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课堂教改案例
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线上线下混合式教学在中职工业机器人专业教学中的应用

发布时间: 2021-12-13       信息来源:        发布人:        阅读次数:

铜陵市中等职业技术教育中心 胡旋

摘要:基于翻转课堂的教学方式,以PDCA教学管理循环理论为基础,配合RobotStudio仿真的互动式实训教学,建立以中职工业机器人专业为例的《工业机器人编程与操作和《工业机器人离线仿真》两门课程线上线下混合式教学。针对课堂表现、学习轨迹、团队协助、实践创新、成绩分析等方面实施效果提出建议:加强线上学习的监控,培养自主学习能力;创建AR+VR+MR”一体课程,提高学积极性;教师深化专业完善线上线教学资源提高教学质量,培养中职学生实践技能,促进社会繁荣发展

关键词:工业机器人;线上线下混合式教学中职教育


 

2019年国务院提出要进一步加快推动发展职业教育,培养更多的技能型人才,中职教育受到了全社会支持,突出了发展中职教育的必要性和优先性[1]。后疫情时代到来,教育部提出深化《教育信息化2.0行动计划》[2],面对高速发展的信息社会紧跟教育信息化发展的步伐,实现新时代复合型人才培养目标。但是中职的学生学习基础较弱,无法将课堂所学知识灵活运用于实践需要改变传统的线下教学模式融合现代科技优势实现中职教学创新发展

 线上线下混合式教学是将传统的授课方式和网络平台线上学习有机的结合起来,能更好的提高学生学习效率和教学效果[3]。一是从学习的方式和方法出发,以学生为中心,结合网络化教学平台,以教师为导向,完成PDCA质量环;二采用多种方式完成教学内容,线上参与平台学习精品课程、互联网与虚拟仿真教学、录制微课等方式将翻转课堂引入工业机器人实践教学中;三是开展多元活动设计,通过建设实训中心、参与校企合作的企业的实习、线下组织学生素质拓展等

1混合式教学模式的构建

笔者是中职学校工业机器人专业教师专业200名学生参与线上线下混合式教学,课程主要有《工业机器人编程与操作和《工业机器人离线仿真》,教学模式如图1所示通过PDCA教学管理循环机制为框架,运用翻转课堂增加教师和学生互动;实验教学过程中,将虚拟仿真技术、AR+VR+MR实训系统有机结合,形成以学生为主体,教师为主导”理论与实践相结合的高效课堂。

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1工业机器人专业线上线下混合式教学模式

1.1 PDCA教学管理循环机制

 教学PDCA全过程管理循环是在教学过程中分为四个阶段,通过计划(Plan)、执行(Do)、检查(Check)、处理(Act)要求课程按照每节完成一个小循环,然后将教学经验和发现的问题待下一循环去解决。

计划阶段:教学准备。其主要工作包括:第一是进行教学大纲、日历、教案和实验内容的制定和设计,线上准备教学资源,包括视频、微课、精品课程、PPT、试题库文献阅读及课外参考书籍目录等;第二是挑选合适的网络教学平台,平台需要满足一般应具备课程录制及上传课上课下任务发布、线上小组讨论及互动答疑、作业考试安排等功能,为线上教学提供平台渠道第三是选择一款工业机器人离线编程软件机器人仿真设备,为学生自主进行创新性实验研究提供设备支持。

执行阶段:教学实施。基于学习通和钉钉两大平台利用混合式教学模式把教学实施分为课前和课中两个阶段教学[4]教师上传新知识背景、知识框架、内容复习等录制到一段微课上传到线上平台,发布任务点和资料供学生预习。课中包括线上、线下两个方面,线下采用传统教学解题、板书、举例等方式为同学讲解重难点知识,线下上课同时让学生利用手机、平板或笔记本电脑完成线上平台的教学模增加学生的学习兴趣及课堂参与度

检查阶段:教学评价。分为学生自我评价、学生互评、学生对老师的评价和老师对学生的评价四部分组成。相互反馈教学评价用图表反映在平台统计结果里。    

处理阶段:教学反思。该阶段需要教学评价过程中发现的问题、不足和学生反馈进行研究,总结教学活动中设计成果的经验和教学效果反映不佳的教训,教师据此对教学方法、教学重难点等动态作出合理的改进或调整,完善下个学习阶段,找到学生们最喜欢的教学环节和最适合他们的学习方法

