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第 10 期2018 年 10 月 10 日
中图分类号：G642
文章编号：1672-5913(2018)10-0033-05智能机器人技术及其仿真课程混合式教学实践 与效果评估
王旭仁，冯安然，熊子晗
（首都师范大学 信息工程学院，北京100048）
摘 要：依据开展混合式教学的目标，从课程内容、支撑平台和混合模式3方面提出混合式教学的总体思路，基于首都师范大学智能机器人技术及其仿真课程2016—2017年度开展的混合式教学实践，从混合式教学设计、在线学习监督分析、现场教学环节设计、教学效果分析等几个方面进行尝试，研究发现混合 式教学模式能够提高学生的学习积极性，增强学生的团队协作意识和自我表达能力，提升学生对知识的总结归纳和运用能力，但混合式教学模式对教师提出了更高的要求，教师要勇于创新，挖掘混合式教学模式的优势，提出更多的课堂教学形式。 关键词：智能机器人技术及其仿真；
拉挤模具
MOOC；在线教育；混合式教学；翻转课堂0 引 言
互联网技术的发展给教育带来了全新的挑战。“互联网+教育”实质就是利用以MOOC 为代表的教育信息技术，实现以学生为中心的教学改革[1]。混合式教学、翻转课堂教学为教师提供了全新的教学模式。
1 开展混合式教学的目标
智能机器人技术及其仿真课程是面向计算机专业大三学生的专业选修课，授课内容量大、具有一定理论深度，再加上授课时间有限，不利于学生上课消化吸收。
混合式学习是随着对网络学习的反思和传统课堂学习的回归而逐渐被关注的一种学习策略和学习理念。混合式学习是指以教学目标为导向，在多种学习理论指导下，根据学习内容、学习者及教师自身条件，混合“面对面教学”“网络学习”混合式教学“实践”3种方式来实施教学的一种策略。混合式教学是
将面对面教学和网络学
基金项目：国家自然科学基金项目（61373161）器械消毒
；中国科学院信息工程研究所中国科学院网络测评技术重点实验室开放课题（2017）。
第一作者简介：王旭仁，女，副教授，研究方向为智能科学、网络信息安全，wang-xuren@163。
习进行了有效整合的一种教学方式。
对智能机器人技术及其仿真进行混合教学，强调以学为主；方式上采用探究学习、自主学习、合作学习等多种方式。课程采用混合式教学的教学目标是：①知识目标，通过网络学习，学生系统地学习和掌握机器人基本理论和概念。强调以学生为中心，以自主学习为主要方式[2]。②能力目标，通过课堂讲授和实践环节，使学生系统地学习和掌握机器人基础技能，例如使用传感器及其处理电路、使用机器人的计算机硬件、对机器人进行驱动控制、机器人的编程等，提高分析问题和解决问题的能力。强调合作学习、探究学习。③情感目标，通过网络学习和课堂教学实践，培养学生的创新能力、观察力，增强学生的动手能力、小组协作的精神以及竞争的意识。
2 混合式教学总体思路
提前放电避雷针
2.1 课程基本信息
智能机器人技术及其仿真课程主要包括机器人发展历史、机器人运动学、机器人静力学和动
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风湿油力学分析、机器人轨迹规划、机器人本体基本结构、机器人的控制系统、机器人的编程语言、工业机器人、操纵型机器人、智能机器人的发展、机器人仿真等内容，每学期共计48学时/3学分，选课人数20~60人。
2.2 支撑平台
中国大学MOOC 平台是网易联手高教社推
出的云端在线教育平台，平台提供了多种功能。
教师可以在课程首
页发布微视频、课
件、单元测验与作业，可以通过查看每节课程的浏览量、
讨论区的发帖情况、
测验与作业的完成
情况等课程信息来
了解学生的整体学习情况，也可以通过批改学生的测验与作业来了解学生
的学习进度。其中，微视频中可以穿插一些小测验来加深学生对知识点的记忆，也可以提出一个话题来供学生讨论。
2.3 混合模式
混合学习模式是线上学习与线下学习的混合，但其更深层次是优化、选择和组合教学环境、教学资源等[3]，有利于学习者开展学习。同时，混合学习模式既发挥教师引导、启发的主导作用，又充分体现
学生学习过程的主体作用。
翻转课堂的实施连接了课前学习与课堂学习，整合了丰富的技术环境，改变了师生角，体现了混合学习策略[4]。翻转课堂的本质是教学流程的转变，由传统的先教后学转变为先学后教，将知识传递的任务放在课前，学生通过自主观看微视频来获取基础知识，而课堂上则由教师指导学生克服疑难点，完成知识的内化与吸收。
