基于可視化評價系統(tǒng)的桌面式機器人課程的實踐研究

1、PAGE PAGE - 7 -基于可視化評價系統(tǒng)的桌面式機器人課程的實踐研究摘要：在1+X工業(yè)機器人操作與運維實施過程中，存在人均操作時間不足、安全管理難、評價標準模糊、效率低、過程性缺失，反哺教學(xué)能力弱等方面的問題，本項目引入桌面式機器人，結(jié)合校企聯(lián)合開發(fā)的可視化評價系統(tǒng)，從改善教學(xué)環(huán)境著手，利用人工智能技術(shù)提高教學(xué)效率，以數(shù)據(jù)作為教學(xué)的反哺，大大提高了技能教學(xué)的質(zhì)量和效果。關(guān)鍵詞：可視化;桌面式機器人一、研究緣起（一）研究背景國務(wù)院印發(fā)國家職業(yè)教育改革實施方案提出，從2022年開始，將啟動實施“1+X”（學(xué)歷證書+職業(yè)技能等級證書）制度改革行動。作為1+X工業(yè)機器人操作與運維首批試點學(xué)校，

2、旨在培養(yǎng)適應(yīng)浙江企業(yè)工業(yè)機器人編程和維修需要。要求學(xué)生了解工業(yè)機器人的組成結(jié)構(gòu)和基本知識，能在實際應(yīng)用中掌握簡單的操作編程技能。（二）現(xiàn)狀問題工業(yè)機器人在入門教學(xué)過程中會碰到價格昂貴、占地面積大、安全管理難、評價標準模糊、效率低、過程性缺失，反哺教學(xué)能力弱等方面的問題，對于中職學(xué)生的課堂教學(xué)實施有極大的難度。受場地設(shè)備限制，學(xué)生沒有較多時間操控機械臂，編程思維缺乏鍛煉，自主學(xué)習(xí)能力又比較差，缺乏一定的綜合分析能力和技能遷移意識。同時目前的技能教學(xué)評價存在標準模糊、效率低、過程性缺失;手段落后，主觀性強，可信度低;可視化程度差，反哺教學(xué)能力弱等問題。二、研究設(shè)計為解決教學(xué)現(xiàn)狀碰到的問題，選定基于

3、可視化評價系統(tǒng)的桌面式機器人課程作為工業(yè)機器人前置課程，通過桌面型服務(wù)機器人作為入門設(shè)配，以國家工業(yè)機器人操作與運維課程標準為依據(jù)編制桌面型服務(wù)機器人課程標準，為學(xué)習(xí)工業(yè)機器人打下夯實的基礎(chǔ)。通過選用小型的桌面式機器人作為入門設(shè)配：保證人手一臺，讓學(xué)生有足夠的實操機會;安全可靠，運動范圍小，有保護機構(gòu)，不易傷人;功能全面，具備工業(yè)機器人的全部功能，還增加網(wǎng)絡(luò)通信、互聯(lián)控制等功能。利用可視化評價系統(tǒng)的人工智能技術(shù)提高評價效率，以評價數(shù)據(jù)作為教學(xué)的反哺，從而提高技能教學(xué)的質(zhì)量，形成了可視化的技能教學(xué)評價體系，通過對可視化技能教學(xué)評價體系的運用，大大提高了技能教學(xué)評價的精度、信度與效度。三、研究實施

4、（一）課程目標1.掌握機器人基本原理與知識2.了解并掌握圖形化編程操作3.熟練掌握自動化編程能力4.掌握智能生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)5.能夠獨立完成智能物流系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)（二）學(xué)情分析本課程授課班級為高二年級第一學(xué)期電子應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的學(xué)生。學(xué)生有基本的計算機操作能力，經(jīng)過高一的專業(yè)學(xué)習(xí)，對機器人控制有基本的認知，動手能力較強，具備一定的編程能力，對于該課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣很高，但卻沒有嘗試操控過真正的機械臂，編程思維有待訓(xùn)練，自主學(xué)習(xí)能力較差，缺乏一定的綜合分析能力和技能遷移的意識。（三）內(nèi)容策略教學(xué)策略：情境式教學(xué)、合作式教學(xué)、探究式學(xué)習(xí)。教法：任務(wù)驅(qū)動法、情境教學(xué)法。學(xué)法：探究學(xué)習(xí)法、合作學(xué)習(xí)法