1.2 翻转课堂教学模式

翻转课堂是学生先通过线上平台自主学习基础知识后,再通过课堂上小组讨论、随堂测试投票头脑风暴、成果汇报等活动有针对性和学生互动,形成以学生为中心强调学生实践动手能力的教学方式,实现教学平台的翻转、教学顺序的翻转和师生考核评价的翻转。

 教学平台的翻转,由线下教学转变成线上线下融合完成教学任务[5]。例如在讲述第四章自动流水线的编程调试之前,教师在平台上通过微课帮助学生复习回顾码垛机器人的编程与调试相关基础知识,为新知识学习打好基础。同时又在平台发布药品罐装流水线和CPU风扇装配流水线工作的视频,通过实体教学让学生对设备有所认知。最后发布小组任务,让学生自主查阅文献分别说明PLC控制异步和步进电动机正反转的方法,提高学生自主学习能力和团队协助能力。

 教学顺序的翻转,传统被动的教师教学生学的方式翻转成学生通过课前主动学习后,将自学的成果和其他成员探讨,向老师提出疑惑和难点。教师成在课堂上扮演组织、调节、引导、辅助的角色,学生在课堂上以小组合作的方式解决问题,先学习基础知识提高求知渴望,再通过老师对疑难知识点的讲述后反复练习,掌握巩固新知识,成为课堂自主的学习者。

 师生考核评价的翻转,由线下期中期末考试单一评价学习效果转变成多元化综合性考核模式。翻转课堂强调学生自主能力、团队协助能力、动手实践能力和解决问题能力等,强调过程性评价与终结性评价相结合的方式。同时学生对老师进行评价,通过线上平台不记名和老师进行无障碍沟通,向老师反映教学方式接受程度、课程进度快慢、向老师提供课堂参与活动方式等问题,形成以学生意愿为主、教师引导辅助的教学环节

1.3虚实仿真互动式实训教学模式

数字化的仿真实验平台,利用机器人离线编程仿真软件(RobotStudio),学生不仅在课堂上学习基本的操作、编程,课下为学生提供了团队协助创造的实验环境,满足多种场合多种操作的实验训练。注重中职学生实操能力培养,结合企业的实际需要,实现人才培养的无缝衔接。同时虚拟仿真软件有利于团队进行任务型和创新研究型项目软件中含有大量的机器人模型以及外部零件鼓励学生创建出新型模型,配上虚拟实验室中smart智能组件,将传感器和电气控制相结合,培养团队的创造能力与研究能力。比如在学习PLC控制异步和步进电动机正反转、位置控制及回原点运动的理论知识的时候,组织学生仿真软件上感受机器人应用编程与PLC设备的联系,全面实现理论与实践相结合的教学做”一体化教学

2混合式教学实施成效

2.1教学资源和方式多元化

    一是完成了工业机器人典型应用实训课程的整体式建设,形成包含微课、在线习题等教学资源在内的课程包,二是与广东三向教仪集团合作开发了工业机器人技术基础与工业机器人工作站4本校本教材。三是与上海明材教育公司,正在合作进行工业机器人机电一体化生产线的数字孪生技术开发,打造Mint智能制造教育与综合技能实训平台,实现智能仿真工厂与实际智能生产线线上线下相对应的多元化教学实施场景。

2.2实训环境持续升级创新

2016年起,笔者所在学校开始进行智能制造实训中心项目建设,目前中心建筑面积达1600平方米,设备投资2000万。围绕工业机器人技术、机电一体化技术传感器技术应用、气动液压技术3D打印等智能制造VR虚拟现实相关核心技术的一体化实训体系已初具规模,实训设施和教学资源全省领先。2021年3月,笔者参与的的全国教育科学“十三五”规划教育部规划课题子课题《VR技术与中职实训课程的融合研究》成功结题该课题研究聚焦VR技术与中职实训课程,开展了VR课程的实用性研究、VR课程开发模式的探究、VR课程开发的质量保障策略研究以及VR教育教学模式的应用和推广。

2.3学生实践能力显著提升

通过采取上述措施,学校工业机器人专业取得了一定的成绩,学生连续多年代表本地市,参加各类国家级别、省级职业院校技能大赛 2019年在安徽省机工业机器人技术应用比赛中取得二等奖;2019年在全国智能制造技能大赛取得团体二等奖2020年4月10日,我校学生全国首届“华航唯实杯”机器人虚拟仿真大赛荣获全国中职组一等奖笔者荣获优秀指导教师毕业学生中有许多从事工业机器人技术操作与运维、咨询服务等工作,并有学生振华海科、美的集团等知名企业就职

