線上線下混合教學(xué)模式下機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)與實(shí)踐

吳 翔，張世杰，王 莉，魯 可

（河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升以及智能制造、工業(yè)4.0等政策的推廣，以及人口紅利不斷消退，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)近年來高速發(fā)展，同時(shí)在傳統(tǒng)加工制造及各新興市場上開辟了巨大創(chuàng)新空間，為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長提供了強(qiáng)大支持。目前，我國已成為全球最大的機(jī)器人市場，并且在工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人等不同類型上均有巨大的發(fā)展空間[1]。機(jī)器人技術(shù)在生活服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展迫切需要大量機(jī)器人工程專業(yè)人才，因此，依托于產(chǎn)業(yè)發(fā)展和定位于未來科技創(chuàng)新的機(jī)器人工程專業(yè)，就成了提供強(qiáng)有力人才支持的重要途徑。

機(jī)器人工程專業(yè)2016年被教育部批準(zhǔn)成為本科新專業(yè)，作為自動(dòng)化領(lǐng)域的特設(shè)專業(yè)，是順應(yīng)國家建設(shè)需求和國際發(fā)展趨勢(shì)而設(shè)立的一個(gè)新興專業(yè)。該專業(yè)以控制科學(xué)與工程、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、材料科學(xué)與工程等學(xué)科中涉及的機(jī)器人科學(xué)技術(shù)問題為研究對(duì)象，綜合應(yīng)用自然科學(xué)、工程技術(shù)、社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論、方法和技術(shù)，研究機(jī)器人的智能感知、優(yōu)化控制與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人機(jī)交互模式等學(xué)術(shù)問題的一個(gè)多領(lǐng)域交叉的前沿專業(yè)，該專業(yè)的核心課程之一，就是機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)這門專業(yè)必修課[2][3]。該課程對(duì)于扎實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐能力具有重要作用。

1 課程建設(shè)目標(biāo)

2021年國務(wù)院辦公廳的《關(guān)于進(jìn)一步支持大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導(dǎo)意見》中指出：“縱深推進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新是深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐，大學(xué)生是大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新的生力軍，支持大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)具有重要意義”以及“深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，健全課堂教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、結(jié)合實(shí)踐、指導(dǎo)幫扶、文化引領(lǐng)融為一體的高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，增強(qiáng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力”。2020年教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，指出“高校要深化教育教學(xué)改革，充分挖掘各類課程思想政治資源，發(fā)揮好每門課程的育人作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。”因此，符合新工科“跨學(xué)科交叉融合”理念，綜合感知、控制、機(jī)械結(jié)構(gòu)、人機(jī)交互等多學(xué)科交叉技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程，就成為機(jī)器人工程專業(yè)的入門與基礎(chǔ)實(shí)踐核心課程[4]。

因此，《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程的建設(shè)目標(biāo)定位在：課程思政教育融入教學(xué)過程的基礎(chǔ)上，通過激勵(lì)學(xué)生融合個(gè)人理想追求和國家民族事業(yè)，提升大學(xué)專業(yè)課教育立德樹人的整體成效[5]。課程教學(xué)內(nèi)容重心側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的基本概念與知識(shí)的整體理解和掌握，通過線上及線下的混合式教與學(xué)的互相促進(jìn)，能夠使學(xué)生掌握機(jī)器人領(lǐng)域及其交叉學(xué)科中的關(guān)鍵實(shí)踐方法及核心工具，掌握新產(chǎn)品開發(fā)和科技成果轉(zhuǎn)化的基本思路、技術(shù)及方法，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的突破和發(fā)展[6]。

2 課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.1 課程思政的貫徹

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》中的“課程思政”教育貫徹，其立足點(diǎn)是在講授專業(yè)知識(shí)的過程當(dāng)中，體現(xiàn)立德樹人的教育理念，將社會(huì)主義核心價(jià)值觀融入學(xué)習(xí)的過程中。這個(gè)過程要求教師不僅具備專業(yè)的理論知識(shí)，還要具備從優(yōu)秀的思政理論，在教學(xué)實(shí)踐過程中，有機(jī)地將學(xué)習(xí)思想和學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合起來。這二者，一個(gè)是“內(nèi)功”，一個(gè)是“招式”，只有結(jié)合起來運(yùn)用，才能夠構(gòu)建出全過程的協(xié)同、高效、有力思政教育格局。

在貫徹課程思政的教學(xué)模式設(shè)計(jì)中，需要在五個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)突破：

（1）挖掘思政元素：專業(yè)課的本質(zhì)是專業(yè)知識(shí)與專業(yè)基礎(chǔ)的傳授和夯實(shí)，在課程思政的貫徹過程中，切忌生搬硬套，應(yīng)在知識(shí)是如何產(chǎn)生、發(fā)展的過程中，提煉挖掘其中的經(jīng)驗(yàn)和思政元素，提高學(xué)生感受共鳴。

