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基于世赛与BYOD模式的工业机器人课程教学优化

2024-09-02 82 上传者：管理员

摘要：本文探讨工业机器人中职教学领域中的技术演进和面临的教育挑战。随着工业机器人应用的日益普及，培养拥有相关技能的技术人才显得尤为重要。然而，现有教学方法面临技术更新快、复杂度高以及实际应用场景多样性的挑战。本文从工业机器人教学的历史演变、当前技术趋势以及未来教育发展方向等方面展开深入研究。根据世赛“机器人系统集成”项目，结合BYOD教学模式，对中职《工业机器人技术应用》课程进行教学内容、教学策略等方面进行优化。

关键词：
BYOD
世赛
中职教学
工业机器人
技术人员
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1、国内外工业机器人中职教育的发展

1.1 国外工业机器人中职教育的发展

1959年，美国创造出世界第一台工业机器人Robot。在当时，美国工业机器人发展大多依赖技术人员，靠职业教育来培养技术人员是社会进步的重中之重。由此，美国推出了专门培训技术工人的课程，培训的目的是准确地满足企业在生产中的需求。而培训场所也大多在企业中开办。这种职业教育模式每年能为美国提供大量的工业机器人高技能型人才。

在德国，“双元制”模式的职业教育是我国职业教育近年来一直在学习和借鉴的模版。所谓的“双元制”，就是将学生的培养学制分成两部分，学生先是在校学习专业理论和实践技能，后半部分时间到企业里实习。德国的这种教育思维，是以企业的需求为培养目标，课程设置以项目式教学为主，将学生往项目实训的方向去培养。因此，这种教育模式也使学校和企业之间的合作成为了一种良性循环，从本质上实现了真实有效的校企合作。

1.2 国内工业机器人中职教育的发展

随着工业4.0时代的发展，工业机器人在制造业中的应用呈现爆发式增长。为了适应这一发展趋势，工程师和技术从业人员需要掌握先进的机器人技术。因此，工业机器人相关课程成为培养高素质技能人才的重要课程之一[1]。接下来重点分析国内学者对工业机器人中职教育的研究成果。在知网中以“中职工业机器人”为关键字进行搜索，共搜索到331篇学术论文。从2017年开始到2023年，相关学士论文发文量总体呈增长趋势，尤其在2020年达到峰值（图1）。但是发文量相比其他领域并不算高，达到顶峰的2020年也只有70篇，从而可知我国中职院校的工业机器人课程还在探索阶段。

图1 相关论文刊发量

不仅如此，目前职业学校对学生专业技能的培养与企业岗位技能要求之间存在一定差距。由此，实训设备的升级和完善、课程及任务设置的更新修改、师资队伍的能力提升等，都是中职教育面临着的一系列问题和挑战。

2、BYOD模式介绍

BYOD(Bring Your Own Device）原指携带自己的设备（如手机、平板、笔记本电脑等）办公，不被时间、地点、设备、人员、网络环境等条件限制。由此衍生出来的学习模式与传统模式相比，更加智能和便利[2]。

BYOD模式融入教学，具备新颖性，培养学生的创新思维，能够发挥学生的自主学习能力，不再被传统教学模式所局限。

3、世界技能大赛

世界技能大赛对中职院校的课程改革和优化实践教学具有至关重要的意义。通过技能竞赛，可以有效地提高教师专业水平、教学质量，丰富教学资源[3]。通过“以赛促学”，可以将世界技能大赛的赛项具体内容转化并融入教学，可以激发学生的学习兴趣，提高他们的自主学习能力，让教学效果得到有效的提升。

从世界技能大赛项目设置中可以体现出当前最新技术、市场需求等现状，反映出工业机器人产业技术的前沿水平。这要求教师多关注行业动态，了解行业发展，将成熟技术融入教学的同时，要不断更新自己的知识库，并转化为新的知识点传授给学生。

通过技能竞赛，可以激发学生的竞争意识，让学生的学习习惯从被动转变为主动。通过技能比赛，学生能够对自己在专业知识学习与技能训练中的不足有清晰的认知，发现自己和其他选手之间的差距。