3混合式教学的

3.1加强线上学习的监控,培养自主学习能力

 为了防止学生在安装和操作学习通线上平台出现困难,教师先对本专业的班干部及小组队长进行下载安装培训,再由各队长帮助监督组员完成线上平台的构建.教师可以通过线上管理学生预习任务完成度,浏览记录和浏览时间等平台会有记录,成为平时成绩组成部分,精准表扬学习积极主动的学生,对有拖延和态度不端正的学生给予鞭策。课中让学生利用手机、平板或笔记本电脑完成线上平台的教学模如扫二维码签到、设计随堂测试投票、组讨论头脑风暴、成果汇报等活动,运用随机选人、抢答、相互价打分等方式增加学生的学习兴趣及课堂参与度,培养学生相互监督自主学习的能力。

3.2创建AR+VR+MR”一体课程,激习兴

AR+VR+MR”一体课程是指使用AR立体化课程完成理论学习联动人眼与现实世界激发学习兴趣;通过VR实训系统加强学生实操能力,实现环境沉浸及感知的提升通过 MR 技术实现真实环境与数字对象的共存学生与虚拟成象产生交互,形成在真实与虚拟完全结合的体验2018年我校建设VR教室和VR实训室极大的推进学校一体化课程的开发。未来希望学校建立工业机器人AR立体化课程、编程操作自动化VR实训系统、基于HoloLens全息眼镜MR构造模型于一体的AR+VR+MR”信息化课程,实现了物质流、能量流和信息流系统的综合最优化。开辟了中职加工制造专业教学的新路径,实现了线上线下教学的融会贯通

3.3教师深化专业完善线上线教学资源

互联网+”思维,不断创新教学方法,积极将微课资源、在线平台、虚拟仿真实训等运用到线上和线下教学中,教师的教学能力和创新意识也得到了较大提高,实现了教师教学理念从传统式到智慧式的转变。教师熟练使用微课录制、学习通软件、仿真软件机器人离线操作系统,平时多找多看积累与专业知识相关的生动素材,也可以根据自己上课的模块设置,录制实操和理论微课。除此之外需要教师多多参加研讨会,引导学生掌握前沿的专业知识;参与学校学院科研教研项目,拓展高素质师资队伍;深化校企合作,建立虚实结合实训系统,培育符合企业社会需求的大国工匠近三年,笔者所在学校名师工作室团队成员参加各级各类信息化教学能力大赛获奖12人次,其中国家级奖项1人次、省级奖项8人次,学校名师工作室团队连续两年参加安徽省职业院校技能大赛教学能力大赛并获奖

4、结论

中职学校工业机器人专业为例,系统介绍通过翻转课堂的教学方式,以PDCA教学管理循环理论为基础,配合虚拟仿真技术的互动式实训教学,建立以中职工业机器人专业为例的线上线下混合式教学模式。学生无论在自主学习能力、团队协助还是在实践竞赛方面、实习就业方面,都取得了较好的成果,说明该教学模式在中职工业机器人专业具有一定的适用性,可应用该教学模式到相似专业及课程中,丰富完善该体系多元化发展

参考文献:

[1] 刘凤娟,郑宽明,袁书卷,王磊,龙英艳.教育信息化2.0背景下地方高校师范生信息化教学能力现状与提升对策[J].陕西理工大学学报(社会科学版),2019,37(04):62-67+76.

[2] 冯治.“互联网+”时代线上线下混式教学模式探究[J].现代职业教育,2020(36):176-177.

[3] 张晓亮. 中职计算机基础课程线上线下混合式教学研究[D].河北师范大学,2020

[4] 毛振东. 基于网络教学平台的翻转课堂教学模式的应用研究[D].江西农业大学,2017.

[5] 徐冰宇. 微课程在计算机基础课程教学中的应用研究[D].西北师范大学,2015.

[6] 李琦.面向“中国制造2025”规划的工业机器人技术专业建设研究[J].职业,2017(05):21.

[7] 刘静.基于SPOOC的《管理学》混合式教学改革[J].文化创新比较研究,2019,3(11):104-105.

[8] 刘妍.基于PDCA的高校科研项目全过程管理中的知识产权保护模式研究[J].电子知识产权,2015(03):75-78.

[9] 谢阳. 混合式教学在中职汽车专业教学中的应用研究[D].天津职业技术师范大学,2020.

[10] 郝翠霞,叶晖.工业机器人实训课程的虚拟仿真教学研究[J].实验技术与管理,2018,35(06):144-146.

[11] 郝建豹,林子其,龚俭龙,易焕银.在线工业机器人技术虚拟仿真平台的构建[J].实验技术与管理,2019,36(11):113-116.