机器人辅助教学背景下《机械制造基础》课程教学改革研究_施文龙.pdf

63施文龙苏辉机器人辅助教学背景下 机械制造基础 课程教学改革研究摘要随着信息科学技术的不断发展，人工智能在各行各业的应用，为人们的日常生活以及工作带来天翻地覆的改变。同时，信息化技术在新时代教育教学过程中的应用，也开辟了我国的职业教育发展的新路径。本文对机器人辅助教学背景下机械制造基础课程的教学改革研究进行了简要的分析和阐述，以供参考。关键词机器人辅助教学机械制造基础教学改革机械是人类生活及生产过程中的基本工具，也是人类物质文明中的重要组成部分。机械工业部门身兼重任，为国民经济以及企业发展等方面提供了非常先进的技术装备，而安全可靠的工业技术装备，在国家建设中的地位不容小觑。机械制造基础课程的设置是实现这一目标的基础步骤，作为中职学校的学生，在实习及工作时都会参与到机械的制造或设计中，与机械设备打交道，学生需要具备较高的机械制造理论及基本专业技能。一、机器人辅助教学的内涵及意义本文提到的“机器人辅助教学”，主要表现为运用手机软件 APP 搭建人与机器互动场景，以视频播放、同步练习与测试、游戏等形式探究知识的一种辅助教学手段。围绕机器人辅助教学的开展，教师资源开发成为重点任务项目。教师团队前期需要集中精力进行教学资源的整理与建设，其后将教学资源有选择的整合到手机软件平台，构建线上一体式的教学资源库。资源库搭建完成后，学生通过手机网络等手段实现人机交互等线上人机辅助服务功能，帮助学生更方便、更高效地学习。网络时代给我们的生活带来了便捷，但学生实际锻炼的机会也因此减少，比如，学生在学习中遇到困惑，不是求助家长就是在网络中进行简单的检索、复制，获取知识的过程比较“匆忙”，这对他们的成长不利。机器人辅助教学可设计一系列的提问、模拟操作、评价总结，让学生不断去探究，在失败中汲取经验，最终获取成功的喜悦，磨炼坚韧不服输的意志。培养具有创新能力的人，是时代赋予教育的职责。机械制造基础学科运用机器人交互作为动手和创新的优秀载体，大胆尝试，调动学生的求知欲，引导学生主动思考，整合教学内容，激发学习的新动力和专注力。同时，在学生团体合作上，提供团体沟通和实验的平台，进行方案的比较和整合。二、中职机械制造机械基础课程的现状随着现代信息技术的不断发展，多媒体教学在我国的教学实践中得到了非常广泛的应用。机械制造基础是中职职业教育中电气自动化以及机电一体化的课程内容，在提升控制专业学生的专业素养方面充分发挥了很大作用。但是从目前的情况来看，机械制造基础课程仍然在不断的改革完善。这是因为在当前的课程教学中仍然存在许多问题。比如在实际教学的过程中，PPT 课件通用性较低，缺乏灵活性、开放性，在教材版本模块发生变化时没有及时更新，导致没有办法进行使用。而且大部分的多媒体课件都是针对教学中的某一章节或某一节课的教学内容来设计的，只能应用在特定的环境下，或特殊场景下，如果脱离教学情境，课件就没有办法单独进行使用。在课件的设计方面，还存在着任课教师与 PPT 课件作者的教学思想不兼容的问题，如果任课教师与课件制作者不一致，那么教学思想的渗透以及思路的具体表达形式都会有非常大的问题，导致课件的价值没有充分发挥，教师的教学没有办法与课件无缝衔接。教学资源整合也要求我们教师要课 程课题研究2023.03.DOI:10.16704/ki.hxjs.2023.03.02564能够判断数字教育资源的适用性。互联网上的资源非常丰富，我们要找到最适合的资源，既不能太深奥，也不能太浅显，同时也不能过于游戏化，所以教师要学会甄别和判断并选择合适的教学资源。同时，我们还要保证找到的数字教育资源的科学性和有效性。自媒体时代，上到国家权威机构，下到普通个人，都可以发布信息，所以教师在检索信息的时候，务必要判断这些资源的科学性，选择权威的发布机构，筛选相对来说更具科学性的资源。查找资源的时候，还要注意判断所选择的资源与要教授课程的契合度，以及它的时效性和教育意义。三、机器人辅助教学背景下机械制造基础课程教学改革的有效措施（一）打造高效率课堂提高课件质量以及灵活性。