機器人實踐教學研究初探

◎ 曲 芳 馬曉梅 梁志強 靳曉明 孫 璐

2006 年國務院頒發(fā)的《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要（2006—2010—2020 年）》指出：“提高公民科學素質(zhì)，對于增強公民獲取和運用科技知識的能力、改善生活質(zhì)量、實現(xiàn)全面發(fā)展，對于提高國家自主創(chuàng)新能力、建設創(chuàng)新型國家具有十分重要的意義。 ”智能機器人科技實踐教育就是這樣一項融合機械、物理、電子、傳感器、計算機信息技術(shù)和創(chuàng)新設計的創(chuàng)新實踐活動，蘊含著極其豐富的教育資源。 它以全面實施機器人技術(shù)、 凸顯科學創(chuàng)新精神、 強化校企團隊合作、培養(yǎng)高校應用型人才為宗旨。 黑龍江科技大學開展了基于奧地利RTi330 型焊接機器人平臺，且適用于本校實際和企業(yè)需求的實踐教學改革活動。 經(jīng)歷了近六年的櫛節(jié)沐雨，不斷修改完善，目前已基本形成了一種高效的焊接機器人實踐教學模式，即“0.5+0.5+1”改革模式。 并對于改進后的教學模式進行分學科、分專業(yè)、分班級逐次實驗，效果良好。

一、教學改革模式的初步形成

高等學校實踐教學改革，是一種以市場和社會需求為導向的運行機制，是學校和用人單位雙方共同參與，優(yōu)勢互補，緊密合作，以培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)、職業(yè)能力和就業(yè)競爭力為目標，利用學校和企業(yè)兩種不同的教育資源和教育環(huán)境，采用課堂教學與學生參加實踐有機結(jié)合，理論與實踐有機結(jié)合，課內(nèi)與課外有機結(jié)合，培養(yǎng)適合生產(chǎn)、建設、管理、服務第一線的應用性人才為主要目地的教學模式。

自2007 年我校實訓中心成立以來，在實踐過程中就做到產(chǎn)學結(jié)合，積極回饋社會。 我校把焊接機器人訓練中心作為企業(yè)和社會的公共資源、公用平臺。在與奧地利IGM 機器人有限公司、東安、哈飛和哈爾濱焊接技術(shù)研究所等企事業(yè)單位的工程師、 技術(shù)人員接觸的過程中發(fā)現(xiàn)我們過去一直沿用的焊接機器人實踐培養(yǎng)模式所培養(yǎng)出來的技能人才， 到焊接機器人企業(yè)中要解決實際問題時往往還是摸不著頭腦，無從下手。 畢業(yè)生上崗初期企業(yè)還要再開展半年到一年的上崗實踐練習， 這使得企業(yè)對于畢業(yè)生的前期培訓費用投入很大，影響生產(chǎn)成本，這也間接導致了畢業(yè)生就業(yè)率有所下降。 基于這一問題，中心組織教師到哈爾濱工業(yè)大學工訓中心、 長春工業(yè)大學實訓中心、上海工程技術(shù)大學現(xiàn)代工業(yè)中心、安徽科技學院等課改先鋒學?？疾鞂W習。 在此基礎上努力探索，深入研究，大膽創(chuàng)新，不斷完善，目前已基本形成了一種高效的機器人實踐教學模式，即“0.5+0.5+1”改革模式。

“0.5+0.5+1”改革模式，實施范圍針對我校機械類、材料類在校學生。 該模式是指先由教師每年定期到各大焊接機器人企業(yè)去走訪實習， 深入企業(yè)第一線， 及時了解和掌握企業(yè)對焊接機器人技能人才的需求及我中心機器人實踐教學內(nèi)容在企業(yè)中的實際應用情況， 參考企業(yè)需求來制定適宜的人才培養(yǎng)方案，為焊接機器人實踐教學提供第一手資料和素材。然后教師按照企業(yè)的最新需求， 精煉出每次焊接機器人實踐課的內(nèi)容提綱表。 其中“0.5”是指半節(jié)課學生獨立報告，“+0.5”是指半節(jié)課教師補充報告，“+1”是指師生互動、實踐、提問、檢測和反饋。

