混合式教学模式下“工业机器人技术及应用”课程教学设计研究

摘 要：随着智能算法、微电子技术、智慧工厂等的发展与应用，工业机器人逐步成为制造业高质量发展的内在动力。通过分析国家政策、产业需求和学生就业三个导向维度，表明工业机器人课程教学亟须改革的必要性。基于此，以“工业机器人技术及应用”课程为例，采用线上线下相结合的方式，设计“课前视频引趣—课中游戏激趣—课后巩固增趣”三段式混合教学模式，以期切实提升工业机器人课程的教学效果，为国家培养工业机器人专业应用型人才提供新视角。

关键词：混合式教学模式 “工业机器人技术及应用” 课程设计 线上线下相结合

伴随着第四次工业革命——工业4.0时代的到来以及物联网应用技术的快速发展，未来制造业将趋向于高精度、高质量、高效率以及高度定制化的生产特点。作为“制造业”的核心，机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其技术研发、生产制造、应用推广是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志[1]，为经济社会发展注入了强劲动能。工信部装备工业一司副司长郭守刚在“大力发展高端装备制造业”主题新闻发布会上指出，“我国机器人产业规模快速增长，2021年工业机器人产量达36.6万台，比2015年增长了10倍，稳居全球第一大工业机器人市场”。然而，工业机器人领域同样也存在劳动力短缺、技术人员不足、人才供需矛盾凸显和关键核心技术被卡脖子等显著问题，为有力支撑机器人产业的高质量发展，需加强工业机器人专业课程教学，培养更多的工业机器人技术人才。课程作为最关键的知识载体，只有保证课程教学内容的合理性、前瞻性和科学性，才能助推学生适应不断变化的工作需求，实现人才供给与产业需求同频共振的发展目标，推动形成产教良性互动的发展格局。

1 混合式教学模式的概念阐释

国内最早正式倡导混合教学模式的是何克抗教授，他认为所谓Blending Learning就是要把传统学习方式的优势和e-Learning（即数字化或网络化学习）的优势结合起来，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[2]。根据不同学者的概念界定和阐释，本研究认为混合教学是传统面对面教学和电子学习体验的整合，是教学中的一种数字集成。混合教学以技术手段为支撑，通过消除传统障碍和新颖的授课工具和学习方式，将教育从以教师为中心转变为以学生为中心，根据学习者的需求、提供的学习内容和可用资源的不同，而增加主体参与的个性化和灵活度，还有可能增加教学与参与者之间的交流互动，从而改善学习效果。无论是何种定义类别，都需要考虑“1＋1能否产生大于2”的教学效果，即将教师的最佳教学与最好的技术相结合从而产生更好的教学效果。

2 工业机器人课程教学改革的必要性

2.1 国家政策导向

2014年6月，习近平总书记在两院院士大会上强调：“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点。机器人作为新兴技术的重要载体和现代产业的关键装备，引领产业数字化发展、智能化升级，不断孕育新产业新模式新业态，是加速发展先进制造业、建设制造强国的重要装备和手段[3]。从2015年至2023年，国务院、国家发展和改革委员会、工业和信息化部等相关部门出台《中国制造2025》《机器人产业发展规划（2016-2020）》《关于促进机器人产业健康发展的通知》《“十四五”机器人产业发展规划》《“机器人+”应用行动实施方案》等多份政策文件，指出“要扩大机器人市场应用，推进机器人领域的创新和产业化”。通过国家政策文件的深入推进与宏观政策取向的有效落实，旨在着力推动工业机器人产业的创新驱动发展，推进工业机器人关键核心技术攻关，拓宽工业机器人行业广度和深度的应用渠道。并且从近几年全国工业机器人行业需求来看，企业对工业机器人操作人员、智能视觉及检测技术人员等岗位的需求增多，工业机器人技术方面的人才缺口巨大[4]。因此，在国家政策导向下，为了实现经济社会高质量发展目标，加快中国制造业转型升级的步伐，有必要推进工业机器人课程的改革创新，以适应现代工业的需求。

2.2 产业需求导向

随着工业机器人技术与航空航天、制造业、医疗健康、养老服务等领域的深度融合，工业机器人产业发展迎来了更新迭代、转型提速的窗口期。根据国际机器人联合会（IFR）统计数据和中国电子学会整理资料显示，2017至2023年，全球工业机器人销售额在短暂下降后在2021年强劲反弹，销售额继续逐年增高，预计2024年有望达到230亿美元；与全球工业机器人销售额不同的是，中国工业机器人市场销售额持续呈现增长态势，从2017年的66亿逐年增加到2023年的99亿美元，预计2024年有望达到115亿美元。通过全球与中国工业机器人销售额数据表明，工业机器人产业正处于市场火爆需求的大风口，未来将有更多的工业机器人产品替代人类完成更复杂、更危险的工作，并逐步应用渗透到各行各业以及日常生活中。

