線上線下混合教學模式下機器人技術基礎課程建設與實踐

吳 翔，張世杰，王 莉，魯 可

（河南工業大學電氣工程學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著我國工業產業技術提升以及智能制造、工業4.0等政策的推廣，以及人口紅利不斷消退，機器人產業近年來高速發展，同時在傳統加工制造及各新興市場上開辟了巨大創新空間，為經濟可持續增長提供了強大支持。目前，我國已成為全球最大的機器人市場，并且在工業機器人、服務機器人、特種機器人等不同類型上均有巨大的發展空間[1]。機器人技術在生活服務領域的應用和發展迫切需要大量機器人工程專業人才，因此，依托于產業發展和定位于未來科技創新的機器人工程專業，就成了提供強有力人才支持的重要途徑。

機器人工程專業2016年被教育部批準成為本科新專業，作為自動化領域的特設專業，是順應國家建設需求和國際發展趨勢而設立的一個新興專業。該專業以控制科學與工程、機械工程、計算機科學與技術、材料科學與工程等學科中涉及的機器人科學技術問題為研究對象，綜合應用自然科學、工程技術、社會科學、人文科學等相關學科的理論、方法和技術，研究機器人的智能感知、優化控制與系統設計、人機交互模式等學術問題的一個多領域交叉的前沿專業，該專業的核心課程之一，就是機器人技術基礎這門專業必修課[2][3]。該課程對于扎實學生的基礎知識，增強實踐能力具有重要作用。

1 課程建設目標

2021年國務院辦公廳的《關于進一步支持大學生創新創業的指導意見》中指出：“縱深推進大眾創業萬眾創新是深入實施創新驅動發展戰略的重要支撐，大學生是大眾創業萬眾創新的生力軍，支持大學生創新創業具有重要意義”以及“深化高校創新創業教育改革，健全課堂教學、自主學習、結合實踐、指導幫扶、文化引領融為一體的高校創新創業教育體系，增強大學生的創新精神、創業意識和創新創業能力”。2020年教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》，指出“高校要深化教育教學改革，充分挖掘各類課程思想政治資源，發揮好每門課程的育人作用，全面提高人才培養質量。”因此，符合新工科“跨學科交叉融合”理念，綜合感知、控制、機械結構、人機交互等多學科交叉技術領域的機器人技術基礎課程，就成為機器人工程專業的入門與基礎實踐核心課程[4]。

因此，《機器人技術基礎》課程的建設目標定位在：課程思政教育融入教學過程的基礎上，通過激勵學生融合個人理想追求和國家民族事業，提升大學專業課教育立德樹人的整體成效[5]。課程教學內容重心側重培養學生對機器人技術的基本概念與知識的整體理解和掌握，通過線上及線下的混合式教與學的互相促進，能夠使學生掌握機器人領域及其交叉學科中的關鍵實踐方法及核心工具，掌握新產品開發和科技成果轉化的基本思路、技術及方法，從而實現創新創業的突破和發展[6]。

2 課程教學模式設計

2.1 課程思政的貫徹

《機器人技術基礎》中的“課程思政”教育貫徹，其立足點是在講授專業知識的過程當中，體現立德樹人的教育理念，將社會主義核心價值觀融入學習的過程中。這個過程要求教師不僅具備專業的理論知識，還要具備從優秀的思政理論，在教學實踐過程中，有機地將學習思想和學習內容結合起來。這二者，一個是“內功”，一個是“招式”，只有結合起來運用，才能夠構建出全過程的協同、高效、有力思政教育格局。

在貫徹課程思政的教學模式設計中，需要在五個關鍵環節進行重點突破：

（1）挖掘思政元素：專業課的本質是專業知識與專業基礎的傳授和夯實，在課程思政的貫徹過程中，切忌生搬硬套，應在知識是如何產生、發展的過程中，提煉挖掘其中的經驗和思政元素，提高學生感受共鳴。

（2）制定課程標準：現代化的課程教學中，形成課程團隊是一門高質量課程的必備方式，而團隊的管理，形成統一的課程標準則成為保證課程質量的有效手段。在制定標準時，應抓大放小，明確必須授課的知識點及內容的同時，給予不同教師不同風格的教學個性化空間。

（3）形成教學檔案：課程建設是周期性、迭代性的活動。在建設過程中，需要形成規范性的教學檔案和活動記錄，使整個流程有據可查，能夠將好的技巧、經驗、體會等進行分享和交流。

（4）引入學生互動：單項的知識傳遞效果非常有限，尤其是課程思政的部分，其重點效果在于學生的思考及反饋。可以通過專題小組，將學生的感想、實踐體會等及時互動，學習對象實現從被動接受向主動交流之間的轉換。

（5）加強團隊學習：個人的觀點、思路以及經驗都具有明顯的局限性，課程建設過程中，需要在成立課程團隊的基礎上，依靠團隊力量進行學習和再提升。定期通過思政理論和黨的政治理論的學習，加強教師自身思政能力水平。

2.2 理論教學模式設計

《機器人技術基礎》課程是一門對理論性和實踐性均有較高要求的課程。在理論教學方面，為提升學生的基礎學習能力和自學能力，課程的理論教學模式凸顯中英文雙語教學和線上視頻及資料的分享兩大特點。

