席鑫宁 徐金鹏
摘要：从新建构主义视角阐述工业机器人技术SPOC课程的实现模式，以工业机器人码垛为例设计SPOC支架式教学过程，解决传统教学和网络时代出现的新学情之间的矛盾。课程以学生为主体、教师为指导、网络平台为载体，线上线下结合创建学习情境、开发协作学习模式、利用各种信息资源支撑教学过程。框架式的教学结构让学生完成自身知识能力的有意义建构，提高素质能力培养效果。
关键词：新建构主义；SPOC课程；工业机器人技术
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2018）06-0056-04
在中国制造2025的大环境下，工业机器人技术成为职业院校近年重点发展的专业之一。工业机器人技术课程知识结构系统性强、实操技能要求高，要求学生在知识整合、整体统筹、思考探索和动手实践方面都提高到一定层次。传统教学的课堂知识传授加实操训练无法满足学生接收知识和思维训练的更高的要求，因此寻求有效高效的教学模式迫在眉睫。本文以工业机器人技术课程中的“工业机器人码垛工作站”案例为例，尝试在新建构主义指导下进行SPOC课程混合教学模式的建立，以实现教学质量的提高。
一、新建构主义对课程教学的指导
新建构主义是指导多媒体、云信息等新技术手段下教学设计、学习环境创建，以学生为主体来建构学习系统的新理论。其指出要根据个人知识体系的状况和问题解决需要，选择相关的信息与知识，采用零存整取策略进行学习，构建出个性化的知识体系。通过情景、协作、交流、意义建构四大因素来实现学习环境的建构，情景的创建以适应最近发展区来实现，顺应学生的学习规律[1]。新建构主义的课程设计强调以学生为中心，注重情景对意义建构的重要性，协作学习对意义建构的关键作用，关键在于学习环境的设计，利用各种信息资源来支撑学习，学习过程的最终目的是完成意义建构。
新建构主义的教学侧重创建学习环境和各种信息资源，并在教师指导下引导学生通过整合资源、构建系统脉络、协作交流互动评价，无形中实现主动的意义建构。潜移默化提高学生对信息接收、碎片重组、形成思想、构建主动意识的能力。在其指导下的课程可以在任意时间地点、使用任意设备进行，解决了课堂时间有限，教学任务重的问题。利用网络化技术手段，在教师主导下，学生在课下可以自行完成部分学习任务和练习，课堂上进行反思、探讨、交流、解决难题，改变了的教学模式可以提高学生主动学习的热情，也提高了学习的能力[2]。
在工业机器人教学中，有些典型综合工作任务学习对学生岗位技能、工程设计能力、综合开发能力的培养都有很好的效果，如工业机器人搬运码垛等。但此类任务对基础知识、基础能力、逻辑思维能力、实践操作技能的要求较高。在新建构主义指导下，合理地构建教学情境可以让典型综合任务的学习更加有效，提高学生的综合素质。因此，以新建构主义指导工业机器人技术课程教学是比较理想的途径。
二、新建构主义指导下SPOC课程实现模式探究
新建构主义理论为指导的课程是以实践模式为载体来完成课程开发。找到适合工业机器人的课程具體实现方式才能最终完成课程的开发。目前一些新型的教学模式如微课、慕课等在各个学科都有着广泛的应用。微课是围绕某个知识点展开的微型教学活动，以视频为载体，包含与该教学主题相关的教学设计、素材课件、教学反思、练习测试及学生反馈、教师点评等辅助性教学资源。慕课是一种大型开放性网络课程，规模大，不受时间、地点、人数的限制，整个学习过程以学生为中心，让学生进行自主的探究性学习，不断调动学生的兴趣，实现由教师本位向学生本位的转变，关键在于利用网络平台设计学习环节，精心准备教学微视频。
对于工业机器人的校园教学来说，其不仅需要知识点的接收，也需要技能的动手实践。微课作为一种教学资源存在，可以利用其学习基础知识。慕课作为一种互动性强的课程模式，调动学生积极性、互动式的学习可以启发思维训练，自动评价系统使得学习效果量化，对学生学习的自主性有很好的提高作用，但是，网络课程对技能的训练起不到作用。而SPOC（Small Private online Course）的线下线上结合的小规模限制性在线课堂，是校园教学，尤其是像工业机器人这种需要训练技能的综合任务课程的首选教学模式。它是将慕课、微课等在线教学资源（如视频、资料、测验、论坛等）应用到实体校园的一种课程教育模式，具有以下优势：追求高成就的价值观，提供了慕课的一种可持续发展模式，重新定义了教师的作用，创新了教学模式，更加强调学生完整深入的学习体验，有利于提高课程的完成效率。
