徐 詠，覃曼萍，唐毓納，彭建盛

（河池學院 人工智能與制造學院，廣西 宜州 546300）

0 引言

智能機器人設計與制作課程是一門面向人工智能、電子信息工程和電氣工程及其自動化等新工科專業(yè)的必修基礎課，圍繞機器人理論、機器人設計與調試、常用傳感器應用和算法編程，通過機器人及其應用裝置搭建、軟件編程、控制和機器人巡航等多任務進行教學和實驗，是后續(xù)人工智能和嵌入式技術應用與開發(fā)等專業(yè)課程的理論基礎和工程基礎。因此，課程教學團隊十分重視智能機器人課程建設，早在2015 年就啟動該課程的線上教學探索。經(jīng)過多年的教學實踐，該課程先后被評為校級專項建設課程、廣西高校精品視頻公開課和在線開放課程。

經(jīng)過多年課程建設實踐，智能機器人課程教學團隊、教學內容和資源已經(jīng)相對穩(wěn)定和完整，但仍存在下列問題：①教學方式單一。該課程仍采用理論課與實踐課分開的傳統(tǒng)教學，教學方式單一和孤立，學生被動學習，教學只注重知識傳授和操作實踐，缺乏對過程、技能和方法的培養(yǎng)；②教學內容縱深不足。由于課程建設較早，課程內容陳舊和知識點多，且受學時限制，教學與實踐的覆蓋面較淺、深度不夠，缺乏結合實際工程項目，部分學生停留在“照著做”模式，能完成機器人組裝和編程，但無法解決遇到的問題和多功能設計；③教學考核評價單一。受傳統(tǒng)教學模式、教務流程和設備信息技術水平等因素影響，教學考核仍是通過教務系統(tǒng)錄入學生的平時成績和期末成績，教學評價是結課后在教務系統(tǒng)上進行的同行評價、學生評價和教師自評，不利于學生個性化學習需求和教學過程持續(xù)改進。

為主動服務“中國教育現(xiàn)代化2035”、“一帶一路”和廣西創(chuàng)新驅動發(fā)展等重大戰(zhàn)略實施，河池學院主動對接廣西產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在專業(yè)人才培養(yǎng)過程中融入新一代信息技術和智能制造技術，新設人工智能專業(yè)，升級改造電子信息工程和電氣工程及其自動化等傳統(tǒng)工科專業(yè)，培養(yǎng)符合地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求的復合型新工科人才。特別是學校的“電子信息”學科入選新一輪廣西一流學科建設項目和獲批廣西普通本科高校示范性現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院，這對河池學院人工智能與制造學院新工科專業(yè)育人提出了更高要求。智能機器人課程是新工科專業(yè)必修基礎課，加速推進該課程教學改革與實踐迫在眉睫。

為貫徹落實《教育部 工業(yè)和信息化部 中國工程院關于加快建設發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見》和《現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院建設指南（試行）》等文件精神［1-2］，全面推進智能機器人課程教學建設和改革，培養(yǎng)能夠支撐地方經(jīng)濟發(fā)展的新工科應用型人才，課程教學團隊通過廣泛調研，結合智能機器人課程特點和存在的問題，決定進行混合式教學改革探索。在全面推進教育現(xiàn)代化和實現(xiàn)高等教育內涵式發(fā)展的今天，既發(fā)揮教師主導作用，又體現(xiàn)學生主體地位的線上線下混合式教學已成為教學改革的熱點。因此，全面推進智能機器人課程混合式教學改革，有利于提高課程教學質量，有助于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和德智體美勞全面發(fā)展的復合型人才。

1 相關研究

目前，在相關機器人課程建設過程中，大部分研究者在傳統(tǒng)課堂教學的基礎上，通過引入優(yōu)質在線課程或自建線上資源，進行混合式教學。例如，王旭仁等［3］在課程內容、教學平臺和模式上開展混合式教學；張學剛［4］改進課程重難點內容，引入虛擬機器人模型開展理論教學；白亞雯［5］對課程教學內容、教學方式進行改革實踐，通過開設課程實驗和加強企業(yè)實踐實習踐行教學改革；何燕妮［6］進行課程內容重構、教學資源庫建設和課前、課中、課后三位一體翻轉課堂模式的混合教學設計；劉丹青［7］提出一種線上線下混合式教學設計方法和思路。此外，文獻［8］采用藍墨云班課平臺，進行課前、課中、課后線上線下混合式教學，提出多元化的學習評價。文獻［9］利用超星學習通平臺，從教學前期、課堂研討和教學后期實踐混合式教學。文獻［10］采用“知識膠囊”實踐教學法，推進線上線下混合教學和教學內容調整。文獻［11］利用虛擬仿真技術搭建仿真實驗教學系統(tǒng)，開展線上線下混合實訓教學研究。

