“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式在中職工業(yè)機(jī)器人專業(yè)實訓(xùn)課的應(yīng)用研究
——以工業(yè)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座實訓(xùn)項目為例

廖嘉歡

文/中山市建斌職業(yè)技術(shù)學(xué)校

一、前言

《中國制造2025》是國家推進(jìn)制造業(yè)強(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略的行為綱領(lǐng)，智能制造是核心和主攻方向，工業(yè)機(jī)器人是重要的智能制造裝備，而工業(yè)機(jī)器人焊接是目前機(jī)器人智能制造最廣泛的應(yīng)用之一。 因此，在中職工業(yè)機(jī)器人專業(yè)實訓(xùn)課中引入“八步雙循環(huán)”的教學(xué)方法,可以真正地把學(xué)生培育成適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的優(yōu)秀應(yīng)用型人才,從而可以更有效促進(jìn)中國制造業(yè)自動化機(jī)器人領(lǐng)域的不斷發(fā)展壯大?；诖?本研究人員根據(jù)當(dāng)前“工業(yè)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座”實訓(xùn)項目課程體驗感差、教師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)積極性低下、教學(xué)模式內(nèi)容單調(diào)的狀況,在某中職院校實施了“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式,以此探索行之有效的中職“工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人操作與編程”課程教育的創(chuàng)新教學(xué)模式。

二、“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式的基本原理與體系結(jié)構(gòu)

以任務(wù)驅(qū)動實施課堂教學(xué)。本研究構(gòu)建“八步雙循環(huán)”的課堂教學(xué)范式，基本遵循每次課的第一課時為理論探究，引導(dǎo)學(xué)生針對問題，研究解決方案，進(jìn)行“研后再改”的學(xué)習(xí)循環(huán)，第二課時為技能訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生錘煉技術(shù)技能，實行“練后再練”的實訓(xùn)循環(huán)。具體如圖1所示。

圖1 “八步雙循環(huán)”課堂教學(xué)模式

由圖1可以看出,“八步雙循環(huán)”的教學(xué)模式先是探究循環(huán),然后再實訓(xùn)循環(huán),目的是希望學(xué)習(xí)者能夠在練習(xí)中累積經(jīng)驗,而學(xué)生的練習(xí)也是循環(huán)反復(fù)的過程,具體如下。

首先進(jìn)行導(dǎo)入任務(wù)：課前導(dǎo)入任務(wù)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師以學(xué)定教。接著課中定方案：第一學(xué)時進(jìn)行探究循環(huán)，主要探究解決任務(wù)的方案，重點分為以下四個環(huán)節(jié)：

(1)第一步，探方案：小組探究解決方案，發(fā)散思維。充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，尊重學(xué)生思想，鼓勵學(xué)生探究。

(2)第二步，研方案：全班研討小組方案，思維碰撞。借助信息技術(shù)與即時通訊軟件，搭建暢所欲言的場所，鼓勵學(xué)生表達(dá)。

(3)第三步，修方案：師生分析修正方案，多元交互。企業(yè)導(dǎo)師與教師“雙導(dǎo)師”參與教學(xué)互動，從企業(yè)與學(xué)校的不同角度與學(xué)生一起分析問題，優(yōu)化方案。

(4)第四步，驗方案：仿真軟件驗證方案，知行合一。借助仿真軟件模擬最終方案是否合理，為實訓(xùn)教學(xué)提供理論支撐。

第二課時進(jìn)行實訓(xùn)循環(huán)，首先進(jìn)行強(qiáng)技能：第二學(xué)時主要通過做中學(xué)，學(xué)中做，檢驗學(xué)生新知，錘煉學(xué)生技能，強(qiáng)化技術(shù)操作，引導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新。重點分為以下四個環(huán)節(jié)：

(1)第五步，學(xué)操作：微課輔助學(xué)習(xí)操作，直觀明了。借助微課，學(xué)生可隨時學(xué)習(xí)操作技能，反復(fù)觀看操作細(xì)節(jié)，滿足不同層次學(xué)生的不同學(xué)習(xí)要求。

(2)第六步，練技能：動手實訓(xùn)練習(xí)技能，內(nèi)化知識。突出實訓(xùn)環(huán)節(jié)，在動手實操中培養(yǎng)學(xué)生技能，發(fā)現(xiàn)操作問題，提高職業(yè)素養(yǎng)。

