基于微課的《工業(yè)機器人》課程教學改革探討

張秀華，溥 江，姚 宏，蘇亞鋒，唐正強

(1.貴州民族大學機械電子工程學院，貴州省 貴陽市 550025；2.貴州大學機械工程學院，貴州省 貴陽市 550025)

0 引言

“中國制造2025”、“工業(yè)4.0”的提出是制造業(yè)轉(zhuǎn)型、升級、創(chuàng)新及發(fā)展的重要標志，是推動制造業(yè)逐步轉(zhuǎn)向智能化、信息化及數(shù)字化方向的主要助力。以智能機器人為代表的智能制造及高端裝備是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要組成，作為目前最先進的生產(chǎn)工具，智能機器人將改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式及傳統(tǒng)模式。如今諸多高校陸續(xù)開展機器人相關課程，主要是為了培養(yǎng)既能系統(tǒng)掌握機器人理論知識，還能切實解決實際工程問題并具有創(chuàng)新能力的人才，滿足企業(yè)在智能制造方面的迫切需求[1，2]。

作為理工科專業(yè)的基礎課程，《工業(yè)機器人》理論較深、公式繁多，且融合多學科知識。在傳統(tǒng)教學過程中發(fā)現(xiàn)學生往往一知半解，畏難退縮，缺乏學習主動性，教學效果不理想。如何改變課程教學模式，激發(fā)學生學習興趣，提升學習主動性及求知欲，提高學習效率，是當下必須探討的問題。

1 《工業(yè)機器人》課程存在的問題

(1)該課程是一門交叉性學科，幾乎涵蓋機械專業(yè)所有基礎理論與原理，抽象的理論與原理造成學生的畏懼感，導致對這門課程喪失興趣[3]；

(2)各知識點之間邏輯關聯(lián)性不強，導致學生在理解和應用這些知識點時有一定困難；

(3)傳統(tǒng)教學方式是課堂講授教學，教師占主體地位，學生參與度不夠，過于偏重理論灌輸，忽視學生分析解決實際問題的能力培養(yǎng)[4]；

(4)學生在學習過程中出現(xiàn)疑問時，往往得不到及時有效地解決，一方面是課時量的限制，教師不能及時解答學生疑問，另一方面是配套的學習資源缺乏。這就導致積累的問題越來越多，學生的興趣、耐心逐漸耗光。

本文以微課為教學模式，對該課程提供有效的學習資源，培養(yǎng)學生學習的積極性和主動性，從而提高教學效果。

2 微課理論及教學特點

微課是指基于現(xiàn)代信息技術、按照認知規(guī)律，將學習過程、學習內(nèi)容及拓展素材等以零散化、碎片化形態(tài)展現(xiàn)的結構化數(shù)字資源[5]。針對某一具體知識點完成教學設計后以微視頻的形式呈現(xiàn)，微課制作過程主要包括教學內(nèi)容選擇及教學設計、腳本設計、資源準備、視頻的錄制、視頻的編輯和發(fā)布等環(huán)節(jié)[6]，如圖1所示。其短小、精煉，瞄準問題關鍵進行解決，已成為一種將傳統(tǒng)課堂教學主題化、細微化及便捷化的現(xiàn)代教學新模式。

圖1 微課制作流程

對比傳統(tǒng)課堂教學，微課具有以下特點：

(1)課程時間短、資源容量小

使用信息技術對課程中核心內(nèi)容進行錄制編輯，制作成時長5～10分鐘、大小幾十兆的視頻。相對傳統(tǒng)五十分鐘的一節(jié)課，微課以精簡或分步的教學模式傳輸給學生，使學生更能集中精力、提起興趣來學習視頻內(nèi)容，從而提高學習效率。視頻格式一般為rm、wmv、mp4等流媒體格式，既支持網(wǎng)絡在線播放也可下載保存到終端設備，達到移動學習效果[7]。

(2)課程內(nèi)容精煉、目標明確

針對具體一個知識點或教學環(huán)節(jié)進行教學設計，一節(jié)微課就是一個主題，該主題圍繞著問題的解決展開。精簡的示范案例一般是經(jīng)典和教師擅長的，這樣能使教師最大程度發(fā)揮教學設計的優(yōu)勢，對教學內(nèi)容表達得更清晰更生動，也更容易使學生掌握。

(3)傳播迅速、反饋及時

學生可在課程發(fā)布的第一時間通過終端設備看到教學視頻，便可進行課前自主學習及合理安排學習進度，不必再等到老師來上課才能學習到這些內(nèi)容。對于自主學習中遇到的問題和困惑，可隨時傳遞給教師進行互動，教師根據(jù)學生反饋的情況，及時對課程進行相應調(diào)整。

3 基于微課的《工業(yè)機器人》課程教學模式改革

(1)選擇恰當?shù)奈⒄n主題

要將五十分鐘的傳統(tǒng)課堂講授內(nèi)容以十分鐘左右的微課形式體現(xiàn)，特別對于工科那些理論性強、枯燥且難懂的知識點，不僅要能夠吸引學生注意力，還要求學生能在學習完每個視頻后能對所涉及的內(nèi)容有較深刻的理解和掌握，以此來激發(fā)他們的學習興趣及提升教學效果。故通常以課程的重點、熱點、難點及疑點等四個標準作為微課主題選擇的依據(jù)。

(2)微課教學設計

在確定微課主題后，基于課程知識點分析、學生需求分析等條件確定教學目標；根據(jù)教學目標和教學對象進行教學設計；采用合適的方式實施微課教學；課堂教學完成后進行效果評估。

(3)基于《工業(yè)機器人》課程微課教學案例設計

《工業(yè)機器人》課程的部分內(nèi)容理論性強，概念較多、且易混淆，還需要學生具有較強的空間想象能力。例如，在學習“機器人運動學”這部分內(nèi)容時，就需明確機器人手部瞬時的位姿，那么如何確定其手部的空間位姿呢?通常將坐標系建立在機器人的關節(jié)上，這些坐標系間的相對位置和方向可用坐標變換來實現(xiàn)，即建立機器人運動學方程。那么各關節(jié)上坐標系的方向如何確定?相鄰兩個坐標系之間的相對變換量如何確定?通常采用“D-H參數(shù)法”解決上述問題。該部分內(nèi)容概念多、易混淆，如果按照傳統(tǒng)課堂講授方式，學生理解掌握較困難。采用包含動畫及講解的微視頻方式，可以使學生更直觀、更易理解地掌握這部分內(nèi)容。

基于前述微課教學設計原則，首先根據(jù)教學目標和課程特點進行微課教學設計，撰寫制作微教案，主要包括教學目標、教學方法選擇與設計、教學重難點、教學過程及相關的課后思考題，最后將教學內(nèi)容錄制編輯成微視頻。《工業(yè)機器人》微教案見表1。

表1 《工業(yè)機器人》課程微教案

4 結語

微課應用在高校專業(yè)課教學中，可在一定程度上減少學生認知負荷、促進其自主學習，以達到提高教學質(zhì)量目的。文章基于傳統(tǒng)教學模式下《工業(yè)機器人》課程存在的弊端、微課在高校的發(fā)展現(xiàn)狀及《工業(yè)機器人》課程特點分析，提出了相應的微課教學模式，并針對一具體主題做了教學設計，這對提高相關專業(yè)課程的教學質(zhì)量、盡快促進微課進入課堂有一定參考意義。