智能机器人技术及其仿真课程的线上部分是在中国大学MOOC 平台的支撑下创建的学习资源充足、呈现形式丰富的网络课程。开课前，利用平台构建自主学习环境并根据课程特点进行教学设计和课程开发；开课后，同时开展课堂教学和网上自主学习、协作学习，及时进行混合式教
学评价，根据教学评价结果来修改课程的教学设计和学习活动安排。
3 在线教学环节设计
智能机器人技术及其仿真课程使用中国大学MOOC 平台搭建在线课程。课程设计思想如图1所示，突出以学生学习为中心，以自主学习、探究学习为目标进行教学设计。图1 MOOC 课程设计路线
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在设计学习模块时从时间上加以把握, 每个学习模块视频录制时间控制在15分钟以内；教学呈现形式要丰富，要利用视觉和听觉的双通道, 用图形、动画、视频配合文字内容来呈现知识内容；利用思维导图建构学习路线。
课程共分成14个教学单元，每单元又分为3~5个模块。以模块为单位录制了43个教学视频，每个视频5~15分钟，充分体现了短小精干、主题突出的特点，适合学生碎片化时间学习，集中精力突破1~2个知识点。
在视频播放过程中设置提问断点，既能对学生学习过程进行干预控制，也能保持学生注意学习视频配套提供的教学PPT ，便于学生结合视频讲解，利用PPT 进行研学；每节视频都提供对应的小测验以检验学习者对知识点的掌握情况；通过提供富文本对知识点内容进行扩展，满足学有余力的学生进行拓展学习；通过讨论模块对知识进行广泛的探讨，加强学习者对知识点理解的交流和探讨；通过每个教学单元设计了单元测验和单元作业，对该单元的内容进行总体测试和巩固练习。
为了加强学生的协作能力，提高学生的学习
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积极性，将全班同学进行分组，每组设立1名组长。组长可根据小组成员意见统一安排大家的课前预习或安排小组成员自主预习，由组长总结大家在课前学习中遇到的问题以便在线上或课上向教师提问。
在线课程除任课教师外，还配备多名研究生助教，通过、邮件、讨论区等多种途径，随时回答学生的提问，并鼓励学生之间交流互动。
线上课程的考核内容分为4个部分：单元测试、单元作业、考试以及讨论区发言，单元测试占比为30%，单元作业占比为36%，考试占比为20%，讨论区发言情况占比为14%。单元测试、作业与考试的客观题目均为系统自动判分，减轻了教师的判卷压力；讨论区的发言次数以及发言获赞情况均由系统进行统计并呈现给教师，使教师能够及时了解学生的疑点、难点并在线上或线下进行讲解。
4 线下教学环节设计
4.1 总体设计
线下教学的重点在于课上教学活动的设计。教师在课前发布学习任务，学生根据任务观看微视频、完成微视频中的小测验，并在讨论区参与该小节课程的主题讨论。教师在MOOC 平台上查看课前任务的完成情况，了解学生的学习进度以及疑难点，以便在课上进行讲解。
教师根据课下收集、整理的问题性质决定是组织“以实践活动任务为主线的探究式课堂”，还是组织“以问题研讨为主体的讨论式课堂” [5]。如果问题是操作性的、过程性的或通过教师讲解即可解决的，则按照探究式课堂组织；如果教师所搜集的问题是争议性的、理论性较强的问题，教师通过5~10 分钟的讲解很难说清楚，则组织讨论式课堂活动。
4.2 课前任务单设计
根据教学任务和学生的学习进度，教师在每次课后向学生发布一个课前任务单，其中内容包括这次课后需要完成的作业，下一次课前需要观看的视频和完成的练习等。课前任务单如表1所示。
4.3 课上教学设计
教师根据课下收集的各组总结的问题，来决定课堂的组织形式。
探究式课堂由教师主导，对所提出的问题进行讲解并演示，随后向学生提出实践任务。在学生分组进行实践时，教师指导学生及时解决新问题，完成课堂的知识内化任务。探究式课堂有利于提高学生的
动手实践能力，增强学生对知识的运用能力，深化学生对知识的理解。
讨论式课堂同样也由教师先对收集的问题进行讲解，随后提出一个经过设计加工的新问题供学生讨论。学生分组讨论之后由各组组长进行发言，有不同意见的学生也可以自由发言。在讨论过程中，教师要注意引导讨论的方向，以免偏离讨论主题。在讨论的最后，教师对讨论的主题进行总结和点评。讨论形式的课堂有利于提高学生的学习积极性，提高学生的协作交流能力，有利于活跃课堂气氛、提高教学质量。
