机器人实践教学研究初探

◎ 曲 芳 马晓梅 梁志强 靳晓明 孙 璐

2006 年国务院颁发的《全民科学素质行动计划纲要（2006—2010—2020 年）》指出：“提高公民科学素质，对于增强公民获取和运用科技知识的能力、改善生活质量、实现全面发展，对于提高国家自主创新能力、建设创新型国家具有十分重要的意义。 ”智能机器人科技实践教育就是这样一项融合机械、物理、电子、传感器、计算机信息技术和创新设计的创新实践活动，蕴含着极其丰富的教育资源。 它以全面实施机器人技术、 凸显科学创新精神、 强化校企团队合作、培养高校应用型人才为宗旨。 黑龙江科技大学开展了基于奥地利RTi330 型焊接机器人平台，且适用于本校实际和企业需求的实践教学改革活动。 经历了近六年的栉节沐雨，不断修改完善，目前已基本形成了一种高效的焊接机器人实践教学模式，即“0.5+0.5+1”改革模式。 并对于改进后的教学模式进行分学科、分专业、分班级逐次实验，效果良好。

一、教学改革模式的初步形成

高等学校实践教学改革，是一种以市场和社会需求为导向的运行机制，是学校和用人单位双方共同参与，优势互补，紧密合作，以培养学生的综合素质、职业能力和就业竞争力为目标，利用学校和企业两种不同的教育资源和教育环境，采用课堂教学与学生参加实践有机结合，理论与实践有机结合，课内与课外有机结合，培养适合生产、建设、管理、服务第一线的应用性人才为主要目地的教学模式。

自2007 年我校实训中心成立以来，在实践过程中就做到产学结合，积极回馈社会。 我校把焊接机器人训练中心作为企业和社会的公共资源、公用平台。在与奥地利IGM 机器人有限公司、东安、哈飞和哈尔滨焊接技术研究所等企事业单位的工程师、 技术人员接触的过程中发现我们过去一直沿用的焊接机器人实践培养模式所培养出来的技能人才， 到焊接机器人企业中要解决实际问题时往往还是摸不着头脑，无从下手。 毕业生上岗初期企业还要再开展半年到一年的上岗实践练习， 这使得企业对于毕业生的前期培训费用投入很大，影响生产成本，这也间接导致了毕业生就业率有所下降。 基于这一问题，中心组织教师到哈尔滨工业大学工训中心、 长春工业大学实训中心、上海工程技术大学现代工业中心、安徽科技学院等课改先锋学校考察学习。 在此基础上努力探索，深入研究，大胆创新，不断完善，目前已基本形成了一种高效的机器人实践教学模式，即“0.5+0.5+1”改革模式。

“0.5+0.5+1”改革模式，实施范围针对我校机械类、材料类在校学生。 该模式是指先由教师每年定期到各大焊接机器人企业去走访实习， 深入企业第一线， 及时了解和掌握企业对焊接机器人技能人才的需求及我中心机器人实践教学内容在企业中的实际应用情况， 参考企业需求来制定适宜的人才培养方案，为焊接机器人实践教学提供第一手资料和素材。然后教师按照企业的最新需求， 精炼出每次焊接机器人实践课的内容提纲表。 其中“0.5”是指半节课学生独立报告，“+0.5”是指半节课教师补充报告，“+1”是指师生互动、实践、提问、检测和反馈。

“0.5” 指半节课学生独立作报告即课前按照学号轮到本次课作报告的学生，按照教师上次布置的企业需求内容提纲表上的课程要点， 自主研习，或组成学习小组合作探讨完成“提纲表”，其余学生也要在课前自主研习。 上课时，该学生作课程内容报告，教师和其他学生聆听，仔细记录，发现问题在座学生可以随时纠正。 学生作完报告后，可以向在座每位同学提问，在座同学也可以向授课同学自主提问， 学生回答问题情况记为平时成绩的一部分，踊跃发言者，可视情况给予加分。 在学生自主研习阶段，学生可以利用一切学习资源，如翻阅教材、参考书，查询、搜索网上信息、内容、模型、图片，观看相关焊接机器人焊接作业视频来完成好 “提纲表”的内容。在这个阶段，课堂的主人是学生本人。作报告期间，学生自主掌握课堂，教师只需做好听众，仔细记录即可。

“+0.5”指半节课教师补充报告，学生在前“0.5”独立作报告阶段，通过自主学习已经充分暴露问题，教师在“+0.5”补充报告阶段，在仔细记录，汇总问题的基础上挑出主要问题集中讲解， 个别疑难问题再单独辅导， 同时对于重点和难点问题再次强调以加深印象。 两个半节课程合为一个教学报告过程，共同解决一组或几组教学问题。 这样，大大节省了课堂时间，有效提高授课效率。

“+1”指师生互动、实践、提问、检测和反馈。以创新设计项目和各大焊接机器人企业最新需求、 承接的设计项目为目标，引导学生带着任务去调查研究、搜集一手和二手资料，提高学习的主动性和目的性。学会在焊接机器人实践活动中解决项目中涉及的主要问题，有针对性地在实践中互动、提问相关知识，并帮助教师检测和反馈当堂的学习效果， 使学生全部融入有意义的任务中。 学生可以采用两种途径根据创新设计教学法来解决问题。

一是教师个别精要辅导。 拿过来一个项目，学生经过本人或学习小组讨论后仍然无法解决的问题，教师提纲挈领的精要辅导、讲解方法，并引导学生对接下来机器人实践练习的一系列类似问题举一反三，学会解决问题的方法。

