劉翠蓮

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730000）

當下，工業(yè)機器人在智能化、自動化以及量產(chǎn)化加工制造領域上的應用愈發(fā)廣泛，也成為全面推進向加工制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的重要技術手段之一。根據(jù)《全球工業(yè)機器人2022 年》報告顯示，我國的智能量產(chǎn)化工業(yè)機器人在世界市場上居世界首位，約占總加工制造數(shù)量的1/3，超過了歐洲制造總量之和。為了更有效地將智能化工業(yè)機器人技術普及大眾，許多高校已經(jīng)陸續(xù)開展了基于MR 工業(yè)機器人等信息技術的標準化實踐教學模式，教育工作者在應用該技術過程中得到了許多的標準教學實踐心得：教育者通過輸入特定的標準化教學編程，采用實體工業(yè)機器人的形式來開展教學實踐任務，注重學生的實際操作培訓；也可以利用工業(yè)機器人開展虛擬現(xiàn)實技術來開展標準化教學，具備良好的教學安全性與可靠性。本文經(jīng)過多年的教學實踐摸索，認為若要開展基于MR 工業(yè)機器人的實踐教學，就一定要使信息化中的虛擬技術與工業(yè)機器人實體操作進行有機結(jié)合，這就使得學生無論在理論抑或是實操均可得到一定培養(yǎng)。因此，本文以當前高校利用該技術應用實踐教學的基本現(xiàn)狀為著眼點，將傳統(tǒng)與信息兩大教育模式有機結(jié)合起來，提出了虛實結(jié)合的標準化實踐教學模式，以期進一步拓展和延伸該技術應用于實踐教學的深度與廣度。

1 高職院校工業(yè)機器人標準化實踐教學存在問題

1.1 標準化實踐教學效率不高

工業(yè)機器人作為理論性與實踐性較強的一門課程，要想高質(zhì)量地向受教育者傳授相關知識，就離不開系統(tǒng)的標準化理論學習與實際操作。而部分高職院校由于教學場地、實驗經(jīng)費等一系列問題，很難設置科學的場地與購買數(shù)量充足的實驗設備，這就使得標準化實驗教學條件受到很大限制。在工業(yè)機器人的課堂上，每一位受教育者的實際操作時間得不到有效保障，就難以熟練使用相應的智能化設備，進而降低了標準化課程的實踐教學效率。

1.2 標準化課程拓展延伸不到位

工業(yè)機器人課程是一門綜合性極強的課程課程，其理論通常會涉及程序編寫、通信設置、軌跡規(guī)劃以及I/O 設定等諸多知識內(nèi)容，如果采用傳統(tǒng)的“填鴨式”進行標準化教學實踐，則勢必會導致各個知識點的授課時間十分緊湊，需要授課者和受教育者進行大量的前期知識儲備。而部分高等院校學生缺少課前知識準備的習慣，這也就使得工業(yè)機器人這一課程的標準化教學的拓展于延伸很不到位。

1.3 標準化課程評價指標單一

工業(yè)機器人課程中的考核評價指標是授課者和受教育者最關注的要點之一。當前對該門類課程的考核指標多局限于理論試卷答題與試驗工具操作的期末考核成績。盡管授課者也會將日常的課堂考勤與表現(xiàn)納入期末考核中，但整體上仍然缺少對該門類課程的宏觀把控，不利于有效地激發(fā)受教育者的主觀學習能動性。

2 “傳統(tǒng)與虛擬”結(jié)合式標準化實踐教學模式的構(gòu)建

根據(jù)上述對工業(yè)機器人標準化實踐教學存在問題的系統(tǒng)剖析，并結(jié)合近年來對工業(yè)機器人課程標準化實踐教學的心得體會，提出了“傳統(tǒng)與虛擬”結(jié)合式的標準化教學模式。即在工業(yè)機器人課程中的實踐操作部分中，將實操課堂進行線上線下、現(xiàn)實虛擬的科學分配，并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂與PDCA 循環(huán)等教育理念，進而形成教師引導，學生為主的高質(zhì)量水平教學課堂，教學框架詳見圖1。

