“工業(yè)機器人編程與調試”課程“線上線下”混合式教學改革路徑*

李 瓊 ，馮 琛 ，黃 穎 ，高東玲

（陜西機電職業(yè)技術學院，陜西 寶雞 721001）

1 改革背景

線上教學具有資源廣、靈活度高、教育輻射范圍大等優(yōu)勢，世界各地的高等教育機構已經重新審視了在線學習的可行性，以盡量減少突發(fā)情況對學生學業(yè)的影響[1-3]。在實際的在線教學研究中發(fā)現(xiàn)，與課堂學習相比，它需要更高水平的基本計算機技能、自我控制、人機交互和學習動機[4-5]?；旌鲜浇虒W是一種“線上+線下”的教學方法，結合了線上教學和線下傳統(tǒng)教學的優(yōu)點，被許多學者認為是教育的“新常態(tài)”[6-8]。

2 專業(yè)課程在線教學的挑戰(zhàn)

“工業(yè)機器人編程與調試”課程是工業(yè)機器人技術專業(yè)的基礎專業(yè)課，需要學生實踐操作，而非紙上談兵，在前期的在線教學研究中還發(fā)現(xiàn)，與課堂學習相比，單純的線上學習導致學生在網上獲得的信息遠遠超出了學生消化、吸收和理解的能力[9-11]。新媒體時代，學生在互聯(lián)網上接收的信息很多，首先，根據網絡的傳播特點，學生不斷在網絡上被灌輸知識，從長遠來看，其很難進行深入的研究和思考。其次，線上教學需要更高水平的基本計算機技能、自我控制、人機交互和學習動機。最后，在線課程需要打破原有的教學模式，探索新的模式。在實踐教學過程中，還發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學存在學生對專業(yè)課程的思考深度不足、實操內容拓展創(chuàng)新不足等突出問題。但與此同時，“線上教學+虛擬操作”的模式也存在明顯問題。例如，學生對新技術和新方法沒有直觀感受，只看屏幕上的幾個實操教學視頻，更難激發(fā)出學生對本課程的求知欲，難以提高其思維能力。因此，“互聯(lián)網+”技術與教學相結合已成為重要的改革課題，對改進專業(yè)課教學模式具有重要意義。

以此為契機，重組教學資源和流程，改變以往的“教學+實操”模式，將線下課堂轉變?yōu)榛谥腔勐毥痰摹熬€上+線下”混合課堂。改變比較單一、缺乏連貫性、不允許學生進行系統(tǒng)學習和項目設計的老舊的教學內容和方法，充分發(fā)揮新時期的多渠道優(yōu)勢。通過在線教學、在線虛擬實操演示、學生討論問答、學生自主設計項目以及線下實踐等方式，增強學生的主觀能動性與其對知識的渴求，在最大限度上提高特殊時期的教學效果和質量。

3 混合式教學模式探索

3.1 “工業(yè)機器人編程與調試”課程內容設計

教學內容設置和課堂體系是課程的核心，在人才培養(yǎng)過程中舉足輕重。陜西機電職業(yè)技術學院“工業(yè)機器人編程與調試”課程分為基礎和專業(yè)兩個層次。實踐教學是高職院校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，直接影響著學生的動手能力、實踐能力和問題分析能力。

具體來說，“工業(yè)機器人編程與調試”包括三個模塊。第一個模塊是工業(yè)機器人基礎指令的介紹，占總課時的25%，介紹工業(yè)機器人的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，同時介紹工業(yè)機器人編程指令，為后續(xù)的編程打下基礎。第二部分是工業(yè)機器人的典型應用，占總課時的50%。學生可以從基礎指令進入編程學習，掌握工業(yè)機器人應用場合的基本編程及調試，通過項目學習激發(fā)學生的學習興趣，為不同的應用場合提供不同類型的編程方法。第三部分是通過獨立的產線設計指導學生完成工業(yè)機器人的生產線應用，占總課時的25%。學生將在項目編程上進一步完成產線的設計聯(lián)機調試，本部分貼近實際的生產線，幫助學生盡早進入職業(yè)模式。前兩個模塊介紹了從簡單到深入理解的基礎知識，第三個模塊雖然只占總課時的25%，但學生需要花費更多的第二課堂時間來設計和研究，才能完成這部分。這也是這種混合教學的關鍵，在已有知識的基礎上，引導學生進行自我教育。自學模式拓寬了信息渠道，通過閱讀最新文獻，積極探索知識。學生在課堂上獲取的知識有限，只有課后主動搜索信息，才能更好地培養(yǎng)分析和解決問題的能力，促進課程內容的協(xié)同創(chuàng)新。教師不僅引導學生通過Sogou 網站、專利網站、中國木蟲論壇等互聯(lián)網平臺積極搜索相關研究討論；同時還引入文獻檢索方法，幫助學生有效獲取近期研究報告，如ICRA、RSS、CNKI、Google 等。在最后一個模塊中，每6 人為一小組，教師根據本課程的基本知識，結合當今社會的時政熱點，設計探索項目，每位同學都需要參與項目的設計，并跟進后續(xù)項目的設計。這部分不僅要求學生鞏固之前的知識，而且要求學生具備邏輯思維能力，設計出完整的項目。每個團隊成員需要就設計的實踐項目背景、內容和預期成品進行2～3 次的在線交流討論，教師需要全程參與并主動提問。團隊成員的分工合作和資源共享，鍛煉了學生的團隊合作精神。學生自主設計的實踐項目，由于設計的可操作性，其實踐搭建部分可以在實驗室線下進行。第三個模塊考查學生自我水平檢測和設計實驗的綜合能力，它與前兩個模塊互補并相互關聯(lián)。

