“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”課程混合式教學(xué)改革探索

楊柳曼 萬(wàn)麗琴

摘? 要：隨著智能制造人才需求逐年增多，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力提出了更高的要求，如何將傳統(tǒng)的知識(shí)傳授為主的課堂轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學(xué)生能力為主的課堂，從而提升學(xué)習(xí)效果成已成為核心問(wèn)題。以“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”課程為例，對(duì)混合式教學(xué)改革進(jìn)行了研究、實(shí)踐和探索，形成“課前預(yù)習(xí)—課中練習(xí)—課后復(fù)習(xí)”教學(xué)活動(dòng)緊密聯(lián)系的學(xué)習(xí)形式，強(qiáng)化綜合能力培養(yǎng)，深化育人效果。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;混合式教學(xué);課程改革

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39;G642? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）18-0191-04

Abstract： With the increasing demand for intelligent manufacturing talents year by year， higher requirements are put forward for cultivating students comprehensive ability. How to change the traditional classroom based on knowledge teaching into a classroom based on cultivating students ability， so as to improve the learning effect has become a core problem. Taking the course of “industrial robot programming and operation” as an example， this paper has studied， practiced and explored the blended teaching reform， forms a learning form that the following teaching activities are closely related together： pre class preview， in class practice and after class review， strengthens the cultivation of students comprehensive ability and deepens the effect of education.

Keywords： industrial robot; blended teaching; course reform

0? 引? 言

《中國(guó)制造2025》規(guī)劃中提出，要把智能制造作為信息化與工業(yè)化深度融合的主攻方向，其中工業(yè)機(jī)器人被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵，我國(guó)企業(yè)對(duì)這方面的人才需求逐年遞增[1]。當(dāng)前，各大院校都開(kāi)設(shè)了工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程，但在教學(xué)中仍然以傳統(tǒng)的教學(xué)方式居多，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想[2]?；旌鲜浇虒W(xué)，最早是20世紀(jì)90年代在企業(yè)培訓(xùn)中出現(xiàn)，是一種線上和線下學(xué)習(xí)結(jié)合的基本教學(xué)形式，將不同類(lèi)型的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行有機(jī)融合，從而達(dá)到教育效益最優(yōu)化的一種教學(xué)模式[3]。采用混合式教學(xué)，有助于學(xué)生加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)，加深對(duì)課堂教學(xué)重難點(diǎn)的理解和靈活運(yùn)用，更好地掌握基本技能，滿足未來(lái)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技能人才的需求。

1? “工業(yè)機(jī)器人編程與操作”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”是一門(mén)智能制造專(zhuān)業(yè)群的核心課程，涵蓋了工業(yè)機(jī)器人基本操作、在線編程、離線編程、PLC應(yīng)用、視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)等知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)[4]，是培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握工業(yè)機(jī)器人操作技能、提升職業(yè)能力和素養(yǎng)的重要渠道。目前仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)方法居多，教師演示操作過(guò)程，學(xué)生模仿教師操作反復(fù)練習(xí)直至熟練，這個(gè)模仿過(guò)程學(xué)生不需要自己思考，嚴(yán)重制約了學(xué)生學(xué)習(xí)效率，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用有很大的局限性，職業(yè)技能和綜合能力并沒(méi)有得到很大的提高，教學(xué)質(zhì)量難以達(dá)到顯著的效果。另一方面，大部分學(xué)校的工業(yè)機(jī)器人教學(xué)設(shè)備數(shù)量有限，每個(gè)學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)比較少，實(shí)操時(shí)間短，學(xué)生的實(shí)踐技能很難得到提升，并且高職學(xué)生的自制力和自主性都較差，專(zhuān)注力不夠，在其他學(xué)生操作的時(shí)候，一部分學(xué)生則覺(jué)得枯燥乏味、無(wú)所事事，影響教學(xué)效果[5]。因此，在教學(xué)中運(yùn)用混合式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能，有效改變當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀。

2? 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)與資源庫(kù)建設(shè)

傳統(tǒng)教材知識(shí)更新較慢，與當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程1+X證書(shū)技能要點(diǎn)融合不足[6]，按照“學(xué)以致用”的原則，對(duì)“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”進(jìn)行任務(wù)式處理，實(shí)現(xiàn)以能力為本位，構(gòu)筑職業(yè)和技能相融合、符合教學(xué)新需求的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)。將課程設(shè)計(jì)為“初識(shí)工業(yè)機(jī)器人”“工業(yè)機(jī)器人的基本操作”“工具坐標(biāo)系的建立”“工件坐標(biāo)系的建立”“IO板的配置及使用”“運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)驗(yàn)”“五軸機(jī)床上下料綜合應(yīng)用”七個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。

為充分發(fā)揮混合式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，重新整理教學(xué)資源，建設(shè)符合本校教學(xué)特色的教學(xué)資源庫(kù)。具體為：

