“焊接機器人編程及操作”課程教學改革

雷 肖，黃 煌，黃龍鵬

（廣西工業技師學院，廣西 南寧 530000）

0 引言

焊接機器人作為主要的工業機器人，其數量已占到全世界在用工業機器人總量的40%。隨著機器人在焊接的應用逐步推廣[1]，企業對相關技能人才的需求數量呈現井噴上漲，與此同時，行業對相關人才的培養質量也有了更高的要求。傳統的教學模式主要是采用面向理論的課堂教學和面向實操的實訓教學，因受時間、空間以及設備臺套數等限制，教學效果并不理想。區分于傳統的手工焊接，“焊接機器人編程操作與維護”課程是培養焊接機器人相關技能人才的主干課程，體現了智能焊接的發展需要，更加注重培養學生使用示教器編寫程序、調試參數、系統維護的綜合運用能力[2]。

隨著互聯網技術發展和智能移動終端設備的廣泛普及應用，融合線下和線上的混合教學模式快速興起。陳娟與尹智龍[3]將互聯網和教育結合起來，利用慕課（MOOC）和社交網絡平臺進行課前準備和課后復習工作，課堂則側重操作和設計的教學改革，進一步完善課程的教學模式；汪洋[4]將“互聯網+課程思政”元素加入到影視類教學中，順應時代的發展需要，達到培養新時代高素質大學生的目的；高新陽[5]等人利用網絡平臺，錄制網上學習資源，打破固有的教學思維，精心策劃授課的內容并更新教學內容。國內對基于視頻的混合式教學模式的研究主要集中在以微課[6]和慕課（MOOC）[7]為主的視頻表現形式上，解決方案比較成熟，但課程建設的資金投入和技術要求高，并且周期長，難以在資金和技術支投入度低的高校中廣泛推廣應用。另一方面，抖音、快手等短視頻平臺在青年學生群眾中迅速流行，成為學生獲取知識與信息、記錄學習和生活的主要途徑。這類短視頻平臺受大量的學生群體用戶的喜愛，且應用簡單、技術要求低，利用其進行教學內容的傳播將極大降低學生的學習門檻，從而提高學生的學習興趣和效率。

為此，以“焊接機器人編程操作與維護”課程教學開展基于互聯網短視頻平臺的混合式教學探索與實踐研究，為本課程及其他課程的教學研究與改革提供參考和借鑒。

1 焊接機器人編程操作與維護教學現狀

1.1 機器人教學配套資源不足

我院焊接加工專業開設“焊接機器人編程操作與維護”課程并實施教學已有10 余年。目前建立的機器人焊接實訓中心擁有10 臺弧焊機器人、25 臺離線編程電腦終端，具備良好的機器人焊接教學實訓條件。目前主流的機器人焊接實訓教材主要以松下弧焊機器人為例子進行編寫，無法涵蓋我院現有的三種機器人品牌。我院自編的校本教材雖能針對自有品牌進行實訓教學指導，但內容尚顯單薄，缺乏深入、系統化的講解，步驟化的解說仍不夠直觀。教學資源不僅匱乏，且呈現碎片化，亟需進行資源整合與開發。

1.2 學生學習效果差技能掌握不牢固

“焊接機器人編程操作與維護”是一門理論教學為主、實操實訓為輔的理論兼實踐的課程，要求學生掌握焊接機器人的結構和原理、焊接機器人的基本運動與編程控制以及焊接機器人的安全操作與維護。雖然學生對機器人焊接相關操作要領掌握得很快，但掌握得不扎實，特別是對機器人操作的原理、邏輯不理解或理解不到位，導致學生無法將所學知識與技能融會貫通。因學習資源的匱乏導致學生缺乏正確的渠道進行深入的學習，學生學習動力不足，學習效果較差。企業要求學生應具備豐富的機器人應用與維護經驗，能獨立分析故障原因并排除故障。但目前教學場景下很多故障無法復現，影響學生能力拓展和技能的提升。

維果斯基[8]認為：學生發展有兩種區域：一種是現有發展區，指獨立活動時所能達到的解決問題的水平；另一種是潛在發展區，也就是通過教學所獲得的潛力。兩個發展區之前的差距就是最近發展區（圖1）。因此，為調動學生的積極性，發揮學生的潛能，教學應著眼于學生的最近發展區，提供帶有難度的內容，超越其最近發展區而達到下一發展階段的水平，使學生能夠達到更高的知識水平。

圖1 最近發展區理論

然而，目前現有面對面的課堂教學方式單一，涉及理論部分教學時，由于內容羞澀難懂、缺乏趣味性等原因，導致學生學習動力不足，學習效果較差。課后又因學習資源的匱乏，學生難以找到教材以外的學習資料進行有效復習，導致整體的教學效果不理想。

隨著手機網絡的便利性提高，短視頻主要特點是視頻時長短、內容緊湊、表達形式靈活，學生可以利用碎片時間進行學習，且可以在視頻下留言、討論，或以彈幕的形式表達對視頻內容的理解，互動性極強。因此，有必要將短視頻的優勢融入現有的“焊接機器人編程操作與維護”的教學模式中，形成一種基于互聯網短視頻平臺的混合式教學。