(3)第七步，精技術(shù)：師生深究技術(shù)要點，精益求精。針對實操中遇到的難點，雙師出手破難點，口訣輔助學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

(4)第八步，得技巧：再次實訓(xùn)強(qiáng)化技能，形成技巧。落實技能訓(xùn)練，針對難點，反復(fù)練，夯實技能，習(xí)得技巧。

最后是拓視野，通過課后發(fā)布拓展任務(wù)，開展企業(yè)調(diào)研活動等拓寬學(xué)生視野，了解新工藝、新規(guī)范,并在線完成多元評價、反思總結(jié)。

三、中職工業(yè)機(jī)器人專業(yè)實訓(xùn)課程“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式的應(yīng)用

根據(jù)“八步雙循環(huán)”教學(xué)方法的基本思想和方法,該實驗在某中職院校開展過多次,把基于以任務(wù)驅(qū)動下開展學(xué)習(xí)的“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式,運用到發(fā)那科工業(yè)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座的實訓(xùn)項目課程中,并分析其效果。

圖2 工業(yè)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座實訓(xùn)項目

表1 教學(xué)目標(biāo)

表2 基于“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式的“機(jī)器人立焊空壓機(jī)底座加強(qiáng)板”課程教學(xué)內(nèi)容

(一)基于“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式的實訓(xùn)項目教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

工業(yè)機(jī)器人焊接是目前機(jī)器人智能制造最廣泛的應(yīng)用之一，本組課立足人才培養(yǎng)方案與課程標(biāo)準(zhǔn)，參照1+X職業(yè)技能要求，全面分析學(xué)情，根據(jù)分層遞進(jìn)、螺旋提升的教學(xué)原則，將機(jī)器人典型焊接工作站操作與編程的16學(xué)時教學(xué)內(nèi)容重組為“四層三階”7個任務(wù)，通過焊接底座支撐腳，學(xué)習(xí)平焊與焊縫連接，通過焊接底座加強(qiáng)板，學(xué)習(xí)立焊與參數(shù)調(diào)整，掌握技能后完成空壓機(jī)底座的綜合加工，最后通過優(yōu)化批量生產(chǎn)案例學(xué)習(xí)技術(shù)創(chuàng)新，逐步培養(yǎng)學(xué)生“強(qiáng)基礎(chǔ)、會技能、能創(chuàng)新”三個階層的能力，如圖2所示。

以工業(yè)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座實訓(xùn)項目為例，本項目課程以任務(wù)驅(qū)動開展教學(xué)，將“機(jī)器人弧焊空壓機(jī)底座”分解為四層遞進(jìn)式的7個教學(xué)模塊任務(wù)，構(gòu)建“八步雙循環(huán)”課堂教學(xué)范式，每次課的第一學(xué)時主要為理論探究，引導(dǎo)學(xué)生針對問題研究解決方案，進(jìn)行“研后再改”的探究循環(huán)。第二學(xué)時主要為技能訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生錘煉技術(shù)技能，實行“練后再練”的實訓(xùn)循環(huán)。

機(jī)器人立焊空壓機(jī)底座加強(qiáng)板是學(xué)習(xí)立焊程序的編制，并完成空壓機(jī)底座加強(qiáng)板的編程與立焊。本次課是在機(jī)器人平焊的基礎(chǔ)上，通過空壓機(jī)底座加強(qiáng)板的編程與立焊，掌握立焊編程指令的運用，繼續(xù)筑牢焊接技能，為完成整個項目打下堅實基礎(chǔ)。其教學(xué)目標(biāo)，具體如表1所示。

(二)基于“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式的實訓(xùn)項目課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計

1.教學(xué)內(nèi)容

學(xué)生在本節(jié)課學(xué)習(xí)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過機(jī)器人基本指令，掌握了機(jī)器人基本運動的編程與示教、完成了機(jī)器人弧焊的平焊編程，但是對于使用弧焊指令進(jìn)行機(jī)器人立焊的編程與操作還缺乏學(xué)習(xí)與訓(xùn)練?；凇鞍瞬诫p循環(huán)”教學(xué)模式的“機(jī)器人立焊空壓機(jī)底座加強(qiáng)板”課程教學(xué)內(nèi)容，具體如表2所示。