“0.5” 指半節(jié)課學生獨立作報告即課前按照學號輪到本次課作報告的學生，按照教師上次布置的企業(yè)需求內(nèi)容提綱表上的課程要點， 自主研習，或組成學習小組合作探討完成“提綱表”，其余學生也要在課前自主研習。 上課時，該學生作課程內(nèi)容報告，教師和其他學生聆聽，仔細記錄，發(fā)現(xiàn)問題在座學生可以隨時糾正。 學生作完報告后，可以向在座每位同學提問，在座同學也可以向授課同學自主提問， 學生回答問題情況記為平時成績的一部分，踴躍發(fā)言者，可視情況給予加分。 在學生自主研習階段，學生可以利用一切學習資源，如翻閱教材、參考書，查詢、搜索網(wǎng)上信息、內(nèi)容、模型、圖片，觀看相關(guān)焊接機器人焊接作業(yè)視頻來完成好 “提綱表”的內(nèi)容。在這個階段，課堂的主人是學生本人。作報告期間，學生自主掌握課堂，教師只需做好聽眾，仔細記錄即可。

“+0.5”指半節(jié)課教師補充報告，學生在前“0.5”獨立作報告階段，通過自主學習已經(jīng)充分暴露問題，教師在“+0.5”補充報告階段，在仔細記錄，匯總問題的基礎上挑出主要問題集中講解， 個別疑難問題再單獨輔導， 同時對于重點和難點問題再次強調(diào)以加深印象。 兩個半節(jié)課程合為一個教學報告過程，共同解決一組或幾組教學問題。 這樣，大大節(jié)省了課堂時間，有效提高授課效率。

“+1”指師生互動、實踐、提問、檢測和反饋。以創(chuàng)新設計項目和各大焊接機器人企業(yè)最新需求、 承接的設計項目為目標，引導學生帶著任務去調(diào)查研究、搜集一手和二手資料，提高學習的主動性和目的性。學會在焊接機器人實踐活動中解決項目中涉及的主要問題，有針對性地在實踐中互動、提問相關(guān)知識，并幫助教師檢測和反饋當堂的學習效果， 使學生全部融入有意義的任務中。 學生可以采用兩種途徑根據(jù)創(chuàng)新設計教學法來解決問題。

一是教師個別精要輔導。 拿過來一個項目，學生經(jīng)過本人或?qū)W習小組討論后仍然無法解決的問題，教師提綱挈領(lǐng)的精要輔導、講解方法，并引導學生對接下來機器人實踐練習的一系列類似問題舉一反三，學會解決問題的方法。

二是分組匯報進展和成果。 學生兩兩一組，以報告、演講或辯論的方式匯報、總結(jié)實踐練習成果，以“學生教學生”的方式達到互動學習的目的。 在互動過程中，學生將信息及時有效地反饋給教師，同時教師還可以檢測學生的學習積極性和學習效果， 大大提高了課堂教學效率。

二、“0.5+0.5+1”教學改革模式的效果

1.學生方面

（1）拉近學生距離，增強互動性。 由于是學生本人參與授課，所以積極性很高，其余學生對此種模式感到新鮮、好奇，同時拉近了學生和講課者的距離，增加了學生和講課者的共同語言。 尤其現(xiàn)在大學學生基本上全是“90 后”，“90 后”與“90 后”之間特有的語言也讓課堂上精彩不斷，學生減輕了束縛和壓力，課堂輕松而活躍，互動性增強，學習效率提高，學生你追我趕，爭取把報告作的更好。

（2）有利于提高學生的創(chuàng)新思維能力。 學生、教師分別從各自的角度、觀點出發(fā)，闡述對問題的新鮮見解和解決方法，擴大了學生的知識面和聽課內(nèi)容，拓展了學生的固定思維， 有效地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力，這些能力對于大學生走出校門、走向社會或者成功創(chuàng)業(yè)都是非常重要的， 同時也為后續(xù)的創(chuàng)新設計項目奠定了堅實的基礎。

（3）真正實現(xiàn)了“教師為導向，學生為主人”。 由于是學生自主參與學習、授課、互動、實踐和提問過程，所以在各個環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，學生都會印象深刻，“0.5+0.5+1”的課堂讓學生成為學習的主體，拋棄被動的接受者。 打破了多年來學生“被動學”的課堂局面，由課堂上教師滿堂灌到學生當主人。