5 教学效果评估
对混合式教学模式的效果评估主要从学生的考试成绩和学生对课程的认可度两方面。将混合教学模式下的学生成绩与传统教学模式下的历史数据作比较。
如图2所示，翻转班的期末考核成绩普遍比上学期的普通班高，平均分高出24.82分，最高分比普通班高出16分。在图3中，经过翻转的课堂不及格率大大降低，67%的学生处于良好的分段，比未经过翻转的课堂提高了42%。由此可见，混合式教学能够提高学生的成绩，并且对成绩的提高较为明显。这表明，在概念原理类知识的教学中，结合MOOC 平台的混合式教学相对于传统
表1 课前任务单
任务
项目
具体内容
第2讲课后要完成的内容单元作业机器人位置运动学-1单元作业单元测试机器人位置运动学-1单元测试第3讲课前要完成的内容
观看视频MOOC 视频：第二章机器人位置运动学-2练习
完成视频中的练习
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生认为混合模式下的课堂教学形式提高了他们的表达能力和团队合作意识，8%的学生认为并没有在混合模式中提升自己的表达能力和团队意识，主要原因是有些学生由于害羞或原有习惯而在实际学习过程中交流、合作较少。
6 结 语
混合式教学将教师与学生的角
重新定位，教师成为学生的导学者、助学者，而学生则是学习的核心，是主动学习者。这体现了以学生为本的教学思想，是混合式教学的本质。
智能机器人技术及其仿真课程的混合式教学模式将传统课程与MOOC 课程平台相结合；在课前教师发布学习任务，学生根据任务在MOOC 平台上观看视频，完成相应的练习；在课上，教师对课程的重点以及学生在讨论区发布的疑难点进行
讲解；在课后，学生可以在
MOOC 平台上根据自己的情况温习前面的知识并完成课后作业。
通过本次教学评估可以看出，混合式教学模式能够提高学生的学习积极性，增强他们的团队协作意识和自我表达能力，提升他们对知识的总
图3 两种课堂分段成绩比较
图2 平行班比较
课堂有一定的优势。
为了调查学生对混合式学习方式的认可度以及除了成绩之外其他能力的提升，在学期结束时向全班25名学生发放调查问卷，回收有效问卷25份，问卷有效率为100%。
在调查问卷中，学生对混合式学习模式的满意度用分数来体现，0分表示“不满意”，5分表示“非常满意”。对回收的问卷结果进行统计分析，如图4所示，80%以上的学生认为混合式教学模式能够增强他们挖掘知识点的能力和自我表现能力，20%的学生认为混合模式对自己该方面的能力提升有限；85%的学生认为混合式教学提高了他们的知识归纳总结能力和知识运用能力，
15%的学生则认为混合式学习并没有明显提高自己对知识的总结与运用能力；92%的学
图4 调查问卷分析
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（编辑：史志伟）
结归纳和运用能力。同时，由于混合式教学在概念原理类的教学形式上与传统教学相比有一定优势，学生对于这类的知识掌握能力也有一定的提升。混合式教学模式对教师提出了更高的要求，
教师要勇于创新，挖掘混合式教学模式的优势，提出更多的课堂教学形式。此外，教师也要倾听学生的意见，鼓励学生参与讨论，共同营造良好的教学环境。
参考文献：
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（编辑：史志伟）
4 结 语
面向视觉测量的智能检测技术与系统课程教学与实验以视觉系统的标定和测量为主要内容，围绕摄像机标定和视觉测量方法展开，使学生能够理解视觉测量的基本概念和方法，能够充分理解、熟悉视觉测量理论和方法在机器人系统中的功能和作用。课程内容较好衔接后续机器视觉、自主机器人技术等相关课程。为智能专业课程设计奠定了工作基础，使智能专业课程体系更加合理。
同时，本课程也在不断探索中，随着本专业实验室设备的更新和建设，后续设备如机械臂、工业相机和控制器等设备的购置和引入，实验课程部分拟增加机器人手眼系统标定和测量定位等部分的实验内容。
在目前机器人技术应用逐渐进入工业自动化领域和各个生活领域并且已经开始取代一些人类重复性工作的大趋势下，通过对机器人视觉测量原理和方法的熟悉和掌握，将使得智能科学与技术专业学生的专业应用能力更具有针对性和专业性。
（上接第32页）
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