为了解和把握工业机器人课堂教学实施现状，本研究通过梳理相关文献，发现“工业机器人技术及应用”课程仍存在教学模式单一、培养目标存在差异、学习内容具有较强理论性、涉及的概念较为抽象等问题[4]，以至于毕业生就业胜任能力与用人单位岗位需求能力出现结构性错配，学生就业压力更加突出。因此，为解决学生“就业难”“慢就业”和工业机器人企业“招工难”“用工荒”的现实窘境，推动工业机器人产业优化升级，提升智能化水平，实现各领域的广泛应用，需以产业行业需求为导向培养工业机器人专业应用型人才，工业机器人课程改革已然成为重中之重。

2.3 学生就业导向

应用型人才培养的本质属性是以服务社会经济发展为宗旨和目标，旨在通过培养高素质技术技能型人才，实现人才培养与国家需要、市场需求的无缝对接。首先，在《中国制造2025》规划中，工业机器人作为未来工业发展的重要方向之一，机器人领域缺工现象逐渐暴露出来。职业院校作为育人的重要场所，担负着为国家培养、输送生产、建设、维修、服务等应用型人才的重任。因此，国家政策倾斜和产业需求导向也会影响学生就业选择，若“工业机器人技术及应用”课程改革可以更好地满足未来产业发展的需求，将课程与实际应用场景结合，更加贴近企业需求，培养出适应未来产业发展需要的高素质技术人才，这有助于学生在未来的就业中更好地适应行业发展变化，帮助学生在未来的就业中更具竞争力，更有发展前景。其次，工业机器人课程的改革还有助于提高学生的实践能力和创新能力。通过实践操作，学生可以更好地掌握工业机器人的操作技能以及行业应用经验，从而在实际工作中更加从容自如。而在创新能力的培养方面，新的工业机器人课程将更加注重实践应用，鼓励学生对问题进行深入思考，寻找解决方案，从而培养创新精神和实践能力。因此，改革工业机器人课程不仅可以提高学生的就业竞争力，还可以更好地满足未来产业发展对学生全方位的需求。

3 “工业机器人技术及应用”课程设计路径

“工业机器人技术及应用”课程是为满足工业机器人应用行业培养编程操作、设备调试专业人才需要而开设的一门核心专业课程。通过本课程的讲解与学习，学生能够独立完成工业机器人的操作、编程、安装、调试、维护等工作，为学生从事工业机器人相关专业奠定理论基础和实践基础。本研究以“工业机器人技术及应用”课程为例，设计“课前视频引趣—课中游戏激趣—课后巩固增趣”三段式混合教学模式，并且在实施过程中始终坚持“以学生为中心”和教学反馈改进的两个基本观点。具体过程如下。

3.1 课前视频引趣阶段

兴趣作为一种内驱力，是学习的动力来源。“工业机器人技术及应用”课程作为理论与实践并重的一门课程，教师要根据学生的知识起点、能力水平和可接受性划分知识单元，并积极探索新时代教育教学方法，要做学生学习知识的引路人，引领学生初识课程、了解课程、深入课程。

首先，教师需根据教学内容选取合适的视频资源，达到视频引趣的效果。例如“工业机器人技术及应用”课程第一节课主要讲解工业机器人的发展历史、发展现状、发展前景以及工业机器人的定义和分类等内容，对学生而言，大部分内容仅需要简单了解即可。因此，教师可以遴选省域工业机器人龙头企业的宣传视频，以中国大学MOOC（慕课）、学习通、智慧职教等网络教学平台发布课前学习任务。其次，学生通过观看视频和课前导学不仅可以了解本节课的教学内容、重难点以及学习目标和要求，还能将思政元素融入日常教学中，增强学生的爱国主义情怀和民族自豪感，激励新时代青年接力民族复兴大任、为强国建设贡献青春力量的使命担当。最后，学生可以在发言区表达自己的疑问与困惑；教师也能通过教师平台实时掌握学生的学习进度，记录学生的学习问题，教与学的主体均能更有准备地进入课堂。

3.2 课中游戏激趣阶段

3.2.1 预习检验

在讲授新课之前，教师发布课前测试，测试类型以选择题和判断题为主（如图1所示），其主要目的是检验学生是否仔细认真学习课前导学、观看教学资源等教学内容，测试成绩计入教学任务评价表，作为综合评价的一项考核环节。

