“八步双循环”教学模式在中职工业机器人专业实训课的应用研究

廖嘉欢

一、前言

《中国制造2025》是国家推进制造业强国发展战略的行为纲领，智能制造是核心和主攻方向，工业机器人是重要的智能制造装备，而工业机器人焊接是目前机器人智能制造最广泛的应用之一。 因此，在中职工业机器人专业实训课中引入“八步双循环”的教学方法，可以真正地把学生培育成适应我国经济社会发展需要的优秀应用型人才，从而可以更有效促进中国制造业自动化机器人领域的不断发展壮大。基于此，本研究人员根据当前“工业机器人焊接空压机底座”实训项目课程体验感差、教师教学以及学生学习积极性低下、教学模式内容单调的状况，在某中职院校实施了“八步双循环”教学模式，以此探索行之有效的中职“工业生产机器人操作与编程”课程教育的创新教学模式。

二、“八步双循环”教学模式的基本原理与体系结构

以任务驱动实施课堂教学。本研究构建“八步双循环”的课堂教学范式，基本遵循每次课的第一课时为理论探究，引导学生针对问题，研究解决方案，进行“研后再改”的学习循环，第二课时为技能训练，指导学生锤炼技术技能，实行“练后再练”的实训循环。具体如图1所示。

由图1可以看出，“八步双循环”的教学模式先是探究循环，然后再实训循环，目的是希望学习者能够在练习中累积经验，而学生的练习也是循环反复的过程，具体如下。

首先进行导入任务：课前导入任务，学生自主学习，教师以学定教。接着课中定方案：第一学时进行探究循环，主要探究解决任务的方案，重点分为以下四个环节：

（1）第一步，探方案：小组探究解决方案，发散思维。充分调动学生学习自主性，尊重学生思想，鼓励学生探究。

（2）第二步，研方案：全班研讨小组方案，思维碰撞。借助信息技术与即时通讯软件，搭建畅所欲言的场所，鼓励学生表达。

（3）第三步，修方案：师生分析修正方案，多元交互。企业导师与教师“双导师”参与教学互动，从企业与学校的不同角度与学生一起分析问题，优化方案。

（4）第四步，验方案：仿真软件验证方案，知行合一。借助仿真软件模拟最终方案是否合理，为实训教学提供理论支撑。

第二课时进行实训循环，首先进行强技能：第二学时主要通过做中学，学中做，检验学生新知，锤炼学生技能，强化技术操作，引导技术创新。重点分为以下四个环节：

（1）第五步，学操作：微课辅助学习操作，直观明了。借助微课，学生可随时学习操作技能，反复观看操作细节，满足不同层次学生的不同学习要求。

（2）第六步，练技能：动手实训练习技能，内化知识。突出实训环节，在动手实操中培养学生技能，发现操作问题，提高职业素养。

（3）第七步，精技术：师生深究技术要点，精益求精。针对实操中遇到的难点，双师出手破难点，口诀辅助学方法，培养学生精益求精的工匠精神。

（4）第八步，得技巧：再次实训强化技能，形成技巧。落实技能训练，针对难点，反复练，夯实技能，习得技巧。

最后是拓视野，通过课后发布拓展任务，开展企业调研活动等拓宽学生视野，了解新工艺、新规范，并在线完成多元评价、反思总结。

三、中职工业机器人专业实训课程“八步双循环”教学模式的应用

根据“八步双循环”教学方法的基本思想和方法，该实验在某中职院校开展过多次，把基于以任务驱动下开展学習的“八步双循环”教学模式，运用到发那科工业机器人焊接空压机底座的实训项目课程中，并分析其效果。

（一）基于“八步双循环”教学模式的实训项目教学目标设计

工业机器人焊接是目前机器人智能制造最广泛的应用之一，本组课立足人才培养方案与课程标准，参照1+X职业技能要求，全面分析学情，根据分层递进、螺旋提升的教学原则，将机器人典型焊接工作站操作与编程的16学时教学内容重组为“四层三阶”7个任务，通过焊接底座支撑脚，学习平焊与焊缝连接，通过焊接底座加强板，学习立焊与参数调整，掌握技能后完成空压机底座的综合加工，最后通过优化批量生产案例学习技术创新，逐步培养学生“强基础、会技能、能创新”三个阶层的能力，如图2所示。

以工业机器人焊接空压机底座实训项目为例，本项目课程以任务驱动开展教学，将“机器人弧焊空压机底座”分解为四层递进式的7个教学模块任务，构建“八步双循环”课堂教学范式，每次课的第一学时主要为理论探究，引导学生针对问题研究解决方案，进行“研后再改”的探究循环。第二学时主要为技能训练，指导学生锤炼技术技能，实行“练后再练”的实训循环。

机器人立焊空压机底座加强板是学习立焊程序的编制，并完成空压机底座加强板的编程与立焊。本次课是在机器人平焊的基础上，通过空压机底座加强板的编程与立焊，掌握立焊编程指令的运用，继续筑牢焊接技能，为完成整个项目打下坚实基础。其教学目标，具体如表1所示。

（二）基于“八步双循环”教学模式的实训项目课程教学内容与教学过程设计

1.教学内容

学生在本节课学习之前已经学习过机器人基本指令，掌握了机器人基本运动的编程与示教、完成了机器人弧焊的平焊编程，但是对于使用弧焊指令进行机器人立焊的编程与操作还缺乏学习与训练。基于“八步双循环”教学模式的“机器人立焊空压机底座加强板”课程教学内容，具体如表2所示。