在机械基础题库系统平台上制作多媒体课件，减少学生收集素材的时间，充分实现课件的价值提升教学效率。在实际教学的过程中，机械基础题库系统平台可以根据教学过程中的实际情况进行及时的调整，并且根据学生的具体学习情况灵活的选用课件，在课件中为其设置相应的链接，并且实时的做出改变，在最大程度上提高了学生的适应能力。教师团队整理教学资源库要将教学过程中的案例、例题、习题、试卷、图片、表格、动画、电子课件、视频等资源进行精心的组织、设计和制作，强调资源的信息内容和技术环境。比如，焊接是涉及电弧物理、传质传热、力学、冶金与材料学等多物理场耦合的复杂过程，影响因素繁多。随着机器人辅助教学的快速发展，焊接数值模拟技术和软件，对常见焊接方法及焊接过程中涉及的热、力、微组织相变、电弧及溶池流体等多方面变化过程进行模拟实现。机器人辅助教学可以实现理论讲解和实例操作的良好结合，不仅让初学者的安全得以保障，也可供焊接工程技术人员学习和参考。（二）开展专题案例研究机械制造基础是一门实践性很强的学科，传统的以教师和教材为中心的纸上谈兵式教学，满足不了提升和开发学生潜能的需求。运用专题案例教学的模式更有利于培养学生的主体性、主动性、自主性，让学生尽自己最大的努力去寻找解决问题的多个途径，逐步克服学生的惰性，养成创造性的思维习惯。运用手机软件 APP智能互动系统，通过机器人模拟案例专题的场景，有针对性地对个人进行辅助学习训练，提升学生技能水平。老师根据学生和课堂实际情况，把案例分为课堂导入案例、课堂讨论案例、深入研讨和巩固加深案例、课后讨论案例四种。制作软件时，可以广泛设计案例导入的背景，使其有趣且能够达到师生共鸣，引发学生的思考和探索热情。在创建课堂讨论案例的时候，充分结合课程基本内容来展开，通过学生小组讨论，发扬学生个性，各抒己见，运用人机模式案例的互动，实现基本知识的掌握。人机互动优势可以表现在深入研讨和巩固加深案例的剖析中，这是在课程基本内容基础上的加深，多重互动和深入交流。在设计辅助教学的过程中，可以适当穿插思政教育的内容，实现知识目标、能力目标和情感目标培养的有机结合。构建机器人聊天场景，对课后讨论案例进行提问和拓展，帮助学生了解更专业的知识和新技能。以轴类零件加工教学为例。设计车间具备的 CA6140 普通车床模拟情景，导入轴类零件进行模拟加工。系统可以预先设计好轴类零件的相关参数，比如材料、毛坯、技术要求、结构特点、以及零件的功用，导出轴类零件的工艺规程。平台系统还可以运用录像资料，让学生结合课前预习，反复观看演示视频。在掌握轴类零件的基础加工后，进一步提出“为什么车工怕车细长轴？”的问题来进行延伸，引导学生分小组讨论，共同制定“细长轴”外圆表面的车削工艺特点，进而引出要采取的相应措施。通过软件模拟反正操作，再结合其他加工实习，引导学生掌握轴类零件外圆表面加工方法的知识目标，提升自我的经验值。模拟过程还可以在潜移默化中培养学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风，实现情感价值目标。（三）提升教学生动性在机械制造基础课程的教材中，有很多概念以及原理是比较抽象且非常难以理解的，仅靠教师的形容以及学生的自我想象，是不容易理解并掌握的。但是利用多媒体中的教学动画就能很好的解决这一难点。利用动画视频形式的来演示实训中机床以及夹具的装配和运动，再配上物件的实际图片，学生对物件的构造就会一目了然，也便于理解其中的原理。这不仅降低了教学的难度，还会使学生更容易接受，教师的教学质量也会得到非常大的提高。机械零件材料与成形工艺的选择，可行性途径较多，机器人辅助教学便于实现工艺方案的优劣衡量。在选择机床的类型、结构、切削运动与切削要素和工艺上，便于进行分析，避免出现不必要的错误和缺陷，实现最大的经济效益。