线上线下混合教学模式下机器人技术基础课程建设与实践

吴 翔，张世杰，王 莉，鲁 可

（河南工业大学电气工程学院，河南 郑州 450000）

0 引言

随着我国工业产业技术提升以及智能制造、工业4.0等政策的推广，以及人口红利不断消退，机器人产业近年来高速发展，同时在传统加工制造及各新兴市场上开辟了巨大创新空间，为经济可持续增长提供了强大支持。目前，我国已成为全球最大的机器人市场，并且在工业机器人、服务机器人、特种机器人等不同类型上均有巨大的发展空间[1]。机器人技术在生活服务领域的应用和发展迫切需要大量机器人工程专业人才，因此，依托于产业发展和定位于未来科技创新的机器人工程专业，就成了提供强有力人才支持的重要途径。

机器人工程专业2016年被教育部批准成为本科新专业，作为自动化领域的特设专业，是顺应国家建设需求和国际发展趋势而设立的一个新兴专业。该专业以控制科学与工程、机械工程、计算机科学与技术、材料科学与工程等学科中涉及的机器人科学技术问题为研究对象，综合应用自然科学、工程技术、社会科学、人文科学等相关学科的理论、方法和技术，研究机器人的智能感知、优化控制与系统设计、人机交互模式等学术问题的一个多领域交叉的前沿专业，该专业的核心课程之一，就是机器人技术基础这门专业必修课[2][3]。该课程对于扎实学生的基础知识，增强实践能力具有重要作用。

1 课程建设目标

2021年国务院办公厅的《关于进一步支持大学生创新创业的指导意见》中指出：“纵深推进大众创业万众创新是深入实施创新驱动发展战略的重要支撑，大学生是大众创业万众创新的生力军，支持大学生创新创业具有重要意义”以及“深化高校创新创业教育改革，健全课堂教学、自主学习、结合实践、指导帮扶、文化引领融为一体的高校创新创业教育体系，增强大学生的创新精神、创业意识和创新创业能力”。2020年教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，指出“高校要深化教育教学改革，充分挖掘各类课程思想政治资源，发挥好每门课程的育人作用，全面提高人才培养质量。”因此，符合新工科“跨学科交叉融合”理念，综合感知、控制、机械结构、人机交互等多学科交叉技术领域的机器人技术基础课程，就成为机器人工程专业的入门与基础实践核心课程[4]。

因此，《机器人技术基础》课程的建设目标定位在：课程思政教育融入教学过程的基础上，通过激励学生融合个人理想追求和国家民族事业，提升大学专业课教育立德树人的整体成效[5]。课程教学内容重心侧重培养学生对机器人技术的基本概念与知识的整体理解和掌握，通过线上及线下的混合式教与学的互相促进，能够使学生掌握机器人领域及其交叉学科中的关键实践方法及核心工具，掌握新产品开发和科技成果转化的基本思路、技术及方法，从而实现创新创业的突破和发展[6]。

2 课程教学模式设计

2.1 课程思政的贯彻

《机器人技术基础》中的“课程思政”教育贯彻，其立足点是在讲授专业知识的过程当中，体现立德树人的教育理念，将社会主义核心价值观融入学习的过程中。这个过程要求教师不仅具备专业的理论知识，还要具备从优秀的思政理论，在教学实践过程中，有机地将学习思想和学习内容结合起来。这二者，一个是“内功”，一个是“招式”，只有结合起来运用，才能够构建出全过程的协同、高效、有力思政教育格局。

在贯彻课程思政的教学模式设计中，需要在五个关键环节进行重点突破：

（1）挖掘思政元素：专业课的本质是专业知识与专业基础的传授和夯实，在课程思政的贯彻过程中，切忌生搬硬套，应在知识是如何产生、发展的过程中，提炼挖掘其中的经验和思政元素，提高学生感受共鸣。

（2）制定课程标准：现代化的课程教学中，形成课程团队是一门高质量课程的必备方式，而团队的管理，形成统一的课程标准则成为保证课程质量的有效手段。在制定标准时，应抓大放小，明确必须授课的知识点及内容的同时，给予不同教师不同风格的教学个性化空间。

（3）形成教学档案：课程建设是周期性、迭代性的活动。在建设过程中，需要形成规范性的教学档案和活动记录，使整个流程有据可查，能够将好的技巧、经验、体会等进行分享和交流。

（4）引入学生互动：单项的知识传递效果非常有限，尤其是课程思政的部分，其重点效果在于学生的思考及反馈。可以通过专题小组，将学生的感想、实践体会等及时互动，学习对象实现从被动接受向主动交流之间的转换。

（5）加强团队学习：个人的观点、思路以及经验都具有明显的局限性，课程建设过程中，需要在成立课程团队的基础上，依靠团队力量进行学习和再提升。定期通过思政理论和党的政治理论的学习，加强教师自身思政能力水平。

2.2 理论教学模式设计

《机器人技术基础》课程是一门对理论性和实践性均有较高要求的课程。在理论教学方面，为提升学生的基础学习能力和自学能力，课程的理论教学模式凸显中英文双语教学和线上视频及资料的分享两大特点。