（2）制定課程標(biāo)準(zhǔn)：現(xiàn)代化的課程教學(xué)中，形成課程團(tuán)隊(duì)是一門高質(zhì)量課程的必備方式，而團(tuán)隊(duì)的管理，形成統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)則成為保證課程質(zhì)量的有效手段。在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)抓大放小，明確必須授課的知識(shí)點(diǎn)及內(nèi)容的同時(shí)，給予不同教師不同風(fēng)格的教學(xué)個(gè)性化空間。

（3）形成教學(xué)檔案：課程建設(shè)是周期性、迭代性的活動(dòng)。在建設(shè)過程中，需要形成規(guī)范性的教學(xué)檔案和活動(dòng)記錄，使整個(gè)流程有據(jù)可查，能夠?qū)⒑玫募记?、?jīng)驗(yàn)、體會(huì)等進(jìn)行分享和交流。

（4）引入學(xué)生互動(dòng)：單項(xiàng)的知識(shí)傳遞效果非常有限，尤其是課程思政的部分，其重點(diǎn)效果在于學(xué)生的思考及反饋?？梢酝ㄟ^專題小組，將學(xué)生的感想、實(shí)踐體會(huì)等及時(shí)互動(dòng)，學(xué)習(xí)對(duì)象實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)接受向主動(dòng)交流之間的轉(zhuǎn)換。

（5）加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)：個(gè)人的觀點(diǎn)、思路以及經(jīng)驗(yàn)都具有明顯的局限性，課程建設(shè)過程中，需要在成立課程團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，依靠團(tuán)隊(duì)力量進(jìn)行學(xué)習(xí)和再提升。定期通過思政理論和黨的政治理論的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)教師自身思政能力水平。

2.2 理論教學(xué)模式設(shè)計(jì)

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程是一門對(duì)理論性和實(shí)踐性均有較高要求的課程。在理論教學(xué)方面，為提升學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力和自學(xué)能力，課程的理論教學(xué)模式凸顯中英文雙語教學(xué)和線上視頻及資料的分享兩大特點(diǎn)。

機(jī)器人相關(guān)課程相比其他經(jīng)典課程而言，屬于比較新的課程，其相關(guān)經(jīng)典、原創(chuàng)高質(zhì)量書籍中，英文教材比例很大，原版及影印版、開源課程資源豐富。因此，在授課中，開展中英文的雙語教學(xué)，有助于提升學(xué)生自學(xué)能力和自學(xué)水平。

當(dāng)前線上學(xué)習(xí)資源豐富，為雙語教學(xué)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。在專業(yè)課講授的同時(shí)，教師根據(jù)學(xué)生的英語水平，從基礎(chǔ)詞匯開始進(jìn)行語言環(huán)境的塑造，能夠使學(xué)生更容易接受機(jī)器人技術(shù)中的專業(yè)術(shù)語，減少學(xué)生學(xué)習(xí)和理解的難度，為之后的科技資料查閱、文獻(xiàn)閱讀和廣泛的國際學(xué)術(shù)交流打好基礎(chǔ)。

另一方面，通過線上課程平臺(tái)的建設(shè)，教師可以幫助學(xué)生選擇質(zhì)量更高、效果更好的相關(guān)視頻、文獻(xiàn)等學(xué)習(xí)資源，使學(xué)生能夠在更豐富、更新穎、更多元的教學(xué)形式中，逐步形成主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。尤其是自由度較大的線上資源，可以作為課前預(yù)習(xí)及準(zhǔn)備的有效資料，進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)時(shí)理解，同時(shí)降低雙語教學(xué)帶來的難度提升。

2.3 實(shí)踐教學(xué)模式設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)通常會(huì)受到教學(xué)環(huán)境和教學(xué)儀器的限制，在不斷發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的支持下，能夠最大限度地打破原有的硬件限制?！稒C(jī)器人技術(shù)》課程可以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行全知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)覆蓋，減少巨額硬件投入，實(shí)現(xiàn)在教中學(xué)，在學(xué)中練的線上線下混合實(shí)驗(yàn)。

整個(gè)課程的實(shí)驗(yàn)一方面符合理論教學(xué)結(jié)構(gòu)中的各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，另一方面設(shè)置主題項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)，通過安排綜合性的課后思考和開放性實(shí)驗(yàn)，樹立學(xué)生正確科學(xué)的思考方式，鍛煉解決問題的能力。另外，項(xiàng)目式的實(shí)踐教學(xué)模式，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)現(xiàn)的有效手段。學(xué)生可以通過個(gè)體化學(xué)習(xí)保持獨(dú)立的創(chuàng)造空間，同時(shí)在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中，通過指導(dǎo)教師的引導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完成負(fù)責(zé)工作。這樣的方式，有助于進(jìn)行跨學(xué)科融合，突破學(xué)科壁壘，為學(xué)生的創(chuàng)新技術(shù)和創(chuàng)業(yè)孵化提供有效的指引。

