基于新建構主義的工業機器人技術SPOC課程探索

席鑫寧 徐金鵬

摘要：從新建構主義視角闡述工業機器人技術SPOC課程的實現模式，以工業機器人碼垛為例設計SPOC支架式教學過程，解決傳統教學和網絡時代出現的新學情之間的矛盾。課程以學生為主體、教師為指導、網絡平臺為載體，線上線下結合創建學習情境、開發協作學習模式、利用各種信息資源支撐教學過程。框架式的教學結構讓學生完成自身知識能力的有意義建構，提高素質能力培養效果。

關鍵詞：新建構主義；SPOC課程；工業機器人技術

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2018）06-0056-04

在中國制造2025的大環境下，工業機器人技術成為職業院校近年重點發展的專業之一。工業機器人技術課程知識結構系統性強、實操技能要求高，要求學生在知識整合、整體統籌、思考探索和動手實踐方面都提高到一定層次。傳統教學的課堂知識傳授加實操訓練無法滿足學生接收知識和思維訓練的更高的要求，因此尋求有效高效的教學模式迫在眉睫。本文以工業機器人技術課程中的“工業機器人碼垛工作站”案例為例，嘗試在新建構主義指導下進行SPOC課程混合教學模式的建立，以實現教學質量的提高。

一、新建構主義對課程教學的指導

新建構主義是指導多媒體、云信息等新技術手段下教學設計、學習環境創建，以學生為主體來建構學習系統的新理論。其指出要根據個人知識體系的狀況和問題解決需要，選擇相關的信息與知識，采用零存整取策略進行學習，構建出個性化的知識體系。通過情景、協作、交流、意義建構四大因素來實現學習環境的建構，情景的創建以適應最近發展區來實現，順應學生的學習規律[1]。新建構主義的課程設計強調以學生為中心，注重情景對意義建構的重要性，協作學習對意義建構的關鍵作用，關鍵在于學習環境的設計，利用各種信息資源來支撐學習，學習過程的最終目的是完成意義建構。

新建構主義的教學側重創建學習環境和各種信息資源，并在教師指導下引導學生通過整合資源、構建系統脈絡、協作交流互動評價，無形中實現主動的意義建構。潛移默化提高學生對信息接收、碎片重組、形成思想、構建主動意識的能力。在其指導下的課程可以在任意時間地點、使用任意設備進行，解決了課堂時間有限，教學任務重的問題。利用網絡化技術手段，在教師主導下，學生在課下可以自行完成部分學習任務和練習，課堂上進行反思、探討、交流、解決難題，改變了的教學模式可以提高學生主動學習的熱情，也提高了學習的能力[2]。

在工業機器人教學中，有些典型綜合工作任務學習對學生崗位技能、工程設計能力、綜合開發能力的培養都有很好的效果，如工業機器人搬運碼垛等。但此類任務對基礎知識、基礎能力、邏輯思維能力、實踐操作技能的要求較高。在新建構主義指導下，合理地構建教學情境可以讓典型綜合任務的學習更加有效，提高學生的綜合素質。因此，以新建構主義指導工業機器人技術課程教學是比較理想的途徑。

二、新建構主義指導下SPOC課程實現模式探究

新建構主義理論為指導的課程是以實踐模式為載體來完成課程開發。找到適合工業機器人的課程具體實現方式才能最終完成課程的開發。目前一些新型的教學模式如微課、慕課等在各個學科都有著廣泛的應用。微課是圍繞某個知識點展開的微型教學活動，以視頻為載體，包含與該教學主題相關的教學設計、素材課件、教學反思、練習測試及學生反饋、教師點評等輔助性教學資源。慕課是一種大型開放性網絡課程，規模大，不受時間、地點、人數的限制，整個學習過程以學生為中心，讓學生進行自主的探究性學習，不斷調動學生的興趣，實現由教師本位向學生本位的轉變，關鍵在于利用網絡平臺設計學習環節，精心準備教學微視頻。

對于工業機器人的校園教學來說，其不僅需要知識點的接收，也需要技能的動手實踐。微課作為一種教學資源存在，可以利用其學習基礎知識。慕課作為一種互動性強的課程模式，調動學生積極性、互動式的學習可以啟發思維訓練，自動評價系統使得學習效果量化，對學生學習的自主性有很好的提高作用，但是，網絡課程對技能的訓練起不到作用。而SPOC（Small Private Online Course）的線下線上結合的小規模限制性在線課堂，是校園教學，尤其是像工業機器人這種需要訓練技能的綜合任務課程的首選教學模式。它是將慕課、微課等在線教學資源（如視頻、資料、測驗、論壇等）應用到實體校園的一種課程教育模式，具有以下優勢：追求高成就的價值觀，提供了慕課的一種可持續發展模式，重新定義了教師的作用，創新了教學模式，更加強調學生完整深入的學習體驗，有利于提高課程的完成效率。

