基于微課的《工業機器人》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4.0”的提出是制造業轉型、升級、創新及發展的重要標志，是推動制造業逐步轉向智能化、信息化及數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業轉型升級的重要組成，作為目前最先進的生產工具，智能機器人將改變制造業的生產方式及傳統模式。如今諸多高校陸續開展機器人相關課程，主要是為了培養既能系統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新能力的人才，滿足企業在智能制造方面的迫切需求[1，2]。

作為理工科專業的基礎課程，《工業機器人》理論較深、公式繁多，且融合多學科知識。在傳統教學過程中發現學生往往一知半解，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[4]；

(4)學生在學習過程中出現疑問時，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

微課是指基于現代信息技術、按照認知規律，將學習過程、學習內容及拓展素材等以零散化、碎片化形態展現的結構化數字資源[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，微課制作過程主要包括教學內容選擇及教學設計、腳本設計、資源準備、視頻的錄制、視頻的編輯和發布等環節[6]，如圖1所示。其短小、精煉，瞄準問題關鍵進行解決，已成為一種將傳統課堂教學主題化、細微化及便捷化的現代教學新模式。

圖1 微課制作流程

對比傳統課堂教學，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。相對傳統五十分鐘的一節課，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)課程內容精煉、目標明確

針對具體一個知識點或教學環節進行教學設計，一節微課就是一個主題，該主題圍繞著問題的解決展開。精簡的示范案例一般是經典和教師擅長的，這樣能使教師最大程度發揮教學設計的優勢，對教學內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，教師根據學生反饋的情況，及時對課程進行相應調整。

3 基于微課的《工業機器人》課程教學模式改革

(1)選擇恰當的微課主題

要將五十分鐘的傳統課堂講授內容以十分鐘左右的微課形式體現，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容有較深刻的理解和掌握，以此來激發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。

(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《工業機器人》課程微課教學案例設計

《工業機器人》課程的部分內容理論性強，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上，這些坐標系間的相對位置和方向可用坐標變換來實現，即建立機器人運動學方程。那么各關節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參數法”解決上述問題。該部分內容概念多、易混淆，如果按照傳統課堂講授方式，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容。

基于前述微課教學設計原則，首先根據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，最后將教學內容錄制編輯成微視頻。《工業機器人》微教案見表1。

表1 《工業機器人》課程微教案

4 結語

微課應用在高校專業課教學中，可在一定程度上減少學生認知負荷、促進其自主學習，以達到提高教學質量目的。文章基于傳統教學模式下《工業機器人》課程存在的弊端、微課在高校的發展現狀及《工業機器人》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，這對提高相關專業課程的教學質量、盡快促進微課進入課堂有一定參考意義。