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        課堂教改案例

        線上線下混合式教學在中職工業機器人專業教學中的應用

        發布時間: 2021-12-13       信息來源:        發布人:方薇        閱讀次數:

        銅陵市中等職業技術教育中心 胡旋

        摘要:基于翻轉課堂的教學方式,以PDCA教學管理循環理論為基礎,配合RobotStudio仿真的互動式實訓教學,建立以中職工業機器人專業為例的《工業機器人編程與操作和《工業機器人離線仿真》兩門課程線上線下混合式教學。針對課堂表現、學習軌跡、團隊協助、實踐創新、成績分析等方面實施效果提出建議:加強線上學習的監控,培養自主學習能力;創建AR+VR+MR”一體課程,提高學積極性;教師深化專業,完善線上線教學資源。提高教學質量,培養中職學生實踐技能,促進社會繁榮發展。

        關鍵詞:工業機器人;線上線下混合式教學;中職教育


         

        2019年國務院提出要進一步加快推動發展職業教育,培養更多的技能型人才,中職教育受到了全社會支持,突出了發展中職教育的必要性和優先性[1]。后疫情時代到來,教育部提出深化《教育信息化2.0行動計劃》[2],面對高速發展的信息社會,緊跟教育信息化發展的步伐,實現新時代復合型人才培養目標。但是中職的學生學習基礎較弱,無法將課堂所學知識靈活運用于實踐,需要改變傳統的線下教學模式,融合現代科技優勢實現中職教學創新發展。

         線上線下混合式教學是將傳統的授課方式和網絡平臺線上學習有機的結合起來,能更好的提高學生學習效率和教學效果[3]。一是從學習的方式和方法出發,以學生為中心,結合網絡化教學平臺,以教師為導向,完成PDCA質量環;二采用多種方式完成教學內容,線上參與平臺學習精品課程、互聯網與虛擬仿真教學、錄制微課等方式將翻轉課堂引入工業機器人實踐教學中;三是開展多元活動設計,通過建設實訓中心、參與校企合作的企業的實習、線下組織學生素質拓展等。

        1混合式教學模式的構建

        筆者是中職學校工業機器人專業教師,專業200名學生參與線上線下混合式教學,課程主要有《工業機器人編程與操作和《工業機器人離線仿真》,教學模式如圖1所示。通過PDCA教學管理循環機制為框架,運用翻轉課堂增加教師和學生互動;實驗教學過程中,將虛擬仿真技術、AR+VR+MR實訓系統有機結合,形成以學生為主體,教師為主導”理論與實踐相結合的高效課堂。

        圖片1.png 

        1工業機器人專業線上線下混合式教學模式

        1.1 PDCA教學管理循環機制

         教學PDCA全過程管理循環是在教學過程中分為四個階段,通過計劃(Plan)、執行(Do)、檢查(Check)、處理(Act),要求課程按照每節完成一個小循環,然后將教學經驗和發現的問題待下一循環去解決。

        計劃階段:教學準備。其主要工作包括:第一是進行教學大綱、日歷、教案和實驗內容的制定和設計,線上準備教學資源,包括視頻、微課、精品課程、PPT、試題庫、文獻閱讀及課外參考書籍目錄等;第二是挑選合適的網絡教學平臺,平臺需要滿足一般應具備課程錄制及上傳課上課下任務發布、線上小組討論及互動答疑、作業考試安排等功能,為線上教學提供平臺渠道;第三是選擇一款工業機器人離線編程軟件機器人仿真設備,為學生自主進行創新性實驗研究提供設備支持。

        執行階段:教學實施?;趯W習通和釘釘兩大平臺,利用混合式教學模式把教學實施分為課前和課中兩個階段教學[4]。教師上傳新知識背景、知識框架、內容復習等錄制到一段微課上傳到線上平臺,發布任務點和資料供學生預習。課中包括線上、線下兩個方面,線下采用傳統教學解題、板書、舉例等方式為同學講解重難點知識,線下上課同時讓學生利用手機、平板或筆記本電腦完成線上平臺的教學模,增加學生的學習興趣及課堂參與度。