3.2 在線教學的課前準備與實踐

不同于以往的課件學習，教師需要在課前將本次課程所學的知識點以課件或視頻的形式上傳到智慧職教的在線課堂中，學生可以提前對知識點進行思考，方便課堂上討論交流。部分高職在校學生的基礎薄弱，高職學生能力參差不齊，通過線上在線復習，能夠幫助專業(yè)基礎薄弱的同學掌握課程的重點和難點，同時亦可提高基礎好的學生對于一些深入問題的掌握程度。例如多數(shù)同學都知道服務機器人，但是對工業(yè)機器人卻一無所知，這些學生需要提前了解工業(yè)機器人的應用，以便快速進入學習狀態(tài)；部分同學對工業(yè)機器人有一些了解，就需要進一步了解工業(yè)機器人的工作原理，方便后續(xù)的操作，這些差異化的學習都需要在課前線上完成。同時，還需要在線完成教師的課前習題，以實現(xiàn)對相關知識點的及時反饋，以便教師及時調整課程內容。此環(huán)節(jié)不僅可以達到課前復習的效果，還可以有效利用課余時間，讓學生的課堂學習更加豐富，讓“線上+線下”課堂結合得更加緊密?！熬€上+線下”混合式教學的核心目的是讓學生在課前進行線上自學，雖然該部分教學以課前在線預習為主，但卻不僅僅局限于課程內容本身，還包括背景知識和時事政治的結合。需要學生在線反饋，并結合其他網絡資源進行深入的學習探討，形成獨立的知識模塊，便于后續(xù)的知識體系搭建和第三模塊的項目設計。同時，教師需要組織線上解答、線下討論等多項任務，共同保證理論教學的深度和廣度。

3.3 開創(chuàng)課堂理論與實踐的新教學模式

充分利用智慧職教優(yōu)質的在線資源有序開展線上教學，豐富傳統(tǒng)教學模式，提升教學的實效性。首先，使用智慧職教在線平臺建立在線課堂，并在在線課堂上設置簽到，使學生自覺認識到在線學習的重要性。智慧職教網絡學習平臺擁有強大的課堂出勤管理功能，學期末可通過后臺數(shù)據進行統(tǒng)計分析，使教師能夠輕松統(tǒng)計分析出本學期每位同學的出勤情況，包括曠課次數(shù)、缺勤次數(shù)、請假次數(shù)等，大大縮減了教師期末統(tǒng)計的工作量，為開展線上第二課堂贏得時間。課堂教學中應充分利用智慧職教平臺提供的豐富資源，要求學生在面授課程完成后，通過平臺資源進行回顧總結，觀看與課程有關的視頻、音頻等資料，更好地理解與吸收課程內容。每項目單元結束后，教師應在云端發(fā)布課程測試，查漏補缺。

