淺談中職學(xué)校工業(yè)機器人課程混合式教學(xué)實踐①

王鵬

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?“工業(yè)4.0時代”來臨，工業(yè)機器人在智能制造中扮演著重要的角色。“如何提高工業(yè)機器人課程教學(xué)質(zhì)量，以培養(yǎng)中職院校學(xué)生有效掌握工業(yè)機器人技術(shù)”已成為不少學(xué)校面對的問題。以“工業(yè)機器人工程應(yīng)用虛擬仿真”課程中“工業(yè)機器人簡單搬運”課題為例，對中職學(xué)校該課程“線上線下”混合式教學(xué)模式進行初步實踐。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?中職學(xué)校;工業(yè)機器人;混合式教學(xué)

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）15-0016-02

隨著“工業(yè)4.0”智能制造的到來，工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)χ悄芑a(chǎn)模式的需要日益增長。工業(yè)機器人在提升生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本方面扮演著重要的角色，工業(yè)機器人行業(yè)迎來黃金發(fā)展期。面對新形勢與新變革，在傳統(tǒng)教學(xué)方式上建立一種新型教學(xué)模式，以更好地提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

一、混合式教學(xué)概述

通過將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢與數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合為基本學(xué)習(xí)形式，有機地整合不同的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)活動和學(xué)習(xí)策略，以期達到最優(yōu)化教學(xué)效益的一種教學(xué)模式。混合式教學(xué)模式更加強調(diào)“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)造力和主動性。因此對教師的教學(xué)提出了更高要求，使教師更好地教，學(xué)生有效地學(xué)。

二、工業(yè)機器人教學(xué)現(xiàn)狀

目前，中職學(xué)校工業(yè)機器人教育仍處于起步階段，專業(yè)培養(yǎng)方案還不完善，加上學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)相對于高職學(xué)生較為薄弱。受學(xué)校的條件限制，學(xué)生很少有機會能接觸到工業(yè)機器人的實物，不能全面和真實地了解工業(yè)機器人技術(shù)。不同學(xué)校的工業(yè)機器人教學(xué)所使用的教材也不盡相同。通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，在開設(shè)“工業(yè)機器人實操與應(yīng)用”課程之前，可先行開設(shè)“工業(yè)機器人工程應(yīng)用虛擬仿真”課程。這樣，一方面降低了教學(xué)成本;另一方面學(xué)生通過模擬真實的場景，可以了解實際崗位上操控機器人需要的真實技能。通過運用“工業(yè)機器人工程應(yīng)用虛擬仿真”教程，主要培養(yǎng)學(xué)生通過仿真軟件對工業(yè)機器人進行基本操作、功能設(shè)置和示教編程等，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。

工業(yè)機器人課程的教學(xué)模式多以課堂教學(xué)為主。受硬件條件的限制，有些學(xué)校基本上以課堂教學(xué)為主。課堂上，教師主要依靠紙質(zhì)教材和課件進行知識點的講解。顯然，理論知識講授占很大的比重，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，對培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團隊協(xié)作能力、創(chuàng)新等能力的作用顯得微乎其微。

三、混合式教學(xué)在工業(yè)機器人課程中的實踐

為提高“工業(yè)4.0時代”背景下中職學(xué)校工業(yè)機器人課程的教學(xué)質(zhì)量和效率，充分借助信息化技術(shù)手段，采用“線上線下”混合教學(xué)模式，有效地將知識點傳授給學(xué)生，提高學(xué)生的實踐能力與自主學(xué)習(xí)能力。

如以“工業(yè)機器人簡單搬運”課題為例，按照“線上線下”混合教學(xué)模式，把教學(xué)過程分為課前、課中和課后三個階段。

課前：教師將課前學(xué)習(xí)資源上傳到課程教學(xué)平臺，并且通過手機郵箱、QQ、微信等發(fā)布課前預(yù)習(xí)通知。學(xué)生接到預(yù)習(xí)通知后，登錄課程教學(xué)平臺，通過在線學(xué)習(xí)區(qū)的電子課件、微視頻、虛擬仿真等信息化教學(xué)資源進行自主學(xué)習(xí)并且檢驗自學(xué)效果，拓展了學(xué)習(xí)的時間與空間。此外，還設(shè)置教師答疑區(qū)和綜合討論區(qū)，以便及時為學(xué)生答疑解惑，學(xué)生之間可以互相討論交流，滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求。

課中：課堂教學(xué)活動主要通過創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)引入、任務(wù)分解、任務(wù)實施和任務(wù)總結(jié)等環(huán)節(jié)完成教學(xué)任務(wù)。

（一）創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)引入

首先，通過觀看一段“企業(yè)生產(chǎn)線搬運機器人”視頻，讓學(xué)生對機器人搬運有直觀的認識。接著，設(shè)疑啟發(fā)：讓學(xué)生觀察兩幅圖片有哪些不同。當(dāng)使用RobotStudio進行機器人的仿真驗證時，如果對周邊模型要求不是非常細致的表述時，可以用簡單的等同實際大小的基本模型進行代替，從而節(jié)約仿真驗證的時間，激發(fā)學(xué)生自己嘗試制作機器人簡單搬運的興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。

