基于數(shù)字化平臺的新形態(tài)課堂教學(xué)改革

尤光輝　蔣立正　王海濤

摘? 要：該文以《工業(yè)機器人操作、應(yīng)用與維護》課程為研究對象，明確該課程課堂教學(xué)現(xiàn)狀，依托數(shù)字化平臺，引入新型教學(xué)手段，提出新形態(tài)課堂教學(xué)改革形式，并進行案例舉例。實踐表明，通過課程的課堂教學(xué)改革，改善效果顯著。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人? 數(shù)字化平臺? 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0123-02

1? 課程的概述

《工業(yè)機器人技術(shù)操作、應(yīng)用與維護》課程是高等職業(yè)院校機械類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，使學(xué)生了解工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，掌握工業(yè)機器人在實際工作過程中編程、操作、應(yīng)用和維護的知識和方法，培養(yǎng)學(xué)生在機器人技術(shù)方面分析與解決問題的能力，為畢業(yè)后從事相關(guān)機器人應(yīng)用和維護工作打下堅實的基礎(chǔ)[1]。

2? 教學(xué)現(xiàn)狀

該課程的教學(xué)現(xiàn)狀主要從兩個方面組成：一是學(xué)情問題，由于學(xué)習《工業(yè)機器人技術(shù)操作、應(yīng)用與維護》課中有中職生也有高中生，中職后有一定專業(yè)軟件編程基礎(chǔ)，高中后專業(yè)基礎(chǔ)較缺乏，對編程相關(guān)知識沒有概念，學(xué)習動力不足，自主學(xué)習能力較弱，對實踐操作課的興趣較高，動手能力較強，是普遍存在的問題。二是該課程在教學(xué)過程中存在缺乏和實際工廠企業(yè)匹配的案例教學(xué)的問題，所以工業(yè)機器人相關(guān)課程教學(xué)方法以及課堂形式無法激起學(xué)生對課程的學(xué)習興趣，反而因為《工業(yè)機器人技術(shù)操作、應(yīng)用與維護》課程的綜合性而退縮，失去學(xué)習主動性導(dǎo)致課堂教學(xué)效果較差[2]?；谀壳按嬖诘膯栴}以及有限的資源，如何實現(xiàn)課堂教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生對在學(xué)習過程中的興趣，是我們現(xiàn)在所面臨解決的重要問題。

3? 新形態(tài)課堂的教學(xué)改革

3.1 引入新型教學(xué)手段，結(jié)合數(shù)字化平臺

如何在講解理論的同時讓學(xué)生增強感性認識，可以通過數(shù)字化平臺，利用軟件虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過教師自我開發(fā)相關(guān)教學(xué)資源或者網(wǎng)絡(luò)教學(xué)所需的資源，對工業(yè)機器人項目進行仿真模擬，增加學(xué)生對實際應(yīng)用場景的直觀感受。該文將基于數(shù)字化平臺的新形態(tài)課堂教學(xué)模式進行設(shè)計，具體分為4個部分。

（1）課前的教學(xué)準備。

課前的教學(xué)準備是基于數(shù)字化平臺的混合式教學(xué)的關(guān)鍵，包括課程內(nèi)容的設(shè)計以及教學(xué)資源開發(fā)等，比如，以柔性制造生產(chǎn)線為例，由于可分為車床、加工中心、機器人、輸送定位站、地軌、夾持交換臺6個部分組成。那么就設(shè)計工業(yè)機器人與車床的運動、工業(yè)機器人與加工中心的運動、機器人與輸送定位站運動、機器人與地軌的運動、機器人與夾持交換臺的運動5個教學(xué)項目，將每個教學(xué)項目拆成幾個模塊，每個模塊對應(yīng)于教學(xué)知識點。如表1所示，以讓機器人與車床配合運動這一教學(xué)項目為例，來說明《工業(yè)機器人操作、應(yīng)用與維護》課程教學(xué)知識點的過程。

（2）學(xué)生的課前預(yù)習。

教師每次上課前通過數(shù)字化平臺將教學(xué)需要的資源提前傳給學(xué)生，讓他們按照要求自主安排時間進行線上學(xué)習，在數(shù)字化平臺上完成學(xué)習內(nèi)容，在學(xué)習的過程中按照老師提出的問題，將問題的結(jié)果在數(shù)字化平臺上進行反饋，也可以在線上與老師溝通，向老師提出問題以及對上傳的資料進行評價[3]。教師可以在數(shù)字化平臺上查看互動發(fā)言情況、回復(fù)情況，并監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習情況以及效果。

（3）學(xué)生教師互動課堂教學(xué)。

課堂教學(xué)不再是傳統(tǒng)的教師講授，學(xué)生吸收的形式，以數(shù)字化平臺為載體，形成學(xué)生主體，師生互動的一種課堂教學(xué)模式，可分為4個階段。

①復(fù)習與預(yù)習。

利用數(shù)字化平臺，以問題式的內(nèi)容發(fā)放上一節(jié)課程復(fù)習內(nèi)容和該節(jié)課預(yù)習內(nèi)容，采用鼓勵式的教學(xué)方法，選取學(xué)生對內(nèi)容進行總結(jié)和抽查，從而達到鞏固上節(jié)課的內(nèi)容以及引出該節(jié)課的任務(wù)內(nèi)容。