（1）制作微視頻。以知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)為依據(jù)，梳理每次課堂的重難點(diǎn)，錄制成微視頻，上傳至信息化教學(xué)平臺(tái)，方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。

（2）設(shè)計(jì)電子任務(wù)工單。將新課堂中的重難點(diǎn)和學(xué)生已掌握的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，制作電子任務(wù)工單發(fā)布給學(xué)生，課前學(xué)生根據(jù)工單明確學(xué)習(xí)任務(wù)，課中通過(guò)仿真練習(xí)、編程實(shí)操完成任務(wù)并記錄，課后反思總結(jié)、優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)工單貫穿教學(xué)全過(guò)程。

（3）軟硬件資源有效結(jié)合。課堂中利用工業(yè)機(jī)器人操作平臺(tái)、智能制造生產(chǎn)線和仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)教學(xué)，課堂外利用ABB RobotStudio、PQArt等離線仿真軟件真實(shí)再現(xiàn)機(jī)器人工作場(chǎng)景。gzslib202204051210

3? 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1? 教學(xué)策略

本課程采用“激趣”“創(chuàng)境”“釋疑”“鞏固”教學(xué)策略，“激趣”即通過(guò)視頻，案例等引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣;“創(chuàng)境”即創(chuàng)設(shè)工業(yè)機(jī)器人操作環(huán)境，借助案例鼓勵(lì)學(xué)生積極探索，合作學(xué)習(xí);“釋疑”即學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中遇到難以解決的問(wèn)題，教師進(jìn)行解答，“鞏固”即進(jìn)行課中綜合實(shí)踐，從而提高學(xué)生的操作編程應(yīng)用能力。

3.2? 整體教學(xué)設(shè)計(jì)

充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及資源和仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)及系統(tǒng)，開(kāi)展“課前預(yù)習(xí)—課中練習(xí)—課后復(fù)習(xí)”的教學(xué)活動(dòng)，如圖1所示，環(huán)環(huán)相扣，緊密聯(lián)系，保證教學(xué)效果。

具體為：

（1）課前預(yù)習(xí)：教師在課前做好課堂規(guī)劃，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳視頻、圖片、PPT、等多種學(xué)習(xí)資料，發(fā)布電子任務(wù)工單，引導(dǎo)學(xué)生完成課前信息收集和歸納、自主學(xué)習(xí)相應(yīng)內(nèi)容，將疑問(wèn)記錄下來(lái)帶到課堂上釋疑。

（2）課中練習(xí)：遵循“學(xué)生練為主，教師教為輔”的教學(xué)理念，教師引導(dǎo)學(xué)生完成工單中的任務(wù)，解決學(xué)生在課前預(yù)習(xí)時(shí)遇到的問(wèn)題。結(jié)合課堂測(cè)驗(yàn)、頭腦風(fēng)暴、小組討論、編程案例等教學(xué)活動(dòng)，考查學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的掌握情況，實(shí)時(shí)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略。

（3）課后復(fù)習(xí)：教師在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布離線編程、拓展思考等任務(wù)，學(xué)生結(jié)合課堂知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)資料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，利用離線仿真軟件鞏固工業(yè)機(jī)器人操作技巧。學(xué)生的完成情況可在平臺(tái)上及時(shí)查看，教師通過(guò)批閱和點(diǎn)評(píng)作業(yè)，總結(jié)分析學(xué)生存在的薄弱點(diǎn)和典型性問(wèn)題，并準(zhǔn)備在下次課堂上進(jìn)行講解和分析。

3.3? 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”課程中，運(yùn)動(dòng)指令的應(yīng)用和運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃是能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人按照預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行的重要知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)指令包括MoveJ、MoveL、MoveC、MoveAbsJ，每個(gè)指令中還有位置點(diǎn)、速度、轉(zhuǎn)彎半徑、工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系等參數(shù)的設(shè)置，這些指令的運(yùn)動(dòng)方式各有不同，參數(shù)設(shè)置的不同也會(huì)使運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化。在教學(xué)過(guò)程中，若單純以傳統(tǒng)方式進(jìn)行理論教學(xué)，學(xué)生很難直觀地理解各種運(yùn)動(dòng)方式和參數(shù)變化之間的區(qū)別。因此，“運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)驗(yàn)”任務(wù)內(nèi)容實(shí)施過(guò)程中，按照“課前預(yù)習(xí)—課中練習(xí)—課后復(fù)習(xí)”的基本活動(dòng)，采用混合式教學(xué)能夠有效將知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)化解，從而提升學(xué)生技能水平。

3.3.1? 課前預(yù)習(xí)