2.教師方面

（1）減小代溝，幽默治學。 通過體驗、嘗試作一名聽眾， 可以深入了解學生內(nèi)心的真實想法以及歸納總結(jié)并采用一種學生歡迎的方式來開展以后的授課任務。 通過學習、理解不同年齡段人的語言、網(wǎng)絡術(shù)語、玩笑方式等，縮短差距，減小代溝，并有所取舍地引用、穿插進自己的講課內(nèi)容中，以消除學生上課時的疲勞、不感興趣，減少課堂睡覺、開小差、玩手機游戲、發(fā)微信等情況。 由被動斥責、要求學生注意聽講到以生動、幽默語言主動吸引學生，課堂中每完成一個教學任務以后， 都獎勵學生一個笑話或生活小趣事來緩解一下緊張的學習氣氛。 同時教師應該隨時注意觀察學生的一舉一動，聽課狀態(tài)，感覺學習氣氛沉悶就立刻轉(zhuǎn)換話題， 以提問或小競賽的方式來引起學生的興趣。

（2）節(jié)省時間，提高效率。 通過學生課前自主研習的方式，充分暴露學生普遍存在的問題，然后教師在補充報告的過程中匯總問題，并進行取舍，挑出主要問題集中講解，個別疑難問題再單獨輔導，不占用課堂寶貴時間。 這樣一來可以大大節(jié)

約課堂時間，有效提高授課效率。

（3）提高熟練度，扎實基本功。 在“+1”師生互動、實踐、提問、檢測和反饋環(huán)節(jié)， 要求教師必須十分熟悉課程大綱、課程難點、重點，定準目標，吃透教材，摸準學情，確定方法。 做到教學內(nèi)容梯度化，教學對象層次化，教學效果優(yōu)質(zhì)化。 這就要求實踐教師具備扎實的基本功，設置超前的教學內(nèi)容，預測到焊接機器人未來的發(fā)展趨勢和發(fā)展動態(tài)，與時俱進，提高對于課堂教學秩序的引導、把握的熟練度。

表1 新的教學方法實施前后企業(yè)滿意程度表

三、“0.5+0.5+1”教學改革模式存在的不足

1.學習小組組長存在“代理包辦”問題

“+1”階段學生分組討論互動環(huán)節(jié)，某些學生存在偷懶現(xiàn)象，全部問題交由小組組長“代理包辦”，教師解決問題時，實際上只解決了組長一人的問題，組員實際上參與其中不多。

2.學生獨立報告階段“發(fā)言”問題

由于學生按照學號來完成“0.5” 階段的獨立報告，某些學生因非本次報告人，在作報告學生提問階段開小差，發(fā)言提問不積極，置身事外，有時還會拿著別人討論好的問題發(fā)言。

當然，這一“0.5+0.5+1”教學改革模式還存在很多的不足，其中還遇到一些問題比較突出和棘手，在今后的焊接機器人實踐教學研究和改革過程中還有待解決。

2010 年以來， 我校按照上述實踐教學改革模式在機械類、 材料類在校學生中進行了分學科、 分專業(yè)、 分班級逐次實驗， 并對2005 屆教改實施前和2007 屆、2008 屆教改實施后畢業(yè)生做了后續(xù)跟蹤反饋體系，跟蹤、輔導、調(diào)研實踐教學改革的效果，結(jié)果表明企業(yè)對我校培養(yǎng)的畢業(yè)生滿意度明顯提高，見表1 所示。

我校在奧地利RTi330 型焊接機器人教學平臺上居安思危，借鑒課改先鋒院校經(jīng)驗，結(jié)合我校實際情況，大膽創(chuàng)新，研制開發(fā)了一套適用于自己的實踐教學改革模式。 通過對機械類、材料類在校學生進行分學科、分專業(yè)、分班級逐次實驗后，效果顯著，企業(yè)滿意度明顯提高，取得好成績成為必然，提高畢業(yè)生就業(yè)率，拉動中心經(jīng)濟，為本校畢業(yè)生就業(yè)工作做出應有貢獻。

[1]王同聚.智能機器人實驗為教育開啟創(chuàng)新之門[J].中小學信息技術(shù)教育，2006，(10).

[2]楊興富.一種面向全體學生且高效的教學模式[J].學理論，2012，(12).

[3]孫炎.職業(yè)教育中焊接理論教學之我見[J].教學交流，2010，(9).

[4]鄭海生.在焊接教學中融入安全教育[J].教學研究，2011，(6).