混合式教學(xué)模式下“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究

摘 要：隨著智能算法、微電子技術(shù)、智慧工廠等的發(fā)展與應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人逐步成為制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。通過分析國家政策、產(chǎn)業(yè)需求和學(xué)生就業(yè)三個(gè)導(dǎo)向維度，表明工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)亟須改革的必要性。基于此，以“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程為例，采用線上線下相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)“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(xué)模式，以期切實(shí)提升工業(yè)機(jī)器人課程的教學(xué)效果，為國家培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)應(yīng)用型人才提供新視角。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)模式 “工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用” 課程設(shè)計(jì) 線上線下相結(jié)合

伴隨著第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0時(shí)代的到來以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，未來制造業(yè)將趨向于高精度、高質(zhì)量、高效率以及高度定制化的生產(chǎn)特點(diǎn)。作為“制造業(yè)”的核心，機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造、應(yīng)用推廣是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志[1]，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)能。工信部裝備工業(yè)一司副司長郭守剛在“大力發(fā)展高端裝備制造業(yè)”主題新聞發(fā)布會(huì)上指出，“我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，2021年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)36.6萬臺(tái)，比2015年增長了10倍，穩(wěn)居全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)”。然而，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域同樣也存在勞動(dòng)力短缺、技術(shù)人員不足、人才供需矛盾凸顯和關(guān)鍵核心技術(shù)被卡脖子等顯著問題，為有力支撐機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，需加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程教學(xué)，培養(yǎng)更多的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才。課程作為最關(guān)鍵的知識(shí)載體，只有保證課程教學(xué)內(nèi)容的合理性、前瞻性和科學(xué)性，才能助推學(xué)生適應(yīng)不斷變化的工作需求，實(shí)現(xiàn)人才供給與產(chǎn)業(yè)需求同頻共振的發(fā)展目標(biāo)，推動(dòng)形成產(chǎn)教良性互動(dòng)的發(fā)展格局。

1 混合式教學(xué)模式的概念闡釋

國內(nèi)最早正式倡導(dǎo)混合教學(xué)模式的是何克抗教授，他認(rèn)為所謂Blending Learning就是要把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)和e-Learning（即數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)）的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，既要發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性[2]。根據(jù)不同學(xué)者的概念界定和闡釋，本研究認(rèn)為混合教學(xué)是傳統(tǒng)面對(duì)面教學(xué)和電子學(xué)習(xí)體驗(yàn)的整合，是教學(xué)中的一種數(shù)字集成?；旌辖虒W(xué)以技術(shù)手段為支撐，通過消除傳統(tǒng)障礙和新穎的授課工具和學(xué)習(xí)方式，將教育從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)習(xí)者的需求、提供的學(xué)習(xí)內(nèi)容和可用資源的不同，而增加主體參與的個(gè)性化和靈活度，還有可能增加教學(xué)與參與者之間的交流互動(dòng)，從而改善學(xué)習(xí)效果。無論是何種定義類別，都需要考慮“1＋1能否產(chǎn)生大于2”的教學(xué)效果，即將教師的最佳教學(xué)與最好的技術(shù)相結(jié)合從而產(chǎn)生更好的教學(xué)效果。

2 工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)改革的必要性

2.1 國家政策導(dǎo)向

2014年6月，習(xí)近平總書記在兩院院士大會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“機(jī)器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長點(diǎn)。機(jī)器人作為新興技術(shù)的重要載體和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵裝備，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展、智能化升級(jí)，不斷孕育新產(chǎn)業(yè)新模式新業(yè)態(tài)，是加速發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)、建設(shè)制造強(qiáng)國的重要裝備和手段[3]。從2015年至2023年，國務(wù)院、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部等相關(guān)部門出臺(tái)《中國制造2025》《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》《關(guān)于促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動(dòng)實(shí)施方案》等多份政策文件，指出“要擴(kuò)大機(jī)器人市場(chǎng)應(yīng)用，推進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化”。通過國家政策文件的深入推進(jìn)與宏觀政策取向的有效落實(shí)，旨在著力推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，拓寬工業(yè)機(jī)器人行業(yè)廣度和深度的應(yīng)用渠道。并且從近幾年全國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)需求來看，企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人操作人員、智能視覺及檢測(cè)技術(shù)人員等崗位的需求增多，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)方面的人才缺口巨大[4]。因此，在國家政策導(dǎo)向下，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)，加快中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐，有必要推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人課程的改革創(chuàng)新，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需求。

