體驗式教學(xué)模式在中職工業(yè)機(jī)器人核心課程中的構(gòu)建與應(yīng)用

張國泉，黃福，楊勇，駱少明

（廣東技術(shù)師范大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，廣東 廣州 510635）

一、引言

20世紀(jì)90年代，我國開始引入體驗式教學(xué)思想。在理論研究方面，陳亮[1]認(rèn)為體驗式教學(xué)就是通過學(xué)生在實(shí)踐性問題解決中的親身經(jīng)歷與實(shí)踐參與來引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。胡尚峰[2]認(rèn)為體驗式教學(xué)是學(xué)生在親身體驗過程中理解并建構(gòu)知識、發(fā)展能力、運(yùn)用知識的一種互動教學(xué)模式。漆彥忠[3]認(rèn)為體驗式教學(xué)是指在學(xué)生主體性之下，通過感官、實(shí)踐等多種認(rèn)識途徑感知某事物的過程。在應(yīng)用研究方面，張新香[4]在數(shù)控專業(yè)課教學(xué)中構(gòu)建體驗式教學(xué)模式，有效培養(yǎng)了學(xué)生的綜合職業(yè)能力，促進(jìn)了學(xué)生全面發(fā)展，提高了課堂教學(xué)效果。宋可[5]在室內(nèi)設(shè)計專業(yè)中引入體驗式教學(xué)，通過對實(shí)物的考察，學(xué)生能更全面地掌握、提升專業(yè)知識與技能，提高學(xué)習(xí)效果。趙國棟[6]以中職計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器課程教學(xué)需求為基點(diǎn)，對體驗式教學(xué)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用展開分析，讓學(xué)生在切近實(shí)際工作環(huán)境的氛圍中，提升專業(yè)技術(shù)水平，為適應(yīng)未來工作崗位打下牢固基礎(chǔ)。為此，筆者認(rèn)為體驗式教學(xué)應(yīng)該更注重學(xué)生的親身體驗與全面發(fā)展，由淺到深，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生體驗學(xué)習(xí)的快樂。但目前體驗式教學(xué)對中等職業(yè)學(xué)校的相關(guān)課程研究仍處于起步階段，需要不斷地創(chuàng)新與探索。

中等職業(yè)學(xué)校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)注重培養(yǎng)德、智、體、美、工全面發(fā)展，從事工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作，適應(yīng)粵港澳大灣區(qū)新興行業(yè)的需求，具備基本的科學(xué)文化水平、較高的職業(yè)道德與素養(yǎng)、較強(qiáng)的綜合實(shí)踐能力與一定創(chuàng)新思維的高素質(zhì)與高技能型人才。工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子裝配、物流搬運(yùn)、化工處理等各個行業(yè)中，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性、應(yīng)用性。學(xué)生只有通過親身體驗，才能將具體概念升華為抽象概念，并在情境中體驗抽象概念的意義。將體驗式教學(xué)模式應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人核心專業(yè)課程教學(xué)中，學(xué)生在情境中通過體驗獲得知識，契合中職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和規(guī)律，能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與教學(xué)效果。

二、體驗式教學(xué)模式在中職工業(yè)機(jī)器人核心專業(yè)課程中應(yīng)用的優(yōu)勢

（一）中職學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)

首先，中職學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高成為目前大部分中職學(xué)校的教學(xué)難題。學(xué)生學(xué)習(xí)積極性低主要體現(xiàn)為內(nèi)在和外在兩個方面：內(nèi)在方面體現(xiàn)在大多數(shù)進(jìn)入中職學(xué)校的學(xué)生普遍存在自卑感[7]；外在方面體現(xiàn)在教師教學(xué)方式以及課程評價方式單一，這往往會讓學(xué)生感覺到枯燥和無趣。其次，中職學(xué)生邏輯思維能力較弱，對過于抽象的理論知識理解難度大。最后，中職學(xué)生厭學(xué)情緒較大，厭倦傳統(tǒng)的知識單向傳遞的教學(xué)方式。但是中職學(xué)生的思維活躍，動手能力較強(qiáng)，有很強(qiáng)的表現(xiàn)欲望。因此，基于中職學(xué)生的特點(diǎn)，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實(shí)現(xiàn)知識傳播由單向到互動的轉(zhuǎn)型，是所有中職教師應(yīng)該思考的問題。

