李二伟 边辉 李艳文 赵延治

摘要在“机器人技术”课程教学改革的实践中，融入思政教育和TRIZ创新方法，并进行了全英文授课的线上线下混合教学改革。通过梳理课程知识体系，确定教改总体思路，调研学情，文章针对性设计了专思创融合途径、课程授课模式、课程项目和考核评价，有效提高了学生的专业素养、双创能力和价值观。效果良好，可供其他专业课程改革借鉴。

关键词 专思创融合；机器人技术；全英授课；线上线下混合

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.032

随着创新创业教育的深入推进和国际化办学水平的不断提高[1]，把专业教育、创新方法应用和思政教育相融合[2-3]的全英文授课模式得到进一步的发展，线上线下混合教学模式也得到了广泛推广[4]。“机器人技术”是一门多学科交叉的课程，课程组在总结前期教改经验的基础上[5]，实行了把专业教育、思政教育和创新能力融合一起的全英文授课线上线下混合式教学改革[6-7]，进一步梳理了课程知识体系，研讨了教改总体思路，分析了新的学情，通过对专思创融合、全英文授课线上线下混合、课程项目、考核评价几方面进行针对性设计，有效提升了课程的两性一度，积累了一定经验。

1总体思路

本课程教学内容主要包括：①机器人数学基础：刚体位姿描述和齐次变换；②操作臂运动学：D-H参数， IRB1410运动学正反解；③操作臂的雅克比矩阵：定义、构造方法，静力学；④操作臂的动力学：连杆的速度和加速度、动力学建模方法；⑤轨迹生成：关节空间规划、操作空间规划、轨迹生成；⑥实验：IRB1410操作实践；⑦课程项目：针对多课程联合综合实训需求，小组完成机械臂选型、三维造型及仿真和MATLAB编程。本课程的知识体系如图1所示（p102）。

通过总结机器人技术前期课改（讨论课、多门课程联合项目、双语授课、MOOC资源建设、思政）的经验，课程团队研讨确定了全英授课线上线下混合教学的十六字理念：理顺系统、讲练结合、精讲多练、应用创新，侧重给学生厘清机器人系统各子系统和及其相互关系，课堂讲授和实验采用同一款机械臂，保证讲、练、做相统一，着重让学生学会弄懂一款典型机器人系统，并在课程项目实施中进一步强化所学。

2教学改革与实践

2.1学情分析

本课程面向机械电子工程专业本科4年级近200名学生，于第7学期开课。课程总共32学时，其中，授课20学时，实验及课程项目实践12学时。通过MYCOS对所授课班级进行的课前学情问卷摸底发现：①近70%的学生考研，能投入到课程课下学习的时间有限；②近74%的学生对本门课程感兴趣，课程具有很好的吸引力；③学生已经学习过编程和建模相关课程，这为课程项目奠定了良好的基础；④80%多的学生通过自己的了解认为课程难度较大；⑤60%多的学生能够接受线上线下混合授课模式；⑥超过65%的学生不太看好全英文授课。本课程中涉及大量的公式推导，需要学生进行一定量的练习并做好复习预习，学生需要过渡时间来适应课程的难度与强度，另外课程项目需要与机电其他专业相结合，一定程度上增加了项目完成的难度，对学生具有一定挑战性。针对上述情况，需要对课程开展针对性设计，以实现知识的有效传授。

2.2专思创融合设计与实施

结合课程知识体系和TRIZ创新方法，在以下章节进行了专思创融合设计。绪论部分基于技术进化法则，分析机器人的进化趋势，从机器人的智能发展和应用，分析机器人智能的未来发展；由我国机器人公司的艰难起步与现在的快速发展引出担当和贡献以及人生观、价值观的思考。操作臂运动学部分基于逻辑思维，对机器人中的具体构件，抽象出主要元素，如连杆参数和连杆连接参数，给出各元素的概念，进行运动规律的研究和分析；在D-H参数法建立晶圆机械手的实例中，引出欧美对我国芯片和高技术产品的封锁制裁，以及教育部出台的关于加强高校有组织科研的相关政策，激发学生主动服务国家战略的自觉性。操作臂的雅克比部分基于数学模型给出各个构件的运动传递规律，基于雅克比矩阵法或微分变换法或矢量积法，得到数学模型，掌握运动传递的内在本质和原理；由此引出燕山大学黄真老先生提出的影响系数法和其在并联机器人领域的贡献，引导学生学习他的人生追求和爱国情怀，理解学术创新的可能性和创新自信。通过上述设计和课堂实施，实现专业知识传授、创新能力培养和价值塑造的有机融合。

2.3全英文线上线下混合教学设计与实施

针对大四学生考研比重大、课外时间紧张这一特点，课程组研讨确定了线上线下学时分配、线上实质等效、英文授课策略的教学探索。本课程总共32学时，其中实验及课程项目12学时，线下授课10学时，学生线上学习10学时；采用一次线下授课一次线上自学轮替的授课模式，线下侧重讲授基本原理并应用到IRB1410，线上自学侧重应用，尽量保证讲、练、做都在学时内完成。课堂讲授采用基于问题的教学、启发式教学、案例教学等方式，并借助雨课堂平台，在每个知识点后设计考核题目，特别是针对上一次线上自学内容设计考核题目，并把作答成绩纳入考核成绩。线上学习资源采用课程组在MOOC平台的自建资源。第1次课采用线下课堂授课，介绍课程学习目标、考核方式、进度安排，讲授绪论和刚体的位姿描述，课后线上定时发布学生线上自学内容和需达到的目标。第2次线下课堂，首先借助雨课堂考查学生线上自学的每一个知识点并进行串讲，而对重点知识点进行精讲；本次课新讲D―H法。依次类推，如表1所示（p103），共开展5次线下授课。全英文授课对学生和老师都是一种挑战，课程组采用了英文原版和中文译版教材，研讨确定了前期慢讲、专业词汇注释中文、每节课前集中展示生词中英对照等方法。