2.2 產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向

隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與航空航天、制造業(yè)、醫(yī)療健康、養(yǎng)老服務(wù)等領(lǐng)域的深度融合，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了更新迭代、轉(zhuǎn)型提速的窗口期。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和中國電子學(xué)會(huì)整理資料顯示，2017至2023年，全球工業(yè)機(jī)器人銷售額在短暫下降后在2021年強(qiáng)勁反彈，銷售額繼續(xù)逐年增高，預(yù)計(jì)2024年有望達(dá)到230億美元；與全球工業(yè)機(jī)器人銷售額不同的是，中國工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷售額持續(xù)呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)，從2017年的66億逐年增加到2023年的99億美元，預(yù)計(jì)2024年有望達(dá)到115億美元。通過全球與中國工業(yè)機(jī)器人銷售額數(shù)據(jù)表明，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于市場(chǎng)火爆需求的大風(fēng)口，未來將有更多的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品替代人類完成更復(fù)雜、更危險(xiǎn)的工作，并逐步應(yīng)用滲透到各行各業(yè)以及日常生活中。

為了解和把握工業(yè)機(jī)器人課堂教學(xué)實(shí)施現(xiàn)狀，本研究通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程仍存在教學(xué)模式單一、培養(yǎng)目標(biāo)存在差異、學(xué)習(xí)內(nèi)容具有較強(qiáng)理論性、涉及的概念較為抽象等問題[4]，以至于畢業(yè)生就業(yè)勝任能力與用人單位崗位需求能力出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性錯(cuò)配，學(xué)生就業(yè)壓力更加突出。因此，為解決學(xué)生“就業(yè)難”“慢就業(yè)”和工業(yè)機(jī)器人企業(yè)“招工難”“用工荒”的現(xiàn)實(shí)窘境，推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，提升智能化水平，實(shí)現(xiàn)各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，需以產(chǎn)業(yè)行業(yè)需求為導(dǎo)向培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)應(yīng)用型人才，工業(yè)機(jī)器人課程改革已然成為重中之重。

2.3 學(xué)生就業(yè)導(dǎo)向

應(yīng)用型人才培養(yǎng)的本質(zhì)屬性是以服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為宗旨和目標(biāo)，旨在通過培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與國家需要、市場(chǎng)需求的無縫對(duì)接。首先，在《中國制造2025》規(guī)劃中，工業(yè)機(jī)器人作為未來工業(yè)發(fā)展的重要方向之一，機(jī)器人領(lǐng)域缺工現(xiàn)象逐漸暴露出來。職業(yè)院校作為育人的重要場(chǎng)所，擔(dān)負(fù)著為國家培養(yǎng)、輸送生產(chǎn)、建設(shè)、維修、服務(wù)等應(yīng)用型人才的重任。因此，國家政策傾斜和產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向也會(huì)影響學(xué)生就業(yè)選擇，若“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程改革可以更好地滿足未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，將課程與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合，更加貼近企業(yè)需求，培養(yǎng)出適應(yīng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的高素質(zhì)技術(shù)人才，這有助于學(xué)生在未來的就業(yè)中更好地適應(yīng)行業(yè)發(fā)展變化，幫助學(xué)生在未來的就業(yè)中更具競(jìng)爭(zhēng)力，更有發(fā)展前景。其次，工業(yè)機(jī)器人課程的改革還有助于提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。通過實(shí)踐操作，學(xué)生可以更好地掌握工業(yè)機(jī)器人的操作技能以及行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，從而在實(shí)際工作中更加從容自如。而在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面，新的工業(yè)機(jī)器人課程將更加注重實(shí)踐應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行深入思考，尋找解決方案，從而培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。因此，改革工業(yè)機(jī)器人課程不僅可以提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，還可以更好地滿足未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)學(xué)生全方位的需求。