3.2.2 知识讲授

首先，教师应再次明确本节课的教学内容、教学目标和教学重难点，提示学生区分标记本节课的重点与非重点内容。其次，在知识讲授环节，若本节课以概念性知识为主，教师应带领学生细分概念中的相关知识点，抓住关键词，并以序号和高光的形式勾画出来，从而帮助学生以关键词为最小知识单元，以知识理解为基础，通过串联关键词的形式掌握对概念知识的理解；若本节课以程序性知识为主，教师应转变教学方法，以讲解例题或分析企业实际案例的方式分步骤带领学生学习相关知识，进而提升学生的问题分析能力和问题解决能力。最后，教师讲解完本节课知识点后，通过收集学生线上平台提出的问题对课前导学进行答惑解疑，教师通过使用“畅课-TronClass”APP中“随机点名”功能抽取学生回答问题，学生回答过程中不仅可以检验学生此节课的学习效果，还能通过学生回答情况帮助教师了解学生的掌握程度，对接下来的课程教学具有一定的参考价值。

3.2.3 课堂练习

课堂练习环节采用线上形式，教师根据教学内容从试题库抽取测试题，将测试题与闯关游戏的方式相结合。首先，教师根据试题难度划分等级，将第一关命名为小试牛刀，第二关渐入佳境，第三关炉火纯青，第四关独孤求败，学生需根据能力自主独立完成试题。其次，教师通过试题完成情况针对性为学生点拨、讲解试题，完成率较高的试题一点而过，完成率中等的试题快速讲解，完成率较低的试题“细嚼慢咽”，着重讲解试题的解题思路和解题方法，帮助学生从试题中吸取经验并激励学生树立“游戏通关”的学习目标。最后，教师在智慧职教、中国大学MOOC（慕课）、学习通等网络教学平台提供每道试题完整的解题步骤和解题思路，学生可通过教学平台自主学习，加强知识的深入理解和应用，进而培养学生知学、好学、乐学的学习品质。

3.2.4 课堂小结

教师随机抽查几名学生，由学生回顾本节课所学习的内容，以此来检查学生上课听讲的效率，最后教师进行补充总结并布置课后作业。

3.3 课后巩固增趣阶段

教师发布课后在线作业，进而达到提升巩固的学习效果。纸质作业以图片的形式上传到网络学习平台，供教师批改审阅；电子作业需学生在规定的时间内完成并提交。教师记录每位学生作业完成情况并对错误学生提供修改意见，加深学生应用所学知识的能力。通过分析作业的完成率和正确率，教师能清晰了解班级学生的学习效果，也能为以后的课程教学提供一定的参考意义。

4 结束语

混合式教学是一种将传统面对面教学和在线教学相结合的教学方法和教学策略，旨在最大程度地充分利用技术来增强教育效果，并为学生提供更加灵活和个性化的学习体验。本研究通过设计“课前视频引趣—课中游戏激趣—课后巩固增趣”三段式混合教学模式，以期为“工业机器人技术及应用”课程的有效改进提供有益探索，扎实做好新时代工业机器人高素质技术人才培养工作。

基金项目：西南交通大学【新工科背景下机械工程复合型人才培养体系研究，JG2021-297】；四川轻化工大学【新工科背景下智能制造创新人才培养专业群建设探索与实践，JG2021-1043】。

参考文献：

[1]工业和信息化部，国家发展改革委，科技部，等.《“十四五”机器人产业发展规划》[EB/OL].（2023-08-19）[2021-12-28].https：//huarong.gov.cn/uploadfiles/202203/20220314153831529.pdf.

[2]何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展（上）[J].电化教育研究，2004（03）：1-6.

[3]《“十四五”机器人产业发展规划》解读[J].自动化博览，2022，39（03）：14-15.

[4]曹雪姣，沈晓斌.工业机器人技术专业“岗课赛证”融合的教学实践——基于1+X证书制度的视角[J].天津中德应用技术大学学报，2023（01）：38-43.

[5]陈林涛，朱衡绅，蓝莹，等.基于工作过程系统化“工业机器人技术基础”课程开发研究[J].教育科学论坛，2023（24）：58-64.

[6]杨立，倪文彬，朱润峰.新工科背景下课程教学改革与探索——《工业机器人技术》课程[J].低碳世界，2019，9（12）：331-332.

[7]黄文涛.《工业机器人技术》课程教学改革实践探析[J].创新创业理论研究与实践，2018，1（14）：17-18.