SPOC課程首先通過在線課堂讓學生在課下完成基礎知識的學習、基礎操作的虛擬仿真練習。利用微課程視頻、文檔資料、虛擬仿真軟件等完成典型工作任務需要的碎片知識的學習；并提供在線的練習，通過自動評價統計學習情況；根據任務目標要求，設置思考性問題，引導學生通過資料搜集、調查等方式，思考完成任務的解決方式；在線設置交流討論，集思廣益，完成線下教學。然后在課堂實踐環節，根據線下練習情況進行總結和評價交流，鞏固知識點，答疑解惑，通過實踐環節完成線下工作任務思考題目的探索和解決，完成工作任務的目標要求，最后通過小組互評、教師點評等方式完成整個教學過程[3]。

在整個教學過程中，學生根據任務要求自行搜索資料、探索解決方案，評價和交流平臺激發學生主動學習意識，并在碎片知識學習中自行搭建網絡鏈接鏈路，形成自我意識；在教師的引導下將知識升華，通過交流協作發散思維、激發創新，自主完成工作任務成功率較高；必不可少的課堂實踐環節也鍛煉了學生的動手能力，提高技能水平。

在課程教學過程中，教師是課程資源的學習者和整合者，能夠根據學生需求整合各種線上和實體資源。在課堂上，教師是指導者和促進者，他們組織學生分組研討，隨時為他們提供個別化指導，共同解決遇到的難題。SPOC對教師的挑戰，在于需要仔細設計課程，做出一些示范性的課程設計和教案，提煉出一些適合的方法和手段的建議。

SPOC課程的教學模式設置符合新建構主義的學習自主性、情景創建、協作交流、意義建構、探索創新等因素的要求。線上線下結合突破了傳統教學模式的禁錮，解決了教學難題，提高了教學效果，讓教與學更有意義。

三、工業機器人技術SPOC課程設計過程

工業機器人技術典型應用很多，如裝配、碼垛、焊接、切割、搬運等，對學生的綜合能力培養有很好的效果，與崗位能力要求可以實現無縫對接，需要學生將工業機器人基礎知識、基礎操作、編程能力、思維訓練等知識和能力綜合考慮來完成任務，并能夠根據環境任務變化有一定的變通能力。這類綜合性較強的課程非常適合使用SPOC課程模式來進行教學。本文以工業機器人碼垛為例，詳述SPOC課程支架式教學實現過程。

（一）搭腳手架

新建構主義認為，知識的學習有圖式、同化、順應、平衡四個階段，新的知識對大腦的刺激會納入原有的圖式中，使原有的知識結構發生重組與改造，通過調節從一個平衡狀態達到高一層次的平衡狀態。提供的新知識要符合最近發展區，才符合認知結構的建立過程。教師在SPOC教學過程中起重要的引導作用，最重要的就是在課前圍繞課程主題，按照最近發展區建立知識概念框架，設計教學過程[4]。

搭建的“腳手架”要將工業機器人碼垛必備的基礎知識納入其中，才能對后續的碼垛綜合運用進行有效的學習。教師需要預先提供這些知識的文本資料、視頻、練習等資源作為先遣課程的學習材料，和在碼垛課程開課前的碎片化資料。還要搜集碼垛相關應用視頻和工業應用文本資料，讓學生對工業機器人碼垛案例有初步的了解，作為進行獨立探索的資源。搭建工業機器人碼垛工作站建立的流程和框架，對工作站控制器的配置、程序樣例、調試流程要熟悉，以便在教學過程中能夠對學生進行合理的引導。提供思考的問題、討論的主題，制定過程性評價、結果性評價方案。

（二）進入情景

課前要先引導學生進入碼垛主題情景，教師在線發布學習任務，利用虛擬仿真軟件將仿真結果錄制成視頻，讓學生查看完成的效果，讓學生通過觀察回答提出的問題，以此熟悉碼垛工作站的配置，了解碼垛工作流程，明確碼垛具體任務。將答案輸入至平臺，教師查看并評價。然后發布討論，讓學生廣泛搜集市場上真實的碼垛視頻和資料，并上傳至平臺供大家一起探討關于碼垛的方式和種類，不同產品的碼垛對機器人的選型，工具的要求，需要配置的外圍設備，注意事項等，集思廣益，拓寬學生的視野。教師適當在討論區提問引導學生對所需知識進行搜集，將學習任務做到真正的產學結合，增加崗位適應度。

（三）獨立探索

完成課前準備工作后，激發學生思考的環節，教師發布論述題，讓學生根據任務目標分析工業機器人碼垛任務的具體完成步驟，如機器人工作站配置的流程、機器人系統模塊的安排、坐標系的設定、程序流程圖的編寫、框架的建立等。通過教師引導讓學生建立整體意識、全局意識，通過建立框架——拆分理解——整體調試的順序完成探索過程，對于學生認知非常重要，培養學生綜合分析能力、解決問題的能力[5]。