2.教學(xué)流程設(shè)計

本節(jié)課是基于“八步雙循環(huán)”的教學(xué)過程設(shè)計，圖3為教學(xué)流程。具體而言，教學(xué)流程設(shè)計包含課前、課中、課后三個部分，其中課中部分包含十二個環(huán)節(jié)的內(nèi)容。

課前發(fā)布任務(wù)并引導(dǎo)學(xué)生在線討論后，第一課時課中首先是小組探究。

(1)組織教學(xué)：教師利用超星平臺考勤，接著由學(xué)生代表分享工匠故事，做到思政為先，強(qiáng)化職業(yè)素養(yǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

(2)數(shù)據(jù)反饋：分析平臺數(shù)據(jù)，反饋學(xué)生課前自學(xué)情況，引出本節(jié)課主要內(nèi)容：空壓機(jī)底座加強(qiáng)板的其中一條直線的程序編制。教師反饋預(yù)習(xí)情況，對學(xué)生的學(xué)習(xí)和在預(yù)習(xí)中展現(xiàn)的個人核心素養(yǎng)進(jìn)行形成性評價。量化評價展示學(xué)生自學(xué)情況，做到以學(xué)定教。通過知識預(yù)習(xí)及線上調(diào)研，學(xué)生為開展課中任務(wù)學(xué)習(xí)做好充分的前期準(zhǔn)備，充分發(fā)揮自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的作用。

圖3 教學(xué)流程圖

(3)解決重點：基于“八步雙循環(huán)”中的“探究循環(huán)”，學(xué)生按修改后的程序進(jìn)行仿真驗證：空壓機(jī)底座加強(qiáng)板的其中一條直線的立焊仿真驗證。

(4)反饋難點：學(xué)生通過軟件仿真對比，發(fā)現(xiàn)問題：路徑方向不一致。接著思考問題：路徑方向不一致對焊接有什么影響？

(5)突破難點：“雙導(dǎo)師”參與教學(xué)互動，引導(dǎo)學(xué)生分析路徑不同會有什么影響的原因。教師協(xié)助企業(yè)導(dǎo)師引出正確路徑：在企業(yè)實際生產(chǎn)中選擇：A點到B點(從上至下)：“推焊”。接著企業(yè)導(dǎo)師示范操作、教師講解，雙師教學(xué)，為解決立焊路徑問題提供方法指引，實現(xiàn)本節(jié)課學(xué)習(xí)任務(wù)的難點突破。

(6)評價小結(jié)：教師引導(dǎo)學(xué)生對本節(jié)課自評、互評，接著歸納總結(jié)相關(guān)知識以及反思本節(jié)課表現(xiàn)。確定了方案后，第二課時將通過做中學(xué)，學(xué)中做，錘煉學(xué)生技能。

(7)組織教學(xué)：學(xué)生模擬6s上課儀式，溫習(xí)安全口號，接著整理工裝儀容，做好上機(jī)實操準(zhǔn)備。規(guī)范課堂紀(jì)律，強(qiáng)化職業(yè)素養(yǎng)，落實職業(yè)精神面貌 教育常規(guī)化，樹立敬業(yè)的勞動觀念。

(8)游戲鞏固：利用希沃游戲，鞏固立焊程序的編制。通過小組競爭營造競爭氛圍，寓教于樂，培養(yǎng)學(xué)生“樂學(xué)”信念。

(9)解決重點：教師發(fā)布立焊操作步驟的微課至平臺，并適當(dāng)講解，引導(dǎo)學(xué)生利用微課學(xué)習(xí)立焊操作，完成工藝步驟填寫。

(10)反饋難點：學(xué)生分小組完成空壓機(jī)底座加強(qiáng)板的其中一條直線的立焊操作，在操作過程中記錄重點步驟，利用平板隨時回看微課立焊操作步驟，最后上傳視頻、圖片以及問題至平臺。

(11)突破難點：“雙導(dǎo)師”參與教學(xué)互動，教師引導(dǎo)分析原因，企業(yè)導(dǎo)師示范操作：如何調(diào)整焊接速度，成功焊接空壓機(jī)底座加強(qiáng)板的其中一條直線。學(xué)生分小組再次實操，完成立焊直線，重點調(diào)整焊接速度，鞏固內(nèi)化知識。