圖1 教學模式流程圖

2.1 PDCA 循環(huán)

（1）標準化教學準備。作為PDCA 循環(huán)中的計劃階段，標準化教學準備的主要工作包括：①標準化教案設計，經(jīng)過優(yōu)化完善的教案設計就是教學成功的一半；②標準化教學信息資源準備，其中包含教學內(nèi)容的知識點講解、操作案例解讀、理論實踐測試以及延伸閱讀等；③構(gòu)建數(shù)字教學平臺，通常應具備數(shù)字化的相關課程設計、建設、任務以及督查等功能模塊，為工業(yè)機器人提供現(xiàn)實虛擬實踐教學的全面開展提供信息化支撐。

（2）標準化教學實施。作為PDCA 循環(huán)中的執(zhí)行階段，主要是讓既定的標準化教學目標得以實現(xiàn)，本次將教學授課環(huán)節(jié)分為課前、課中、課后三個部分，教學課中由授課教師組織學生進行集中理論與實踐學習，課前、后則在授課教師引導下，指示學生積極開展線上自主學習作業(yè)，并在合理時間范疇內(nèi)進行疑難知識點解讀。

（3）標準化教學評價。作為PDCA 循環(huán)中的檢查階段是評判其是否達成既定標準化教學目標的重要環(huán)節(jié)。本次擬依據(jù)構(gòu)建的具豐富教學應用功能的數(shù)字信息平臺進行切實有效的標準化教學評價活動，這里面既包含對學生的考核評價，又有對教師授課效果的考核評價?？茖W準確的標準化教學考核評價有助于及時發(fā)現(xiàn)教學中存在的問題，對于提升實踐教學效果十分有益。

（4）標準化教學反思。作為PDCA循環(huán)中的收尾階段，對于標準化教學具有一定的調(diào)節(jié)反饋作用。該環(huán)節(jié)主要是對存在的問題進行系統(tǒng)整理與歸納，進而對標準化教學進行科學優(yōu)化和整合。然后進一步開展下一次的PDCA循環(huán)作業(yè)，已形成更高層次的標準化實踐教學PDCA循環(huán)。

2.2 翻轉(zhuǎn)課堂

（1）課前自學。授課教師在教學前完成教案設計，并將各類數(shù)字信息化教學資源上傳完畢，學生通過多功能教學信息化平臺自主開展線上學習，熟悉相關知識點與實操手冊，并進行工業(yè)機器人方針操作模擬實驗，對于后續(xù)實際操作注意事項具有感官認知。

（2）課中實操。課中授課教師利用實操案例視頻將學生進行情境導入，并通過學生線上學習情況，有針對性地開展疑點難點剖析解讀。再將學生進行試驗分組并展開設備實操試驗，由于在課前學生已經(jīng)進行了離線實操模擬，因此只需要將虛擬實操數(shù)據(jù)進行略微調(diào)整，即可導入實體設備中，極大地提升了實操編程效率。

（3）課后延伸。在完成既定理論知識與實際操作等既定標準化實操任務后，授課教師可以提升一定的實踐課程難度，以便激起學生的主觀學習能動性，進而利用工業(yè)機器人虛擬仿真程序進行延伸任務的完成，促進自身的知識技能得到進一步提升。

3 教學案例

3.1 標準化教學準備

本次標準化教學設計采用課前、課中、課后三個教學實踐環(huán)節(jié)進行授課，各環(huán)節(jié)任務詳情見圖2。線上應用經(jīng)優(yōu)化后的網(wǎng)絡教學超星平臺，并錄入各類型數(shù)字信息化教學平臺；線下選取與我校合作某電子股份有限公司旗下的工業(yè)機器人實驗平臺，并配備有離線試驗操作數(shù)據(jù)記錄功能模塊，以此來進行模擬與現(xiàn)實的實操仿真模擬任務。