二是分组汇报进展和成果。 学生两两一组，以报告、演讲或辩论的方式汇报、总结实践练习成果，以“学生教学生”的方式达到互动学习的目的。 在互动过程中，学生将信息及时有效地反馈给教师，同时教师还可以检测学生的学习积极性和学习效果， 大大提高了课堂教学效率。

二、“0.5+0.5+1”教学改革模式的效果

1.学生方面

（1）拉近学生距离，增强互动性。 由于是学生本人参与授课，所以积极性很高，其余学生对此种模式感到新鲜、好奇，同时拉近了学生和讲课者的距离，增加了学生和讲课者的共同语言。 尤其现在大学学生基本上全是“90 后”，“90 后”与“90 后”之间特有的语言也让课堂上精彩不断，学生减轻了束缚和压力，课堂轻松而活跃，互动性增强，学习效率提高，学生你追我赶，争取把报告作的更好。

（2）有利于提高学生的创新思维能力。 学生、教师分别从各自的角度、观点出发，阐述对问题的新鲜见解和解决方法，扩大了学生的知识面和听课内容，拓展了学生的固定思维， 有效地培养了学生的创新思维能力，这些能力对于大学生走出校门、走向社会或者成功创业都是非常重要的， 同时也为后续的创新设计项目奠定了坚实的基础。

（3）真正实现了“教师为导向，学生为主人”。 由于是学生自主参与学习、授课、互动、实践和提问过程，所以在各个环节中出现的问题，学生都会印象深刻，“0.5+0.5+1”的课堂让学生成为学习的主体，抛弃被动的接受者。 打破了多年来学生“被动学”的课堂局面，由课堂上教师满堂灌到学生当主人。

2.教师方面

（1）减小代沟，幽默治学。 通过体验、尝试作一名听众， 可以深入了解学生内心的真实想法以及归纳总结并采用一种学生欢迎的方式来开展以后的授课任务。 通过学习、理解不同年龄段人的语言、网络术语、玩笑方式等，缩短差距，减小代沟，并有所取舍地引用、穿插进自己的讲课内容中，以消除学生上课时的疲劳、不感兴趣，减少课堂睡觉、开小差、玩手机游戏、发微信等情况。 由被动斥责、要求学生注意听讲到以生动、幽默语言主动吸引学生，课堂中每完成一个教学任务以后， 都奖励学生一个笑话或生活小趣事来缓解一下紧张的学习气氛。 同时教师应该随时注意观察学生的一举一动，听课状态，感觉学习气氛沉闷就立刻转换话题， 以提问或小竞赛的方式来引起学生的兴趣。

（2）节省时间，提高效率。 通过学生课前自主研习的方式，充分暴露学生普遍存在的问题，然后教师在补充报告的过程中汇总问题，并进行取舍，挑出主要问题集中讲解，个别疑难问题再单独辅导，不占用课堂宝贵时间。 这样一来可以大大节

约课堂时间，有效提高授课效率。

（3）提高熟练度，扎实基本功。 在“+1”师生互动、实践、提问、检测和反馈环节， 要求教师必须十分熟悉课程大纲、课程难点、重点，定准目标，吃透教材，摸准学情，确定方法。 做到教学内容梯度化，教学对象层次化，教学效果优质化。 这就要求实践教师具备扎实的基本功，设置超前的教学内容，预测到焊接机器人未来的发展趋势和发展动态，与时俱进，提高对于课堂教学秩序的引导、把握的熟练度。

表1 新的教学方法实施前后企业满意程度表

三、“0.5+0.5+1”教学改革模式存在的不足

1.学习小组组长存在“代理包办”问题

“+1”阶段学生分组讨论互动环节，某些学生存在偷懒现象，全部问题交由小组组长“代理包办”，教师解决问题时，实际上只解决了组长一人的问题，组员实际上参与其中不多。

2.学生独立报告阶段“发言”问题

由于学生按照学号来完成“0.5” 阶段的独立报告，某些学生因非本次报告人，在作报告学生提问阶段开小差，发言提问不积极，置身事外，有时还会拿着别人讨论好的问题发言。

当然，这一“0.5+0.5+1”教学改革模式还存在很多的不足，其中还遇到一些问题比较突出和棘手，在今后的焊接机器人实践教学研究和改革过程中还有待解决。

2010 年以来， 我校按照上述实践教学改革模式在机械类、 材料类在校学生中进行了分学科、 分专业、 分班级逐次实验， 并对2005 届教改实施前和2007 届、2008 届教改实施后毕业生做了后续跟踪反馈体系，跟踪、辅导、调研实践教学改革的效果，结果表明企业对我校培养的毕业生满意度明显提高，见表1 所示。

我校在奥地利RTi330 型焊接机器人教学平台上居安思危，借鉴课改先锋院校经验，结合我校实际情况，大胆创新，研制开发了一套适用于自己的实践教学改革模式。 通过对机械类、材料类在校学生进行分学科、分专业、分班级逐次实验后，效果显著，企业满意度明显提高，取得好成绩成为必然，提高毕业生就业率，拉动中心经济，为本校毕业生就业工作做出应有贡献。

[1]王同聚.智能机器人实验为教育开启创新之门[J].中小学信息技术教育，2006，(10).

[2]杨兴富.一种面向全体学生且高效的教学模式[J].学理论，2012，(12).

[3]孙炎.职业教育中焊接理论教学之我见[J].教学交流，2010，(9).

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