(12)評價總結(jié)：教師對于學(xué)生的實訓(xùn)表現(xiàn)情況進(jìn)行評價和總結(jié)，學(xué)生彼此之間討論關(guān)于本節(jié)課的學(xué)習(xí)思路，如立焊程序編制的細(xì)節(jié)和注意事項、焊接路徑的選擇(從上至下)、匹配焊接速度(提高10%至15%)等。

通過理論探究與實操訓(xùn)練的兩個八步雙循環(huán)，解決了教學(xué)體驗感差、學(xué)習(xí)積極性低、教學(xué)方法單一等問題，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索與精益求精的工匠精神。

(三)中職工業(yè)機(jī)器人專業(yè)實訓(xùn)課程“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式分析

該研究項目已在某中職院校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)開展了研究實驗,以發(fā)那科工業(yè)機(jī)器人的工業(yè)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座實訓(xùn)課程為例,在實際教學(xué)中運用“八步雙循環(huán)”教學(xué)方法時,學(xué)習(xí)者的主動性、參與度、體驗性、動手意識和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力都大大提高。中職工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的“工業(yè)機(jī)器人操作與編程”課程“八步雙循環(huán)”的教學(xué)方法和常規(guī)教學(xué)方式并不相同,表3是對兩個不同教學(xué)方法的比較。

表3 傳統(tǒng)教學(xué)模式與“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式對比

四、總結(jié)

從實訓(xùn)的效果及評價上看,學(xué)習(xí)者的積極性獲得明顯提高。因為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用隨著環(huán)境的不同而有所變化，工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)很難展示實際生產(chǎn)環(huán)境，而采用投屏技術(shù)，“雙導(dǎo)師”參與示范操作，解決了技能教學(xué)過程中“一對多”的難題，同時便于學(xué)生反復(fù)觀摩，助力難點突破，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

從課程的實施效果上看，學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境得到較大改善?！鞍瞬诫p循環(huán)”教學(xué)模式在中職工業(yè)機(jī)器人教學(xué)實訓(xùn)中的應(yīng)用，以任務(wù)驅(qū)動實施課堂教學(xué)，基本遵循每次課的第一課時為理論探究，引導(dǎo)學(xué)生針對問題，研究解決方案，進(jìn)行“研后再改”的學(xué)習(xí)循環(huán)，第二課時為技能訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生錘煉技術(shù)技能，實行“練后再練”的實訓(xùn)循環(huán)。課前發(fā)布任務(wù)并引導(dǎo)學(xué)生在線討論后，第一課時課中首先是小組探究，例如設(shè)定工具坐標(biāo)系有三點法、四點法、六點法，哪種方法更適合呢？接著搭建暢所欲言的場所，鼓勵學(xué)生表達(dá)，確定四點法的具體操作步驟。下一步，“雙導(dǎo)師”參與教學(xué)互動，解釋操作時應(yīng)該如何精確控制平均誤差在合格范圍內(nèi)。最后借助仿真軟件模擬方案是否合理。確定了方案后，第二課時將通過做中學(xué)，學(xué)中做，錘煉學(xué)生技能。首先借助微課，學(xué)習(xí)具體操作。接著學(xué)生動手實訓(xùn)，練習(xí)技能，內(nèi)化知識，并反饋實操中的難點。接下來借助移動錄播系統(tǒng)，雙師出手破難點。最后學(xué)生再次實訓(xùn)，強(qiáng)化技能，形成技巧。

綜上所述,“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的中職實訓(xùn)課的教學(xué)模式,能夠有效地促進(jìn)課程、教學(xué)設(shè)計、授課環(huán)境等領(lǐng)域的變革?；诖?本課題提出了以理論與實踐相結(jié)合、學(xué)生進(jìn)行“八步雙循環(huán)”學(xué)習(xí)與教師主導(dǎo)的教學(xué)模式,并構(gòu)建了“八步雙循環(huán)”教學(xué)模式?！鞍瞬诫p循環(huán)”教學(xué)模式具有循環(huán)性、交互性等特點,有效避免了中職學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣較弱、自覺性不強(qiáng)的現(xiàn)象。本研究剖析了當(dāng)前中職學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)課程中遇到的難題,并根據(jù)上述難題制定了切實可行的實施方案。同時,以工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人焊接空壓機(jī)底座為例,對中職“工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人操作與編程”課程融入探究與實訓(xùn)“八步雙循環(huán)”模式,不但能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還能夠增強(qiáng)其復(fù)習(xí)的有效性。