5、。（四）資源環(huán)境桌面型機器人（圖1）：體積精巧，一體化的設(shè)計，人手一機，讓每個人通過實操練習(xí)獲得更好的學(xué)習(xí)體驗;可使用PC端控制、APP控制、Python編程、手勢控制、無線控制等多種操作方式;可靈活搭配滑軌、傳送帶、智能小車、視覺等配件，根據(jù)不同需求完成不同實驗項目;豐富的實驗項目，完善的課程體系，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用、智能工廠、工業(yè)4.0等機器人教育的發(fā)展建設(shè)提供廣闊平臺;相比于一般工業(yè)機械臂，具有更高的性價比，也更具有安全性，更加適合于教學(xué)使用，而且操作界面更適合剛剛接觸機械臂的學(xué)習(xí)者與中職學(xué)校的常態(tài)化教學(xué)?？梢暬u價系統(tǒng)：教師通過記錄和分析學(xué)生特征、學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)，及時調(diào)整課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)

6、和方法，增強師生間有效互動，提高課堂教學(xué)效率。有利于推進基于智能技術(shù)的混合式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、項目學(xué)習(xí)、分層教學(xué)，增強學(xué)習(xí)的自主性和探究性;指導(dǎo)學(xué)生選擇契合的學(xué)習(xí)方式、優(yōu)化學(xué)習(xí)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能?？梢暬u價體系主要功能是在數(shù)字化教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，基于AI人工智能技術(shù)，其中還包括圖片識別技術(shù)、軟件操作比對技術(shù)、常規(guī)客觀題自動評價，同時通過平臺實現(xiàn)了學(xué)生操作過程的記錄及計時，使得學(xué)生操作時間介入到評價維度中，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)效率與學(xué)生能力的體現(xiàn)。（五）教學(xué)實施堅持以學(xué)生為中心，以實踐為導(dǎo)向的職業(yè)教育思想，采用理實一體的教學(xué)方法，利用“可視化”評價系統(tǒng)的實時糾錯和自動評價、教學(xué)微視頻、課件和任務(wù)書等教

7、學(xué)手段，實現(xiàn)做中學(xué)，做中教的教學(xué)模式，努力打造“三有”課堂。1.“有趣”通過現(xiàn)實場景的創(chuàng)設(shè)，增加課堂的趣味性。2.“有用”設(shè)計的課題將機械臂的控制與生活實際相結(jié)合。3.“有效”利用“可視化”平臺的實時糾錯反饋和自動評價功能，提高課堂效率。課程實施分為6個部分，以“創(chuàng)-提-析-比-評-拓”的主線進行教學(xué)。創(chuàng)設(shè)情境（教學(xué)導(dǎo)入）：導(dǎo)入的視頻內(nèi)容是與生活實際相結(jié)合的，將實際問題引入課堂，既能啟發(fā)學(xué)生思考，又能順利引出項目，作為導(dǎo)入，還可以起到較好的“暖場”作用。提出任務(wù)（任務(wù)驅(qū)動）：聯(lián)系生活實際給學(xué)生布置任務(wù)，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為上好本課做好準備。分析任務(wù)（實踐鋪墊）：通過教師的分析講解，能

8、幫助學(xué)生將新學(xué)知識和已學(xué)知識有效結(jié)合，理清思路，有利于提高完成任務(wù)的效率。各組PK（完成任務(wù)）：設(shè)置的任務(wù)要有利于分層教學(xué)，通常是設(shè)置基礎(chǔ)任務(wù)和提升任務(wù)。限時、PK的形式可有效集中學(xué)生的注意力，并提高完成任務(wù)的效率。同時，以3人一組的形式完成任務(wù)，能很好地鍛煉學(xué)生的團隊協(xié)作能力。你言我語（評價小結(jié)）：本環(huán)節(jié)以學(xué)生講為主，這樣不但能鍛煉學(xué)生的語言表達能力，也能更好地讓學(xué)生互動互學(xué)。教師的點評小結(jié)，能再一次幫助學(xué)生回顧本次課的所學(xué)、所做，加深印象。開拓創(chuàng)新（課堂延伸）：觀看視頻，新課預(yù)告，可引發(fā)學(xué)生的思考，讓他們對下一次課有所期待，為下次課的順利展開做了良好鋪墊。重難點突破：本課程從機器人控制的基

