基于“以賽促教”的“機器人視覺技術及應用”課程改革探索與實踐

袁雪瓊 龍凱 熊英 高維 朱澤慧

摘?要：本文針對“機器人視覺技術及應用”課程教學在教學內容、教學模式、教學考核方式等方面存在的不足，以各類“技能競賽”及“競賽項目組”為突破點，以點帶面，更新教學內容，改革教學模式，優化考核評價方式，開拓“以賽促教”的新視野、新思路，提出“梯隊小組”“認知—實踐—認知”等新模式、新方法，讓更多的學生享受到技能競賽的“紅利”，為智能制造行業的發展輸送更多技術技能人才，助力長沙市、湖南省現代產業體系建設升級發展。

關鍵詞：以賽促教；機器視覺；課程教學改革

技能競賽是提升技術技能人才培養質量、檢驗教學成果、引領教育教學改革的重要抓手，是職業院校教育教學活動的一種重要形式和有效延伸，是對接產業需求、反映國家職業教育教學水平的師生技能賽事［12］。技能競賽以具體崗位操作為基礎，要求學生應用專業知識解決工作崗位面臨的具體問題，能夠有效促進學生專業技能的提升。此外，技能競賽要求教師能夠充分了解當前市場的人才需求方向，即時調整教學內容及教學模式，優化教學資源。堅持以賽促教，能讓職業教育的腳步緊跟企業發展，對接產業需求，提高教育教學質量，培養更多高素質技術技能人才、能工巧匠、大國工匠。

機器視覺是利用計算機、圖像處理器以及其他相關設備來模擬人類視覺功能的技術，是人工智能的一個分支［34］?！笆奈濉逼陂g，我國將繼續深化產業結構調整升級，推進制造業的科技創新和智能制造水平，推動先進裝備制造業和高新技術產業向自主研發制造轉變，高端裝備制造業行業將逐漸走向信息化、專業化和服務化。2021年3月，科技部正式復函湖南省人民政府，支持長沙市建設國家新一代人工智能創新發展試驗區，政策利好將有力推動長沙市人工智能及機器人產業鏈迅速發展，刺激機器視覺行業規模的持續增長［57］。

為適應行業發展需求，更好地服務地域經濟、服務產業升級，學院電子信息工程技術專業群開設了“機器人視覺技術及應用”課程。課程旨在讓學生了解和掌握機器視覺圖像獲取、傳輸、識別、處理的整個流程，能夠完成視覺開發環境的搭建，掌握市場主流的視覺模塊，為實現后續智能制造典型應用開發做好技術準備，讓學生具備從事機器視覺開發、調試及維護等相關工作的能力［89］。

1?課程教學現狀

課程的教學目標如下：

（1）素質目標：通過學習機器人視覺技術，養成多學科交叉的學習方法和思維習慣；通過完成視覺檢測任務，增強分析問題解決問題的能力；通過自主設計、優化檢測方案，提升創新意識、打造創新精神。

（2）知識目標：了解機器人視覺技術的基本架構及相關理論知識；了解市場上主流的計算機視覺庫及其常用編程語言；掌握圖像獲取、傳輸、識別、處理的整個流程；

（3）能力目標：能夠機器視覺軟件平臺環境搭建；能夠運用算法庫中的常用工具進行物體定位、識別、測量、缺陷檢測等；能夠從事機器人圖像智能處理方面的開發、調試、及維護等相關工作。

課程教學的主要內容有：

（1）視覺軟件平臺環境搭建（visionpro）。

（2）機器視覺系統標定。

（3）物體的定位、識別及測量。

課程教學目前存在的主要痛點有：

（1）課程教學內容與人工智能產業需求及區域經濟特點聯系不緊密，實踐教學環節與實際崗位操作脫節。課程主要教學內容包括視覺軟件平臺的搭建與使用、圖像處理工具的應用、基于視覺的尺寸測量等。

存在以下主要問題：第一，教學內容重點講了圖像處理工具的應用，很少設計工具開發的流程、編程的方式。第二，實踐教學更多的是在電腦上進行視覺軟件的操作，很少涉及視覺平臺的搭建及視覺系統與其他設備的通信，與崗位實際操作不符。第三，教學內容的思政元素中職業素養、職業精神、競爭意識、安全意識不夠突出。

