工业机器人操作与编程课程教学设计

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【摘要】分析单一线上或线下教学存在的客观问题，提出工业机器人操作与编程课程进行混合式教学改革的必要性。采用翻转课堂模式，进行课前、课中、课后三位一体的混合教学活动方案设计，为工业机器人相关课程进行混合式教学改革提供借鉴。

【关键词】工业机器人；混合式教学设计；翻转课堂

引言

工业机器人操作与编程课程不仅是工业机器人技术专业的核心课程，同时也在机电一体化技术等专业开设。该课程要求学生在了解工业机器人基本结构基础上，掌握机器人轨迹类应用的现场编程与调试方法。课程对学生的逻辑思维能力和动手操作能力有较高要求。互联网技术的日益发展对高等职业教育信息化不断提出新的要求和挑战。大规模在线开放课程MOOC作为一种新兴的教学和学习模式，在2008年由加拿大学者DaveCormier和BryanAlexander提出。这是一种将课程资源和参与者聚集到开放式网络平台上，对学习者进行知识讲解和问题讨论的互联网教学模式，具有开放性、大规模和社会性等特点，是提升高质量教学资源公开性和教育过程公平性的一个重要举措[1]。本文将在教学内容重构、课程资源库建设和教学过程设计的基础上，探索工业机器人操作与编程课程线上线下混合式教学模式改革。

1混合式教学改革的必要性分析

教师的“教”和学生的“学”双方面组成了教学行为，二者的协同性直接决定教学质量[2]。线下面对面授课，优势在于教与学的及时有效互动；自由的学习时空、丰富多样的学习资源、实现个性化学习需求则是线上教学的显著优势。但是单一的线上或线下教学模式在教学实践过程中暴露出如下问题。

1.1单一线下教学问题分析

传统线下教学模式，教师是教学活动的主体，学生被动接受教师灌输的知识。这种教学模式忽视了学生的认知主体地位，不利于培养学生的创新思维和激发学生的求知欲望。其次，工业机器人操作与编程课程知识点和操作技能点较多，但分配课时数仅为32学时，教师只能以中等水平学生为准设计课堂教学方案，无暇顾及不同层次学生的学习需求。再者，因班级学生人数较多，教师在讲授机器人实操要领时，学生只能聚众围观，无法仔细观看教师的示范性操作，教学效果不甚理想。

1.2单一线上教学问题分析

病毒肺炎疫情期间，在教育部“停课不停教、停课不停学”的号召下，工业机器人操作与编程课程开展了基于网络平台的线上教学。实践证明，线上教学不仅对师生双方都提出了更高的要求和挑战，而且出现了不小的问题。首先，频频卡顿的网络平台时常干扰正常的教学秩序；其次，师生因空间距离沟通不畅，学生遇到困难无法及时得到教师的帮助和指导，影响其继续学习的积极性。再者，实操教学是该课程的核心组成部分，然而，线上教学只能使用虚拟仿真软件进行模拟练习，无法完成熟练掌握机器人手动操纵技能等教学目标。综上所述，在信息化不断普及的背景下，工业机器人操作与编程课程应适时进行混合式教学改革，将线上线下教学优势相融合，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性和创造性，从而提升教学质量。

2课程内容重构与教学资源库建设

以“学以致用”为原则，参照“工业机器人应用编程1+X”中级能力标准，按照“项目引领、任务驱动”设计理念，对教学内容进行重构。将课程设计为“认识ABB工业机器人”“工业机器人轨迹类应用”两个教学模块。围绕工业机器人在行业典型应用中所需的现场操作与编程等职业能力，设置了“认识工业机器人”“工业机器人基础操作”“机器人轨迹运动工作站”“创建轨迹工具”“编写轨迹程序”五个学习项目。为充分发挥线上线下融合教学优势，需重新优化原有的教学资源，建设教学资源库。（1）录制微课视频。从“知识、技能、素养”三方面梳理教学目标，将重难点知识和机器人规范操作录制成微课视频。（2）制作3D动画。将抽象的通信讯号等知识通过3D动画具象化，充分调动学生多样感官，降低认知难度，突破教学重难点的同时激发学生学习兴趣。（3）设计任务单。课前，教师通过任务单学习任务；课中，学生将仿真编程、实操训练等数据记录在册，可完整再现提出问题、诊断问题、优化程序、改进操作的线上线下教学全过程。（4）设计数字化仿真模型。利用ABB工业机器人实训平台，设计数字化仿真模型，真实再现机器人工作场景。

3混合式教学设计

以我校“教务在线系统”为平台，按照课前线上预习、课中线下探究、课后线上拓展三步骤，进行基于翻转课堂的混合式教学模式设计。

3.1课前任务，预习新知

教师将学习任务单、微课视频、课前自测题上传至网络平台。学生通过阅读任务单了解任务要求、教学目标和教学重难点后学习微课视频，识记知识点，完成自测题，并在讨论墙中写下预习心得。教师通过分析平台统计数据了解学生自学情况，以此为依据对课堂教学活动和策略做适当调整。

3.2课中集中授课，互动探究

在机器人智慧实训室开展探究式理实一体化互动教学，主要教学活动设计为以下六步：（1）重难点知识讲解。教师对学生自学存在困难的共性问题进行集中讲解，逐个突破重难点。（2）学生无差别分组。以“组间同质，组内异质”为原则，按四人小组分组，明确组员分工。（3）Robotstudio仿真。学生利用仿真软件小组合作编写程序，并展示初步编程结果，教师引导学生共同纠错。（4）安全规范教育。学生佩戴安全帽，复习机器人安全操作规范，并检查实训工位。（5）实操练习。学生依据教师归纳的技巧优化仿真程序，教师检查无误后学生进行实操练习。教师巡检工位，及时指导，记录评价信息，并通过实训录播系统进行规范化操作示范。（6）优化巩固。学生在任务单中梳理编程流程，记录优化后的程序和机器人规范操作要点。

3.3课后自主拓展，个性发展

教师在线上布置阶梯化课后作业，包括必答的巩固性练习和选答的拓展性练习。学生完成巩固练习后根据个人兴趣和能力，自主选择拓展练习。同时，教师在网络平台上传工业机器人企业真实应用案例，帮助学生把握工业机器人产业发展趋势，使学生的专业技能和素质得到更广的拓展。最后，学生填写完整的任务单上传至平台，教师对学生的课后学习情况做出评价，并将系统自动生成的全过程学习数据推送给每一位学生，至此完成一个完整的任务教学。

4结语

以课程内容重构、教学资源库建设和教学过程设计为基础，对工业机器人操作与编程课程开展基于翻转课堂的混合式教学改革。融合线上线下教学优势，打破教学时空限制，解决学时不足难题，提供个性化学习素材，开启小组合作探究式学习模式，提升学生学习的积极性，教学效果显著提高。

【参考文献】

[1]陶洪峰.自动控制原理课程的混合式教学模式探索[J].大学教育，2019（3）：62-64.

[2]毛秀丽，李挺，陈帝伊.混合式教学在“水轮机”课程中的探索与应用[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020（9）：40-41.

作者：何燕妮 单位：上海电子信息职业技术学院