綜上，在機器人相關課程混合式改革中引入新型線上教學平臺和在線教學方法，有一定的特色且取得良好成效，但僅僅停留在解決“教學方式單一”層面，未進行線上、線下和實踐教學的有機融合，較少涉及教學考核評價改革。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展和廣泛應用，在線開放課程教學日漸成熟，線上線下混合式教學在高校中已成為一種常見的教學模式。如何從多方面、多角度和深層次進行智能機器人課程的多元混合式教學改革，是新工科建設亟待解決的問題。

2 課程建設目標與內容

智能機器人課程在新工科電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)中起著重要作用，課程建設目標包括：通過多方式多手段教學與實驗，使學生形成工程意識、熟悉機器人使用和開發(fā)技巧、掌握程序編程及常用傳感器應用；在機器人及其應用教學過程中，融入問題探究、層次探索和多任務，培養(yǎng)學生自主學習和創(chuàng)新實踐；營造實踐、歸納、推理、再實踐的過程環(huán)境，鍛煉學生思維能力、設計能力和調試能力。為適應地方應用型本科院校人才培養(yǎng)需要，響應國家對新型機器人工程師的需求，解決傳統(tǒng)智能智能機器人課程教學方式單一、教學內容縱深不足和教學考核評價單一等問題，課程教學團隊從教學方式、教學內容和考核評價3 個方面著手，深入多元混合式教學改革。

2.1 推進線上線下實訓混合式教學

隨著現(xiàn)代教育技術的進步，智能機器人相關的大規(guī)模在線開放課程（Massive Open Online Courses，MOOC）早已普及。近兩年，全國高校課程教學受到疫情影響，一種以學生為中心、教師為主導的線上MOOC+線下課堂的混合式教學模式趨于常態(tài)化。針對智能機器人課程教學方式單一情況，教學團隊將理論課與實驗課相結合，采用線上、課堂和實訓三者并重的MOOC+課堂+實訓的教學模式。課前，學生自主參與教師精選的MOOC 學習并完成練習考核；課中，根據(jù)課前學習效果補充和講授重難點知識，通過課程實驗培養(yǎng)實操方法和技能；課后，通過綜合性多功能教學平臺發(fā)布學習和實訓任務，引導線上和課堂知識應用，培養(yǎng)學生獨立分析、解決問題的能力。

2.2 構建層次化教學內容與過程

針對學生“照著做”和教學內容縱深不足的情況，優(yōu)化智能機器人課程結構，精簡課程內容，突出層次化，采用任務導向的混合式教學模式。在課程教學過程中穿插各類不同層次的項目任務，任務設計主要由企業(yè)和團隊教師合作完成，學生在模擬項目環(huán)境中主持完成任務，提升設計實踐能力。項目任務以成果產(chǎn)出為導向，根據(jù)學生學習過程成果和行業(yè)標準動態(tài)調整課程任務難度和內容。此外，學生可以利用課外碎片化時間完成任務和實現(xiàn)目標，培養(yǎng)終身學習習慣，有效擴展課內教學時間，提升學習效率。

2.3 建立多維度混合考核評價方式

為了解決智能機器人課程教學考核評價單一等問題，在沿用平時成績占40%和期末成績占60%的傳統(tǒng)教務考核評價的基礎上，融入課前線上學習、線下課堂、實驗實訓等多個教學環(huán)節(jié)的過程考核，結合成果導向評價，建立一種多維度混合考核評價方式。其中，期末考試改用開卷形式，降低理論知識考核難度；教學環(huán)節(jié)過程考核側重學生的學習互動、練習作業(yè)參與和項目實踐投入；對于成果導向評價，鼓勵能力較強的學生積極參與機器人相關領域的專業(yè)技能證書考取、比賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，以賽評學，以證評學，科學考核。