SPOC课程首先通过在线课堂让学生在课下完成基础知识的学习、基础操作的虚拟仿真练习。利用微课程视频、文档资料、虚拟仿真软件等完成典型工作任务需要的碎片知识的学习；并提供在线的练习，通过自动评价统计学习情况；根据任务目标要求，设置思考性问题，引导学生通过资料搜集、调查等方式，思考完成任务的解决方式；在线设置交流讨论，集思广益，完成线下教学。然后在课堂实践环节，根据线下练习情况进行总结和评价交流，巩固知识点，答疑解惑，通过实践环节完成线下工作任务思考题目的探索和解决，完成工作任务的目标要求，最后通过小组互评、教师点评等方式完成整个教学过程[3]。
在整个教学过程中，学生根据任务要求自行搜索资料、探索解决方案，评价和交流平台激发学生主动学习意识，并在碎片知识学习中自行搭建网络链接链路，形成自我意识；在教师的引导下将知识升华，通过交流协作发散思维、激发创新，自主完成工作任务成功率较高；必不可少的课堂实践环节也锻炼了学生的动手能力，提高技能水平。
在课程教学过程中，教师是课程资源的学习者和整合者，能够根据学生需求整合各种线上和实体资源。在课堂上，教师是指导者和促进者，他们组织学生分组研讨，随时为他们提供个别化指导，共同解决遇到的难题。SPOC对教师的挑战，在于需要仔细设计课程，做出一些示范性的课程设计和教案，提炼出一些适合的方法和手段的建议。
SPOC课程的教学模式设置符合新建构主义的学习自主性、情景创建、协作交流、意义建构、探索创新等因素的要求。线上线下结合突破了传统教学模式的禁锢，解决了教学难题，提高了教学效果，让教与学更有意义。
三、工业机器人技术SPOC课程设计过程
工业机器人技术典型应用很多，如装配、码垛、焊接、切割、搬运等，对学生的综合能力培养有很好的效果，与岗位能力要求可以实现无缝对接，需要学生将工业机器人基础知识、基础操作、编程能力、思维训练等知识和能力综合考虑来完成任务，并能够根据环境任务变化有一定的变通能力。这类综合性较强的课程非常适合使用SPOC课程模式来进行教学。本文以工业机器人码垛为例，详述SPOC课程支架式教学实现过程。
（一）搭脚手架
新建构主义认为，知识的学习有图式、同化、顺应、平衡四个阶段，新的知识对大脑的刺激会纳入原有的图式中，使原有的知识结构发生重组与改造，通过调节从一个平衡状态达到高一层次的平衡状态。提供的新知识要符合最近发展区，才符合认知结构的建立过程。教师在SPOC教学过程中起重要的引导作用，最重要的就是在课前围绕课程主题，按照最近发展区建立知识概念框架，设计教学过程[4]。
搭建的“脚手架”要将工业机器人码垛必备的基础知识纳入其中，才能对后续的码垛综合运用进行有效的学习。教师需要预先提供这些知识的文本资料、视频、练习等资源作为先遣课程的学习材料，和在码垛课程开课前的碎片化资料。还要搜集码垛相关应用视频和工业应用文本资料，让学生对工业机器人码垛案例有初步的了解，作为进行独立探索的资源。搭建工业机器人码垛工作站建立的流程和框架，对工作站控制器的配置、程序样例、调试流程要熟悉，以便在教学过程中能够对学生进行合理的引导。提供思考的问题、讨论的主题，制定过程性评价、结果性评价方案。
（二）进入情景
课前要先引导学生进入码垛主题情景，教师在线发布学习任务，利用虚拟仿真软件将仿真结果录制成视频，让学生查看完成的效果，让学生通过观察回答提出的问题，以此熟悉码垛工作站的配置，了解码垛工作流程，明确码垛具体任务。将答案输入至平台，教师查看并评价。然后发布讨论，让学生广泛搜集市场上真实的码垛视频和资料，并上传至平台供大家一起探讨关于码垛的方式和种类，不同产品的码垛对机器人的选型，工具的要求，需要配置的外围设备，注意事项等，集思广益，拓宽学生的视野。教师适当在讨论区提问引导学生对所需知识进行搜集，将学习任务做到真正的产学结合，增加岗位适应度。
（三）独立探索
完成课前准备工作后，激发学生思考的环节，教师发布论述题，让学生根据任务目标分析工业机器人码垛任务的具体完成步骤，如机器人工作站配置的流程、机器人系统模块的安排、坐标系的设定、程序流程图的编写、框架的建立等。通过教师引导让学生建立整体意识、全局意识，通过建立框架——拆分理解——整体调试的顺序完成探索过程，对于学生认知非常重要，培养学生综合分析能力、解决问题的能力[5]。
（四）资源学习
