体验式教学模式在中职工业机器人核心课程中的构建与应用

张国泉，黄福，杨勇，骆少明

（广东技术师范大学 机电学院，广东 广州 510635）

一、引言

20世纪90年代，我国开始引入体验式教学思想。在理论研究方面，陈亮[1]认为体验式教学就是通过学生在实践性问题解决中的亲身经历与实践参与来引发学生的学习体验。胡尚峰[2]认为体验式教学是学生在亲身体验过程中理解并建构知识、发展能力、运用知识的一种互动教学模式。漆彦忠[3]认为体验式教学是指在学生主体性之下，通过感官、实践等多种认识途径感知某事物的过程。在应用研究方面，张新香[4]在数控专业课教学中构建体验式教学模式，有效培养了学生的综合职业能力，促进了学生全面发展，提高了课堂教学效果。宋可[5]在室内设计专业中引入体验式教学，通过对实物的考察，学生能更全面地掌握、提升专业知识与技能，提高学习效果。赵国栋[6]以中职计算机网络服务器课程教学需求为基点，对体验式教学在教学实践中的应用展开分析，让学生在切近实际工作环境的氛围中，提升专业技术水平，为适应未来工作岗位打下牢固基础。为此，笔者认为体验式教学应该更注重学生的亲身体验与全面发展，由浅到深，循序渐进，让学生体验学习的快乐。但目前体验式教学对中等职业学校的相关课程研究仍处于起步阶段，需要不断地创新与探索。

中等职业学校工业机器人专业注重培养德、智、体、美、工全面发展，从事工业机器人系统的安装与调试工作，适应粤港澳大湾区新兴行业的需求，具备基本的科学文化水平、较高的职业道德与素养、较强的综合实践能力与一定创新思维的高素质与高技能型人才。工业机器人广泛应用于电子装配、物流搬运、化工处理等各个行业中，具有很强的实践性、综合性、应用性。学生只有通过亲身体验，才能将具体概念升华为抽象概念，并在情境中体验抽象概念的意义。将体验式教学模式应用于工业机器人核心专业课程教学中，学生在情境中通过体验获得知识，契合中职学生的学习特点和规律，能有效提高学生学习积极性与教学效果。

二、体验式教学模式在中职工业机器人核心专业课程中应用的优势

（一）中职学生的学情特点

首先，中职学生学习积极性不高成为目前大部分中职学校的教学难题。学生学习积极性低主要体现为内在和外在两个方面：内在方面体现在大多数进入中职学校的学生普遍存在自卑感[7]；外在方面体现在教师教学方式以及课程评价方式单一，这往往会让学生感觉到枯燥和无趣。其次，中职学生逻辑思维能力较弱，对过于抽象的理论知识理解难度大。最后，中职学生厌学情绪较大，厌倦传统的知识单向传递的教学方式。但是中职学生的思维活跃，动手能力较强，有很强的表现欲望。因此，基于中职学生的特点，如何提高学生的学习积极性，实现知识传播由单向到互动的转型，是所有中职教师应该思考的问题。

（二）传统教学模式的缺陷

传统“满堂灌”的教学模式，知识由教师到学生的单向输送，学生获得的是纸面上的间接经验，忽略了学生亲身参与的直接经验，是抽象与枯燥的，这与中职学校的培养目标相违背。课程教学评价较为单一，将学习结果作为评价学生的准则，忽略了学生在学习过程中的行为表现，过于注重学习结果，这对于培养中职学生的自主学习与探究知识的能力是极为不利的。当学生的学习由主动变为被动时，学生的学习兴趣就很容易降至“冰点”，教学效果得不到较好的保障。另外，中职工业机器人核心专业课程所涉及的知识内容较为抽象，理解存在一些困难，仅凭教师的理论讲解，很难让学生领悟到知识的内涵。因此，传统的教学模式不适合培养中职学生的职业能力和道德素养，也不适合应用于实践性、综合性、应用性较强的学科。

（三）实施体验式教学模式的优点

体验式教学模式是由美国体验大师库伯提出来的，是一种以“学生体验”为基础的创新教学模式。教育不是“银行”，教学不是知识的存放，学习不是被动的接受、记忆和重复，学生只有通过质疑、实践才能成为主动发展的主体[8]。学生“现场”体验知识，经过反思和观察，自主建构知识，然后主动应用到实际情境中，形成一个立体的“螺旋上升”的学习过程。表1 为传统教学模式与体验式教学模式的对比分析。