（2）課程教學模式缺乏創新，小組教學中團隊組合缺乏針對性，“講解+示范+操作”的實踐教學模式不利于激發學生自主創造力。課程采取理論課+實踐課的方式教學，采用的主要教學方法由講授法、任務驅動法。理論教學重點講解機器視覺的整個工作流程、各類圖像處理算子的使用方法，實踐教學由教師示范，學生完成圖像處理算子的應用。

目前教學模式主要存在以下問題：首先，有采用劃分小組的形式組織學生完成工作任務，但小組為隨機組合或學生自愿組合，學習能力強的學生抱團，學習基礎薄弱的學生動手能力弱，造成兩極分化，沒有很好地發揮小組學習互幫互助，共同進步的優勢。其次，當前采用的“講解+示范+操作”的實踐教學模式，讓學生習慣性地吸收教師灌輸的知識，模仿教師的操作，缺乏主動思考、創新的能力，不利于提高學生的臨場應變能力及解決問題能力。

（3）課程考核方式單一，不能對學生的技術技能做出全面、準確評價。課程采取過程考核+綜合測評的方式進行考核，過程考核主要對實踐教學過程中學生的任務完成情況進行考核，由任課教師進行評分；綜合測評采取理論測試的方式對學生的課程知識掌握情況進行檢測?？傮w來看，課程目前的考核方式能夠在一定程度上反映學生的技術技能掌握情況，但存在以下幾個問題：首先，過程考核沒有統一評分標準，評分受主觀因素影響較大，不能客觀反應學生操作是否符合崗位操作標準。其次，過程考核缺少生生互評，學生依賴教師評價，不能對自己的問題進行自查自糾。最后，對學生的素質目標的考核沒有量化，未能很好地激發學生對職業素養、職業精神的重視度，不利于學生提高對工作崗位的適應能力。

2?課程改革思路

課程改革可以以各類視覺相關技能競賽作為切入點，通過競賽的“研培戰”過程，提取總結經驗，融入課程教學，將機器視覺相關的各類技能競賽元素融入課程教學，對機器人視覺技術及應用課程的教學內容、教學模式、考核方式進行改革。機器視覺相關的技能競賽賽項主要有：機器視覺系統應用、生產單元數字化改造、工業機器人技術應用、機器人系統集成應用技術等。可以融入課程教學的競賽元素有：競賽精神、競賽任務、競賽評分以及競賽選手培養選拔等。

在教學內容方面，參照“競賽任務”，調整教學案例，改善實驗條件，借助“競賽內容”充分結合理論教學和用人單位實際需求這一優勢，切實提高教學內容與長沙市“人工智能與機器人產業鏈”的契合度。將競賽精神中的拼搏精神、挑戰自我精神作為思政元素融入課堂，激發學生的競爭意識；將競賽中對職業素養和安全意識的要求融入課程素質目標，提高學生對工作崗位的適應性。此外，將競賽任務中與具體工作崗位、與產業發展密切聯系的部分融入課程教學任務，使課程教學目標、教學任務與市場實際需求保持一致，為學生就業打下良好基礎。

在教學模式方面，借鑒競賽選手選拔時采用的“競賽項目組”培養模式，根據學生的學習能力的強弱及學習基礎的優劣程度在教學班級組建“優中差”生組合的“梯隊小組”，引導學生以小組為單位開展“認知—實踐—認知”的學習，打破高職院校常規教學模式。以實踐任務作為驅動，學生先通過閱讀資料、觀看視頻、聽教師講解、觀摩實操等方式對任務所需知識技能有初步認知，再通過實際操作、小組競賽等活動對知識技能進行實際訓練及檢測，最后通過總結、反饋、點評等活動將知識內化，形成自己新的認知。讓學生不僅“知其然”，還“知其所以然”，為高職院校人才培養向應用型本科人才培養模式的轉換做鋪墊。

