“焊接機(jī)器人編程及操作”課程教學(xué)改革

雷 肖，黃 煌，黃龍鵬

（廣西工業(yè)技師學(xué)院，廣西 南寧 530000）

0 引言

焊接機(jī)器人作為主要的工業(yè)機(jī)器人，其數(shù)量已占到全世界在用工業(yè)機(jī)器人總量的40%。隨著機(jī)器人在焊接的應(yīng)用逐步推廣[1]，企業(yè)對(duì)相關(guān)技能人才的需求數(shù)量呈現(xiàn)井噴上漲，與此同時(shí)，行業(yè)對(duì)相關(guān)人才的培養(yǎng)質(zhì)量也有了更高的要求。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是采用面向理論的課堂教學(xué)和面向?qū)嵅俚膶?shí)訓(xùn)教學(xué)，因受時(shí)間、空間以及設(shè)備臺(tái)套數(shù)等限制，教學(xué)效果并不理想。區(qū)分于傳統(tǒng)的手工焊接，“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”課程是培養(yǎng)焊接機(jī)器人相關(guān)技能人才的主干課程，體現(xiàn)了智能焊接的發(fā)展需要，更加注重培養(yǎng)學(xué)生使用示教器編寫(xiě)程序、調(diào)試參數(shù)、系統(tǒng)維護(hù)的綜合運(yùn)用能力[2]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和智能移動(dòng)終端設(shè)備的廣泛普及應(yīng)用，融合線下和線上的混合教學(xué)模式快速興起。陳娟與尹智龍[3]將互聯(lián)網(wǎng)和教育結(jié)合起來(lái)，利用慕課（MOOC）和社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行課前準(zhǔn)備和課后復(fù)習(xí)工作，課堂則側(cè)重操作和設(shè)計(jì)的教學(xué)改革，進(jìn)一步完善課程的教學(xué)模式；汪洋[4]將“互聯(lián)網(wǎng)+課程思政”元素加入到影視類(lèi)教學(xué)中，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要，達(dá)到培養(yǎng)新時(shí)代高素質(zhì)大學(xué)生的目的；高新陽(yáng)[5]等人利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，錄制網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源，打破固有的教學(xué)思維，精心策劃授課的內(nèi)容并更新教學(xué)內(nèi)容。國(guó)內(nèi)對(duì)基于視頻的混合式教學(xué)模式的研究主要集中在以微課[6]和慕課（MOOC）[7]為主的視頻表現(xiàn)形式上，解決方案比較成熟，但課程建設(shè)的資金投入和技術(shù)要求高，并且周期長(zhǎng)，難以在資金和技術(shù)支投入度低的高校中廣泛推廣應(yīng)用。另一方面，抖音、快手等短視頻平臺(tái)在青年學(xué)生群眾中迅速流行，成為學(xué)生獲取知識(shí)與信息、記錄學(xué)習(xí)和生活的主要途徑。這類(lèi)短視頻平臺(tái)受大量的學(xué)生群體用戶的喜愛(ài)，且應(yīng)用簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低，利用其進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的傳播將極大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)門(mén)檻，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。

為此，以“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”課程教學(xué)開(kāi)展基于互聯(lián)網(wǎng)短視頻平臺(tái)的混合式教學(xué)探索與實(shí)踐研究，為本課程及其他課程的教學(xué)研究與改革提供參考和借鑒。

1 焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 機(jī)器人教學(xué)配套資源不足

我院焊接加工專業(yè)開(kāi)設(shè)“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”課程并實(shí)施教學(xué)已有10 余年。目前建立的機(jī)器人焊接實(shí)訓(xùn)中心擁有10 臺(tái)弧焊機(jī)器人、25 臺(tái)離線編程電腦終端，具備良好的機(jī)器人焊接教學(xué)實(shí)訓(xùn)條件。目前主流的機(jī)器人焊接實(shí)訓(xùn)教材主要以松下弧焊機(jī)器人為例子進(jìn)行編寫(xiě)，無(wú)法涵蓋我院現(xiàn)有的三種機(jī)器人品牌。我院自編的校本教材雖能針對(duì)自有品牌進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)指導(dǎo)，但內(nèi)容尚顯單薄，缺乏深入、系統(tǒng)化的講解，步驟化的解說(shuō)仍不夠直觀。教學(xué)資源不僅匱乏，且呈現(xiàn)碎片化，亟需進(jìn)行資源整合與開(kāi)發(fā)。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)效果差技能掌握不牢固

“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”是一門(mén)理論教學(xué)為主、實(shí)操實(shí)訓(xùn)為輔的理論兼實(shí)踐的課程，要求學(xué)生掌握焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和原理、焊接機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)與編程控制以及焊接機(jī)器人的安全操作與維護(hù)。雖然學(xué)生對(duì)機(jī)器人焊接相關(guān)操作要領(lǐng)掌握得很快，但掌握得不扎實(shí)，特別是對(duì)機(jī)器人操作的原理、邏輯不理解或理解不到位，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法將所學(xué)知識(shí)與技能融會(huì)貫通。因?qū)W習(xí)資源的匱乏導(dǎo)致學(xué)生缺乏正確的渠道進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，學(xué)習(xí)效果較差。企業(yè)要求學(xué)生應(yīng)具備豐富的機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能獨(dú)立分析故障原因并排除故障。但目前教學(xué)場(chǎng)景下很多故障無(wú)法復(fù)現(xiàn)，影響學(xué)生能力拓展和技能的提升。