学生已经明确了任务目标，并制定了完成目标任务的方案，接下来解决具体细节问题。任务所需要的知识的微课视频、文本资料、应用练习已经发布至平台，学生在工业机器人基础知识点的各种信息资源中搜集该任务所需的知识，比如，基本运动指令使用方法、IO信号配置和信号控制指令使用、逻辑控制指令的选取运用等。将其运用到码垛工作站中，进行知识的整合调试分析。利用虚拟仿真软件模拟真实环境进行工作站配置和程序的调试。平台的监控系统可以查看学生的学习进度，发布的练习题目检验学生的学习效果并提供分析数据。之后教师发布讨论，大家将自己的思路共享，探讨思路区别，互相评价评分。该过程让学生学会从海量信息中搜寻自己所需，并学会为我所用，培养了学生分析整合的能力。通过学习掌握了工业机器人的基本知识，任务驱动的方式激发学生主动探索的欲望，互动交流协作也增加了学习的乐趣，提高了学习兴趣。至此线上学习结束。
（五）情景实训
课上教师根据线上学生完成情况进行评价总结，并对线下学习进行查缺补漏、答疑解惑。将任务的流程进行进一步的综合说明，将学生分组之后进入真机实训。学生进行小组内讨论，集合每人的思路討论出统一的完成方法，分配各人的角色完成码垛任务，并根据平台共享的其他人的思路进行对比分析实验。教师为不同程度的学生提供不同层次的思路，分解任务目标，帮助每个人都学有所获。课前线下的学习让学生掌握了必备的知识，有了清晰的思路，使得正式实训学生是有备而来，不会盲目的无从下手，这样便提高了课堂的利用率，也提高了教学效果。学生的动手实践能力、综合分析能力也得到了很好的锻炼[6]。
（六）交流思考
完成既定任务后，教师布置拓展题目，变换码垛的方式、提高码垛任务的难度，让学生能够灵活处理不同的问题。开展小组内协作讨论、小组间竞争互评，这种循序渐进式的学习让学生不断的向金字塔尖迈进，不断地激发思考完成挑战的模式满足了学生的成就感，让其能力体会到探索学习的乐趣。
（七）效果评价
实训结束后，各实训小组将完成的码垛演示过程录制成的视频、工作站配置文件、程序清单、实训总结上传至平台，在讨论区供师生互相参考学习评价。评价不单根据最终结果决定分数，而是设置分类考评表，知识、能力、素质、创新、协作等分别记录，除了分数以外，设置提问型评价，如参与项目的动力有多大，动手能力有多大，在项目中的创新性贡献有多大[7]等，根据评价结果给出任务成绩，完成整个课程的学习。
四、新建构主义指导下工业机器人技术SPOC课程启示
工业机器人技术SPOC课程可以利用搭建支架式的教学模式，创建学习情境（而非教学情景）、开发协作学习模式、利用各种信息资源支撑教学过程，让学生利用先进的技术手段，自行搜集信息、搭建知识框架、独立探索、互动沟通、情景实训、效果评价等，完成知识的主动意义建构。
课前搭建“脚手架”，利用碎片知识学习必备的基础知识，利用虚拟平台练习基本技能，通过情景化的虚拟情景，对工作任务进行分析，引发学生独立思考与探索，通过小组交流、互评等方式，激发学生创新能力。在教师指导下的自主学习突出学生的首创精神，将知识外化，实现自我反馈[8]。
新建构主义指导下的工业机器人技术SPOC课程的实践研究解决了目前工业机器人教学中出现的问题，实现了以教师为指导、学生为主体的教学过程，线上线下的结合增加了学习深度和广度，情景化的项目任务设置激发学生探索与思考的积极性，协作交流讨论互动共享了资源和思想，分层次的任务、引导拓展性的练习激发学生的创新欲望，框架式的教学结构让学生在整个学习过程中完成自身知识能力的有意义建构，不同方式的评价让学习过程量化的同时激励学生的进取心。
参考文献：
[1]李旭，战晔，常丽敏，臧岩.新建构主义理论支撑的微课程教学设计[J].教育教学论坛，2016（10）：168-169.
[2]姚飘，张元.基于新建构主义的“互联网+”课堂教学模式探究[J].信息通信，2017（7）：286-287.
[3]鲍晶晶，江务学.慕课环境下高职《机器人控制技术》混合教学模式的探索与研究[J].现代职业教育，2017（12）：44-46.
[4]焦琳娟，郭会时.新建构主义下基于微课的高校化工类实验教学模式改革[J].实验技术与管理，2017（8）：192-194，202.
[5]许红岩.基于KUKA机器人的项目化教学探索与实践[J].教学改革与实践，2016（3）：127-128.
[6]王燕.机器人技术应用一体化教学改革与实践[J].现代职业教育，2016（1）：180-181.
[7]王新庆，高娟，崔学政，赵学进，吴宝贵.“机器人技术”课程授课方法与考评体系设置研究[J].教育教学论坛，2015（14）：162-163.
[8]魏圆圆.新建构主义视角下“马克思主义基本原理概论”SPOC课程学习[J].思想政治课研究，2017（2）：152-153.
（责任编辑：王璐）
