混合式教學模式下“工業機器人技術及應用”課程教學設計研究

摘 要：隨著智能算法、微電子技術、智慧工廠等的發展與應用，工業機器人逐步成為制造業高質量發展的內在動力。通過分析國家政策、產業需求和學生就業三個導向維度，表明工業機器人課程教學亟須改革的必要性。基于此，以“工業機器人技術及應用”課程為例，采用線上線下相結合的方式，設計“課前視頻引趣—課中游戲激趣—課后鞏固增趣”三段式混合教學模式，以期切實提升工業機器人課程的教學效果，為國家培養工業機器人專業應用型人才提供新視角。

關鍵詞：混合式教學模式 “工業機器人技術及應用” 課程設計 線上線下相結合

伴隨著第四次工業革命——工業4.0時代的到來以及物聯網應用技術的快速發展，未來制造業將趨向于高精度、高質量、高效率以及高度定制化的生產特點。作為“制造業”的核心，機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，其技術研發、生產制造、應用推廣是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志[1]，為經濟社會發展注入了強勁動能。工信部裝備工業一司副司長郭守剛在“大力發展高端裝備制造業”主題新聞發布會上指出，“我國機器人產業規模快速增長，2021年工業機器人產量達36.6萬臺，比2015年增長了10倍，穩居全球第一大工業機器人市場”。然而，工業機器人領域同樣也存在勞動力短缺、技術人員不足、人才供需矛盾凸顯和關鍵核心技術被卡脖子等顯著問題，為有力支撐機器人產業的高質量發展，需加強工業機器人專業課程教學，培養更多的工業機器人技術人才。課程作為最關鍵的知識載體，只有保證課程教學內容的合理性、前瞻性和科學性，才能助推學生適應不斷變化的工作需求，實現人才供給與產業需求同頻共振的發展目標，推動形成產教良性互動的發展格局。

1 混合式教學模式的概念闡釋

國內最早正式倡導混合教學模式的是何克抗教授，他認為所謂Blending Learning就是要把傳統學習方式的優勢和e-Learning（即數字化或網絡化學習）的優勢結合起來，既要發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又要充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性[2]。根據不同學者的概念界定和闡釋，本研究認為混合教學是傳統面對面教學和電子學習體驗的整合，是教學中的一種數字集成。混合教學以技術手段為支撐，通過消除傳統障礙和新穎的授課工具和學習方式，將教育從以教師為中心轉變為以學生為中心，根據學習者的需求、提供的學習內容和可用資源的不同，而增加主體參與的個性化和靈活度，還有可能增加教學與參與者之間的交流互動，從而改善學習效果。無論是何種定義類別，都需要考慮“1＋1能否產生大于2”的教學效果，即將教師的最佳教學與最好的技術相結合從而產生更好的教學效果。

2 工業機器人課程教學改革的必要性

2.1 國家政策導向

2014年6月，習近平總書記在兩院院士大會上強調：“機器人革命”有望成為“第三次工業革命”的一個切入點和重要增長點。機器人作為新興技術的重要載體和現代產業的關鍵裝備，引領產業數字化發展、智能化升級，不斷孕育新產業新模式新業態，是加速發展先進制造業、建設制造強國的重要裝備和手段[3]。從2015年至2023年，國務院、國家發展和改革委員會、工業和信息化部等相關部門出臺《中國制造2025》《機器人產業發展規劃（2016-2020）》《關于促進機器人產業健康發展的通知》《“十四五”機器人產業發展規劃》《“機器人+”應用行動實施方案》等多份政策文件，指出“要擴大機器人市場應用，推進機器人領域的創新和產業化”。通過國家政策文件的深入推進與宏觀政策取向的有效落實，旨在著力推動工業機器人產業的創新驅動發展，推進工業機器人關鍵核心技術攻關，拓寬工業機器人行業廣度和深度的應用渠道。并且從近幾年全國工業機器人行業需求來看，企業對工業機器人操作人員、智能視覺及檢測技術人員等崗位的需求增多，工業機器人技術方面的人才缺口巨大[4]。因此，在國家政策導向下，為了實現經濟社會高質量發展目標，加快中國制造業轉型升級的步伐，有必要推進工業機器人課程的改革創新，以適應現代工業的需求。

2.2 產業需求導向

隨著工業機器人技術與航空航天、制造業、醫療健康、養老服務等領域的深度融合，工業機器人產業發展迎來了更新迭代、轉型提速的窗口期。根據國際機器人聯合會（IFR）統計數據和中國電子學會整理資料顯示，2017至2023年，全球工業機器人銷售額在短暫下降后在2021年強勁反彈，銷售額繼續逐年增高，預計2024年有望達到230億美元；與全球工業機器人銷售額不同的是，中國工業機器人市場銷售額持續呈現增長態勢，從2017年的66億逐年增加到2023年的99億美元，預計2024年有望達到115億美元。通過全球與中國工業機器人銷售額數據表明，工業機器人產業正處于市場火爆需求的大風口，未來將有更多的工業機器人產品替代人類完成更復雜、更危險的工作，并逐步應用滲透到各行各業以及日常生活中。