維果斯基[8]認(rèn)為：學(xué)生發(fā)展有兩種區(qū)域：一種是現(xiàn)有發(fā)展區(qū)，指獨(dú)立活動(dòng)時(shí)所能達(dá)到的解決問(wèn)題的水平；另一種是潛在發(fā)展區(qū)，也就是通過(guò)教學(xué)所獲得的潛力。兩個(gè)發(fā)展區(qū)之前的差距就是最近發(fā)展區(qū)（圖1）。因此，為調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的潛能，教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，提供帶有難度的內(nèi)容，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，使學(xué)生能夠達(dá)到更高的知識(shí)水平。

圖1 最近發(fā)展區(qū)理論

然而，目前現(xiàn)有面對(duì)面的課堂教學(xué)方式單一，涉及理論部分教學(xué)時(shí)，由于內(nèi)容羞澀難懂、缺乏趣味性等原因，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，學(xué)習(xí)效果較差。課后又因?qū)W習(xí)資源的匱乏，學(xué)生難以找到教材以外的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行有效復(fù)習(xí)，導(dǎo)致整體的教學(xué)效果不理想。

隨著手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的便利性提高，短視頻主要特點(diǎn)是視頻時(shí)長(zhǎng)短、內(nèi)容緊湊、表達(dá)形式靈活，學(xué)生可以利用碎片時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，且可以在視頻下留言、討論，或以彈幕的形式表達(dá)對(duì)視頻內(nèi)容的理解，互動(dòng)性極強(qiáng)。因此，有必要將短視頻的優(yōu)勢(shì)融入現(xiàn)有的“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”的教學(xué)模式中，形成一種基于互聯(lián)網(wǎng)短視頻平臺(tái)的混合式教學(xué)。

2 互聯(lián)網(wǎng)短視頻的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.1 課程內(nèi)容的微課題化

將目前“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”的大課題模式化整為零變?yōu)樾≌n題。每一個(gè)小課題應(yīng)具有完整的結(jié)構(gòu)。通過(guò)微課題化對(duì)知識(shí)體系重構(gòu)，使課題的延續(xù)性和層次性得到強(qiáng)調(diào)，邏輯性更清晰，形成一個(gè)層次鮮明、節(jié)點(diǎn)突出的知識(shí)結(jié)構(gòu)樹(shù)。具體來(lái)講，就是根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，梳理知識(shí)體系，依據(jù)教材章節(jié)或者課程知識(shí)的前啟關(guān)系，將課程的總體教學(xué)內(nèi)容分解成多個(gè)依次成遞進(jìn)關(guān)系的知識(shí)大枝干，每個(gè)知識(shí)大枝干又分解成若干知識(shí)點(diǎn)：引入性知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)和總結(jié)性知識(shí)點(diǎn)等。

2.2 微課短視頻的制作

以微課題為基礎(chǔ)系統(tǒng)化制作、發(fā)布短視頻，短視頻的制作應(yīng)靈活運(yùn)用多種表現(xiàn)力強(qiáng)的視覺(jué)傳達(dá)形式，從而增加視頻的吸引力和趣味性。短視頻時(shí)長(zhǎng)一般控制在5～10 min 之間，具有完整結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)講解，也可以是提問(wèn)式、啟發(fā)式、總結(jié)式的引導(dǎo)片段。在短視頻的制作過(guò)程中，采用分階段的方法有計(jì)劃地進(jìn)行。即先對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)樹(shù)中每個(gè)知識(shí)大枝干的引入性知識(shí)和重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)制作短視頻，優(yōu)先應(yīng)用于課程教學(xué)，此后在課程教學(xué)的過(guò)程中不斷補(bǔ)充、優(yōu)化，最終形成系統(tǒng)化、具有完整性的短視頻集合體。此外，“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”是一門(mén)具有一定實(shí)踐性的課程，其教學(xué)應(yīng)該與實(shí)際結(jié)合，在短視頻的制作中，除了可以采用教師拍攝、制作視頻的方式，也可以通過(guò)搜索、歸類(lèi)，將工廠和企業(yè)的宣傳、示教視頻整合到課程教學(xué)的短視頻中，不僅能突出該門(mén)課程的應(yīng)用性，也可以減少短視頻制作的時(shí)間和成本。

2.3 混合式教學(xué)模式的實(shí)施

基于短視頻平臺(tái)的混合式教學(xué)，將傳統(tǒng)面對(duì)面的課堂教學(xué)模式與線上教學(xué)模式的有機(jī)融合，打破時(shí)間和空間限制，貫穿于課前、課中和課后（圖2）。