3 課程建設進展

3.1 混合教學資源建設

Fig.1 Comprehensive practical training project of the course圖1 課程綜合實訓項目

為了使學生更好地理解和掌握機器人領域的理論知識，教學團隊精選中國大學MOOC 中的優(yōu)質資源，并推薦給學生供課前線上學習，具體包括北京大學的《魅力機器人》、國防科技大學的《智能機器人系統(tǒng)》、西安交通大學的《系統(tǒng)設計創(chuàng)新與機器人實踐》、北京電子科技職業(yè)學院的《工業(yè)機器人實操與應用技巧》等精品課程內容。基于MOOC+課堂+實訓的課程教學模式，依托以學生為中心的過程化教學與學業(yè)評價平臺“教學立方”，建設智能機器人課程混合教學資源，內容包括：課前學習計劃、課前練習、課件、考勤簽到、練習題庫、作業(yè)、實訓項目、學生成績和當次課堂授課的教學評分及評價等。通過教學立方平臺的混合教學資源建設，使學生明確課前線上學習目標、課中練習及實驗內容和課后實訓任務，使教師實時把握課程教學實施效果，便于持續(xù)改進。

3.2 教學內容與過程改革

結合線上優(yōu)質資源和教學立方平臺自建的混合資源，開展MOOC+課堂+實訓的課程混合式教學過程，具體包括：教學立方發(fā)布的MOOC 學習任務、練習和課件，學生進行課前學習；學生反饋課前學習情況，教師課中分析、講解并總結課前學習要點；課中，教師講解課程重難點知識和經(jīng)典實驗演示；教師發(fā)布課中和課后的實訓項目，學生進行機器人實訓項目實施；實訓結束后，教師進行項目實踐點評和擴展知識梳理。為了培養(yǎng)學生的科學思維、工程創(chuàng)新和綜合能力，課程教學過程以智能機器人設計為主線，貫通線上教學、課堂教學和實訓教學，每章課程教學均設置綜合實訓項目。

學生需要綜合運用所學的機器人、傳感器、控制和編程等知識，通過機器人外圍模塊設計和組裝，實現(xiàn)一系列由工程師和教師團隊合作設計的課程綜合實訓任務。其中，部分綜合實訓項目如圖1 所示，從由簡單的傳感器和運動控制實現(xiàn)機器人巡線，到巡線基礎上增加搬運裝置和復雜程序控制的機器人智能搬運，再到多傳感器、滅火裝置、算法應用和協(xié)調控制的機器人滅火。實訓項目任務以學生為中心、由淺入深、層次化和循序漸進，鞏固所學的智能機器人基礎理論和知識，激發(fā)學生的實踐興趣和動手能力。對于難度較大的實訓項目和部分學生實踐過程較長的情況，采用開放實驗室形式，學生可以利用課外時間繼續(xù)參與實踐，進而提高實訓效果和教學質量。

3.3 多維度混合考核實施

課前線上、線下課堂和實驗實訓是智能機器人課程教學過程的重要環(huán)節(jié)，也是課程教學持續(xù)改進考核評價的數(shù)據(jù)來源。為解決學生“臨考突擊、日常放松”的常見學習狀態(tài)，激發(fā)學生的學習興趣，促進學生全面發(fā)展，教學團隊提出一種多維度、多階段、全過程、環(huán)環(huán)相扣的混合考核評價方式，包括學生學習考核和教師教學效果評價兩大方面。

學生學習考核采用形成性考核、成果導向和課程考試相結合的混合考核方式。其中，平時成績以形成性考核為基礎，學生通過完成教學立方平臺發(fā)布的練習、課件、考勤和作業(yè)等任務獲得形成性考核成績，分值按課前學習成績占30%、課堂學習成績占30%和課程實驗實訓成績占40%分配。成果導向評價是平時成績的補充，學生通過課程學習，運用課程知識參加機器人相關領域的專業(yè)技能培訓、全國普通高校大學生競賽排行榜的比賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目等活動，甚至獲取榮譽證書，認可其過程并換算為平時成績，相關活動的平時成績加分如表1所示。課程考試采用開卷形式進行，考試范圍主要以課本、課堂所傳授的知識為主，小部分包括推薦的中國大學MOOC 課程內容。教師教學效果評價通過當次課堂授課結束時在教學立方平臺上收集學生對本次課的教學評分及評語。