“工業(yè)機器人編程與調試”是一門理實一體化課程，在課堂教學中，實踐教學是學生增強動手能力的主要途徑，學生對該課程具有獲得感的關鍵因素源于實踐教學。該課程于2019—2020 年第二學期首先以虛擬示教的形式進行在線展示，包括機器人的操作和在線編程。復學后經過實際操作發(fā)現(xiàn)，學生的動手能力遠遠高于先前的學習，受本次線上教學效果的啟發(fā)，“工業(yè)機器人編程與調試”的理論與實踐教學模式由先前的實訓室設備教學轉變?yōu)椤熬€上+線下”混合式教學模式。利用仿真軟件Robot Studio 在線示范工業(yè)機器人的動作與程序編寫，在線教學有別于傳統(tǒng)教學，仿真軟件可以進行一些高水平的示范示例，讓學生身臨其境地感受到高科技。本課程的實踐教學主要包括工業(yè)機器人操作、工業(yè)機器人編程、工業(yè)機器人調試1∶1∶1 的線上仿真實踐。教師通過在線平臺的分組功能，讓組與組之間在在線課堂的討論區(qū)進行互動探討，同時，上傳學生的虛擬操作視頻以便學生在課堂上互相評價，學生也可以利用更多的空間和信息，在云平臺上暢通無阻地自由表達。充分調動了師生之間互動和學生之間相互協(xié)作的積極性，學生成為活動的建設者和參與者，使內向的學生也能表達自己；防止在網絡平臺學習中，由于學生注意力集中時間短而造成的在線課程質量下降等問題。

第三個模塊推動啟發(fā)式和參與式教學方法的改革。教師介紹項目的歷史和背景，學生以小組討論的形式自行設計，讓學生主動了解項目的必要性，自發(fā)設計實踐項目，但是需要延長教學時間，主要是課后線上指導的時間，使學生能夠充分理解和設計實踐。教師根據項目設計協(xié)助學生準備材料，分組總結分析項目特點，使第三模塊成為探索性課程，充分發(fā)揮學生的主觀能動性。在介紹傳統(tǒng)的基本知識、操作、應用之后，安排、幫助、鼓勵學生進行自發(fā)的項目設計實踐。例如，在工業(yè)機器人搬運項目中，學生在理論上了解到了工業(yè)機器人搬運的基本操作，同時也對它在產線上的應用產生了極大的興趣，如通過搭建簡單的供料加工單元，整合之前可編程控制操作的知識，應用工業(yè)機器人完成物料從供料站向加工站的轉運。這個項目看似簡單，但教科書中沒有回答相關問題，通過項目研究，學生掌握了工業(yè)機器人的通信控制、機器人的整機聯(lián)調等知識。通過對相關問題的討論，學生了解了工業(yè)機器人在生產線上的應用，為后續(xù)的實驗設計提供思路。

4 混合式教學評價

積極推進學生學業(yè)評價、評價內容和評價方式的改革，加強學習過程評價和學生成績構成要素的多元化，推進非標準答案考試改革。與傳統(tǒng)教學模式課堂表現(xiàn)（包括課堂測試）占30%、期末考試占70%的考核方式相比，混合式教學模式打破傳統(tǒng)評分模式，采用“綜合指標評價”作為學生總分的評價方式。具體評分項目包括：形成性評價30%（包括智慧職教線上課前資料收集、課前在線學習、課堂測試、思維導圖等）、實踐項目評價40%（實踐項目成績按照線上仿真操作項目和綜合性項目的團隊作品進行評定；線上仿真操作項目按照知識模塊評定；綜合性實踐以探究性和個性化設計為主，由團隊共同完成，考核時根據成員的回答情況為整個團隊給出成績）和總結性評價30%（試卷評估）作為綜合評分。形成性評價亦可采用多維評價方法，包括教師對學生的評價、學生對學生的評價、學生對教師的評價等。

5 “線上+線下”實踐課程教學模式展望

只有課程有生命，人才培養(yǎng)體系才能有生命。陜西機電職業(yè)技術學院在教學內容、教學手段與方法、課堂考核等方面進行了一系列探索，為混合式教學研究提供了經驗。但是，僅僅通過課程學習了解一門學科是遠遠不夠的。下一階段，本課程將繼續(xù)深化課程的有益成果，繼續(xù)推進教學課程體系的改革。未來，完全線下的環(huán)境還可以整合線上資源、小組討論等有利因素，充分利用第二課堂的時間，促進學生的學習，加強課程的教學效果。在線上課堂中發(fā)現(xiàn)，學生也對老師們提出了新的挑戰(zhàn)。學生選擇的科目廣泛，內容形式多樣，要求教師及時跟蹤行業(yè)發(fā)展，這對教師的學習能力提出了新的要求。在學生自主選題的背景下，教師也需要更多的知識儲備來有效引導學生，這也是對教師終身學習能力和綜合素質提高的一種鞭策。通過互動學習，學生分析編程調試問題的能力不斷提高，對工業(yè)機器人專業(yè)的興趣也明顯增強。目前，虛擬實驗的平臺設計還不成熟，教師需要有針對性的準備，使學生順利獲得相關知識，提高學習效率。