“双轨四驱”模式下《机器人离线编程与操作》课程的数字化教学创新研究

摘要：以《机器人离线编程与操作》课程为研究对象，积极探索基于数字化技术的教学创新研究。首先，重整教学内容，重组教学流程，形成“双轨四驱”模式；其次，基于数字化技术，创新课程的教学方法；最后，依托数字平台优化课程的评价机制。以期为其它课程的数字化教学提供借鉴与参考。

0 引言

在新一轮的科技革命和产业变革中，产业纷纷向机器人生产模式转变，为此，教育部提出以产业需求建专业。在此背景下，机器人工程专业应运而生。《机器人离线编程与操作》是机器人工程专业的核心课程，其内容抽象、技术复杂，而产业所需的人才，要有复合的知识结构、多元的能力特征。因此纵观教学全过程发现，传统的教学模式已经不能满足人才培养需求。而数字化技术的应用，为学生提供传统的教学难以呈现的学习情境，助力学生掌握晦涩难懂的知识点，沉浸式提升多元技能，正好契合机器人教育教学的需求[1]。

1 数字化教学创新研究的必要性

（1）激发教师的内驱力，提升教师的数字教学胜任力

教师的数字素养是教学创新的一大瓶颈，教师自身对数字化技术研究不够、经验不足，制约着课程的数字化运作。究其根源，是教师在接踵而至的数字化技术面前出现了“技术茫然”，授课中只是借助在线平台推送教学资源包，使得数字化教学与传统教学形成教学孤岛，这显然违背了数字化教学的初衷。而本论文的研究能够为其他教师的数字化教学改革提供借鉴，帮助其渡过技术茫然期，进而激发教师的内驱力，从根本上提升教师的数字教学胜任力。

（2）激发学生的学习动机，提升学生的数字学习适应力

长期以来，传统的封闭教学空间——教室、千篇一律的纸质资源——教材、面对面的授课讲解——教师，消磨殆尽了学生的学习热情和求知欲。调研发现，互联网时代的青年更具有对数字化技术的把控能力。因此本论文通过数字化教学创新，打造适合学生的数字化学习范式，从根本上激发学生的学习动机，进而提升学生的数字学习适应力。

2重整教学内容——“双轨”；重组教学流程——“四驱”

《机器人离线编程与操作》课程的实践性较强，而实验教学是理论知识内化的有效载体，技术技能提升的助推器，学生通过实验逼真形象的沉浸式学习，掌握文字表述难以理解的知识点，以知识点为载体提升相应的技术技能。因此本论文提高课程的实验占比，与理论课时持平，形成理论——实验双轨并行的模式。

因为提高了实验占比，理论知识的课时减少，因此将理论知识的学习分为两个学段进行——在线课程与课堂教学。

在线课程——是将理论知识的简单的、碎片化的知识点以微课等形式发布到在线平台，或者指在线平台中已经建设好的共享、开放的在线课程。

课堂教学——教师在课堂上引导学生将简单的、碎片化知识点串起来，形成系统、完备的知识链。

《机器人离线编程与操作》课程对学生的动手能力提出了更高的要求，如果能将虚拟仿真技术应用于实验教学，不啻为一种有效的教学方式。

虚拟仿真——虚拟仿真是真实机器人的直观呈现，具备其所有功能，且有着真实机器人所没有的特点——可重复操作且不耗材、不损坏机器[2]。

真实实验——只虚不实，学生的实际动手能力很难提升上去，在面对真实机器人时会出现“技术恐慌”症，因此在借助虚拟仿真熟练操作、熟知机器人性能之后，还要进行“真枪实刀”式的实践训练，从根本上提升学生的技术技能。

本论文按照在线课程——课堂教学——虚拟仿真——真实实验四轮驱动模式重组教学流程，并使其互联互通，将碎片化的知识点串联起来，形成基于某一项目的知识——应用——技能的完备体系。