Table 1 Additional scores for various activities表1 各類活動加分情況

4 建設成果

智能機器人課程借助教學立方平臺，統(tǒng)計課程混合式教學數(shù)據(jù)，內容包括課程學生數(shù)、授課數(shù)、課件閱讀率、資源下載率、考勤簽到、作業(yè)和教學評價等。最近一學期的智能機器人課程數(shù)據(jù)報告如圖2 所示，累計授課次數(shù)7 次，教師發(fā)起互動25 次，學生響應601 次，考勤簽到率96.4%，作業(yè)完成率98.9%，課程綜合評分4.68（滿分5 分）。由于團隊暫未在教學立方平臺上建立課程知識內容關聯(lián)，沒有知識掌握統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進而影響課程綜合活躍度。

Fig.2 Course data report for the most recent semester圖2 最近一學期課程數(shù)據(jù)報告

7 次課堂授課的教學評價統(tǒng)計結果如圖3 所示，其中“重點突出”的評價最多。可見，智能機器人課程混合式教學改革后，學生課程參與積極性高，課程教學重點明確，實訓任務層次化突出，有利于人才培養(yǎng)。

智能機器人課程從2020 年開始進行線上線下多元混合式教學實踐，近三年行政班學生的期末考試成績和綜合成績統(tǒng)計如表2 所示。從課程成績及格率觀察，2021 級行政班的期末考試成績及格率和綜合成績及格率都是100%，2020 級行政班的期末考試成績及格率是93.02%、綜合成績及格率是95.35%，遠高于2019 級行政班。從課程成績平均分觀察，2021 級行政班的期末考試成績平均分是80.16%、綜合成績平均分是83.36%，均高于2020 級和2019級行政班；2020 級行政班和2019 級行政班的綜合成績平均分很接近。從課程成績標準差觀察，2021 級行政班的期末考試成績標準差和綜合成績標準差均低于2020 級和2019 級行政班，說明2021 級行政班學生成績趨于平均分，學生課程知識掌握差距較小。

Fig.3 Statistics of course teaching evaluation for the most recent semester圖3 最近一學期課程教學評價統(tǒng)計

Table 2 Statistics of course grades of students in the past three years表2 近3年行政班學生課程成績統(tǒng)計

由表中各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，2019 級行政班的學生成績優(yōu)秀率中等，但及格率較低，成績標準差較大。原因是2020 年初受疫情影響，課堂授課取消，2019 級行政班學生進行居家線上MOOC 學習，返校后進行實驗實訓和開卷期末考試，受學生自主學習態(tài)度和學習習慣差異影響，2019 級行政班出現(xiàn)了較為嚴重的兩極分化現(xiàn)象。同時，2021 行政班的學生成績各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)均優(yōu)于2020 級和2019 級，原因是課程實施多維度混合考核評價，2021 年全國抗疫防疫效果良好、疫情減弱，2021 級行政班的學生積極參加各類比賽和活動，豐富過程考核和成果評價，取得了較好的課程成績。可見，隨著MOOC+課堂+實訓的線上線下多元混合式教學模式持續(xù)建設和完善，智能機器人課程教學效果也越來越好。

5 結語

經(jīng)過兩年多的智能機器人課程建設和實踐表明，結合線上優(yōu)質資源和教學立方開放平臺自建混合資源，開展MOOC+課堂+實訓的線上線下多元混合式教學模式的課程教學達到預期成效。以智能機器人設計與制作為教學載體，基于線上線下實訓混合式教學方式，構建實訓項目任務導向的層次化教學內容與過程，實施形成性考核、成果導向評價、課程開卷考試相結合的多階段學習考核和環(huán)環(huán)相扣的教師教學效果評價，很好地解決了智能機器人課程教學中存在的問題，能夠提升學生學習主動性，激發(fā)學生創(chuàng)新實踐興趣。

隨著新工科建設的不斷深化，智能機器人課程在推進線上線下多元混合式教學的過程中還需加強課程知識內容建設，進一步挖掘融合地方產(chǎn)業(yè)特色的實踐案例。同時，隨著疫情管控放開，各類專業(yè)競賽和技能活動逐步恢復熱度，后續(xù)研究將進一步豐富和完善課程多維度混合考核與教學評價。