“八步雙循環(huán)”教學模式在中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課的應用研究

廖嘉歡

一、前言

《中國制造2025》是國家推進制造業(yè)強國發(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)機器人是重要的智能制造裝備，而工業(yè)機器人焊接是目前機器人智能制造最廣泛的應用之一。 因此，在中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課中引入“八步雙循環(huán)”的教學方法，可以真正地把學生培育成適應我國經(jīng)濟社會發(fā)展需要的優(yōu)秀應用型人才，從而可以更有效促進中國制造業(yè)自動化機器人領(lǐng)域的不斷發(fā)展壯大。基于此，本研究人員根據(jù)當前“工業(yè)機器人焊接空壓機底座”實訓項目課程體驗感差、教師教學以及學生學習積極性低下、教學模式內(nèi)容單調(diào)的狀況，在某中職院校實施了“八步雙循環(huán)”教學模式，以此探索行之有效的中職“工業(yè)生產(chǎn)機器人操作與編程”課程教育的創(chuàng)新教學模式。

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

以任務驅(qū)動實施課堂教學。本研究構(gòu)建“八步雙循環(huán)”的課堂教學范式，基本遵循每次課的第一課時為理論探究，引導學生針對問題，研究解決方案，進行“研后再改”的學習循環(huán)，第二課時為技能訓練，指導學生錘煉技術(shù)技能，實行“練后再練”的實訓循環(huán)。具體如圖1所示。

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

首先進行導入任務：課前導入任務，學生自主學習，教師以學定教。接著課中定方案：第一學時進行探究循環(huán)，主要探究解決任務的方案，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)動學生學習自主性，尊重學生思想，鼓勵學生探究。

（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，鼓勵學生表達。

（3）第三步，修方案：師生分析修正方案，多元交互。企業(yè)導師與教師“雙導師”參與教學互動，從企業(yè)與學校的不同角度與學生一起分析問題，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，為實訓教學提供理論支撐。

第二課時進行實訓循環(huán)，首先進行強技能：第二學時主要通過做中學，學中做，檢驗學生新知，錘煉學生技能，強化技術(shù)操作，引導技術(shù)創(chuàng)新。重點分為以下四個環(huán)節(jié)：

（1）第五步，學操作：微課輔助學習操作，直觀明了。借助微課，學生可隨時學習操作技能，反復觀看操作細節(jié)，滿足不同層次學生的不同學習要求。

（2）第六步，練技能：動手實訓練習技能，內(nèi)化知識。突出實訓環(huán)節(jié)，在動手實操中培養(yǎng)學生技能，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，口訣輔助學方法，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神。

（4）第八步，得技巧：再次實訓強化技能，形成技巧。落實技能訓練，針對難點，反復練，夯實技能，習得技巧。

最后是拓視野，通過課后發(fā)布拓展任務，開展企業(yè)調(diào)研活動等拓寬學生視野，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)機器人專業(yè)實訓課程“八步雙循環(huán)”教學模式的應用

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

（一）基于“八步雙循環(huán)”教學模式的實訓項目教學目標設計

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

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

機器人立焊空壓機底座加強板是學習立焊程序的編制，并完成空壓機底座加強板的編程與立焊。本次課是在機器人平焊的基礎上，通過空壓機底座加強板的編程與立焊，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。其教學目標，具體如表1所示。

（二）基于“八步雙循環(huán)”教學模式的實訓項目課程教學內(nèi)容與教學過程設計

1.教學內(nèi)容

學生在本節(jié)課學習之前已經(jīng)學習過機器人基本指令，掌握了機器人基本運動的編程與示教、完成了機器人弧焊的平焊編程，但是對于使用弧焊指令進行機器人立焊的編程與操作還缺乏學習與訓練?；凇鞍瞬诫p循環(huán)”教學模式的“機器人立焊空壓機底座加強板”課程教學內(nèi)容，具體如表2所示。