在考核方式方面，技能競賽的評分標準均為行業專業制定，能夠體現出對人才綜合素質的市場評價。在課程考核方式中，對標“競賽評分標準”，引入技能競賽全過程、全方位的考核方式，細化、量化考核標準，對學生職業素養及課程任務完成的合理性、規范性、完成質量進行考核。采用過程考核與結果考核相結合的方式，對學生的知識、能力及素質目標達成情況進行全方位評價，讓學生更好地把握崗位對知識及技能的要求，提高學生適應崗位的靈活性。

3?典型教學案例分析

3.1?教學內容改革典型案例

選取機器視覺系統應用競賽任務——芯片綜合檢測及分揀作為教學案例，根據教學需求、結合教學實踐條件，對競賽任務進行分解、提煉，重構教學任務。芯片綜合檢測及分揀共分為六個教學任務，具體如下：

任務一：元件選型；任務二：機械電氣安裝；任務三：手眼標定；任務四：芯片引腳測量及分揀；任務五：數據保存與發送；任務六：工具的二次開發。

與原有教學案例的教學內容相比較，主要新增了機器視覺硬件系統搭建、數據保存與發送、工具的二次開發，完善了整個視覺系統開發流程，教學內容更加全面，貼合生產實際。

3.2?教學模式改革典型案例

以“機械電氣安裝”課堂教學為例來講解如何將“梯隊小組”模式及“認知——實踐——認知”學習方法落實到日常教學。

課前：綜合前修課程考核情況及既往課堂表現來分組，充分發揮項目組成員的優勢，將其合理分配至各個學習小組，確保每個小組都有一個學習能力、動手能力及表達能力較為優秀的學生充當小組核心成員。組內選定小組名稱及口號，形成小組文化。教師下發機器視覺系統機械電氣安裝學習文檔及操作視頻，小組長帶領團隊成員完成課前學習，對機械電氣安裝形成初步認知。

課中：教師講解任務，小組根據課前認知來進行探索，讓學生在探索中完善初步認知。在確保安全的前提下允許學生出錯，使其進入一種“帶著疑問求學”的高求知欲狀態。根據學生的實踐情況，教師進行針對性示范，學生在教師或小組核心成員的帶領下完成實踐任務。

課后：對實踐過程進行總結、提煉、反思，形成對該知識的深刻認知。

3.3?課程考核改革典型案例

在實踐課堂中，效仿企業實際工作要求，給學生下發工作票或者操作票，票面上有實操的項目信息、操作人員信息、操作的具體步驟、操作的具體要求及考核評分。參照技能大賽評分表，設定過程評分標準和結果評分標準，并根據操作步驟及操作要求對其進行量化。

過程評分共計20分，設定安全操作、工程素養、精神風貌等考察項。以工程素養考核項為例說明，其共計6分，具體評分標準如表1所示。

結語

本文從“以賽促教”的視角對“機器人視覺技術及應用”課程進行了剖析，提出了課程改革的內容及思路，并對課程典型教學案例進行了分析，創新點主要有：

（1）提出了一種“以賽促教”的新思路。從競賽的“研培戰”全過程完成競賽元素的挖掘，對競賽精神、競賽任務進行提煉、內化，完成課程教學的全面改革。

（2）提出了一種新的團隊組建方式。以“競賽項目組”作為切入點，提出了“梯隊小組”的概念，通過將“優中差”生進行搭配組合，模擬“競賽項目組”的人才梯隊，形成“優帶差，差促優”的良好學習氛圍。

（3）提出了一種高效學習方法。根據“競賽項目組”日常訓練，總結出“認知—實踐—認知”的學習方法，并在教學班級中進行創造性推廣，提高了學生學習效率。

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項目基金：2023年湖南信息職業技術學院校級課題《“以賽促教”視角下“機器人視覺技術及應用”課程改革探索》（編號：2023hniuktyb06）；2022年度湖南省教育科學“十四五”規劃課題《“三高四新”背景下工業機器人技術專業四鏈融合課程體系建設》（編號：ND228378）

作者簡介：袁雪瓊（1990—?），女，漢族，湖南新化人，碩士研究生，講師，研究方向：機器視覺。