        檢查階段:教學評價。分為學生自我評價、學生互評、學生對老師的評價和老師對學生的評價四部分組成。相互反饋教學評價用圖表反映在平臺統計結果里。    

        處理階段:教學反思。該階段需要教學評價過程中發現的問題、不足和學生反饋進行研究,總結教學活動中設計成果的經驗和教學效果反映不佳的教訓,教師據此對教學方法、教學重難點等動態作出合理的改進或調整,完善下個學習階段,找到學生們最喜歡的教學環節和最適合他們的學習方法。

        1.2 翻轉課堂教學模式

        翻轉課堂是學生先通過線上平臺自主學習基礎知識后,再通過課堂上小組討論、隨堂測試、投票、頭腦風暴、成果匯報等活動有針對性和學生互動,形成以學生為中心強調學生實踐動手能力的教學方式,實現教學平臺的翻轉、教學順序的翻轉和師生考核評價的翻轉。

         教學平臺的翻轉,由線下教學轉變成線上線下融合完成教學任務[5]。例如在講述第四章自動流水線的編程調試之前,教師在平臺上通過微課幫助學生復習回顧碼垛機器人的編程與調試相關基礎知識,為新知識學習打好基礎。同時又在平臺發布藥品罐裝流水線和CPU風扇裝配流水線工作的視頻,通過實體教學讓學生對設備有所認知。最后發布小組任務,讓學生自主查閱文獻分別說明PLC控制異步和步進電動機正反轉的方法,提高學生自主學習能力和團隊協助能力。

         教學順序的翻轉,傳統被動的教師教、學生學的方式翻轉成學生通過課前主動學習后,將自學的成果和其他成員探討,向老師提出疑惑和難點。教師成在課堂上扮演組織、調節、引導、輔助的角色,學生在課堂上以小組合作的方式解決問題,先學習基礎知識提高求知渴望,再通過老師對疑難知識點的講述后反復練習,掌握鞏固新知識,成為課堂自主的學習者。

         師生考核評價的翻轉,由線下期中期末考試單一評價學習效果轉變成多元化綜合性考核模式。翻轉課堂強調學生自主能力、團隊協助能力、動手實踐能力和解決問題能力等,強調過程性評價與終結性評價相結合的方式。同時學生對老師進行評價,通過線上平臺不記名和老師進行無障礙溝通,向老師反映教學方式接受程度、課程進度快慢、向老師提供課堂參與活動方式等問題,形成以學生意愿為主、教師引導輔助的教學環節。

        1.3虛實仿真互動式實訓教學模式

        數字化的仿真實驗平臺,利用機器人離線編程仿真軟件(RobotStudio),學生不僅在課堂上學習基本的操作、編程,課下為學生提供了團隊協助創造的實驗環境,滿足多種場合多種操作的實驗訓練。注重中職學生實操能力培養,結合企業的實際需要,實現人才培養的無縫銜接。同時虛擬仿真軟件有利于團隊進行任務型和創新研究型項目,軟件中含有大量的機器人模型以及外部零件,鼓勵學生創建出新型模型,配上虛擬實驗室中smart智能組件,將傳感器和電氣控制相結合,培養團隊的創造能力與研究能力。比如在學習PLC控制異步和步進電動機正反轉、位置控制及回原點運動的理論知識的時候,組織學生仿真軟件上感受機器人應用編程與PLC設備的聯系,全面實現理論與實踐相結合的教學做”一體化教學。

        2混合式教學實施成效

        2.1教學資源和方式多元化

            一是完成了工業機器人典型應用實訓課程的整體式建設,形成包含微課、在線習題等教學資源在內的課程包,二是與廣東三向教儀集團合作開發了工業機器人技術基礎與工業機器人工作站4本校本教材。三是與上海明材教育公司,正在合作進行工業機器人機電一體化生產線的數字孿生技術開發,打造Mint智能制造教育與綜合技能實訓平臺,實現智能仿真工廠與實際智能生產線線上線下相對應的多元化教學實施場景。

        2.2實訓環境持續升級創新

        2016年起,筆者所在學校開始進行智能制造實訓中心項目建設,目前中心建筑面積達1600平方米,設備投資2000萬。圍繞工業機器人技術、機電一體化技術、傳感器技術應用、氣動液壓技術、3D打印等智能制造、VR虛擬現實相關核心技術的一體化實訓體系已初具規模,實訓設施和教學資源全省領先。2021年3月,筆者參與的的全國教育科學“十三五”規劃教育部規劃課題子課題《VR技術與中職實訓課程的融合研究》成功結題。該課題研究聚焦VR技術與中職實訓課程,開展了VR課程的實用性研究、VR課程開發模式的探究、VR課程開發的質量保障策略研究以及VR教育教學模式的應用和推廣。