圖2 混合式教學(xué)模式的實(shí)施

課前，要求全體學(xué)生關(guān)注教師短視頻平臺(tái)賬號(hào)，教師利用短視頻平臺(tái)發(fā)布具有引導(dǎo)性和興趣性的短視頻，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容，自主學(xué)習(xí)。

課中，根據(jù)教學(xué)環(huán)境的不同，分為兩種情景：課堂教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)。課堂教學(xué)上，在開(kāi)展面對(duì)面的教學(xué)過(guò)程中適時(shí)地引入廠家或者企業(yè)的應(yīng)用案例，引發(fā)學(xué)生思考、探索，通過(guò)視頻彈幕進(jìn)行互動(dòng)。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)上，考慮到機(jī)器人焊接實(shí)訓(xùn)中心的焊接機(jī)器人種類(lèi)多樣、操作各異以及現(xiàn)有教材無(wú)法覆蓋的問(wèn)題，教師采用事先自行拍攝操作視頻或者剪輯網(wǎng)絡(luò)相關(guān)視頻的方式，針對(duì)機(jī)器人焊接實(shí)訓(xùn)中心的不同廠家生產(chǎn)的不同機(jī)型焊接機(jī)器人分別制作操作講解視頻，發(fā)布于教師開(kāi)展課程教學(xué)的短視頻平臺(tái)，并制作該短視頻網(wǎng)絡(luò)鏈接的二維碼粘貼于各臺(tái)焊接機(jī)器人的顯著位置上，學(xué)生采用手機(jī)APP 直接掃碼即可查看對(duì)應(yīng)機(jī)型的焊接機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)和操作要領(lǐng)?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)時(shí)，教師講解完機(jī)器人的安全操作以及所有焊接機(jī)器人共有的一些共性知識(shí)后即可讓學(xué)生自行根據(jù)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)與操作，從而免除教師逐一對(duì)每個(gè)不同機(jī)型的焊接機(jī)器人的講解。

課后，發(fā)布重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)視頻，方便學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，加深對(duì)知識(shí)的鞏固，同時(shí)，也發(fā)布一些擴(kuò)展知識(shí)和延伸知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。

3 基于短視頻平臺(tái)的混合式教學(xué)實(shí)施效果

基于互聯(lián)網(wǎng)短視頻平臺(tái)的混合式教學(xué)模式在我院焊接加工專業(yè)的“焊接機(jī)器人編程操作與維護(hù)”課程教學(xué)上已連續(xù)實(shí)施了兩年，無(wú)論是從教師的角度還是學(xué)生的角度來(lái)看，都帶來(lái)了較好的教學(xué)效果。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，課程中增加了短視頻，聽(tīng)課途徑不再是單一的耳提面授，學(xué)習(xí)模式多樣，學(xué)習(xí)興趣更濃，并且課前和課后也有短視頻觀看，不看教材就能隨時(shí)隨地自行選擇時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，加上視頻時(shí)長(zhǎng)短、內(nèi)容短小精悍，也不會(huì)引起乏味。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，短時(shí)間內(nèi)要做的工作會(huì)比較多，即既要進(jìn)行常規(guī)的備課，也要制作短視頻發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，會(huì)增加額外的工作量，但采用基于互聯(lián)網(wǎng)短視頻平臺(tái)的混合式教學(xué)模式后，通過(guò)制作教學(xué)短視頻，不僅豐富和彌補(bǔ)了原教材內(nèi)容單薄以及技能內(nèi)容講解降解缺乏直觀的問(wèn)題，而且學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增大，教學(xué)難度降低，新教學(xué)模式實(shí)施后，制作的短視頻等資料可以長(zhǎng)期使用，從長(zhǎng)期來(lái)看，教師的工作量并不會(huì)增加，反而減少很多。

在將短視頻引入課堂，帶來(lái)有利效果是明顯的，但實(shí)施不當(dāng)，也會(huì)帶來(lái)一定的不良影響，這就要求教師能夠?qū)嵤┣闆r隨時(shí)做出調(diào)整，消除短視頻帶來(lái)的不利影響，比如，課堂上，學(xué)生在查看短視頻的同時(shí)可能關(guān)注短視頻平臺(tái)的其他無(wú)關(guān)內(nèi)容，此時(shí)，就需要教師從課堂管理、短視頻引入時(shí)機(jī)和時(shí)長(zhǎng)做好安排。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合短視頻的短小精悍、低投入及其學(xué)生用戶的廣泛普及，將課程的大課題模式化整為零變?yōu)樾≌n題，并以此制作基于互聯(lián)網(wǎng)短視頻平臺(tái)的課程教學(xué)短視頻，融入到面對(duì)面的傳統(tǒng)課堂中，形成一種線上與線下有機(jī)結(jié)合的混合式教學(xué)模式，可解決原有課程教材內(nèi)容單薄以及技能內(nèi)容講解降解缺乏直觀的問(wèn)題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)的整體效果。