（二）傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷

傳統(tǒng)“滿堂灌”的教學(xué)模式，知識由教師到學(xué)生的單向輸送，學(xué)生獲得的是紙面上的間接經(jīng)驗，忽略了學(xué)生親身參與的直接經(jīng)驗，是抽象與枯燥的，這與中職學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)相違背。課程教學(xué)評價較為單一，將學(xué)習(xí)結(jié)果作為評價學(xué)生的準(zhǔn)則，忽略了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的行為表現(xiàn)，過于注重學(xué)習(xí)結(jié)果，這對于培養(yǎng)中職學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究知識的能力是極為不利的。當(dāng)學(xué)生的學(xué)習(xí)由主動變?yōu)楸粍訒r，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就很容易降至“冰點(diǎn)”，教學(xué)效果得不到較好的保障。另外，中職工業(yè)機(jī)器人核心專業(yè)課程所涉及的知識內(nèi)容較為抽象，理解存在一些困難，僅憑教師的理論講解，很難讓學(xué)生領(lǐng)悟到知識的內(nèi)涵。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不適合培養(yǎng)中職學(xué)生的職業(yè)能力和道德素養(yǎng)，也不適合應(yīng)用于實(shí)踐性、綜合性、應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科。

（三）實(shí)施體驗式教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)

體驗式教學(xué)模式是由美國體驗大師庫伯提出來的，是一種以“學(xué)生體驗”為基礎(chǔ)的創(chuàng)新教學(xué)模式。教育不是“銀行”，教學(xué)不是知識的存放，學(xué)習(xí)不是被動的接受、記憶和重復(fù)，學(xué)生只有通過質(zhì)疑、實(shí)踐才能成為主動發(fā)展的主體[8]。學(xué)生“現(xiàn)場”體驗知識，經(jīng)過反思和觀察，自主建構(gòu)知識，然后主動應(yīng)用到實(shí)際情境中，形成一個立體的“螺旋上升”的學(xué)習(xí)過程。表1 為傳統(tǒng)教學(xué)模式與體驗式教學(xué)模式的對比分析。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)模式與體驗式教學(xué)模式比較

歌德曾在《浮士德》中說到：“理論都是灰色的，生活之樹常青”，抽象的概念是灰色的，而經(jīng)過親身體驗產(chǎn)生的經(jīng)驗感知是五彩繽紛的。體驗式教學(xué)將學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境從教室轉(zhuǎn)移到實(shí)際企業(yè)車間、辦公室，以及生活和工作的場所，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的“真實(shí)性”。體驗式教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主建構(gòu)與運(yùn)用知識的能力，通過學(xué)習(xí)情境的“真實(shí)性”，激發(fā)學(xué)生感知與領(lǐng)悟知識的能力，將教育方式由單向轉(zhuǎn)為互動，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，明確學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。體驗式教學(xué)模式的學(xué)習(xí)成果都是源于學(xué)生的親身體驗以及互動，這樣的教學(xué)模式更有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)能力和道德素養(yǎng)。

三、體驗式教學(xué)模式在中職工業(yè)機(jī)器人核心課程中的構(gòu)建

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)具有實(shí)踐性、綜合性、應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，體驗式教學(xué)可以幫助學(xué)生更好地獲得專業(yè)技能與道德素養(yǎng)。以工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)，構(gòu)建學(xué)生親身體驗為主，教師引導(dǎo)為輔的體驗式教學(xué)模式，圖1 為螺旋體驗式教學(xué)模式。從圖1 可以看出，工業(yè)機(jī)器人核心專業(yè)課程的內(nèi)容是可以分解成多個具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，教師要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)基礎(chǔ)來設(shè)置特定的學(xué)習(xí)情境。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，教師可以將當(dāng)前較為流行的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到教學(xué)情境中，利用學(xué)生對當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的好奇心，以“沉浸式”的情境呈現(xiàn)給學(xué)生。學(xué)生通過與環(huán)境的互動，一方面可以提高學(xué)習(xí)體驗感，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)課堂學(xué)習(xí)效果，另一方面有利于學(xué)生自主建構(gòu)與運(yùn)用知識，幫助自己理解過于抽象化的概念，在體驗中獲得直接經(jīng)驗，這是體驗式教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)。采用“感知體驗—自主體驗—強(qiáng)化體驗—反思體驗—內(nèi)化體驗”這種螺旋式循序漸進(jìn)的教學(xué)模式，促使體驗式教學(xué)的教學(xué)效果得到相應(yīng)的提高。

圖1 螺旋體驗式教學(xué)模式

在工業(yè)機(jī)器人核心專業(yè)課程體驗式教學(xué)中，學(xué)生通過體驗可以解決學(xué)習(xí)疑問，實(shí)現(xiàn)知識傳遞由單向到互動的轉(zhuǎn)變，而非傳統(tǒng)教育中的“滿堂灌”。體驗式教學(xué)模式采用自主體驗、小組討論的方式，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力；體驗式教學(xué)模式本質(zhì)上是提高學(xué)生對知識的遷移和應(yīng)用能力，是通過具體實(shí)踐到理論再到具體實(shí)踐的“螺旋上升”的立體過程。