教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳課件、視頻、動(dòng)畫(huà)、電子工單等教學(xué)資源，如圖2所示，包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)指令的講解微視頻和課件，學(xué)生通過(guò)平臺(tái)及APP進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，查閱相關(guān)資料，對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)指令有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，理解指令中每個(gè)參數(shù)代表的含義，教師在電子工單中明確工作任務(wù)，學(xué)生開(kāi)展線上互動(dòng)學(xué)習(xí)與討論，打破線下教學(xué)壁壘，形成跨時(shí)間、跨空間的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與自主學(xué)習(xí)能力。

3.3.2? 課中練習(xí)

教學(xué)過(guò)程中，“學(xué)生練為主，教師教為輔”，以任務(wù)工單為引領(lǐng)，具體工作任務(wù)為載體，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作的形式，在仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)完成既定的工作任務(wù)，如圖3所示，學(xué)生通過(guò)操作示教器進(jìn)行軌跡編程和點(diǎn)位示教，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人按照預(yù)定的軌跡運(yùn)行，仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)模擬工業(yè)機(jī)器人端，兼容了真實(shí)的手持示教器，在確保初學(xué)者操作安全的情況下，提升學(xué)生使用示教器的熟練度，在得到教師允許后再以團(tuán)隊(duì)的形式在實(shí)操平臺(tái)進(jìn)行操作，不斷鞏固實(shí)操技能。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)展小組練習(xí)、頭腦風(fēng)暴等教學(xué)活動(dòng)，加強(qiáng)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。學(xué)生將課前預(yù)習(xí)遇到的疑問(wèn)帶入課堂釋疑，教師對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作進(jìn)行指導(dǎo)，加深學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)指令和軌跡規(guī)劃的理解，針對(duì)學(xué)生容易出錯(cuò)、遺漏、不理解的地方著重分析講解，進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)操技能，培養(yǎng)學(xué)生的鉆研精神以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3.3.3? 課后復(fù)習(xí)

教師將課后任務(wù)發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，如圖4所示，學(xué)生通過(guò)課間知識(shí)點(diǎn)的吸收歸納，利用仿真軟件和仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò)不斷練習(xí)，不斷鞏固當(dāng)前知識(shí)，完成離線編程任務(wù)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的操作加以熟練鞏固，不斷提升操作技能，提高動(dòng)手能力。教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)查看學(xué)生的完成情況并點(diǎn)評(píng)分析，總結(jié)學(xué)生存在的典型問(wèn)題主要是轉(zhuǎn)彎半徑的設(shè)置不合理，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)動(dòng)路徑與預(yù)期路徑存在偏差，因此在下一次的課堂上，將這個(gè)知識(shí)點(diǎn)單獨(dú)重點(diǎn)講解，并通過(guò)實(shí)例對(duì)比轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)置不同導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)軌跡不同的區(qū)別，加深學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑的理解。

3.4? 學(xué)生綜合能力評(píng)價(jià)

以多方位評(píng)價(jià)模式、多維度評(píng)價(jià)內(nèi)容、多環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)手段，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，綜合評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng)。學(xué)生綜合能力評(píng)價(jià)體系如表1所示，其中平時(shí)表現(xiàn)和綜合測(cè)評(píng)各占50%，平時(shí)表現(xiàn)分為線上評(píng)價(jià)和線下評(píng)價(jià)，線上主要考查學(xué)生的資料搜集整理能力和學(xué)習(xí)態(tài)度，線下主要考查學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、職業(yè)素養(yǎng)和操作能力;綜合測(cè)評(píng)分為階段考核和期末考核，階段考核主要考查學(xué)生對(duì)單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握和應(yīng)用，期末考核主要考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用能力。

3.5? 教學(xué)效果分析

“工業(yè)機(jī)器人編程與操作”混合式教學(xué)改革探索運(yùn)用在我校2019級(jí)數(shù)控專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中，與上一屆同專(zhuān)業(yè)同課程進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，教學(xué)模式的改變，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣較往屆有很大的提高，從“要我學(xué)”逐漸變成“我要學(xué)”。經(jīng)過(guò)一學(xué)期的教學(xué)，學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)和技能掌握更好，不再是局限于課本上的理論知識(shí)或虛擬仿真軟件上的“鼠標(biāo)”操作，而是具備了更強(qiáng)的實(shí)踐操作技能，更有利于培養(yǎng)符合企業(yè)用人需求的技能型人才。

4? 結(jié)? 論

混合式教學(xué)，將傳統(tǒng)的“教師知識(shí)傳授”轉(zhuǎn)變至“學(xué)生能力培養(yǎng)”上，從實(shí)踐-理論-實(shí)踐的教學(xué)重構(gòu)，以小組合作為手段，創(chuàng)建高真實(shí)度的虛擬環(huán)境，結(jié)合電子任務(wù)工單，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，增強(qiáng)師生互動(dòng)，不斷促進(jìn)學(xué)生綜合能力的養(yǎng)成，有效提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

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