劉敬露，王國超，楊 曉

(重慶理工大學 工程訓練與經(jīng)管實驗中心，重慶 400054)

近年來，隨著信息技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡化教學(E-Learning)在教學領域迅速走紅，與傳統(tǒng)教學模式相比，其在培養(yǎng)學習者信息素養(yǎng)等方面優(yōu)勢明顯。但E-Learning在實施過程中教學監(jiān)控難度較大，相對忽視了教師的主導作用。鑒于傳統(tǒng)教學和網(wǎng)絡化教學各有利弊，混合式(B-Learning)教學的概念應運而生。國內(nèi)首次正式倡導混合式教學概念的是北京師范大學何克抗教授，他的觀點是：混合式教學模式把傳統(tǒng)教學方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡化教學的優(yōu)勢結合起來，既發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，又充分體現(xiàn)學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性[1]。

1 工業(yè)機器人應用實踐教學

1.1 人才培養(yǎng)必不可少的重要環(huán)節(jié)

據(jù)國際機器人聯(lián)合會(簡稱IFR)統(tǒng)計，自2010年開始我國機器人需求量進入高速增長期。2013年我國已取代日本成為世界最大工業(yè)機器人銷售市場，迄今中國已經(jīng)連續(xù)多年成為全球工業(yè)機器人銷量最大的國家。

工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。工業(yè)機器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。作為未來智能制造必不可少的基礎裝備之一，對于普通工科類高校而言，工業(yè)機器人實踐應用能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為當下人才培養(yǎng)必不可少的重要環(huán)節(jié)之一。

1.2 軟硬件配套均顯不足

工業(yè)機器人技術涉及的學科相當廣泛，歸納起來是機械學和微電子學的結合——機電一體化技術。工業(yè)機器人本體及相關成套硬件設備價格不菲，特別是一些有特殊應用需求的工業(yè)機器人工作站(柔性線)(如噴涂)更是價格高昂。綜合資金投入、場地和使用安全性等一系列因素，目前多數(shù)普通工科高校在工業(yè)機器人應用實踐環(huán)節(jié)均呈現(xiàn)硬件設備嚴重不足的情況。

配套軟件資源方面，其離線編程軟件品牌針對性較強，通用性差，適用于高校的數(shù)字化教學資源相對匱乏，教師隊伍整體素質還有待進一步提升。

1.3 重在應用，可分層次項目式教學

實踐教學是在一定理論指導下，通過引導學習者的實踐活動，從而傳承實踐知識，形成技能，發(fā)展實踐能力，提高綜合素質的教學活動[2]。工業(yè)機器人應用實踐教學屬于實踐教學環(huán)節(jié)，其教學內(nèi)容的重點在于培養(yǎng)學生利用已有理論知識，應用工業(yè)機器人解決生產(chǎn)過程中的問題的能力。本文認為可將高校工業(yè)機器人應用實踐教學分為以下5個層面[3-4]，如圖1所示。

1)了解工業(yè)機器人的結構、控制原理、軟件編程流程；

2)能夠操作工業(yè)機器人實現(xiàn)預設動作；

3)能夠利用離線編程軟件模擬工業(yè)機器人工藝過程；

4)能夠制定工業(yè)機器人加工工藝方案；

5)能夠制定工業(yè)機器人工作站集成配套方案。

圖1 工業(yè)機器人應用實踐教學層次關系

每個層面都可以分解成若干實訓項目進行項目式教學。

2 基于項目的混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式

2.1 構建混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式的先決條件

2.1.1 混合式的師資隊伍

需要一支兼具一定專業(yè)知識、技能水平和教學實踐經(jīng)驗的師資隊伍，該團隊負責制定教學目標，提煉知識點[5]，劃分實訓項目，制作教學視頻、課件及其他數(shù)字化教學資源。建議挑選工業(yè)機器人第三方集成企業(yè)進行深度合作，充分結合校內(nèi)實踐課程教師與校外專業(yè)技術人員各自的優(yōu)勢，打造一支綜合素質較高的師資隊伍，首先要實現(xiàn)指導教師隊伍上的混合。

2.1.2 交互式的網(wǎng)絡教學平臺

交互式的網(wǎng)絡教學平臺是承載數(shù)字化教學資源，實現(xiàn)學生在線學習的必備基礎。

教師可在網(wǎng)絡教學平臺上以“項目”為單位制作各類教學資源，并可依據(jù)教學對象，將“項目”組合成課程，以支撐不同的教學需求。教學資源的形式可包括PPT、操作視頻、文檔資料、3D虛擬實驗等[6-7]。同樣，建議挑選工業(yè)機器人第三方集成企業(yè)進行深度合作，將教師從繁瑣的技術勞動中解脫出來，依據(jù)教學需求將第三方集成企業(yè)已經(jīng)制作完成的教學資源進行組織，使其適用于教學“項目”。