4、职业技能竞赛导论

4.1 竞赛目的

通过世赛，能够展示和检验中职院校本专业教学成果和学生的综合能力，引领和推动中职院校教学改革，激发和调动企业参与教学改革的主动性和积极性，并促进中职院校应用型专业人才培养水平的提高[4]。对教师来说，世界技能大赛可以提升教师的专业技能和教学水平。同时，还可以推动学校专业课程的改革，世赛能够促进中职院校的发展，对培养人才具有重要意义。世界技能大赛可以帮助学生拓展知识储备，让学生对所学知识加以灵活运用，使学生的专业技能与企业的生产技术接轨。真正实现产教融合、校企合作。

4.2 竞赛内容

机器人系统集成项目是指为了发挥机器人的作用，需要一个将其集成（组装）到整体的过程，从而发挥其有效性的竞赛项目。根据机器人的应用：如取放、装卸、堆垛、焊接等，机器人系统集成员必须为整个或部分系统的自动化提供技术解决方案。机器人系统集成员必须了解制造过程、控制系统、多关节手臂的技术发展以及机器人化规则的演变。该项目对选手技能和能力的要求主要包括：人际沟通和交流、布局和设计、安装和连接、自动化与编程、运行维护和故障排除、文档简报和报告等。世赛对每个考核点都设置了详尽的内容和要求。评分标准符合职业规范，每项考核内容都尽量贴近企业本工种相对应岗位的工作流程。

5、课程与教学

5.1 课程介绍

《工业机器人技术应用》课程主要内容为：①了解工业机器人结构组成、工作原理；②掌握工业机器人的编程和操作方法，能利用示教器编写程序并调试；③掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法等。该课程的开设主要为了培养学生对工业机器人的编程应用、系统设置以及外围硬件的安装接线，教师围绕搬运、码垛、分拣等工序对学生进行项目式教学。

5.2 基于世赛和BYOD模式的课程教学优化

融入世赛和BYOD模式的一体化教学模式让学生更加灵活地使用手机解决专业问题，对学习的兴趣更加浓厚，增强完成任务的自豪感和荣誉感。同时借助技能竞赛的项目，借助情景教学、任务导入等教学法，采用“教学做”一体化的教学模式，把实训项目作为企业工作任务进行学习和训练，让学生在项目训练中运用、巩固、升华所学的知识，提高技能，培养职业素养。

5.2.1 课前准备

课前，教师使用BYOD模式将教学软资源（包括微课视频、案例、PPT、慧学星、益智教云课堂等）布置课前任务，模拟真实情境。学生通过移动端参与任务预习，自主学习或组队执行任务，之后上传学习成果并打卡。教师通过数据分析学生的易错点和知识难点，让教师能够合理调整线下教学的侧重点。根据课前任务点视频和试题完成情况，对本单元提供的资源进行合理性分析，及时掌握学生反馈意见和建议，及时调整课堂教学设计。

5.2.2 课中学习

在课堂上，以智能手机为媒介的BYOD教学模式，老师可以通过一体化教学“六步法”来开展教学实施过程，将学生合理分组，下发任务单。学生们在执行任务过程中，会接触到新知识，也会遇到技术上的困难。而老师作为引导者，指导学生的自主学习和协作学习相结合，试着去解决难题。老师负责分配任务、重点突破和难点化解、组织小组讨论、讲解工业机器人拆装注意事项、监督、检查、打分[5]。在分组前，为了小组之间实力均衡，老师要根据学生的能力、性格和过去的表现合理分组，互相帮助。为了提高学生的学习积极性，老师会提前设置得分项，让小组之间产生竞争。速度快、质量好且成员参与度高的小组优先得高分。

任务分为常规任务和附加挑战任务，进度快、或想得高分的小组可以选择完成附加任务，。这样既能调动学生的学习竞争力，又能丰富工作任务。利用慧学星、益智教云课堂等APP，学生们登录到云平台提交小组作业、进行在线测验等。

在移动端学习方式之外，教师还会运用多媒体展示、软件仿真、实训操作等多种教学手段，以及采用翻转课堂、创客教学法、角色扮演教学法等教学方法，强调学生的主体作用，培养学生的自主学习能力和综合能力，提升学生探索和解决问题的能力，达到知识与实践的统一。

