備創新型和應用型素質的人才[4]。

1.2 教學理念

為解決目前工業機器人實訓存在的問題，創新性地提出“PLPL”教學模式并將其應用到實訓教學中。“PLPL”即Program-Level and Problem-Learning，就是分等級的項目設計以及對遇到的問題進行解決的教學模式。把項目按照難度劃分為三個等級，然后根據學生的成績進行分組，成績高的組別可以選擇難度高的項目進行實訓操作，在完成項目的過程中，教師對該組學生進行現場問題模擬，即提出實際項目執行中可能會遇到的問題，讓學生研究如何解決。這種教學模式可以培養學生的實踐動手能力和團隊合作精神，再配合個性化的評價體系考核學生的綜合實踐能力，開放式培養學生，可以使學生充分拓寬視野，也為未來創新創業奠定堅實的基礎[5]。

項目的三個等級具體為：一級是模仿型項目，此類項目可以根據項目指導書的詳細指導執行，學生可以項目指導書一步一步做出來；二級是擴展型項目，此類項目需要學生進行一定的思考和規劃才能完成；三級是綜合型項目，此類項目僅給出最終的要求以及相關的工藝知識，需要學生自主發揮完成。

針對項目問題的解決方案，不會設置統一的“標準答案”，最后的方案要學生在建模中不斷互動制定，對于復雜困難問題解決的過程本身也是一種學習的方式[6]。最后通過論證，確定學生的方案沒有安全性問題時，可以讓學生充分嘗試并在失敗中總結經驗，不斷完善方案，更好地完成項目任務。

1.3 整體創新方案

基于創新的教學模式的具體方案流程如圖1所示。

圖1 “PLPL”教學模式在工業機器人實訓中的流程

2 創新實踐過程

2.1 課程內容的重構

課程內容結合翻轉課堂模式展開，在課前，教師在學習通上發布學習視頻和課后習題，每一章節難點部分也給出參考資料供學生自學，同時開放話題討論區，讓學生能夠充分交流，反饋在學習中遇到的問題和難點，互相學習；在課堂上，教師首先要解答學生預習時遇到的難點和疑點以及學生不理解的問題，然后再進行考核，根據考核結果進行分組，各小組自行推選組長，并對實訓任務等級進行選擇，分組完成所選擇的任務；課后，教師再根據各組完成情況組織學生在線上進行討論，并對本次課的收獲和存在問題進行反思。具體的課程模式如圖2 所示。學生通過分組進行項目的選擇，每個小組自行分工與組織，制定解決方案，完成任務，從而更好地掌握所學到的知識，訓練技能，提高能力[7]。

圖2 翻轉課堂重構課程內容

2.2 教學模式

在課上，教師首先會對學生進行測試，根據成績的高低進行分組。分組后由學生自己推選出組長，選擇項目等級，這對于知識掌握程度不同的學生來說是具有個性化的教學模式。

項目選好之后，教師要在問題庫中選擇這個項目在實施過程中可能遇到的各種問題，學生根據問題進行分析，然后在組內進行分工合作，通過收集相關材料，組織研究討論，進行模擬實驗，以及確定方案等，最后完成項目任務。

問題的設置不僅要符合工業機器人實訓的教學目標要求，還要契合各個專業的培養目標以及工程認證的相關要求，要綜合考慮知識的綜合性、可用性、研究探索性、結果可驗證性及答案不唯一性等原則，在內容和格式方面要遵守一定的規范[8]。

教師要積極組織并參與學生討論，掌握學生學習情況，判定學生解決問題的思路是否正確和可行；要掌握每位學生在解決問題過程中的綜合表現，要做到在監督檢查學生的方案和進度的同時，鼓勵學生廣開思路，大膽探索[9]。

學生遇到問題之后，要學會分析問題，可以通過查閱資料、研究討論、互相合作等方法解決問題，在解決問題的過程中不斷提高學習主動性、積極性，培養團隊意識和合作能力，并發揮創新思維能力[10-11]。

工業機器人實訓過程還要建立完善的安全管理體系，確保項目實施過程中的安全性。教師要時刻關注學生在操作過程中的安全問題，隨時查看學生的研究方案是否存在不安全因素，如果存在必須及時制止[11-12]。

2.3 課程思政

工程訓練課程為各類院校實踐教學的重要環節，覆蓋學生面廣，影響范圍大。可將思想政治教育融入實訓課程教學，使其成為思想政治理論課教學的有益補充[13]。要做好工業機器人實訓課程的課程思政，可以從以下四個方面切入。

（1）安全意識教育：學生要清楚機器人的安全操作規程，并在實訓中嚴格遵守安全操作流程，避免安全事故的發生。

（2）責任意識教育：讓學生了解機器人的作用和意義，認識到機器人的使用對于生產和社會的重要性，增強學生的責任感和使命感。

（3）科技創新意識教育：鼓勵學生在使用機器人的實踐中探索、創新，更好地培養學生的創新和實踐能力。

（4）社會責任教育：引導學生學習機器人的應用場景和發展方向，培養學生的社會責任感和關注社會發展的意識。

2.4 教學評價體系

“PLPL”教學模式有效培養了學生的綜合能力，包括查閱資料的能力、團隊合作的能力、創新思維的能力和發現并解決問題的能力[14]。在對學生成績的考核和評價方面，也要與傳統的教學方法不同。

最終成績評定分為分組成績和項目完成成績兩個部分。分組成績是指在分組之前，根據學生知識掌握情況進行的測試成績。項目完成成績主要包括項目中問題的解決方案以及結果的驗證，再根據每位學生在項目完成過程中的綜合表現，結合組內學生互評的分數，公平合理地給每個成員評定學習成績。其中，組內學生互評分數主要包括組長根據小組成員的貢獻和分工任務給出相應的分數，以及學生之間互相評價分數的加成。

3 結束語

在“PLPL”這種創新教學模式下，通過“項目等級”可以使學生進行個性化的學習，學習能力較強的學生可以接觸更高層次的知識，基礎較為薄弱的學生可以完成基本的學習任務。然后再通過問題的引入，逐步引導學生提升學習熱情，促使學生不僅學習相關的機器人知識，增強工程實踐能力，也在創新意識、創造性思維等方面得到鍛煉，加強學生的團隊意識與合作精神，從而提高學生的綜合素質和能力。