表1 传统教学模式与体验式教学模式比较

歌德曾在《浮士德》中说到：“理论都是灰色的，生活之树常青”，抽象的概念是灰色的，而经过亲身体验产生的经验感知是五彩缤纷的。体验式教学将学生的学习环境从教室转移到实际企业车间、办公室，以及生活和工作的场所，突出学生学习的“真实性”。体验式教学模式有利于培养学生的自主建构与运用知识的能力，通过学习情境的“真实性”，激发学生感知与领悟知识的能力，将教育方式由单向转为互动，实现学生学习的主体性，明确学生的学习目标、学习方式以及学习基础。体验式教学模式的学习成果都是源于学生的亲身体验以及互动，这样的教学模式更有利于培养学生良好的职业能力和道德素养。

三、体验式教学模式在中职工业机器人核心课程中的构建

工业机器人专业具有实践性、综合性、应用性较强的特点，体验式教学可以帮助学生更好地获得专业技能与道德素养。以工业机器人专业教学目标为基础，构建学生亲身体验为主，教师引导为辅的体验式教学模式，图1 为螺旋体验式教学模式。从图1 可以看出，工业机器人核心专业课程的内容是可以分解成多个具体的学习任务，教师要根据学生的学习目标、学习方式以及学习基础来设置特定的学习情境。为提高学生的学习积极性和主动性，教师可以将当前较为流行的虚拟现实技术融入到教学情境中，利用学生对当前虚拟现实技术的好奇心，以“沉浸式”的情境呈现给学生。学生通过与环境的互动，一方面可以提高学习体验感，从而激发学习的积极性，增强课堂学习效果，另一方面有利于学生自主建构与运用知识，帮助自己理解过于抽象化的概念，在体验中获得直接经验，这是体验式教学模式的核心环节。采用“感知体验—自主体验—强化体验—反思体验—内化体验”这种螺旋式循序渐进的教学模式，促使体验式教学的教学效果得到相应的提高。

图1 螺旋体验式教学模式

在工业机器人核心专业课程体验式教学中，学生通过体验可以解决学习疑问，实现知识传递由单向到互动的转变，而非传统教育中的“满堂灌”。体验式教学模式采用自主体验、小组讨论的方式，培养学生的合作意识，提高学生综合实践能力；体验式教学模式本质上是提高学生对知识的迁移和应用能力，是通过具体实践到理论再到具体实践的“螺旋上升”的立体过程。

四、中职工业机器人核心课程体验式教学模式实践

学生是体验式教学模式中的主体，教师是设计者及引导者。体验式学习的过程一般分为四个阶段，包括感知获得阶段、内涵缩小阶段、感悟获得阶段和外延扩大阶段。下面以工业机器人专业的核心课程工业机器人技术基础中示教编程（MOVEJ 与MOVEL 指令的应用）为例，设计基于体验式教学模式的工业机器人技术基础课程教学过程。

（一）创设情境，感知体验

卢梭坚持感觉论立场，认为“我们真正的老师是经验和感觉”[9]。这说明感觉是学生学习知识的起源，通过模拟实际的生活或工作场景让学生体验，可以破除学生逻辑思维不强带来的困扰，帮助学生解决心中的困惑。工业机器人专业知识源自于企业生产，可以代替人工作在危险、高温、有毒等恶劣环境中，学生缺乏相关的生产经验，对一些知识较为陌生。因此，在工业机器人专业教学中以虚拟现实技术为平台，创设“沉浸式”的企业生产情境，从而将教学内容与生产情境相贯通，让学生带着好奇的心态进入学习情境，这是体验式教学的第一阶段。

教师先播放工业机器人的工具中心点TCP 运行视频（如图2所示），然后展示经工业机器人雕刻好的成品件，让学生了解工业机器人的工具中心点TCP 运行的轨迹，从而让学生认识到编程指令的选择可以影响到工业机器人的运行轨迹及效率。看完视频后的学生就会产生深厚的好奇心，如：哪些路径是使用MOVEJ 指令的？哪些路径是使用MOVEL 指令的？哪种指令会出现死点？哪种指令可以大范围无障碍运动？因此，保持学生最好的学习状态就是引导学生带着好奇心去感知体验。

图2 工业机器人运行图

（二）提出问题，自主体验

在学生对教学情境充满好奇心时，教师通过任务驱动的教学方式进一步激发学生的学习兴趣与探索欲望，在已有知识与未知知识之间搭建起一座“桥梁”。

首先，教师提出问题：MOVEJ 指令与MOVEL指令的区别是什么？然后教师利用虚拟现实技术高度仿真工业机器人在不同编程指令下的现场模拟效果，让学生在虚拟平台中体验现场工业机器人运行的情况，如图3所示。学生很容易发现在MOVEJ 指令下，工业机器人的工具中心点TCP 的运行轨迹是一条不确定的弧线，而在MOVEL 指令下，工业机器人的工具中心点TCP 运行轨迹是一条直线。此时，学生产生疑问：两种指令都能让工业机器人的工具中心点TCP 到达指定的位置，那他们之间的区别到底是什么？这两种指令各有什么优缺点呢？什么情况下选择MOVEL 指令？什么情况下选择MOVEJ 指令？……基于以上问题，学生已通过亲自体验有了一些新的认识，为之后的小组合作探究做好知识准备。