机器人辅助教学运用数字化技术、VR 技术，将机械制造基础课程的理论内容与实践操作结合起来，开发虚拟实践平台，把金属切削机床基课 程课题研究2023.03.65础、金属切削基础与刀具、机床夹具基础、车削加工技术、铣削加工技术、磨削加工技术、齿轮加工技术以及现代加工技术等知识点通过数字 VR 技术、数字化仿真技术直观地模拟出来。学生可以通过电脑把加工设备、加工工艺规划、动态加工过程等进行模拟加工，按步骤开展各阶段的加工实践，省时省力省钱地完成实践学习。而且可以把机械零件从选材、制造、检验的全过程，淋漓尽致地表现出来，学生可以加深对各知识点的理解以便融会贯通。比如，实现机械产品毛坯的铸造。在实训车间开展铸造教学，危险性极大，学校很难开展铸造实训。机器人辅助教学系统，可以运用铸造过程的虚拟仿真，实现铸造工艺设计、铸造车间场景、铸型制作、液体金属浇注、金属填充凝固和冷却。辅助教学弥补了本课程中实践环节的不足，在有网络、有软件的电脑上就可以完成整个实习过程。机器人辅助教学不受时间、空间的限制，更好地解决了实践条件下成本高、温度高、危险程度高等问题。充分调动学生的主观能动性和积极性，使学生主动学习、爱上学习。（四）更新教师教育观念作为中职机械制造基础专业的任课教师，应当不断完善自己的教学模式，不能只凭着自己的经验组织教学，教育经验丰富并不等同于教育理念先进。对此，中职教师应当不断地加强学习，用先进的教育观念来充实自己，以适应现代的教育发展。中职教师还应充分掌握与学生沟通的技巧，提高自身亲和力，关心学生，多与学生进行交流、互动。通过观察学生的日常行为以及态度表现，找到学生身上的“发光点”，最大限度地挖掘学生自身的优势，利用积极因素来克服消极因素。现代机械制造技术不断更新，把机器人辅助教学运用到应用制造系统，可以最大限度解决实际中遇到的复杂问题，包括机械产品的质量、成本、设计开发、协调工作，实现机械产品的绿色化。教学过程中，我们也要在适当的时间和空间内有效地完成大纲规定的教学任务，合理取舍教学内容，方便快捷地分配好操作内容，达成人才培养的预期教学目的。机械制造基础课程以教授零件加工工艺为主线，强化各种加工方法，充分考虑了教学基本要求，力求做到弱化理论分析，集综合性、实用性、先进性、广泛性、系统性、持久性等于一体来组织教学。举例来说，讲解合金的晶体结构，还有结晶、合金元素等在钢中的作用，金属材料的牌号等理论知识，学生可能会有“雾里看花”的感觉。老师在传授中抓好几个基本特征，结合几种典型的金属材料牌号进行重点分析，让学生根据所学基本知识，在大量的金属材料牌号实例中，学会结合材料特征进行挑选、剖析牌号含义，讨论金属材料的性能特点；再比如，金属材料的加工工艺的制定讲解，教师在实际授课时，着重讲解书本上材料的热处理、铸造、锻造、车削、铣削、刨削、磨削、钻削等常规的制造加工方法，找准其中的重点和难点，普及让学生比较难以理解的知识点，通过机器人辅助教学平台，通过模拟演示实践、现场观摩和教学资源的多媒体呈现等形式给予学生辅助教学。另外，由于机械制造基础这门学科涉及的材料加工方法多，实践要求高，而总学时是有限的，师生现场实践操作的机会更不多，中职学生的理解层次、创新层次也不是很高，机器人辅助教学就显得相对重要。所以，教师更需要制作符合中职学生特点的实践教学视频素材库。除了金工实习外，材料的切削过程都需要通过视频、多媒体进行展示，在很大程度上节约人力、物力和时间。在机械制造基础课程改革方面，教师也应努力探索教学方法和切实有效的教学手段，切实提高学生专业技术和综合素养，产生良好效应，这是每一位教师义不容辞的责任。四、机器人辅助教学背景下机械制造基础课程教学改革的效果评价机器人辅助教学运用了信息资源，尤其运用全球资源来支持学生的“学”，培养了学生的信息化处理的能力和创新思维能力。以“看分数”的方式来评价中职学生的时代已经过去了。当下，我们要坚持以学生为主体，运用信息化大数据对学生的学习内容、学习关注度、技能项目等进行跟踪并进行数据分析，结合机器人辅助教学中学生的情感、态度、职业心理、未来发展等多个维度，进行综合性评价。学生评价需要明确学习目标和实际成果之间的关系，判定达成的可行性。在课程教学中，教师要及