9、本操作入手，將每一個小知識點以項目的形式呈現(xiàn)，并通過理實一體的方式授課，打好扎實的基礎(chǔ)，最終以兩個綜合項目來提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。項目設(shè)計的原則是盡可能理論聯(lián)系實際，與生活實際相聯(lián)系。比如綜合項目一的物料自動分揀就是模擬打包員的日常工作，通過機械臂的使用來替代打包員的工作，進行打包、貼單、搬貨、碼貨;綜合項目二的工藝品制作，模擬生產(chǎn)流水線的加工制造過程，設(shè)計利用之前所學(xué)3D打印、寫字畫畫和激光雕刻等知識控制機械臂完成扇子吊墜的3D打印、扇面文字的書寫和logo雕刻等設(shè)計。（六）實施成效項目實施過程中的亮點：可視化教學(xué)系統(tǒng)如圖2所示。學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)提升：本課程堅持立德樹人的根本要求，結(jié)合中職學(xué)生

10、學(xué)習(xí)特點，遵循職業(yè)教育人才培養(yǎng)規(guī)律，落實課程思政要求，例如使用的是國產(chǎn)教學(xué)機器人、3D打印國旗、文字書寫“眾志成城、克服困難”，有機融入思想政治教育內(nèi)容，緊密聯(lián)系生活實際，突出應(yīng)用性和實踐性，注重學(xué)生職業(yè)能力和可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)，結(jié)合更高層次人才培養(yǎng)需要，在課程內(nèi)容設(shè)計中強調(diào)敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新的工匠精神。教師通過可視化評價系統(tǒng)呈現(xiàn)評價結(jié)果，分屏對比不規(guī)范操作點評，進一步規(guī)范職業(yè)行為。課后拓展創(chuàng)新任務(wù)，在鞏固學(xué)生的職業(yè)技能的同時，加深了職業(yè)行為習(xí)慣的養(yǎng)成，加速學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成。經(jīng)過課程實踐，各種數(shù)據(jù)指標表明，課程效果較為優(yōu)秀。36人于2022年11月參加了1+X工業(yè)機器人操作運維技能考

11、核，除1人獲得80分以外，其余35人均取得90分以上的技能操作高分。四、診斷反思（一）特色提煉通過多功能高精度輕量型智能實驗機械臂，輕松學(xué)習(xí)工業(yè)機器人基礎(chǔ)知識，通過搬運碼放、3D打印、激光雕刻、寫字畫畫等多種功能，模擬現(xiàn)實場景、激發(fā)學(xué)生興趣、保證人人操作，追求精益求精。通過拓展接口支持二次開發(fā)更多的應(yīng)用場景實現(xiàn)人人創(chuàng)新?？梢暬到y(tǒng)主要是包含了操作示范的可視化、操作過程的可視化、技能評價的可視化三個方面，其中操作過程的可視化主要內(nèi)容是標準化示范、重難點示范、易錯點示范三個方面，是非常重要的教學(xué)資源，是學(xué)生自主學(xué)習(xí)參考的教學(xué)資源路徑，對學(xué)生的技能操作起到一個引導(dǎo)的作用;操作過程的可視化是利用平臺的視頻查看記錄存儲功能，將學(xué)生操作過程可視化，為可視化評價提供視頻、圖片、測試測量數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，從時間、空間、操作、成績等維度為學(xué)生建立一張立體感、多元化的評價。對學(xué)生課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)效果進行橫、縱向?qū)Ρ?，建立一體化的數(shù)字化展示窗口，通過可視化的評價數(shù)據(jù)所示，可以幫助教師制定精準的教學(xué)策略，同時也能激勵學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)積極性，從而提高課堂效率，反哺技能教學(xué)。（二）教學(xué)診斷與改進1.課程倡導(dǎo)“交流”“合作”“探究”的教育方式，