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，反哺教學能力弱等方面的問題，本項目引入桌面式機器人，結合校企聯(lián)合開發(fā)的可視化評價系統(tǒng)，從改善教學環(huán)境著手，利用人工智能技術提高教學效率，以數(shù)據(jù)作為教學的反哺，大大提高了技能教學的質量和效果。關鍵詞：可視化;桌面式機器人一、研究緣起（一）研究背景國務院印發(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校，

2、旨在培養(yǎng)適應浙江企業(yè)工業(yè)機器人編程和維修需要。要求學生了解工業(yè)機器人的組成結構和基本知識，能在實際應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，反哺教學能力弱等方面的問題，對于中職學生的課堂教學實施有極大的難度。受場地設備限制，學生沒有較多時間操控機械臂，編程思維缺乏鍛煉，自主學習能力又比較差，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，反哺教學能力弱等問題。二、研究設計為解決教學現(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，通過桌面型服務機器人作為入門設配，以國家工業(yè)機器人操作與運維課程標準為依據(jù)編制桌面型服務機器人課程標準，為學習工業(yè)機器人打下夯實的基礎。通過選用小型的桌面式機器人作為入門設配：保證人手一臺，讓學生有足夠的實操機會;安全可靠，運動范圍小，有保護機構，不易傷人;功能全面，具備工業(yè)機器人的全部功能，還增加網絡通信、互聯(lián)控制等功能。利用可視化評價系統(tǒng)的人工智能技術提高評價效率，以評價數(shù)據(jù)作為教學的反哺，從而提高技能教學的質量，形成了可視化的技能教學評價體系，通過對可視化技能教學評價體系的運用，大大提高了技能教學評價的精度、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.掌握智能生產系統(tǒng)設計與開發(fā)5.能夠獨立完成智能物流系統(tǒng)的設計與開發(fā)（二）學情分析本課程授課班級為高二年級第一學期電子應用技術專業(yè)的學生。學生有基本的計算機操作能力，經過高一的專業(yè)學習，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，對于該課程學習內容的興趣很高，但卻沒有嘗試操控過真正的機械臂，編程思維有待訓練，自主學習能力較差，缺乏一定的綜合分析能力和技能遷移的意識。（三）內容策略教學策略：情境式教學、合作式教學、探究式學習。教法：任務驅動法、情境教學法。學法：探究學習法、合作學習法

5、。（四）資源環(huán)境桌面型機器人（圖1）：體積精巧，一體化的設計，人手一機，讓每個人通過實操練習獲得更好的學習體驗;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)應用、智能工廠、工業(yè)4.0等機器人教育的發(fā)展建設提供廣闊平臺;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，更加適合于教學使用，而且操作界面更適合剛剛接觸機械臂的學習者與中職學校的常態(tài)化教學?？梢暬u價系統(tǒng)：教師通過記錄和分析學生特征、學習行為和學習表現(xiàn)數(shù)據(jù)，及時調整課堂教學結構

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

7、學手段，實現(xiàn)做中學，做中教的教學模式，努力打造“三有”課堂。1.“有趣”通過現(xiàn)實場景的創(chuàng)設，增加課堂的趣味性。2.“有用”設計的課題將機械臂的控制與生活實際相結合。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。創(chuàng)設情境（教學導入）：導入的視頻內容是與生活實際相結合的，將實際問題引入課堂，既能啟發(fā)學生思考，又能順利引出項目，作為導入，還可以起到較好的“暖場”作用。提出任務（任務驅動）：聯(lián)系生活實際給學生布置任務，能更好地激發(fā)學生的學習興趣，為上好本課做好準備。分析任務（實踐鋪墊）：通過教師的分析講解，能

8、幫助學生將新學知識和已學知識有效結合，理清思路，有利于提高完成任務的效率。各組PK（完成任務）：設置的任務要有利于分層教學，通常是設置基礎任務和提升任務。限時、PK的形式可有效集中學生的注意力，并提高完成任務的效率。同時，以3人一組的形式完成任務，能很好地鍛煉學生的團隊協(xié)作能力。你言我語（評價小結）：本環(huán)節(jié)以學生講為主，這樣不但能鍛煉學生的語言表達能力，也能更好地讓學生互動互學。教師的點評小結，能再一次幫助學生回顧本次課的所學、所做，加深印象。開拓創(chuàng)新（課堂延伸）：觀看視頻，新課預告，可引發(fā)學生的思考，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，最終以兩個綜合項目來提高學生的綜合應用能力。項目設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，模擬生產流水線的加工制造過程，設計利用之前所學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雕刻等設計。（六）實施成效項目實施過程中的亮點：可視化教學系統(tǒng)如圖2所示。學生職業(yè)素養(yǎng)提升：本課程堅持立德樹人的根本要求，結合中職學生

10、學習特點，遵循職業(yè)教育人才培養(yǎng)規(guī)律，落實課程思政要求，例如使用的是國產教學機器人、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容，緊密聯(lián)系生活實際，突出應用性和實踐性，注重學生職業(yè)能力和可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)，結合更高層次人才培養(yǎng)需要，在課程內容設計中強調敬業(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，在鞏固學生的職業(yè)技能的同時，加深了職業(yè)行為習慣的養(yǎng)成，加速學生的職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成。經過課程實踐，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，輕松學習工業(yè)機器人基礎知識，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，是非常重要的教學資源，是學生自主學習參考的教學資源路徑，對學生的技能操作起到一個引導的作用;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、成績等維度為學生建立一張立體感、多元化的評價。對學生課堂表現(xiàn)、學習效果進行橫、縱向對比，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策略，同時也能激勵學生的課堂學習積極性，從而提高課堂效率，反哺技能教學。（二）教學診斷與改進1.課程倡導“交流”“合作”“探究”的教育方式，