為了解和把握工業機器人課堂教學實施現狀，本研究通過梳理相關文獻，發現“工業機器人技術及應用”課程仍存在教學模式單一、培養目標存在差異、學習內容具有較強理論性、涉及的概念較為抽象等問題[4]，以至于畢業生就業勝任能力與用人單位崗位需求能力出現結構性錯配，學生就業壓力更加突出。因此，為解決學生“就業難”“慢就業”和工業機器人企業“招工難”“用工荒”的現實窘境，推動工業機器人產業優化升級，提升智能化水平，實現各領域的廣泛應用，需以產業行業需求為導向培養工業機器人專業應用型人才，工業機器人課程改革已然成為重中之重。

2.3 學生就業導向

應用型人才培養的本質屬性是以服務社會經濟發展為宗旨和目標，旨在通過培養高素質技術技能型人才，實現人才培養與國家需要、市場需求的無縫對接。首先，在《中國制造2025》規劃中，工業機器人作為未來工業發展的重要方向之一，機器人領域缺工現象逐漸暴露出來。職業院校作為育人的重要場所，擔負著為國家培養、輸送生產、建設、維修、服務等應用型人才的重任。因此，國家政策傾斜和產業需求導向也會影響學生就業選擇，若“工業機器人技術及應用”課程改革可以更好地滿足未來產業發展的需求，將課程與實際應用場景結合，更加貼近企業需求，培養出適應未來產業發展需要的高素質技術人才，這有助于學生在未來的就業中更好地適應行業發展變化，幫助學生在未來的就業中更具競爭力，更有發展前景。其次，工業機器人課程的改革還有助于提高學生的實踐能力和創新能力。通過實踐操作，學生可以更好地掌握工業機器人的操作技能以及行業應用經驗，從而在實際工作中更加從容自如。而在創新能力的培養方面，新的工業機器人課程將更加注重實踐應用，鼓勵學生對問題進行深入思考，尋找解決方案，從而培養創新精神和實踐能力。因此，改革工業機器人課程不僅可以提高學生的就業競爭力，還可以更好地滿足未來產業發展對學生全方位的需求。

3 “工業機器人技術及應用”課程設計路徑

“工業機器人技術及應用”課程是為滿足工業機器人應用行業培養編程操作、設備調試專業人才需要而開設的一門核心專業課程。通過本課程的講解與學習，學生能夠獨立完成工業機器人的操作、編程、安裝、調試、維護等工作，為學生從事工業機器人相關專業奠定理論基礎和實踐基礎。本研究以“工業機器人技術及應用”課程為例，設計“課前視頻引趣—課中游戲激趣—課后鞏固增趣”三段式混合教學模式，并且在實施過程中始終堅持“以學生為中心”和教學反饋改進的兩個基本觀點。具體過程如下。

3.1 課前視頻引趣階段

興趣作為一種內驅力，是學習的動力來源。“工業機器人技術及應用”課程作為理論與實踐并重的一門課程，教師要根據學生的知識起點、能力水平和可接受性劃分知識單元，并積極探索新時代教育教學方法，要做學生學習知識的引路人，引領學生初識課程、了解課程、深入課程。

首先，教師需根據教學內容選取合適的視頻資源，達到視頻引趣的效果。例如“工業機器人技術及應用”課程第一節課主要講解工業機器人的發展歷史、發展現狀、發展前景以及工業機器人的定義和分類等內容，對學生而言，大部分內容僅需要簡單了解即可。因此，教師可以遴選省域工業機器人龍頭企業的宣傳視頻，以中國大學MOOC（慕課）、學習通、智慧職教等網絡教學平臺發布課前學習任務。其次，學生通過觀看視頻和課前導學不僅可以了解本節課的教學內容、重難點以及學習目標和要求，還能將思政元素融入日常教學中，增強學生的愛國主義情懷和民族自豪感，激勵新時代青年接力民族復興大任、為強國建設貢獻青春力量的使命擔當。最后，學生可以在發言區表達自己的疑問與困惑；教師也能通過教師平臺實時掌握學生的學習進度，記錄學生的學習問題，教與學的主體均能更有準備地進入課堂。

3.2 課中游戲激趣階段

3.2.1 預習檢驗

在講授新課之前，教師發布課前測試，測試類型以選擇題和判斷題為主（如圖1所示），其主要目的是檢驗學生是否仔細認真學習課前導學、觀看教學資源等教學內容，測試成績計入教學任務評價表，作為綜合評價的一項考核環節。