5.2.3 课后安排

在课后课程考核阶段，教师会在APP发布任务测试设置，尽可能地将知识转化成选择题、判断题进行考核，让学生答题时更加方便。学生将成果提交到学习平台，便于教师查看与批阅，并将学生普遍存在的问题进行整理归纳。老师要根据学生的完成情况，安排课后作业，使学生能够对已学知识进行巩固，深入思考任务执行接下来要解决的问题。不管从学生还是教师的角度，都得到了极大的便利。

5.3 考核方法与评价指标

当每个阶段任务结束时，都会进行一次阶段性考核，倘若成绩排名较靠后，可以在下一个阶段任务中迎头赶上。阶段性考核能够让老师和学生对当前的学习情况有充分的了解，同时能够激发学生的积极性。此外，每一个小组都会定期向大家汇报自己的完成情况，展示自己的成果，并交流经验。特别是程序设计思路，以及调试时遇到的故障是如何诊断和排除的经验。

终结性考核成绩由理论考试、实操考试、项目汇报、工作页、平时表现等多个方面组成。考核的形式包括笔试、表达能力、技能操作等，然后根据权重，得出学生在这门课上的总分。

5.4 新型教学模式验证

5.4.1 教学效果

对优化后的教学模式进行实践应用，验证优化的有效性。对本校电气自动化专业学生进行《工业机器人技术应用》课程教学实施对比。选择A班作为实验班，采取融入世赛+BYOD模式一体化新模式教学策略，B班继续沿用原有的教学模式作为对照班。最后通过测验、问卷调查等方式对两个班学生的整体情况进行对比，来验证新型教学模式的效果。

实验班学生的知识目标、能力目标和质量目标完成情况，对比对照班成绩更为突出。且问卷调查结果显示，课堂活动参与度、教学满意度，实验班明显高于对照班。新型教学模式能够使学生主动去获取知识，更快地掌握专业技能，尤其在实训项目中，水平更加接近世赛要求。如图2所示。

图2 教学效果对比

5.4.2 学生的收获和体验

实验班学生的团结协作能力、数据检索能力和与人交流能力更加突出。学生们普遍认为，使用手机参与教学活动，不仅增加了趣味性还提高了学习效率。并且不少学生在小组分工中能通过角色分工，分析出自己擅长的领域，更有助于思考问题。不仅如此，小组中还会模拟企业轮岗制，每个学生都有机会体验到不同岗位的不同分工，对自己的短板加以补充学习。学生们对应新教学模式态度积极，会主动钻研解决问题的方法。

融入世赛和BYOD模式的一体化教学模式可以激发学生非定式思维，小组间讨论交流，头脑风暴法可以进行灵感碰撞，对同一个问题能够提出多种解决方案，为学生营造出轻松、高自由度的课堂氛围，促进学生综合能力的发展。

6、结论

中职院校教学中引入世赛对人才培养起到了关键性作用。引导学生积极参加大赛，可以显著提高学生的专业技能、社会能力、职业素养等综合性能力。大赛促进了学校现有专业课程的改革，更加了解企业对中职学生专业技能方面的要求。

融入世赛和BYOD模式的一体化教学模式能够发挥学生的主动性，提供少而精的启发式教学，在课堂教学中融入有效的现代技术、新的教学方法和思想政治元素，满足“价值塑造、能力培养、知识教学”三位一体的教学目标，提高教学效果，从而全面提高中职院校的人才培养质量，匹配企业对人才的需求，促进社会发展。

参考文献:

[1]赵崇杰. STEAM理念下中职《工业机器人操作与编程》教学模式改革研究[D].广州:广东技术师范大学, 2022.

[2]陈林涛,朱衡绅,蓝莹,等.基于创新实践能力培养与BYOD模式的“工业机器人”课程教学改革[J].农业工程, 2022, 12(08):112-118. DOI:10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.08.020.

[4]廖功毅.机器人竞赛视角下的中职《工业机器人操作与编程》课程教学优化研究[D].广东技术师范大学, 2023. DOI:10.27729/d.cnki.ggdjs.2023.000017.

[5]何冬康,李骏鹏,类志杰,等.高职院校一体化课程研究———以《工业机器人拆装与维护》为例[J].时代汽车, 2023,(06):36-38.

文章来源:代晗.基于世赛与BYOD模式的工业机器人课程教学优化[J].锻压装备与制造技术,2024,59(04):180-183.