3 “工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程設(shè)計(jì)路徑

“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程是為滿足工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)培養(yǎng)編程操作、設(shè)備調(diào)試專業(yè)人才需要而開設(shè)的一門核心專業(yè)課程。通過本課程的講解與學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠獨(dú)立完成工業(yè)機(jī)器人的操作、編程、安裝、調(diào)試、維護(hù)等工作，為學(xué)生從事工業(yè)機(jī)器人相關(guān)專業(yè)奠定理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。本研究以“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程為例，設(shè)計(jì)“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(xué)模式，并且在實(shí)施過程中始終堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”和教學(xué)反饋改進(jìn)的兩個(gè)基本觀點(diǎn)。具體過程如下。

3.1 課前視頻引趣階段

興趣作為一種內(nèi)驅(qū)力，是學(xué)習(xí)的動(dòng)力來源。“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程作為理論與實(shí)踐并重的一門課程，教師要根據(jù)學(xué)生的知識(shí)起點(diǎn)、能力水平和可接受性劃分知識(shí)單元，并積極探索新時(shí)代教育教學(xué)方法，要做學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的引路人，引領(lǐng)學(xué)生初識(shí)課程、了解課程、深入課程。

首先，教師需根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選取合適的視頻資源，達(dá)到視頻引趣的效果。例如“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程第一節(jié)課主要講解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展前景以及工業(yè)機(jī)器人的定義和分類等內(nèi)容，對(duì)學(xué)生而言，大部分內(nèi)容僅需要簡單了解即可。因此，教師可以遴選省域工業(yè)機(jī)器人龍頭企業(yè)的宣傳視頻，以中國大學(xué)MOOC（慕課）、學(xué)習(xí)通、智慧職教等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布課前學(xué)習(xí)任務(wù)。其次，學(xué)生通過觀看視頻和課前導(dǎo)學(xué)不僅可以了解本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容、重難點(diǎn)以及學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求，還能將思政元素融入日常教學(xué)中，增強(qiáng)學(xué)生的愛國主義情懷和民族自豪感，激勵(lì)新時(shí)代青年接力民族復(fù)興大任、為強(qiáng)國建設(shè)貢獻(xiàn)青春力量的使命擔(dān)當(dāng)。最后，學(xué)生可以在發(fā)言區(qū)表達(dá)自己的疑問與困惑；教師也能通過教師平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)問題，教與學(xué)的主體均能更有準(zhǔn)備地進(jìn)入課堂。

3.2 課中游戲激趣階段

3.2.1 預(yù)習(xí)檢驗(yàn)

在講授新課之前，教師發(fā)布課前測(cè)試，測(cè)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(yàn)學(xué)生是否仔細(xì)認(rèn)真學(xué)習(xí)課前導(dǎo)學(xué)、觀看教學(xué)資源等教學(xué)內(nèi)容，測(cè)試成績計(jì)入教學(xué)任務(wù)評(píng)價(jià)表，作為綜合評(píng)價(jià)的一項(xiàng)考核環(huán)節(jié)。