3.2.2 知識講授

首先，教師應再次明確本節課的教學內容、教學目標和教學重難點，提示學生區分標記本節課的重點與非重點內容。其次，在知識講授環節，若本節課以概念性知識為主，教師應帶領學生細分概念中的相關知識點，抓住關鍵詞，并以序號和高光的形式勾畫出來，從而幫助學生以關鍵詞為最小知識單元，以知識理解為基礎，通過串聯關鍵詞的形式掌握對概念知識的理解；若本節課以程序性知識為主，教師應轉變教學方法，以講解例題或分析企業實際案例的方式分步驟帶領學生學習相關知識，進而提升學生的問題分析能力和問題解決能力。最后，教師講解完本節課知識點后，通過收集學生線上平臺提出的問題對課前導學進行答惑解疑，教師通過使用“暢課-TronClass”APP中“隨機點名”功能抽取學生回答問題，學生回答過程中不僅可以檢驗學生此節課的學習效果，還能通過學生回答情況幫助教師了解學生的掌握程度，對接下來的課程教學具有一定的參考價值。

3.2.3 課堂練習

課堂練習環節采用線上形式，教師根據教學內容從試題庫抽取測試題，將測試題與闖關游戲的方式相結合。首先，教師根據試題難度劃分等級，將第一關命名為小試牛刀，第二關漸入佳境，第三關爐火純青，第四關獨孤求敗，學生需根據能力自主獨立完成試題。其次，教師通過試題完成情況針對性為學生點撥、講解試題，完成率較高的試題一點而過，完成率中等的試題快速講解，完成率較低的試題“細嚼慢咽”，著重講解試題的解題思路和解題方法，幫助學生從試題中吸取經驗并激勵學生樹立“游戲通關”的學習目標。最后，教師在智慧職教、中國大學MOOC（慕課）、學習通等網絡教學平臺提供每道試題完整的解題步驟和解題思路，學生可通過教學平臺自主學習，加強知識的深入理解和應用，進而培養學生知學、好學、樂學的學習品質。

3.2.4 課堂小結

教師隨機抽查幾名學生，由學生回顧本節課所學習的內容，以此來檢查學生上課聽講的效率，最后教師進行補充總結并布置課后作業。

3.3 課后鞏固增趣階段

教師發布課后在線作業，進而達到提升鞏固的學習效果。紙質作業以圖片的形式上傳到網絡學習平臺，供教師批改審閱；電子作業需學生在規定的時間內完成并提交。教師記錄每位學生作業完成情況并對錯誤學生提供修改意見，加深學生應用所學知識的能力。通過分析作業的完成率和正確率，教師能清晰了解班級學生的學習效果，也能為以后的課程教學提供一定的參考意義。

4 結束語

混合式教學是一種將傳統面對面教學和在線教學相結合的教學方法和教學策略，旨在最大程度地充分利用技術來增強教育效果，并為學生提供更加靈活和個性化的學習體驗。本研究通過設計“課前視頻引趣—課中游戲激趣—課后鞏固增趣”三段式混合教學模式，以期為“工業機器人技術及應用”課程的有效改進提供有益探索，扎實做好新時代工業機器人高素質技術人才培養工作。

基金項目：西南交通大學【新工科背景下機械工程復合型人才培養體系研究，JG2021-297】；四川輕化工大學【新工科背景下智能制造創新人才培養專業群建設探索與實踐，JG2021-1043】。

參考文獻：

[1]工業和信息化部，國家發展改革委，科技部，等.《“十四五”機器人產業發展規劃》[EB/OL].（2023-08-19）[2021-12-28].https：//huarong.gov.cn/uploadfiles/202203/20220314153831529.pdf.

[2]何克抗.從Blending Learning看教育技術理論的新發展（上）[J].電化教育研究，2004（03）：1-6.

[3]《“十四五”機器人產業發展規劃》解讀[J].自動化博覽，2022，39（03）：14-15.

[4]曹雪姣，沈曉斌.工業機器人技術專業“崗課賽證”融合的教學實踐——基于1+X證書制度的視角[J].天津中德應用技術大學學報，2023（01）：38-43.

[5]陳林濤，朱衡紳，藍瑩，等.基于工作過程系統化“工業機器人技術基礎”課程開發研究[J].教育科學論壇，2023（24）：58-64.

[6]楊立，倪文彬，朱潤峰.新工科背景下課程教學改革與探索——《工業機器人技術》課程[J].低碳世界，2019，9（12）：331-332.

[7]黃文濤.《工業機器人技術》課程教學改革實踐探析[J].創新創業理論研究與實踐，2018，1（14）：17-18.