2 互聯網短視頻的混合式教學模式設計

2.1 課程內容的微課題化

將目前“焊接機器人編程操作與維護”的大課題模式化整為零變為小課題。每一個小課題應具有完整的結構。通過微課題化對知識體系重構，使課題的延續性和層次性得到強調，邏輯性更清晰，形成一個層次鮮明、節點突出的知識結構樹。具體來講，就是根據課程教學目標，梳理知識體系，依據教材章節或者課程知識的前啟關系，將課程的總體教學內容分解成多個依次成遞進關系的知識大枝干，每個知識大枝干又分解成若干知識點：引入性知識點、重點知識點、難點知識點和總結性知識點等。

2.2 微課短視頻的制作

以微課題為基礎系統化制作、發布短視頻，短視頻的制作應靈活運用多種表現力強的視覺傳達形式，從而增加視頻的吸引力和趣味性。短視頻時長一般控制在5～10 min 之間，具有完整結構的知識點、技能點講解，也可以是提問式、啟發式、總結式的引導片段。在短視頻的制作過程中，采用分階段的方法有計劃地進行。即先對課程知識結構樹中每個知識大枝干的引入性知識和重點知識點制作短視頻，優先應用于課程教學，此后在課程教學的過程中不斷補充、優化，最終形成系統化、具有完整性的短視頻集合體。此外，“焊接機器人編程操作與維護”是一門具有一定實踐性的課程，其教學應該與實際結合，在短視頻的制作中，除了可以采用教師拍攝、制作視頻的方式，也可以通過搜索、歸類，將工廠和企業的宣傳、示教視頻整合到課程教學的短視頻中，不僅能突出該門課程的應用性，也可以減少短視頻制作的時間和成本。

2.3 混合式教學模式的實施

基于短視頻平臺的混合式教學，將傳統面對面的課堂教學模式與線上教學模式的有機融合，打破時間和空間限制，貫穿于課前、課中和課后（圖2）。

圖2 混合式教學模式的實施

課前，要求全體學生關注教師短視頻平臺賬號，教師利用短視頻平臺發布具有引導性和興趣性的短視頻，引導學生關注學習內容，自主學習。

課中，根據教學環境的不同，分為兩種情景：課堂教學和實訓教學。課堂教學上，在開展面對面的教學過程中適時地引入廠家或者企業的應用案例，引發學生思考、探索，通過視頻彈幕進行互動。在實訓教學上，考慮到機器人焊接實訓中心的焊接機器人種類多樣、操作各異以及現有教材無法覆蓋的問題，教師采用事先自行拍攝操作視頻或者剪輯網絡相關視頻的方式，針對機器人焊接實訓中心的不同廠家生產的不同機型焊接機器人分別制作操作講解視頻，發布于教師開展課程教學的短視頻平臺，并制作該短視頻網絡鏈接的二維碼粘貼于各臺焊接機器人的顯著位置上，學生采用手機APP 直接掃碼即可查看對應機型的焊接機器人的相關知識和操作要領。現場教學時，教師講解完機器人的安全操作以及所有焊接機器人共有的一些共性知識后即可讓學生自行根據視頻進行學習與操作，從而免除教師逐一對每個不同機型的焊接機器人的講解。

課后，發布重點、難點知識點視頻，方便學生進行復習，加深對知識的鞏固，同時，也發布一些擴展知識和延伸知識，擴大學生的知識面。

3 基于短視頻平臺的混合式教學實施效果

基于互聯網短視頻平臺的混合式教學模式在我院焊接加工專業的“焊接機器人編程操作與維護”課程教學上已連續實施了兩年，無論是從教師的角度還是學生的角度來看，都帶來了較好的教學效果。對學生來說，課程中增加了短視頻，聽課途徑不再是單一的耳提面授，學習模式多樣，學習興趣更濃，并且課前和課后也有短視頻觀看，不看教材就能隨時隨地自行選擇時間進行預習和復習，加上視頻時長短、內容短小精悍，也不會引起乏味。對教師來說，短時間內要做的工作會比較多，即既要進行常規的備課，也要制作短視頻發布到互聯網上，會增加額外的工作量，但采用基于互聯網短視頻平臺的混合式教學模式后，通過制作教學短視頻，不僅豐富和彌補了原教材內容單薄以及技能內容講解降解缺乏直觀的問題，而且學生學習興趣增大，教學難度降低，新教學模式實施后，制作的短視頻等資料可以長期使用，從長期來看，教師的工作量并不會增加，反而減少很多。

在將短視頻引入課堂，帶來有利效果是明顯的，但實施不當，也會帶來一定的不良影響，這就要求教師能夠實施情況隨時做出調整，消除短視頻帶來的不利影響，比如，課堂上，學生在查看短視頻的同時可能關注短視頻平臺的其他無關內容，此時，就需要教師從課堂管理、短視頻引入時機和時長做好安排。

4 結語

結合短視頻的短小精悍、低投入及其學生用戶的廣泛普及，將課程的大課題模式化整為零變為小課題，并以此制作基于互聯網短視頻平臺的課程教學短視頻，融入到面對面的傳統課堂中，形成一種線上與線下有機結合的混合式教學模式，可解決原有課程教材內容單薄以及技能內容講解降解缺乏直觀的問題，提高學生學習興趣、提高教學的整體效果。