（二）任務(wù)分解

根據(jù)制作簡單搬運工作站的一般流程，通過自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作學(xué)習(xí)、模擬實訓(xùn)和教師引導(dǎo)，將教學(xué)任務(wù)分解為三個小任務(wù)來實施，分別由三名學(xué)生完成。任務(wù)一：簡單搬運工作站模型創(chuàng)建;任務(wù)二：機器人搬運軌跡示教編程;任務(wù)三：機器人仿真及調(diào)試。通過任務(wù)分解，引導(dǎo)學(xué)生在各階段扮演不同角色。

（三）任務(wù)具體實施

任務(wù)1：簡單搬運工作站模型創(chuàng)建

首先要求學(xué)生登錄課程教學(xué)平臺，觀看機器人簡單搬運工作站模型創(chuàng)建的微視頻，結(jié)合教師下發(fā)的圖紙，在RobotStudio仿真軟件“ABB模型庫”中導(dǎo)入合適的機器人本體;接下來，通過“建模”功能，創(chuàng)建所需模型。學(xué)生在制作過程中發(fā)現(xiàn)問題，及時向教師提出，教師根據(jù)學(xué)生提出的問題加以引導(dǎo)。之后，教師通過仿真軟件進行演示，解決學(xué)生制作過程中存在的問題。在整個過程中，教師起到的是引導(dǎo)與輔助作用，體現(xiàn)了“做學(xué)教合一”的課堂教學(xué)模式。

任務(wù)2：機器人搬運軌跡示教編程

本環(huán)節(jié)中，利用事件管理器添加機器人提取、釋放物品動作，機器人搬運軌跡是本次課的教學(xué)重點，也是教學(xué)難點。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過設(shè)疑啟發(fā)：機器人末端執(zhí)行器的吸盤夾具到達物體上方，物體如何被附加到吸盤夾具上？機器人到達指定位置后，物體如何從吸盤夾具上提取下來？學(xué)生帶著問題先通過課程平臺上的視頻和課件進行自主學(xué)習(xí)再模仿操作。首先，學(xué)生創(chuàng)建一個用于提取、釋放物品的虛擬信號并利用事件管理器添加提取、釋放物品動作。接下來，根據(jù)小組討論規(guī)劃的機器人搬運路徑，運用機器人運動指令moveJ和moveL進行搬運軌跡的示教編程。教師巡回指導(dǎo)，及時解決學(xué)生示教編程中存在的問題。之后，教師再通過仿真軟件進行演示，解決教學(xué)中的重點與難點。學(xué)生根據(jù)教師的示范演示后，進一步修正、完善搬運軌跡的示教編程。為了檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師可以通過極域電子教室軟件讓學(xué)生將自己的操作方法展示給所有學(xué)生看，實現(xiàn)良好的互動和交流;同時檢驗各組內(nèi)部由合作學(xué)習(xí)遞進到自主學(xué)習(xí)的成效。

任務(wù)3：機器人仿真及調(diào)試

在前面兩個任務(wù)完成的基礎(chǔ)上，學(xué)生對整個機器人搬運工作進行仿真驗證。學(xué)生在仿真、調(diào)試過程中，將發(fā)現(xiàn)的問題記錄下來，如果與其他組相同，可以一起探討解決。教師巡回指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生分析、解決問題。

（四）任務(wù)總結(jié)

任務(wù)完成后，學(xué)生可以利用RobotStudio仿真軟件中的錄屏功能將所制作的作品上傳至課程教學(xué)平臺中。通過自我評價、組內(nèi)互評、組間互評和教師評價四維評價方式，評選出優(yōu)秀小組和個人。總結(jié)評價的同時要求各組學(xué)生將整個制作過程中的經(jīng)驗和不足進行小結(jié)，不斷優(yōu)化所學(xué)知識點，以便在今后的學(xué)習(xí)過程中加以改進。

課后：為了鞏固和提升所學(xué)知識點，進一步強化學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，設(shè)立了課后拓展任務(wù)：制作一個帶導(dǎo)軌的機器人搬運工作站。學(xué)生登錄課程教學(xué)平臺，觀看、學(xué)習(xí)并完成拓展任務(wù)。教師對作業(yè)中的問題進行點評并及時反饋給學(xué)生。

四、結(jié)語

工業(yè)機器人是一門理論性和實踐性都很強的課程。通過“線上線下”混合式模式在“工業(yè)機器人工程應(yīng)用虛擬仿真”課程中的應(yīng)用，解決了“重理論，輕實踐”“受硬件條件限制”等問題。這種教學(xué)模式既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，又培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠相對容易地理解和掌握工業(yè)機器人的知識。

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編輯 馮永霞