机器人相关课程相比其他经典课程而言，属于比较新的课程，其相关经典、原创高质量书籍中，英文教材比例很大，原版及影印版、开源课程资源丰富。因此，在授课中，开展中英文的双语教学，有助于提升学生自学能力和自学水平。

当前线上学习资源丰富，为双语教学奠定了扎实的基础。在专业课讲授的同时，教师根据学生的英语水平，从基础词汇开始进行语言环境的塑造，能够使学生更容易接受机器人技术中的专业术语，减少学生学习和理解的难度，为之后的科技资料查阅、文献阅读和广泛的国际学术交流打好基础。

另一方面，通过线上课程平台的建设，教师可以帮助学生选择质量更高、效果更好的相关视频、文献等学习资源，使学生能够在更丰富、更新颖、更多元的教学形式中，逐步形成主动学习的能力。尤其是自由度较大的线上资源，可以作为课前预习及准备的有效资料，进一步加强教学时理解，同时降低双语教学带来的难度提升。

2.3 实践教学模式设计

传统实践环节的教学通常会受到教学环境和教学仪器的限制，在不断发展的虚拟仿真实验环境的支持下，能够最大限度地打破原有的硬件限制。《机器人技术》课程可以通过虚拟仿真实验，进行全知识点的实验覆盖，减少巨额硬件投入，实现在教中学，在学中练的线上线下混合实验。

整个课程的实验一方面符合理论教学结构中的各章节知识点，另一方面设置主题项目式实验，通过安排综合性的课后思考和开放性实验，树立学生正确科学的思考方式，锻炼解决问题的能力。另外，项目式的实践教学模式，是创新创业教育实现的有效手段。学生可以通过个体化学习保持独立的创造空间，同时在项目团队中，通过指导教师的引导和团队协作，积累实践经验，完成负责工作。这样的方式，有助于进行跨学科融合，突破学科壁垒，为学生的创新技术和创业孵化提供有效的指引。

在进行内部课程实践环节的基础上，还应加强外部资源的联系与合作。其中包括校内其他相关专业、相关学院的实践组合，校外创新创业主体联合实践基地的创建等。外部资源的联合，不仅能解决一部分实践场地问题，更重要的是，能够拓宽学生视野，增强社会需求对高校教育的引导作用。

3 混合教学模式的实践及持续改进

3.1 混合教学课程内容

根据不同形式的自身特点，线上线下混合教学的形式可以分为以下三种：

（1）线上教师授课+线下实践环节。

（2）线上自主学习+线下教师授课及辅导。

（3）线上自主学习及虚拟实验互动+线下授课及项目辅导。本课程采用第三种形式，使教师和学生不再使教学中的对立单一主体，而是在不同阶段、不同环境下互为主导和主体，相互促进，增进学习效果。

为充分发挥线上线下教学优势，课程按三个步骤设计教学内容：

（1）线上自主学习。教师根据大纲要求及知识点分布，将相关资料或要求发布在网络平台，要求课程学生能够阅读各种类型的资料，进行课程内容预习。

（2）线下导师教学。以综合理论与实践教学目标为导向，在传统课堂及课后辅导过程中，针对前期线上教学活动的开展情况及学生的学习反馈情况，进行具有针对性的辅导。

（3）开展线上线下综合实践辅导。不仅可以结合线上作业及考核平台进行实验实践活动，而且可以更方便的组织各个主体实践项目组进行阶段性汇报、管理与问题解答。

课程大纲及知识点分布情况如表1所示。

表1 《机器人技术基础》课程大纲及知识点分布

3.2 混合教学模式的持续改进

在进行《机器人技术基础》课程的线上线下教学活动时，有如下几个关键环节需要关注并及时保持改进：

（1）确保“自主学习＋线下交流”的师生双主体在线教学模式，避免将学生推向单一自主的全自学模式，避免因学习过程中因难度大或缺乏学习动力等原因造成的低效学习状态。

（2）通过线上及线下、虚拟仿真实验和当面讲授交流的结合，观察、培养学生独立、主动进行实践、深入思考的能力，同时注重给予学生足够的深入思考和解决问题的实践与机会。

（3）有效利用各种线上工具、虚拟仿真工具等，基于教学团队的教研活动，鼓励教师团队开发、更新适用于相关专业学生的定制化实验实践软件平台。

（4）注重线上课程资源的更新，及时解答网络上不同课程资源、不同课程内容之间可能产生的概念模糊、知识点重合等易造成自主学习障碍的问题，提升学生自学效率。

4 结语

《机器人技术基础》课程是新时期培养适用于先进制造、智能制造等领域以及工业高质量发展所需人才的机器人工程专业核心课程。该课程的教学目标不仅要求学生掌握基础理论知识，更需要同时培养实践创新能力，进一步实现创新创业的更高培养目标。结合线上线下教学手段与双创、思政教育的课程建设与改革，对学生的知识学习、内容理解，提升学生学习自主性和学习效率有良好的促进与引导效果。