基于微课的《工业机器人》课程教学改革探讨

张秀华，溥 江，姚 宏，苏亚锋，唐正强

(1.贵州民族大学机械电子工程学院，贵州省 贵阳市 550025；2.贵州大学机械工程学院，贵州省 贵阳市 550025)

0 引言

“中国制造2025”、“工业4.0”的提出是制造业转型、升级、创新及发展的重要标志，是推动制造业逐步转向智能化、信息化及数字化方向的主要助力。以智能机器人为代表的智能制造及高端装备是产业转型升级的重要组成，作为目前最先进的生产工具，智能机器人将改变制造业的生产方式及传统模式。如今诸多高校陆续开展机器人相关课程，主要是为了培养既能系统掌握机器人理论知识，还能切实解决实际工程问题并具有创新能力的人才，满足企业在智能制造方面的迫切需求[1，2]。

作为理工科专业的基础课程，《工业机器人》理论较深、公式繁多，且融合多学科知识。在传统教学过程中发现学生往往一知半解，畏难退缩，缺乏学习主动性，教学效果不理想。如何改变课程教学模式，激发学生学习兴趣，提升学习主动性及求知欲，提高学习效率，是当下必须探讨的问题。

1 《工业机器人》课程存在的问题

(1)该课程是一门交叉性学科，几乎涵盖机械专业所有基础理论与原理，抽象的理论与原理造成学生的畏惧感，导致对这门课程丧失兴趣[3]；

(2)各知识点之间逻辑关联性不强，导致学生在理解和应用这些知识点时有一定困难；

(3)传统教学方式是课堂讲授教学，教师占主体地位，学生参与度不够，过于偏重理论灌输，忽视学生分析解决实际问题的能力培养[4]；

(4)学生在学习过程中出现疑问时，往往得不到及时有效地解决，一方面是课时量的限制，教师不能及时解答学生疑问，另一方面是配套的学习资源缺乏。这就导致积累的问题越来越多，学生的兴趣、耐心逐渐耗光。

本文以微课为教学模式，对该课程提供有效的学习资源，培养学生学习的积极性和主动性，从而提高教学效果。

2 微课理论及教学特点

微课是指基于现代信息技术、按照认知规律，将学习过程、学习内容及拓展素材等以零散化、碎片化形态展现的结构化数字资源[5]。针对某一具体知识点完成教学设计后以微视频的形式呈现，微课制作过程主要包括教学内容选择及教学设计、脚本设计、资源准备、视频的录制、视频的编辑和发布等环节[6]，如图1所示。其短小、精炼，瞄准问题关键进行解决，已成为一种将传统课堂教学主题化、细微化及便捷化的现代教学新模式。

图1 微课制作流程

对比传统课堂教学，微课具有以下特点：

(1)课程时间短、资源容量小

使用信息技术对课程中核心内容进行录制编辑，制作成时长5～10分钟、大小几十兆的视频。相对传统五十分钟的一节课，微课以精简或分步的教学模式传输给学生，使学生更能集中精力、提起兴趣来学习视频内容，从而提高学习效率。视频格式一般为rm、wmv、mp4等流媒体格式，既支持网络在线播放也可下载保存到终端设备，达到移动学习效果[7]。

(2)课程内容精炼、目标明确

针对具体一个知识点或教学环节进行教学设计，一节微课就是一个主题，该主题围绕着问题的解决展开。精简的示范案例一般是经典和教师擅长的，这样能使教师最大程度发挥教学设计的优势，对教学内容表达得更清晰更生动，也更容易使学生掌握。

(3)传播迅速、反馈及时

学生可在课程发布的第一时间通过终端设备看到教学视频，便可进行课前自主学习及合理安排学习进度，不必再等到老师来上课才能学习到这些内容。对于自主学习中遇到的问题和困惑，可随时传递给教师进行互动，教师根据学生反馈的情况，及时对课程进行相应调整。

3 基于微课的《工业机器人》课程教学模式改革

(1)选择恰当的微课主题

要将五十分钟的传统课堂讲授内容以十分钟左右的微课形式体现，特别对于工科那些理论性强、枯燥且难懂的知识点，不仅要能够吸引学生注意力，还要求学生能在学习完每个视频后能对所涉及的内容有较深刻的理解和掌握，以此来激发他们的学习兴趣及提升教学效果。故通常以课程的重点、热点、难点及疑点等四个标准作为微课主题选择的依据。

(2)微课教学设计

在确定微课主题后，基于课程知识点分析、学生需求分析等条件确定教学目标；根据教学目标和教学对象进行教学设计；采用合适的方式实施微课教学；课堂教学完成后进行效果评估。

(3)基于《工业机器人》课程微课教学案例设计

《工业机器人》课程的部分内容理论性强，概念较多、且易混淆，还需要学生具有较强的空间想象能力。例如，在学习“机器人运动学”这部分内容时，就需明确机器人手部瞬时的位姿，那么如何确定其手部的空间位姿呢?通常将坐标系建立在机器人的关节上，这些坐标系间的相对位置和方向可用坐标变换来实现，即建立机器人运动学方程。那么各关节上坐标系的方向如何确定?相邻两个坐标系之间的相对变换量如何确定?通常采用“D-H参数法”解决上述问题。该部分内容概念多、易混淆，如果按照传统课堂讲授方式，学生理解掌握较困难。采用包含动画及讲解的微视频方式，可以使学生更直观、更易理解地掌握这部分内容。

基于前述微课教学设计原则，首先根据教学目标和课程特点进行微课教学设计，撰写制作微教案，主要包括教学目标、教学方法选择与设计、教学重难点、教学过程及相关的课后思考题，最后将教学内容录制编辑成微视频。《工业机器人》微教案见表1。

表1 《工业机器人》课程微教案

4 结语

微课应用在高校专业课教学中，可在一定程度上减少学生认知负荷、促进其自主学习，以达到提高教学质量目的。文章基于传统教学模式下《工业机器人》课程存在的弊端、微课在高校的发展现状及《工业机器人》课程特点分析，提出了相应的微课教学模式，并针对一具体主题做了教学设计，这对提高相关专业课程的教学质量、尽快促进微课进入课堂有一定参考意义。