3.2.2 知識(shí)講授

首先，教師應(yīng)再次明確本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)，提示學(xué)生區(qū)分標(biāo)記本節(jié)課的重點(diǎn)與非重點(diǎn)內(nèi)容。其次，在知識(shí)講授環(huán)節(jié)，若本節(jié)課以概念性知識(shí)為主，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生細(xì)分概念中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，抓住關(guān)鍵詞，并以序號(hào)和高光的形式勾畫出來，從而幫助學(xué)生以關(guān)鍵詞為最小知識(shí)單元，以知識(shí)理解為基礎(chǔ)，通過串聯(lián)關(guān)鍵詞的形式掌握對(duì)概念知識(shí)的理解；若本節(jié)課以程序性知識(shí)為主，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)方法，以講解例題或分析企業(yè)實(shí)際案例的方式分步驟帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而提升學(xué)生的問題分析能力和問題解決能力。最后，教師講解完本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)后，通過收集學(xué)生線上平臺(tái)提出的問題對(duì)課前導(dǎo)學(xué)進(jìn)行答惑解疑，教師通過使用“暢課-TronClass”APP中“隨機(jī)點(diǎn)名”功能抽取學(xué)生回答問題，學(xué)生回答過程中不僅可以檢驗(yàn)學(xué)生此節(jié)課的學(xué)習(xí)效果，還能通過學(xué)生回答情況幫助教師了解學(xué)生的掌握程度，對(duì)接下來的課程教學(xué)具有一定的參考價(jià)值。

3.2.3 課堂練習(xí)

課堂練習(xí)環(huán)節(jié)采用線上形式，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容從試題庫抽取測(cè)試題，將測(cè)試題與闖關(guān)游戲的方式相結(jié)合。首先，教師根據(jù)試題難度劃分等級(jí)，將第一關(guān)命名為小試牛刀，第二關(guān)漸入佳境，第三關(guān)爐火純青，第四關(guān)獨(dú)孤求敗，學(xué)生需根據(jù)能力自主獨(dú)立完成試題。其次，教師通過試題完成情況針對(duì)性為學(xué)生點(diǎn)撥、講解試題，完成率較高的試題一點(diǎn)而過，完成率中等的試題快速講解，完成率較低的試題“細(xì)嚼慢咽”，著重講解試題的解題思路和解題方法，幫助學(xué)生從試題中吸取經(jīng)驗(yàn)并激勵(lì)學(xué)生樹立“游戲通關(guān)”的學(xué)習(xí)目標(biāo)。最后，教師在智慧職教、中國大學(xué)MOOC（慕課）、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提供每道試題完整的解題步驟和解題思路，學(xué)生可通過教學(xué)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)，加強(qiáng)知識(shí)的深入理解和應(yīng)用，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生知學(xué)、好學(xué)、樂學(xué)的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

3.2.4 課堂小結(jié)

教師隨機(jī)抽查幾名學(xué)生，由學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以此來檢查學(xué)生上課聽講的效率，最后教師進(jìn)行補(bǔ)充總結(jié)并布置課后作業(yè)。

3.3 課后鞏固增趣階段

教師發(fā)布課后在線作業(yè)，進(jìn)而達(dá)到提升鞏固的學(xué)習(xí)效果。紙質(zhì)作業(yè)以圖片的形式上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，供教師批改審閱；電子作業(yè)需學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成并提交。教師記錄每位學(xué)生作業(yè)完成情況并對(duì)錯(cuò)誤學(xué)生提供修改意見，加深學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。通過分析作業(yè)的完成率和正確率，教師能清晰了解班級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也能為以后的課程教學(xué)提供一定的參考意義。

4 結(jié)束語

混合式教學(xué)是一種將傳統(tǒng)面對(duì)面教學(xué)和在線教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法和教學(xué)策略，旨在最大程度地充分利用技術(shù)來增強(qiáng)教育效果，并為學(xué)生提供更加靈活和個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。本研究通過設(shè)計(jì)“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(xué)模式，以期為“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”課程的有效改進(jìn)提供有益探索，扎實(shí)做好新時(shí)代工業(yè)機(jī)器人高素質(zhì)技術(shù)人才培養(yǎng)工作。

基金項(xiàng)目：西南交通大學(xué)【新工科背景下機(jī)械工程復(fù)合型人才培養(yǎng)體系研究，JG2021-297】；四川輕化工大學(xué)【新工科背景下智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)專業(yè)群建設(shè)探索與實(shí)踐，JG2021-1043】。

參考文獻(xiàn)：

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