學生可通過網(wǎng)絡教學平臺中的“項目”進行自主學習，并通過平臺互動功能與教師或學生進行交流，記錄學習及項目完成歷程。

2.1.3 必要的硬件條件

工業(yè)機器人應用實踐教學是實踐教學環(huán)節(jié)，一定的硬件設備是必不可少的，如工業(yè)機器人綜合實訓臺、編程室(離線編程軟件)等，可依據(jù)各學校實訓條件和能力建設規(guī)劃及配備。

2.2 混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式的基本框架

在具備以上基礎條件后，基于項目的混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式框架構建如圖2所示。其中，又可分為集中課堂教學和實訓室開放式課堂教學兩部分，前者是在集中進行一講二練三考核的課堂教學的基礎上，結合網(wǎng)絡教學平臺以豐富教學內(nèi)容；后者則是學習者通過網(wǎng)絡自主學習發(fā)布的項目后，再進行實訓室及教師預約，完成項目操作[8-10]。

圖2 基于項目的混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式框架構建

2.3 混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式的具體實現(xiàn)

以本校工業(yè)機器人應用基礎實訓為例，教師依據(jù)教學大綱將課程內(nèi)容分割為若干個實訓項目，方便教學資源的制作及學生自主學習，具體項目劃分如表1所示[11-12]。

表1項目規(guī)劃示例

項目項目類型工業(yè)機器人手動運行基礎工業(yè)機器人零點標定基礎工具坐標系的建立基礎工件坐標系的建立基礎精確定位和直線運動編程基礎I/O信號操作基礎復雜曲線編程綜合寫字練習設計

實訓教師依據(jù)項目需求，將工業(yè)機器人第三方集成企業(yè)制作的PPT、操作視頻、3D虛擬實訓等教學資源與其他數(shù)字化教學資源相結合，與企業(yè)專業(yè)技術人員一起在本?，F(xiàn)有實驗教學云平臺上構建網(wǎng)絡教學“項目”資源，并進行平臺發(fā)布，供學生課外學習。

其中，基礎型實訓項目學習者如有課程安排，也可選擇通過集中實訓環(huán)節(jié)進行學習，并完成考核。其他實訓項目均需要學習者首先進行網(wǎng)絡平臺自主學習后，在平臺上進行實訓室(設備)或教師預約，然后再進行實踐操作并考核。設計型實訓項目可以在平臺上進行作品發(fā)布，從而進一步激發(fā)學生學習的積極性。

實踐教學環(huán)節(jié)的考核評價主要還是從實踐操作的正確性、規(guī)范性以及是否以最優(yōu)方案解決了項目問題為主，為避免抄襲或拷貝等現(xiàn)象，可以在具體項目的細節(jié)上稍作變動。增加課堂或網(wǎng)絡交流評價模塊，可進行作品展示的設計型實訓項目，還可加入作品展示評價模塊構成評價標準，使得對學習者的評價相對更加客觀和準確。

3 實施效果

同樣以本校工業(yè)機器人應用基礎實訓課程為例，目前對表1的前5個基礎類項目實施混合式教學取得了良好的教學效果，單個項目在線教學平臺教學資源點擊量一學期約300次，教師課堂講授時間比例降低了約60%，相應學生課堂實踐應用操作時間得到了增加，項目考核完成情況由之前的50%～70%提升到了90%～100%，具體數(shù)據(jù)詳見表2所示。

表2課堂講授時間對比

項目實施前/min實施后/min工業(yè)機器人手動運行155工業(yè)機器人零點標定207～8工具坐標系的建立3010工件坐標系的建立100精確定位和直線運動編程3010

由表中數(shù)據(jù)可見，進行混合式實訓教學，增強了學生的學習興趣，提高了學生的自主學習能力以及分析和解決問題的能力，真正體現(xiàn)了實踐教學環(huán)節(jié)中學生的主體地位。

4 結束語

混合式(B-Learning)教學作為當今教學改革的重要研究方向，將傳統(tǒng)教學與網(wǎng)絡化教學進行優(yōu)勢互補，使教師的主導作用和學習者的主體地位在教學過程中都得到了良好的體現(xiàn)。工業(yè)機器人應用實踐教學環(huán)節(jié)注重實踐動手能力的培養(yǎng)，提倡與社會生產(chǎn)實際緊密結合。基于項目的混合式工業(yè)機器人應用實踐教學模式在傳統(tǒng)混合式教學的基礎上，引入了學校教師與企業(yè)專業(yè)技術人員優(yōu)勢互補的指導師資隊伍“混合”思想，首先

從師資隊伍建設和教學資源的建設上實現(xiàn)了混合式教學。然后依據(jù)實踐教學環(huán)節(jié)自身特點，提出以項目為單位的教學模式框架構建，使學習者可以在項目引導下根據(jù)自身需要進行自主學習，突破了傳統(tǒng)的一講二練三考核的灌輸式三步實踐教學法，體現(xiàn)了教學的層次性，為工業(yè)機器人應用實踐教學環(huán)節(jié)教學質量的提升奠定了良好的基礎。

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