3 创新教学方法

依托“双轨四驱”模式，创新教学方法，针对《机器人离线编程与操作》课程的特点，提出具体的思路。

在线课程——主要采用创设情境法、分析总结法等。教师首先对项目所涵盖的知识点及应用技术进行理解并解读，将其分解成无数个知识点，并制作成内容丰富、情景代入感强的微课视频。

课前，教师提供微课的学习平台，或者将这些知识点以知识图谱或思维导图的形式展示给学生，让学生自主去线上平台学习。学习结束后，教师对线上数据进行统计分析，归纳总结学生线上学习情况，据此制订下一步的课堂教学的方案。此过程以学生为主体。

课堂教学——主要采用问题引导法、讨论交流法等。课中，教师首先根据线上平台的测评数据对学生学习情况进行查缺补漏。接着以知识点为导向、以应用为目标，设置议题，按照“提出问题——分析问题——解决问题——归纳分析”的思路，启发式教学。

一方面教师要将课堂让位于学生，引导学生积极主动地进行议题争论，教师根据争论随时抛出问题以引发学生的讨论与思考；另一方面，教师要引导学生始终围绕问题讨论交流，控制好教学内容，把握好时间节点及知识点的衔接。此过程以教师为主导、学生为主体。

虚拟仿真——主要采用任务驱动法、案例分析法等。教师将实验项目分解成若干任务点，并按照操作顺序形成指导性手册。课前学生借助手册虚拟仿真每一任务，同时通过分析已有案例，探寻问题解决方案。此过程以学生为主体。

真实实验——主要采用项目驱动法、小组合作法等。学生借助虚拟仿真进行了浅层次实际应用后，接下来依托真实机器人，教师课中引导学生小组讨论交流、合作完成项目。此过程以教师为主导、学生为主体。在后续研究中，本论文将会继续完善并丰富教学方法。

4 优化教学评价机制

借助数字化技术，优化教学评价，形成多维多元多样的动态调控机制，能切实反映学生的学习水平，并潜移默化提升其应用能力，拓展其创新思维。

评价过程的多维：在线课程、虚拟仿真、课堂教学、真实实验四个维度，每一维度都要进行评价；

评价主体的多元：在上述的每一维度，分别进行学生自评、学生互评和教师评价；

评价指标的多样：分别在每一维度的自评、互评、教评中，根据课程性质设置不同的量化指标，实施定性评价与定量评价，其评价比值视项目的性质合理分配。

定性评价是指直接做出定性结论的价值判断，比如实验报告的评定等级；而定量评价指没有具体标准和核分要求的评定，视学生对某一任务的完成情况及成果完善程度自由赋分，因此合理制订定量评价指标。

考虑到创新创造能力本就不拘泥于一种固定模态，如果将学生成果按照统一的标准进行核定，本身就是对学生创新创造天分的扼杀，因此在制订定量评价指标时，不拘泥于所谓的“标准答案”，而要着重于培养学生的创造能力与创新思维。

5 结论

（1）依托数字化技术的教学内容与教学流程

将理论知识分别通过在线课程与课堂教学进行；相应的实验操作分别通过虚拟仿真与真实实验设备进行。把课程的内容项目化，每一项目按照在线课程——课堂教学——虚拟仿真——真实实验的流程进行。在线课程辅助理论知识的学习，虚拟仿真辅助实验的操作，这两个数字化技术的呈现形式融合到一个项目的教学循环中，贯通起整个项目的教学。

（2）数字化技术支撑下的教学方法

以项目知识点为主线，以项目应用为导向，以项目所达成的技能为目标，线上线下互相融合、不同数字化技术相互转换、灵活运用，各类教学手段协同，形成以教师为主导、学生为主体的数字化教学新方式，使得教学相长。

参考文献

[1]孙平平，李龙刚，付艳苹.智能制造背景下数控加工虚拟仿真实训教学探索[J].广西广播电视大学学报，2022，33（04）：10-16.

※基金项目：2023年度山东省教育教学高等教育研究一般课题《“双轨四驱”模式下机器人课程群数字化教学创新与实践研究》阶段性成果（课题批准号：2023JXY102）。