（四）資源學習

學生已經明確了任務目標，并制定了完成目標任務的方案，接下來解決具體細節問題。任務所需要的知識的微課視頻、文本資料、應用練習已經發布至平臺，學生在工業機器人基礎知識點的各種信息資源中搜集該任務所需的知識，比如，基本運動指令使用方法、IO信號配置和信號控制指令使用、邏輯控制指令的選取運用等。將其運用到碼垛工作站中，進行知識的整合調試分析。利用虛擬仿真軟件模擬真實環境進行工作站配置和程序的調試。平臺的監控系統可以查看學生的學習進度，發布的練習題目檢驗學生的學習效果并提供分析數據。之后教師發布討論，大家將自己的思路共享，探討思路區別，互相評價評分。該過程讓學生學會從海量信息中搜尋自己所需，并學會為我所用，培養了學生分析整合的能力。通過學習掌握了工業機器人的基本知識，任務驅動的方式激發學生主動探索的欲望，互動交流協作也增加了學習的樂趣，提高了學習興趣。至此線上學習結束。

（五）情景實訓

課上教師根據線上學生完成情況進行評價總結，并對線下學習進行查缺補漏、答疑解惑。將任務的流程進行進一步的綜合說明，將學生分組之后進入真機實訓。學生進行小組內討論，集合每人的思路討論出統一的完成方法，分配各人的角色完成碼垛任務，并根據平臺共享的其他人的思路進行對比分析實驗。教師為不同程度的學生提供不同層次的思路，分解任務目標，幫助每個人都學有所獲。課前線下的學習讓學生掌握了必備的知識，有了清晰的思路，使得正式實訓學生是有備而來，不會盲目的無從下手，這樣便提高了課堂的利用率，也提高了教學效果。學生的動手實踐能力、綜合分析能力也得到了很好的鍛煉[6]。

（六）交流思考

完成既定任務后，教師布置拓展題目，變換碼垛的方式、提高碼垛任務的難度，讓學生能夠靈活處理不同的問題。開展小組內協作討論、小組間競爭互評，這種循序漸進式的學習讓學生不斷的向金字塔尖邁進，不斷地激發思考完成挑戰的模式滿足了學生的成就感，讓其能力體會到探索學習的樂趣。

（七）效果評價

實訓結束后，各實訓小組將完成的碼垛演示過程錄制成的視頻、工作站配置文件、程序清單、實訓總結上傳至平臺，在討論區供師生互相參考學習評價。評價不單根據最終結果決定分數，而是設置分類考評表，知識、能力、素質、創新、協作等分別記錄，除了分數以外，設置提問型評價，如參與項目的動力有多大，動手能力有多大，在項目中的創新性貢獻有多大[7]等，根據評價結果給出任務成績，完成整個課程的學習。

四、新建構主義指導下工業機器人技術SPOC課程啟示

工業機器人技術SPOC課程可以利用搭建支架式的教學模式，創建學習情境（而非教學情景）、開發協作學習模式、利用各種信息資源支撐教學過程，讓學生利用先進的技術手段，自行搜集信息、搭建知識框架、獨立探索、互動溝通、情景實訓、效果評價等，完成知識的主動意義建構。

課前搭建“腳手架”，利用碎片知識學習必備的基礎知識，利用虛擬平臺練習基本技能，通過情景化的虛擬情景，對工作任務進行分析，引發學生獨立思考與探索，通過小組交流、互評等方式，激發學生創新能力。在教師指導下的自主學習突出學生的首創精神，將知識外化，實現自我反饋[8]。

新建構主義指導下的工業機器人技術SPOC課程的實踐研究解決了目前工業機器人教學中出現的問題，實現了以教師為指導、學生為主體的教學過程，線上線下的結合增加了學習深度和廣度，情景化的項目任務設置激發學生探索與思考的積極性，協作交流討論互動共享了資源和思想，分層次的任務、引導拓展性的練習激發學生的創新欲望，框架式的教學結構讓學生在整個學習過程中完成自身知識能力的有意義建構，不同方式的評價讓學習過程量化的同時激勵學生的進取心。

參考文獻：

[1]李旭，戰曄，常麗敏，臧巖.新建構主義理論支撐的微課程教學設計[J].教育教學論壇，2016（10）：168-169.

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[4]焦琳娟，郭會時.新建構主義下基于微課的高校化工類實驗教學模式改革[J].實驗技術與管理，2017（8）：192-194，202.

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[7]王新慶，高娟，崔學政，趙學進，吳寶貴.“機器人技術”課程授課方法與考評體系設置研究[J].教育教學論壇，2015（14）：162-163.

[8]魏圓圓.新建構主義視角下“馬克思主義基本原理概論”SPOC課程學習[J].思想政治課研究，2017（2）：152-153.

（責任編輯：王璐）