四、中職工業(yè)機(jī)器人核心課程體驗式教學(xué)模式實(shí)踐

學(xué)生是體驗式教學(xué)模式中的主體，教師是設(shè)計者及引導(dǎo)者。體驗式學(xué)習(xí)的過程一般分為四個階段，包括感知獲得階段、內(nèi)涵縮小階段、感悟獲得階段和外延擴(kuò)大階段。下面以工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的核心課程工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)中示教編程（MOVEJ 與MOVEL 指令的應(yīng)用）為例，設(shè)計基于體驗式教學(xué)模式的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，感知體驗

盧梭堅持感覺論立場，認(rèn)為“我們真正的老師是經(jīng)驗和感覺”[9]。這說明感覺是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的起源，通過模擬實(shí)際的生活或工作場景讓學(xué)生體驗，可以破除學(xué)生邏輯思維不強(qiáng)帶來的困擾，幫助學(xué)生解決心中的困惑。工業(yè)機(jī)器人專業(yè)知識源自于企業(yè)生產(chǎn)，可以代替人工作在危險、高溫、有毒等惡劣環(huán)境中，學(xué)生缺乏相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)驗，對一些知識較為陌生。因此，在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)中以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為平臺，創(chuàng)設(shè)“沉浸式”的企業(yè)生產(chǎn)情境，從而將教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)情境相貫通，讓學(xué)生帶著好奇的心態(tài)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，這是體驗式教學(xué)的第一階段。

教師先播放工業(yè)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)TCP 運(yùn)行視頻（如圖2所示），然后展示經(jīng)工業(yè)機(jī)器人雕刻好的成品件，讓學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)TCP 運(yùn)行的軌跡，從而讓學(xué)生認(rèn)識到編程指令的選擇可以影響到工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行軌跡及效率?？赐暌曨l后的學(xué)生就會產(chǎn)生深厚的好奇心，如：哪些路徑是使用MOVEJ 指令的？哪些路徑是使用MOVEL 指令的？哪種指令會出現(xiàn)死點(diǎn)？哪種指令可以大范圍無障礙運(yùn)動？因此，保持學(xué)生最好的學(xué)習(xí)狀態(tài)就是引導(dǎo)學(xué)生帶著好奇心去感知體驗。

圖2 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行圖

（二）提出問題，自主體驗

在學(xué)生對教學(xué)情境充滿好奇心時，教師通過任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方式進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探索欲望，在已有知識與未知知識之間搭建起一座“橋梁”。

首先，教師提出問題：MOVEJ 指令與MOVEL指令的區(qū)別是什么？然后教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高度仿真工業(yè)機(jī)器人在不同編程指令下的現(xiàn)場模擬效果，讓學(xué)生在虛擬平臺中體驗現(xiàn)場工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的情況，如圖3所示。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)在MOVEJ 指令下，工業(yè)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)TCP 的運(yùn)行軌跡是一條不確定的弧線，而在MOVEL 指令下，工業(yè)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)TCP 運(yùn)行軌跡是一條直線。此時，學(xué)生產(chǎn)生疑問：兩種指令都能讓工業(yè)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)TCP 到達(dá)指定的位置，那他們之間的區(qū)別到底是什么？這兩種指令各有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？什么情況下選擇MOVEL 指令？什么情況下選擇MOVEJ 指令？……基于以上問題，學(xué)生已通過親自體驗有了一些新的認(rèn)識，為之后的小組合作探究做好知識準(zhǔn)備。

圖3 機(jī)器人運(yùn)動軌跡圖

（三）合作探究，強(qiáng)化體驗

亞利桑那大學(xué)和布朗大學(xué)的研究者在一篇名叫《最優(yōu)學(xué)習(xí)的85%規(guī)則》的論文中說到：當(dāng)你訓(xùn)練一個東西的時候，你給它的內(nèi)容中應(yīng)該有大約85%是它熟悉的，有15%是它感到意外的，研究者把15.87%這個“最佳意外率”數(shù)值叫做學(xué)習(xí)的甜蜜點(diǎn)[10]。因此，學(xué)生對MOVEL 與MOVEJ 兩種基本指令有了一定認(rèn)識后，再通過小組合作探究的方式，強(qiáng)化已有的體驗效果，這樣更容易達(dá)到學(xué)習(xí)的甜蜜點(diǎn)。