2.教学流程设计

本节课是基于“八步双循环”的教学过程设计，图3为教学流程。具体而言，教学流程设计包含课前、课中、课后三个部分，其中课中部分包含十二个环节的内容。

课前发布任务并引导学生在线讨论后，第一课时课中首先是小组探究。

（1）组织教学：教师利用超星平台考勤，接着由学生代表分享工匠故事，做到思政为先，强化职业素养，提高学生的学习积极性。

（2）数据反馈：分析平台数据，反馈学生课前自学情况，引出本节课主要内容：空压机底座加强板的其中一条直线的程序编制。教师反馈预习情况，对学生的学习和在预习中展现的个人核心素养进行形成性评价。量化评价展示学生自学情况，做到以学定教。通过知识预习及线上调研，学生为开展课中任务学习做好充分的前期准备，充分发挥自主学习和协作学习的作用。

（3）解决重点：基于“八步双循环”中的“探究循环”，学生按修改后的程序进行仿真验证：空压机底座加强板的其中一条直线的立焊仿真验证。

（4）反馈难点：学生通过软件仿真对比，发现问题：路径方向不一致。接着思考问题：路径方向不一致对焊接有什么影响？

（5）突破难点：“双导师”参与教学互动，引导学生分析路径不同会有什么影响的原因。教师协助企业导师引出正确路径：在企业实际生产中选择：A点到B点（从上至下）：“推焊”。接着企业导师示范操作、教师讲解，双师教学，为解决立焊路径问题提供方法指引，实现本节课学习任务的难点突破。

（6）评价小结：教师引导学生对本节课自评、互评，接着归纳总结相关知识以及反思本节课表现。确定了方案后，第二课时将通过做中学，学中做，锤炼学生技能。

（7）组织教学：学生模拟6s上课仪式，温习安全口号，接着整理工装仪容，做好上机实操准备。规范课堂纪律，强化职业素养，落实职业精神面貌 教育常规化，树立敬业的劳动观念。

（8）游戏巩固：利用希沃游戏，巩固立焊程序的编制。通过小组竞争营造竞争氛围，寓教于乐，培养学生“乐学”信念。

（9）解决重点：教师发布立焊操作步骤的微课至平台，并适当讲解，引导学生利用微课学习立焊操作，完成工艺步骤填写。

（10）反馈难点：学生分小组完成空压机底座加强板的其中一条直线的立焊操作，在操作过程中记录重点步骤，利用平板随时回看微课立焊操作步骤，最后上传视频、图片以及问题至平台。

（11）突破难点：“双导师”参与教学互动，教师引导分析原因，企业导师示范操作：如何调整焊接速度，成功焊接空压机底座加强板的其中一条直线。学生分小组再次实操，完成立焊直线，重点调整焊接速度，巩固内化知识。

（12）评价总结：教师对于学生的实训表现情况进行评价和总结，学生彼此之间讨论关于本节课的学习思路，如立焊程序编制的细节和注意事项、焊接路径的选择（从上至下）、匹配焊接速度（提高10%至15%）等。

通过理论探究与实操训练的两个八步双循环，解决了教学体验感差、学习积极性低、教学方法单一等问题，培养学生勇于探索与精益求精的工匠精神。

（三）中职工业机器人专业实训课程“八步双循环”教学模式分析

该研究项目已在某中职院校工业机器人专业开展了研究实验，以发那科工业机器人的工业机器人焊接空压机底座实训课程为例，在实际教学中运用“八步双循环”教学方法时，学习者的主动性、参与度、体验性、动手意识和发现问题与解决问题的能力都大大提高。中职工业机器人专业的“工业机器人操作与編程”课程“八步双循环”的教学方法和常规教学方式并不相同，表3是对两个不同教学方法的比较。

四、总结

从实训的效果及评价上看，学习者的积极性获得明显提高。因为工业机器人的应用随着环境的不同而有所变化，工业机器人的教学很难展示实际生产环境，而采用投屏技术，“双导师”参与示范操作，解决了技能教学过程中“一对多”的难题，同时便于学生反复观摩，助力难点突破，从而提高学生学习的兴趣。

从课程的实施效果上看，学生学习环境得到较大改善。“八步双循环”教学模式在中职工业机器人教学实训中的应用，以任务驱动实施课堂教学，基本遵循每次课的第一课时为理论探究，引导学生针对问题，研究解决方案，进行“研后再改”的学习循环，第二课时为技能训练，指导学生锤炼技术技能，实行“练后再练”的实训循环。课前发布任务并引导学生在线讨论后，第一课时课中首先是小组探究，例如设定工具坐标系有三点法、四点法、六点法，哪种方法更适合呢？接着搭建畅所欲言的场所，鼓励学生表达，确定四点法的具体操作步骤。下一步，“双导师”参与教学互动，解释操作时应该如何精确控制平均误差在合格范围内。最后借助仿真软件模拟方案是否合理。确定了方案后，第二课时将通过做中学，学中做，锤炼学生技能。首先借助微课，学习具体操作。接着学生动手实训，练习技能，内化知识，并反馈实操中的难点。接下来借助移动录播系统，双师出手破难点。最后学生再次实训，强化技能，形成技巧。

综上所述，“八步双循环”教学模式改变了传统的中职实训课的教学模式，能够有效地促进课程、教学设计、授课环境等领域的变革。基于此，本课题提出了以理论与实践相结合、学生进行“八步双循环”学习与教师主导的教学模式，并构建了“八步双循环”教学模式。“八步双循环”教学模式具有循环性、交互性等特点，有效避免了中职学生学习的兴趣较弱、自觉性不强的现象。本研究剖析了当前中职学生在工业机器人实训课程中遇到的难题，并根据上述难题制定了切实可行的实施方案。同时，以工业生产机器人焊接空压机底座为例，对中职“工业生产机器人操作与编程”课程融入探究与实训“八步双循环”模式，不但能够提高学生的学习兴趣，还能够增强其复习的有效性。

责任编辑陈春阳