图3 机器人运动轨迹图

（三）合作探究，强化体验

亚利桑那大学和布朗大学的研究者在一篇名叫《最优学习的85%规则》的论文中说到：当你训练一个东西的时候，你给它的内容中应该有大约85%是它熟悉的，有15%是它感到意外的，研究者把15.87%这个“最佳意外率”数值叫做学习的甜蜜点[10]。因此，学生对MOVEL 与MOVEJ 两种基本指令有了一定认识后，再通过小组合作探究的方式，强化已有的体验效果，这样更容易达到学习的甜蜜点。

在学生对MOVEL 与MOVEJ 指令有了初步认识后，以学习任务表为依据，将班级分成多个小组，小组成员通过合作探究完成学习任务表。首先，学生通过虚拟现实技术观察工业机器人在不同编程指令下的现场运行效果，从而理解不同编程指令对工业机器人运行方式的影响，最后总结出不同生产场景下选择MOVEL 与MOVEJ 指令的规则。在这个过程中，学生带着问题进入学习情境强化体验，各个小组成员通过合作完成学习任务表。这一过程需要强调的是以学生自主体验为主，教师引导为辅，学生有疑惑是可以通过多次体验来解决，确认有解决不了的问题可以进行小组讨论，小组讨论之后解决不了的问题可以求助教师。

（四）互动交流，反思体验

在合作探究与强化体验之后，学生都有了自己的学习成果与心得，那么在相同体验项目下的体验者要与其他体验者进行知识的“交换”，通过与其他同学的互动与交流，进行自我体验过程的反思，最后整理相关学习成果，得出相关结论。

这个过程主要是让学生之间进行互动交流。一方面可以满足学生的表现欲望，通过分享自己的“劳动成果”，可以强化对新知识的理解与记忆。另一方面可以帮助学生反思自己的不足之处，起到取长补短的作用。在体验过程中出现的问题且经过小组讨论以后仍然解决不了，教师应及时给予解答指导。学生与教师的这种交流互动过程，提高了学生的参与感，有利于学生对MOVEL 与MOVEJ 指令的掌握。

（五）实证检验，内化体验

在学生完成知识的整理与总结之后，教师有必要检验学生的学习成果，强化学生对新知识的理解与记忆，将体验所获得的知识经验运用到实际生活中，完成知识的内化。

教师发布学习任务，让学生完成工业机器人的工具中心点TCP 沿着“三角形”的轨迹运行任务，从而检验学生对知识的掌握程度。采用“多元化”的评价方式，在学生完成学习任务后，每位同学需要演示工业机器人的运行轨迹，以教师评价为主，以学生自评和同学互评为辅，对本次任务的完成情况进行综合评价，如表2所示。学生在展示自己的学习成果的过程中，不仅可以增强成就感，还可以形成知识的迁移，通过老师的评价，发现自己的缺点，在与教师交流的过程中，真正实现知识由单向到互动的转化。通过学生自评，可以提高自我反思的能力，以及正确认识自己的能力。通过同学互评，让学生能够认识到别人的长处，学会客观地评价他人，并取长补短。这是体验式教学的最终目标。

表2 教学评价表

五、结语

体验式教学模式突破了传统教学模式的单一“授与受”关系，实现了“你与我”同等地位的师生关系，促进了教学资源、教学设计、教学环境等方面的改革。学生通过“沉浸式”的学习情境与教师有策略性的引导，自主完成知识的建构与应用，有助于提升自身职业能力和道德素养，引敢于批判、善于探究。体验式教学模式在中职工业机器人核心专业课程教学中的运用，不仅可以提高学生学习的积极性，还可以通过学生的亲身体验来培养学生实事求是与科学探究的精神。教师在体验式教学模式的过程中有针对性地引导，尊重学生主体地位，可以进一步激发学生感知与领悟知识的能力。

在“育人”先“育德”的课程思政背景下，体验式教学作为一种创新的教学模式，注重学生的全面发展，培养高技能与高素质人才，实现协调育人。在工业机器人专业课程中应用体验式教学模式，更有利于课程思政与工业机器人专业教学的有机融合。