在進(jìn)行內(nèi)部課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)加強(qiáng)外部資源的聯(lián)系與合作。其中包括校內(nèi)其他相關(guān)專業(yè)、相關(guān)學(xué)院的實(shí)踐組合，校外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)主體聯(lián)合實(shí)踐基地的創(chuàng)建等。外部資源的聯(lián)合，不僅能解決一部分實(shí)踐場地問題，更重要的是，能夠拓寬學(xué)生視野，增強(qiáng)社會(huì)需求對(duì)高校教育的引導(dǎo)作用。

3 混合教學(xué)模式的實(shí)踐及持續(xù)改進(jìn)

3.1 混合教學(xué)課程內(nèi)容

根據(jù)不同形式的自身特點(diǎn)，線上線下混合教學(xué)的形式可以分為以下三種：

（1）線上教師授課+線下實(shí)踐環(huán)節(jié)。

（2）線上自主學(xué)習(xí)+線下教師授課及輔導(dǎo)。

（3）線上自主學(xué)習(xí)及虛擬實(shí)驗(yàn)互動(dòng)+線下授課及項(xiàng)目輔導(dǎo)。本課程采用第三種形式，使教師和學(xué)生不再使教學(xué)中的對(duì)立單一主體，而是在不同階段、不同環(huán)境下互為主導(dǎo)和主體，相互促進(jìn)，增進(jìn)學(xué)習(xí)效果。

為充分發(fā)揮線上線下教學(xué)優(yōu)勢(shì)，課程按三個(gè)步驟設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容：

（1）線上自主學(xué)習(xí)。教師根據(jù)大綱要求及知識(shí)點(diǎn)分布，將相關(guān)資料或要求發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，要求課程學(xué)生能夠閱讀各種類型的資料，進(jìn)行課程內(nèi)容預(yù)習(xí)。

（2）線下導(dǎo)師教學(xué)。以綜合理論與實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，在傳統(tǒng)課堂及課后輔導(dǎo)過程中，針對(duì)前期線上教學(xué)活動(dòng)的開展情況及學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋情況，進(jìn)行具有針對(duì)性的輔導(dǎo)。

（3）開展線上線下綜合實(shí)踐輔導(dǎo)。不僅可以結(jié)合線上作業(yè)及考核平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)，而且可以更方便的組織各個(gè)主體實(shí)踐項(xiàng)目組進(jìn)行階段性匯報(bào)、管理與問題解答。

課程大綱及知識(shí)點(diǎn)分布情況如表1所示。

表1 《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程大綱及知識(shí)點(diǎn)分布

3.2 混合教學(xué)模式的持續(xù)改進(jìn)

在進(jìn)行《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程的線上線下教學(xué)活動(dòng)時(shí)，有如下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)需要關(guān)注并及時(shí)保持改進(jìn)：

（1）確保“自主學(xué)習(xí)＋線下交流”的師生雙主體在線教學(xué)模式，避免將學(xué)生推向單一自主的全自學(xué)模式，避免因?qū)W習(xí)過程中因難度大或缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力等原因造成的低效學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（2）通過線上及線下、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和當(dāng)面講授交流的結(jié)合，觀察、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立、主動(dòng)進(jìn)行實(shí)踐、深入思考的能力，同時(shí)注重給予學(xué)生足夠的深入思考和解決問題的實(shí)踐與機(jī)會(huì)。

（3）有效利用各種線上工具、虛擬仿真工具等，基于教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教研活動(dòng)，鼓勵(lì)教師團(tuán)隊(duì)開發(fā)、更新適用于相關(guān)專業(yè)學(xué)生的定制化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐軟件平臺(tái)。

（4）注重線上課程資源的更新，及時(shí)解答網(wǎng)絡(luò)上不同課程資源、不同課程內(nèi)容之間可能產(chǎn)生的概念模糊、知識(shí)點(diǎn)重合等易造成自主學(xué)習(xí)障礙的問題，提升學(xué)生自學(xué)效率。

4 結(jié)語

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程是新時(shí)期培養(yǎng)適用于先進(jìn)制造、智能制造等領(lǐng)域以及工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展所需人才的機(jī)器人工程專業(yè)核心課程。該課程的教學(xué)目標(biāo)不僅要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，更需要同時(shí)培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的更高培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合線上線下教學(xué)手段與雙創(chuàng)、思政教育的課程建設(shè)與改革，對(duì)學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)、內(nèi)容理解，提升學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)效率有良好的促進(jìn)與引導(dǎo)效果。