機器人相關課程相比其他經典課程而言，屬于比較新的課程，其相關經典、原創高質量書籍中，英文教材比例很大，原版及影印版、開源課程資源豐富。因此，在授課中，開展中英文的雙語教學，有助于提升學生自學能力和自學水平。

當前線上學習資源豐富，為雙語教學奠定了扎實的基礎。在專業課講授的同時，教師根據學生的英語水平，從基礎詞匯開始進行語言環境的塑造，能夠使學生更容易接受機器人技術中的專業術語，減少學生學習和理解的難度，為之后的科技資料查閱、文獻閱讀和廣泛的國際學術交流打好基礎。

另一方面，通過線上課程平臺的建設，教師可以幫助學生選擇質量更高、效果更好的相關視頻、文獻等學習資源，使學生能夠在更豐富、更新穎、更多元的教學形式中，逐步形成主動學習的能力。尤其是自由度較大的線上資源，可以作為課前預習及準備的有效資料，進一步加強教學時理解，同時降低雙語教學帶來的難度提升。

2.3 實踐教學模式設計

傳統實踐環節的教學通常會受到教學環境和教學儀器的限制，在不斷發展的虛擬仿真實驗環境的支持下，能夠最大限度地打破原有的硬件限制。《機器人技術》課程可以通過虛擬仿真實驗，進行全知識點的實驗覆蓋，減少巨額硬件投入，實現在教中學，在學中練的線上線下混合實驗。

整個課程的實驗一方面符合理論教學結構中的各章節知識點，另一方面設置主題項目式實驗，通過安排綜合性的課后思考和開放性實驗，樹立學生正確科學的思考方式，鍛煉解決問題的能力。另外，項目式的實踐教學模式，是創新創業教育實現的有效手段。學生可以通過個體化學習保持獨立的創造空間，同時在項目團隊中，通過指導教師的引導和團隊協作，積累實踐經驗，完成負責工作。這樣的方式，有助于進行跨學科融合，突破學科壁壘，為學生的創新技術和創業孵化提供有效的指引。

在進行內部課程實踐環節的基礎上，還應加強外部資源的聯系與合作。其中包括校內其他相關專業、相關學院的實踐組合，校外創新創業主體聯合實踐基地的創建等。外部資源的聯合，不僅能解決一部分實踐場地問題，更重要的是，能夠拓寬學生視野，增強社會需求對高校教育的引導作用。

3 混合教學模式的實踐及持續改進

3.1 混合教學課程內容

根據不同形式的自身特點，線上線下混合教學的形式可以分為以下三種：

（1）線上教師授課+線下實踐環節。

（2）線上自主學習+線下教師授課及輔導。

（3）線上自主學習及虛擬實驗互動+線下授課及項目輔導。本課程采用第三種形式，使教師和學生不再使教學中的對立單一主體，而是在不同階段、不同環境下互為主導和主體，相互促進，增進學習效果。

為充分發揮線上線下教學優勢，課程按三個步驟設計教學內容：

（1）線上自主學習。教師根據大綱要求及知識點分布，將相關資料或要求發布在網絡平臺，要求課程學生能夠閱讀各種類型的資料，進行課程內容預習。

（2）線下導師教學。以綜合理論與實踐教學目標為導向，在傳統課堂及課后輔導過程中，針對前期線上教學活動的開展情況及學生的學習反饋情況，進行具有針對性的輔導。

（3）開展線上線下綜合實踐輔導。不僅可以結合線上作業及考核平臺進行實驗實踐活動，而且可以更方便的組織各個主體實踐項目組進行階段性匯報、管理與問題解答。

課程大綱及知識點分布情況如表1所示。

表1 《機器人技術基礎》課程大綱及知識點分布

3.2 混合教學模式的持續改進

在進行《機器人技術基礎》課程的線上線下教學活動時，有如下幾個關鍵環節需要關注并及時保持改進：

（1）確保“自主學習＋線下交流”的師生雙主體在線教學模式，避免將學生推向單一自主的全自學模式，避免因學習過程中因難度大或缺乏學習動力等原因造成的低效學習狀態。

（2）通過線上及線下、虛擬仿真實驗和當面講授交流的結合，觀察、培養學生獨立、主動進行實踐、深入思考的能力，同時注重給予學生足夠的深入思考和解決問題的實踐與機會。

（3）有效利用各種線上工具、虛擬仿真工具等，基于教學團隊的教研活動，鼓勵教師團隊開發、更新適用于相關專業學生的定制化實驗實踐軟件平臺。

（4）注重線上課程資源的更新，及時解答網絡上不同課程資源、不同課程內容之間可能產生的概念模糊、知識點重合等易造成自主學習障礙的問題，提升學生自學效率。

4 結語

《機器人技術基礎》課程是新時期培養適用于先進制造、智能制造等領域以及工業高質量發展所需人才的機器人工程專業核心課程。該課程的教學目標不僅要求學生掌握基礎理論知識，更需要同時培養實踐創新能力，進一步實現創新創業的更高培養目標。結合線上線下教學手段與雙創、思政教育的課程建設與改革，對學生的知識學習、內容理解，提升學生學習自主性和學習效率有良好的促進與引導效果。