2.4课程项目设计与实施

本课程项目为基于大工程微缩式实训的融入专思创的三级项目教学实践，课程团队参与系部与山东临工的深度对接，对其代表行业未来趋势的智慧产线和智慧工厂进行了深入了解，并结合本系教学科研的特点对智慧产线和智慧工厂进行了微缩。机器人技术是该大工程微缩式实训的重要组成部分。经过课程团队的研讨，本课程的三级项目专门针对该实训进行设计，在项目方案论证阶段引导学生使用创新方法进行小组研讨，并在项目报告中体现每人的方案和贡献。

课程项目的实施过程如下：①课程组首先与“基于大工程微缩式实训项目”（二级项目）负责人研讨，确定当年的二级项目方案；②课程组研讨确定课程三级项目选题，并给出契合二级项目的三级项目工程背景和设计参数，制作项目指导书和项目报告参考格式；③第一次课发布三级项目题目，大致讲述项目脉络，让学生对课程和项目有整体了解，并让学生自由组队，要求此次组队尽可能和后期二级项目分组保持一致；④把三级项目分成多个子系统，并与所讲授章节对应，每讲授完一个与三级项目子系统相关的知识点，就要求学生着手相应部分的方案论证、建模分析等；⑤课程授课阶段结束，学生进行实验并以小组为单位开展三级项目实训，包括方案讨论、方案确定、建模、分析、造型、编程等；⑥最后一次课进行三级项目汇报，采用随机抽取小组和小组成员的方式进行汇报，并按相关考核标准进行打分。

2.5考核评价

课程成绩包括5个部分，出勤、结课考试成绩、课程项目成绩、实验成绩、线上成绩，具体要求及成绩评定方法如下：①出勤表现作为扣分项，每缺勤一次扣1分，无故缺勤5次者，取消本门课程的考核资格；②结课考试成绩占60%，开卷考试，试卷为英文题干，鼓励英文作答，不满卷面成绩60%者，本课程考核不合格；③课程项目成绩占20%，要求学生按照课程项目分组查阅资料，完成机器人系统设计及轨迹规划，撰写项目设计研究报告，制作汇报采用PPT，并进行答辩；每位学生的课程项目成绩由小组成绩和组内成绩两部分构成；小组成绩由以下两个方面进行评价：项目研究内容，占项目成绩的60%；报告、PPT汇报撰写及答辩成绩，占项目成绩的40%；小组得分为组内所有学生的平均分，每位学生的得分依据其在组内的贡献，在小组平均分的基础上评定；未按时提交课程项目报告或课程项目报告有抄袭现象的，课程项目成绩按零分计；另外报告内容鼓励采用英文撰写；④实验成绩占10%，要求学生认真准备，全程参与独立完成并按时提交实验报告；未按时提交实验报告或实验报告有抄袭现象的，该次实验成绩按零分计；⑤线上成绩占10%，其中，MOOC学习完成度和雨课堂随堂考核各占50%。

3课程评价及改革成效

通过对教学效果中期和结课的问卷调查发现，超过90%的学生认为现在的教学模式很有效果，近80%的学生认可了英文授课模式，在专业词汇和英文表达方面得到了显着提高。在教学目标与教学计划、教学实施的相互支撑下，学生的学习兴趣和学习能力得到提高，特别是专思创融合的设计和“十六字”教学理念的贯彻等教学改革措施的实施，有效提高了学生的专业素养和双创能力。相关经验可推广到其他相关专业课的教改中。

基金项目：燕山大学课程思政示范课程（名师、团队）项目（KCSZSF016）；教育部新工科研究与实践项目子项目（2020XGK10、2020XGK11）；科技部“创新方法高等教育人才培养研究与示范”（2020IM030100）。

参考文献

[1]刘广，王仁忠.“工业机器人技术”双语混合教学探索与实践[J].轻工科技，2020，36（12）：145-147.

[2]徐美燕.高职院校“产教、专创”双融合的人才培养模式探索[J].中国高等教育，2022（Z1）： 75-77.

[3]彭华涛，朱滔.“双一流”建设背景下专创深度融合模式及路径研究[J].高等工程教育研究，2021（1）：169-175.

[4]周妍，张然，王东生.“机器人学”课程混合教学模式探索与实践[J].职业技术，2022，21（7）：75-82.

[5]边辉，姚建涛，唐艳华.新工科背景下机械电子工程专业“超级金课”课程群建设[J].科教导刊（下旬刊），2020（33）：43-45.

[6]王文文，王文玲，刁训刚.面向来华理工科留学生英文课程建设的探索与实践[J].中国大学教学，2019（1）：74-77.

[7]黄亚婷，王雅.疫情背景下混合教学中本科生学习投入的影响机制研究——基于探究社区理论的视角[J].中国高教研究，2022（3）： 52-59.