2.教學流程設計

本節(jié)課是基于“八步雙循環(huán)”的教學過程設計，圖3為教學流程。具體而言，教學流程設計包含課前、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)布任務并引導學生在線討論后，第一課時課中首先是小組探究。

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

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

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

（4）反饋難點：學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：“雙導師”參與教學互動，引導學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)導師示范操作、教師講解，雙師教學，為解決立焊路徑問題提供方法指引，實現(xiàn)本節(jié)課學習任務的難點突破。

（6）評價小結(jié)：教師引導學生對本節(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，學中做，錘煉學生技能。

（7）組織教學：學生模擬6s上課儀式，溫習安全口號，接著整理工裝儀容，做好上機實操準備。規(guī)范課堂紀律，強化職業(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)學生“樂學”信念。

（9）解決重點：教師發(fā)布立焊操作步驟的微課至平臺，并適當講解，引導學生利用微課學習立焊操作，完成工藝步驟填寫。

（10）反饋難點：學生分小組完成空壓機底座加強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：“雙導師”參與教學互動，教師引導分析原因，企業(yè)導師示范操作：如何調(diào)整焊接速度，成功焊接空壓機底座加強板的其中一條直線。學生分小組再次實操，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)：教師對于學生的實訓表現(xiàn)情況進行評價和總結(jié)，學生彼此之間討論關(guān)于本節(jié)課的學習思路，如立焊程序編制的細節(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練的兩個八步雙循環(huán)，解決了教學體驗感差、學習積極性低、教學方法單一等問題，培養(yǎng)學生勇于探索與精益求精的工匠精神。

（三）中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程“八步雙循環(huán)”教學模式分析

該研究項目已在某中職院校工業(yè)機器人專業(yè)開展了研究實驗，以發(fā)那科工業(yè)機器人的工業(yè)機器人焊接空壓機底座實訓課程為例，在實際教學中運用“八步雙循環(huán)”教學方法時，學習者的主動性、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)機器人專業(yè)的“工業(yè)機器人操作與編程”課程“八步雙循環(huán)”的教學方法和常規(guī)教學方式并不相同，表3是對兩個不同教學方法的比較。

四、總結(jié)

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

從課程的實施效果上看，學生學習環(huán)境得到較大改善?！鞍瞬诫p循環(huán)”教學模式在中職工業(yè)機器人教學實訓中的應用，以任務驅(qū)動實施課堂教學，基本遵循每次課的第一課時為理論探究，引導學生針對問題，研究解決方案，進行“研后再改”的學習循環(huán)，第二課時為技能訓練，指導學生錘煉技術(shù)技能，實行“練后再練”的實訓循環(huán)。課前發(fā)布任務并引導學生在線討論后，第一課時課中首先是小組探究，例如設定工具坐標系有三點法、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，鼓勵學生表達，確定四點法的具體操作步驟。下一步，“雙導師”參與教學互動，解釋操作時應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，學中做，錘煉學生技能。首先借助微課，學習具體操作。接著學生動手實訓，練習技能，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。最后學生再次實訓，強化技能，形成技巧。

綜上所述，“八步雙循環(huán)”教學模式改變了傳統(tǒng)的中職實訓課的教學模式，能夠有效地促進課程、教學設計、授課環(huán)境等領(lǐng)域的變革。基于此，本課題提出了以理論與實踐相結(jié)合、學生進行“八步雙循環(huán)”學習與教師主導的教學模式，并構(gòu)建了“八步雙循環(huán)”教學模式。“八步雙循環(huán)”教學模式具有循環(huán)性、交互性等特點，有效避免了中職學生學習的興趣較弱、自覺性不強的現(xiàn)象。本研究剖析了當前中職學生在工業(yè)機器人實訓課程中遇到的難題，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)機器人焊接空壓機底座為例，對中職“工業(yè)生產(chǎn)機器人操作與編程”課程融入探究與實訓“八步雙循環(huán)”模式，不但能夠提高學生的學習興趣，還能夠增強其復習的有效性。

責任編輯陳春陽