在學(xué)生對MOVEL 與MOVEJ 指令有了初步認(rèn)識后，以學(xué)習(xí)任務(wù)表為依據(jù)，將班級分成多個小組，小組成員通過合作探究完成學(xué)習(xí)任務(wù)表。首先，學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)觀察工業(yè)機(jī)器人在不同編程指令下的現(xiàn)場運(yùn)行效果，從而理解不同編程指令對工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行方式的影響，最后總結(jié)出不同生產(chǎn)場景下選擇MOVEL 與MOVEJ 指令的規(guī)則。在這個過程中，學(xué)生帶著問題進(jìn)入學(xué)習(xí)情境強(qiáng)化體驗，各個小組成員通過合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)表。這一過程需要強(qiáng)調(diào)的是以學(xué)生自主體驗為主，教師引導(dǎo)為輔，學(xué)生有疑惑是可以通過多次體驗來解決，確認(rèn)有解決不了的問題可以進(jìn)行小組討論，小組討論之后解決不了的問題可以求助教師。

（四）互動交流，反思體驗

在合作探究與強(qiáng)化體驗之后，學(xué)生都有了自己的學(xué)習(xí)成果與心得，那么在相同體驗項目下的體驗者要與其他體驗者進(jìn)行知識的“交換”，通過與其他同學(xué)的互動與交流，進(jìn)行自我體驗過程的反思，最后整理相關(guān)學(xué)習(xí)成果，得出相關(guān)結(jié)論。

這個過程主要是讓學(xué)生之間進(jìn)行互動交流。一方面可以滿足學(xué)生的表現(xiàn)欲望，通過分享自己的“勞動成果”，可以強(qiáng)化對新知識的理解與記憶。另一方面可以幫助學(xué)生反思自己的不足之處，起到取長補(bǔ)短的作用。在體驗過程中出現(xiàn)的問題且經(jīng)過小組討論以后仍然解決不了，教師應(yīng)及時給予解答指導(dǎo)。學(xué)生與教師的這種交流互動過程，提高了學(xué)生的參與感，有利于學(xué)生對MOVEL 與MOVEJ 指令的掌握。

（五）實(shí)證檢驗，內(nèi)化體驗

在學(xué)生完成知識的整理與總結(jié)之后，教師有必要檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)化學(xué)生對新知識的理解與記憶，將體驗所獲得的知識經(jīng)驗運(yùn)用到實(shí)際生活中，完成知識的內(nèi)化。

教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生完成工業(yè)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)TCP 沿著“三角形”的軌跡運(yùn)行任務(wù)，從而檢驗學(xué)生對知識的掌握程度。采用“多元化”的評價方式，在學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)后，每位同學(xué)需要演示工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行軌跡，以教師評價為主，以學(xué)生自評和同學(xué)互評為輔，對本次任務(wù)的完成情況進(jìn)行綜合評價，如表2所示。學(xué)生在展示自己的學(xué)習(xí)成果的過程中，不僅可以增強(qiáng)成就感，還可以形成知識的遷移，通過老師的評價，發(fā)現(xiàn)自己的缺點(diǎn)，在與教師交流的過程中，真正實(shí)現(xiàn)知識由單向到互動的轉(zhuǎn)化。通過學(xué)生自評，可以提高自我反思的能力，以及正確認(rèn)識自己的能力。通過同學(xué)互評，讓學(xué)生能夠認(rèn)識到別人的長處，學(xué)會客觀地評價他人，并取長補(bǔ)短。這是體驗式教學(xué)的最終目標(biāo)。

表2 教學(xué)評價表

五、結(jié)語

體驗式教學(xué)模式突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的單一“授與受”關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了“你與我”同等地位的師生關(guān)系，促進(jìn)了教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)環(huán)境等方面的改革。學(xué)生通過“沉浸式”的學(xué)習(xí)情境與教師有策略性的引導(dǎo)，自主完成知識的建構(gòu)與應(yīng)用，有助于提升自身職業(yè)能力和道德素養(yǎng)，引敢于批判、善于探究。體驗式教學(xué)模式在中職工業(yè)機(jī)器人核心專業(yè)課程教學(xué)中的運(yùn)用，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還可以通過學(xué)生的親身體驗來培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是與科學(xué)探究的精神。教師在體驗式教學(xué)模式的過程中有針對性地引導(dǎo)，尊重學(xué)生主體地位，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生感知與領(lǐng)悟知識的能力。

在“育人”先“育德”的課程思政背景下，體驗式教學(xué)作為一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，注重學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)高技能與高素質(zhì)人才，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)育人。在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程中應(yīng)用體驗式教學(xué)模式，更有利于課程思政與工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)的有機(jī)融合。