        2.3學生實踐能力顯著提升

        通過采取上述措施,學校工業機器人專業取得了一定的成績,學生連續多年代表本地市,參加各類國家級別、省級職業院校技能大賽。 2019年在安徽省機工業機器人技術應用比賽中取得二等獎;2019年在全國智能制造技能大賽取得團體二等獎;2020年4月10日,我校學生全國首屆“華航唯實杯”機器人虛擬仿真大賽榮獲全國中職組一等獎,筆者榮獲優秀指導教師。畢業學生中有許多從事工業機器人技術操作與運維、咨詢服務等工作,并有學生振華???、美的集團等知名企業就職。

        3混合式教學的

        3.1加強線上學習的監控,培養自主學習能力

         為了防止學生在安裝和操作學習通線上平臺出現困難,教師先對本專業的班干部及小組隊長進行下載安裝培訓,再由各隊長幫助監督組員完成線上平臺的構建.教師可以通過線上管理學生預習任務完成度,瀏覽記錄和瀏覽時間等平臺會有記錄,成為平時成績組成部分,精準表揚學習積極主動的學生,對有拖延和態度不端正的學生給予鞭策。課中讓學生利用手機、平板或筆記本電腦完成線上平臺的教學模如掃二維碼簽到、設計隨堂測試、投票、組討論、頭腦風暴、成果匯報等活動,運用隨機選人、搶答、相互價打分等方式增加學生的學習興趣及課堂參與度,培養學生相互監督自主學習的能力。

        3.2創建AR+VR+MR”一體課程,激習興

        AR+VR+MR”一體課程是指使用AR立體化課程完成理論學習,聯動人眼與現實世界激發學習興趣;通過VR實訓系統加強學生實操能力,實現環境沉浸及感知的提升;通過 MR 技術實現真實環境與數字對象的共存,學生與虛擬成象產生交互,形成在真實與虛擬完全結合的體驗。2018年我校建設VR教室和VR實訓室,極大的推進學校一體化課程的開發。未來希望學校建立工業機器人AR立體化課程、編程操作自動化VR實訓系統、基于HoloLens全息眼鏡MR構造模型于一體的AR+VR+MR”信息化課程,實現了物質流、能量流和信息流系統的綜合最優化。開辟了中職加工制造專業教學的新路徑,實現了線上線下教學的融會貫通。

        3.3教師深化專業,完善線上線教學資源

        互聯網+”思維,不斷創新教學方法,積極將微課資源、在線平臺、虛擬仿真實訓等運用到線上和線下教學中,教師的教學能力和創新意識也得到了較大提高,實現了教師教學理念從傳統式到智慧式的轉變。教師熟練使用微課錄制、學習通軟件、仿真軟件機器人離線操作系統,平時多找多看積累與專業知識相關的生動素材,也可以根據自己上課的模塊設置,錄制實操和理論微課。除此之外需要教師多多參加研討會,引導學生掌握前沿的專業知識;參與學校學院科研教研項目,拓展高素質師資隊伍;深化校企合作,建立虛實結合實訓系統,培育符合企業社會需求的大國工匠。近三年,筆者所在學校名師工作室團隊成員參加各級各類信息化教學能力大賽獲獎12人次,其中國家級獎項1人次、省級獎項8人次,學校名師工作室團隊連續兩年參加安徽省職業院校技能大賽教學能力大賽并獲獎。

        4、結論

        中職學校工業機器人專業為例,系統介紹通過翻轉課堂的教學方式,以PDCA教學管理循環理論為基礎,配合虛擬仿真技術的互動式實訓教學,建立以中職工業機器人專業為例的線上線下混合式教學模式。學生無論在自主學習能力、團隊協助還是在實踐競賽方面、實習就業方面,都取得了較好的成果,說明該教學模式在中職工業機器人專業具有一定的適用性,可應用該教學模式到相似專業及課程中,豐富完善該體系多元化發展。

        參考文獻:

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