②任務(wù)分析。

創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，通過觀看應(yīng)用場景視頻，激發(fā)對新知識、新任務(wù)產(chǎn)生期待，通過對課前的預(yù)習情況，發(fā)布任務(wù)書，闡明任務(wù)要求。

③知識講解。

對學(xué)生在線上的學(xué)習的提問以及在線反饋的問題，有重難點區(qū)分，首先，對重難點以及疑問知識點進行講解，并通過小組探討，組織學(xué)生分組討論任務(wù)中的知識要求，指導(dǎo)學(xué)生討論的問題，進一步明確知識點。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生分進行組討論，制定工業(yè)機器人運動的方案，并闡述其方案的合理性。其次，再通過現(xiàn)場實操來加深所學(xué)知識，必須引導(dǎo)學(xué)生積極動手，利用實訓(xùn)設(shè)備，分析工業(yè)機器人工作站的關(guān)鍵問題，在操作過程中，教師檢查指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)調(diào)試過程，在學(xué)習過程中特別注意學(xué)生操作過程中的問題，及時排除錯誤，隨機找一組學(xué)生的操作進行點評，在學(xué)生操作過程中巡視、監(jiān)督實施過程，對共性問題進行班級集體講解。

④考核評價和總結(jié)。

采用鼓勵式教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生對此次課程的任務(wù)完成情況進行自我考核、組內(nèi)及組間考核并進行總結(jié)，最后教師總結(jié)，布置作業(yè)及下一次課程的任務(wù)，通過課后總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習的過程中對虛擬仿真的任務(wù)以及實際操作的過程中遇到的問題進行總結(jié)，并分析和講解相關(guān)問題，使理論學(xué)習、仿真模擬和實際操作有機地結(jié)合起來，真正做到在學(xué)中做、做中學(xué)，學(xué)做結(jié)合的新課堂教學(xué)模式，改善課堂教學(xué)質(zhì)量[4]。

（4）課后作業(yè)及批改。

通過數(shù)字化平臺下發(fā)本節(jié)課程的知識作業(yè)，學(xué)生可以通過拍照以及視頻的模式將作業(yè)上傳到數(shù)字化平臺上，教師會及時糾正學(xué)生提交的作業(yè)并對其進行評分，并對一些學(xué)生作業(yè)進行評論。學(xué)生可以通過數(shù)字化平臺查看到自己作業(yè)結(jié)果，并知道自己哪里不足，并將這成績作為期末總成績中的平時成績。

3.2 案例舉例

筆者將以“工業(yè)機器人柔性制造生產(chǎn)線”為例，要求學(xué)生先在RB軟件中先完成工具坐標、工件坐標以及載荷數(shù)據(jù)3個重要參數(shù)設(shè)定，通過IO信號配置、組件配置以及目標點示教來實現(xiàn)整個機器人運動過程。

課前將該節(jié)學(xué)習的PPT、視頻以及Word參考素材等資源提前傳給學(xué)生，讓學(xué)生提前熟悉該次課程人任務(wù)，以及熟悉工業(yè)機器人的信號并提前布局好柔性制造生產(chǎn)線的工作站，如圖1所示。

課堂上，向?qū)W生介紹該工作站機器人的型號，控制柜以及第六軸法蘭盤上的工具，講解柔性制造生產(chǎn)線各個部分之間如何協(xié)調(diào)來完成工件的制造任務(wù)。在對學(xué)生在課前預(yù)習中所提的問題在操作過程中進行重點講解，由教師邊講解、邊操作虛擬機器人來完成部分重要環(huán)節(jié)（如smart組件配置、重要點的示教等），之后讓學(xué)生分組討論，指定編程方案，完成虛擬機器人的操作調(diào)試，當對虛擬機器人調(diào)試達到無錯狀態(tài)時，在指導(dǎo)老師的幫助下，操作實際機器人設(shè)備的3個重要數(shù)據(jù)的設(shè)定，IO信號的配置、編程調(diào)試，最后完成整個柔性制造的任務(wù)，圖2是柔性制造實訓(xùn)室。

課后，總結(jié)并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)在學(xué)習的過程中對虛擬仿真的任務(wù)以及實際操作的過程中遇到的問題。通過對問題進行分析和講解，使得理論學(xué)習，仿真模擬和實際操作有機結(jié)合起來，真正達到學(xué)練一體的效果。

4? 結(jié)語

該文以《工業(yè)機器人操作、應(yīng)用與維護》課程為例，探討了如何利用數(shù)字化平臺課程的開展新形態(tài)課堂教學(xué)模式，主要從教師和學(xué)生的課前準備、學(xué)生教師互動課堂教學(xué)、課后作業(yè)及批改反饋等方面做了設(shè)計闡述，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與以往傳統(tǒng)課程相比較，課堂教學(xué)上效果有所改善，學(xué)生對課程學(xué)習積極性也有所提高，但是由于高職院校學(xué)生在自我意識仍然較弱，一些學(xué)生學(xué)習的效果并未明顯提升。因此，下一步將采取一些其他有效措施來完善基于數(shù)字化平臺新形態(tài)課堂教學(xué)改革。

參考文獻

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[4] 李佳玉，彭見輝.基于“理虛實一體化”的“工業(yè)機器人技術(shù)”課程改革[J].新課程研究，2017（10）：18-19.