圖2 標準化教學各環(huán)節(jié)任務圖

3.2 標準化教學實施

由于學生在課前已經(jīng)利用線上虛擬教學平臺進行了理論與實操預習，對于理論知識中的疑難點與實操中的注意事項均產(chǎn)生了一定認知，因此，在課程實施過程中學生的學習效率將會極大提升，工業(yè)機器人的實操完成度將會有較高標準，在課后也會完成相應的延伸訓練模擬實操任務，充分實現(xiàn)了線上與線下、現(xiàn)實與虛擬間的標準化教學體系相互補充與結(jié)合。

（1）線上仿真。學生需要自行在標準化教學網(wǎng)絡平臺上下載工業(yè)機器人虛擬操作相關文件，并使用特定軟件進行線上仿真模擬試驗操作。具體仿真實操模擬步驟如下：構(gòu)建工業(yè)機器人分揀程序、設計分揀調(diào)控設計方案、規(guī)劃分揀線路軌跡、設定關鍵節(jié)點、編寫離線操作仿真程序、觀察仿真實操模擬結(jié)果。

（2）線下試驗。在線下進行標準化教學實驗時，可以將學生進行仿真模擬操作后的離線程序?qū)牍I(yè)機器人實體設備中，而后根據(jù)教學既定要求積極開展試驗，具體實驗步驟如下：創(chuàng)建工作底板分揀坐標節(jié)點、設置固定通訊信號、規(guī)劃分揀線路軌跡以及分揀點放置程序等，進而形成完整的工業(yè)機器人分揀流程，詳見圖3。實驗教學完畢后，授課教師可以依據(jù)學生不同的實操完成情況，設置不同的模擬仿真操作任務。

圖3 工業(yè)機器人分揀流程圖

3.3 標準化教學評價

本次采取理論考試、現(xiàn)實實操以及調(diào)查問卷的形式對授課教師、上課學生進行標準化教學實踐考核評價，在對學生的評價中涉及線上（仿真實驗、理論考試）、線下（考勤、活躍度）等諸多方面的綜合考量，而對教師的考核評價則主要通過調(diào)查問卷的形式，對其教案設計、傳授內(nèi)容等方面進行客觀評判。除此以外，根據(jù)統(tǒng)計學原則對各類評定指標進行合理的權重評定，以此成為改進標準化教學質(zhì)量的重要客觀依據(jù)。

3.4 標準化教學反思

本次采用“傳統(tǒng)與虛擬”結(jié)合式標準化實踐教學模式應用于我校智能制造專業(yè)某班，與傳統(tǒng)教學模式相比，課堂的教學試驗完成度有了顯著的提升。根據(jù)后續(xù)調(diào)查統(tǒng)計，應用創(chuàng)新標準化試驗的班級學生實體完成率高達92.3%，而采用傳統(tǒng)教學的實體完成率僅為60.8%，詳見表1。統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，創(chuàng)新標準化教學模式充分激發(fā)了學生的主觀能動性，初步形成了我想學習、我愛學習的良好學習氛圍。

表1 實驗任務完成度對比

3.5 標準化教學效果

筆者經(jīng)過一學期的標準化教學實踐，我校智能制造專業(yè)學生對工業(yè)機器人編程與應用這門專業(yè)教學課程的認可度達到90%以上，學生理論水平與實體操作達成度均提升較高，上述存在的教學問題也得到了一定程度的優(yōu)化與改善。教學團隊在“傳統(tǒng)與虛擬”結(jié)合式標準化實踐教學模式的不斷探索中，其標準化教學能力也得到了顯著提升。

4 結(jié)語

基于MR（混合現(xiàn)實）工業(yè)機器人標準化教學模式的構(gòu)建，是結(jié)合了翻轉(zhuǎn)課堂方式與PDCA 循環(huán)原則，以現(xiàn)實手段與虛擬技術相融合的前提下，進行的教師引導、學生主學的標準化教學實踐體系，不但突破了傳統(tǒng)教學中的時空限制，而且有效地解決了學生自主學習積極性不高、實體操作條件不足等諸多難題，對未來的創(chuàng)新模式標準化教學具有一定的理論與實踐借鑒意義。