張凱兵 景軍鋒 郭亞青 李劉薇
摘 要 “工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)重要的后續(xù)實(shí)踐性課程,設(shè)計(jì)合理有效的教學(xué)模式,對(duì)進(jìn)一步鞏固學(xué)生該課程基本原理和方法的掌握非常關(guān)鍵。筆者從高等學(xué)校應(yīng)用型高級(jí)專門人才培養(yǎng)的內(nèi)在要求出發(fā),提出運(yùn)用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”開(kāi)展“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué),從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)規(guī)程和考核評(píng)價(jià)四個(gè)方面闡述了本課程的綜合實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案。運(yùn)用“教學(xué)做合一”的綜合實(shí)踐教學(xué)模式,有利于發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位,提高學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法 工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制 綜合實(shí)踐 教學(xué)模式
0 引言
《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議》提出:優(yōu)化學(xué)科專業(yè)布局和人才培養(yǎng)機(jī)制,鼓勵(lì)具備條件的普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。[1]因此,“十三五”期間,突出應(yīng)用型高級(jí)專門人才培養(yǎng),進(jìn)行教學(xué)模式、教學(xué)方法的綜合改革與實(shí)踐,創(chuàng)建有利于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的人才培養(yǎng)模式,是普通高等學(xué)校人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。
“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一門重要的專業(yè)課程,它涉及光學(xué)、電子學(xué)、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科,理論知識(shí)繁多,應(yīng)用性強(qiáng),學(xué)生掌握難度較大,因此在教學(xué)中應(yīng)注重理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合,才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和靈活運(yùn)行所學(xué)知識(shí)的能力。為加強(qiáng)學(xué)生“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”課程的理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力,大多數(shù)高等院校都開(kāi)設(shè)了“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐課程,但在開(kāi)展具體教學(xué)時(shí),教學(xué)內(nèi)容僅僅圍繞相關(guān)課程展開(kāi),教學(xué)模式單一,不能充分將課內(nèi)知識(shí)與實(shí)際工程問(wèn)題相結(jié)合,無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前企事業(yè)單位對(duì)工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量專業(yè)技術(shù)型人才的應(yīng)用需求。為探索利于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的人才培養(yǎng)模式,加強(qiáng)“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐課程的教學(xué)效果,本文研究基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制綜合實(shí)踐教學(xué)模式,利用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論教學(xué)法,運(yùn)用“教學(xué)做合一”教學(xué)模式,模擬真實(shí)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)環(huán)境與開(kāi)發(fā)全過(guò)程,在教學(xué)過(guò)程中充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位,針對(duì)具體的視覺(jué)測(cè)量與控制任務(wù),有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的實(shí)踐能力,提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。
1 基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)思路
“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的一種教學(xué)法,它將以往以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念,轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問(wèn)題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理念。[2]近年來(lái),以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”為教學(xué)理念的創(chuàng)新教學(xué)模式受到了廣大教育工作者的高度重視。例如,廖廣軍等人[3]提出結(jié)合“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法,通過(guò)重構(gòu)驗(yàn)證性、綜合性、探索性三層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)踐教學(xué)表明該方法具有較好的教學(xué)效果;張宏偉等人[4]針對(duì)電子CAD課程,探索和實(shí)踐了基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式改革,采用理論與實(shí)踐訓(xùn)練同步、交叉進(jìn)行的并行課堂教學(xué)模式,有利于提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力;文獻(xiàn)[5]提出了基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的“統(tǒng)計(jì)學(xué)”教學(xué)改革方案,從項(xiàng)目的初期、實(shí)施階段及項(xiàng)目總結(jié)3個(gè)方面分析項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法在“統(tǒng)計(jì)學(xué)”課程的應(yīng)用;蔣彥等人[6]提出將“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法應(yīng)用于測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)中,以突出了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位。文獻(xiàn)[7]以MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)中索引的創(chuàng)建與應(yīng)用為例,提出以工作過(guò)程為導(dǎo)向的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法教學(xué)模式,從子項(xiàng)目設(shè)計(jì)、計(jì)劃制定、任務(wù)實(shí)施、任務(wù)交付、效果評(píng)價(jià)和項(xiàng)目擴(kuò)展6個(gè)方面設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。韓永華等人[8]通過(guò)基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的交互式管理界面的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式組織課堂教學(xué),有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性。因此,“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”運(yùn)用“教學(xué)做合一”的教學(xué)模式設(shè)計(jì)與組織課堂教學(xué),在教學(xué)中突出學(xué)生的主體地位,能有效培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的實(shí)踐動(dòng)手能力。
本文以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”為理論基礎(chǔ),圍繞教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理和課程考核四個(gè)方面,探索新的“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐課程的教學(xué)模式,從明確教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、規(guī)范課程設(shè)計(jì)管理過(guò)程和建立多元化的評(píng)價(jià)方法等方面研究“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué)的新模式,通過(guò)制定明確的目標(biāo)任務(wù)、創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境,使學(xué)生帶著真實(shí)的任務(wù)在探索中學(xué)習(xí)。在老師的指導(dǎo)下,學(xué)生以小組為單位,緊緊圍繞分配的課題任務(wù),在強(qiáng)烈的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,充分利用互聯(lián)網(wǎng)、圖書(shū)館等學(xué)習(xí)資源的主動(dòng)收集、整理和歸納相關(guān)知識(shí),自主探索和互助式學(xué)習(xí),最大限度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)潛能,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及分工協(xié)作的創(chuàng)新思維,以培養(yǎng)符合國(guó)家和社會(huì)需要的復(fù)合應(yīng)用型創(chuàng)新性人才。
2 基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”教學(xué)模式
本文運(yùn)用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”開(kāi)展“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué)。如圖1是綜合實(shí)踐教學(xué)模式改革的主要內(nèi)容。
2.1 制定明確的教學(xué)目標(biāo)
制定明確的教學(xué)目標(biāo)是搞好“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué)的首要任務(wù)。通過(guò)該課程,進(jìn)一步鞏固計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量和檢測(cè)技術(shù)的基本原理和方法,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量和檢測(cè)的理論方法解決實(shí)際生產(chǎn)中的測(cè)量與檢測(cè)任務(wù)的能力,以滿足現(xiàn)代制造業(yè)的高速、精密、復(fù)雜的應(yīng)用需求。本課程以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的模式,通過(guò)講練結(jié)合,要求學(xué)生掌握視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建方法,掌握綜合利用機(jī)器視覺(jué)軟件Halcon、計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV和C#編程軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的方法。通過(guò)實(shí)際工程中具體的視覺(jué)測(cè)量和檢測(cè)案例的學(xué)習(xí)與實(shí)踐,使學(xué)生初步具備解決實(shí)際工程中視覺(jué)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。
2.2 組織豐富的教學(xué)內(nèi)容
在開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,主要從如下三個(gè)方面組織教學(xué)內(nèi)容:
(1)開(kāi)展案例教學(xué)演練。掌握HALCON 12圖像采集助手獲取相機(jī)實(shí)時(shí)圖像,并將插入采集實(shí)時(shí)圖像的HALCON代碼導(dǎo)出為C#代碼,設(shè)計(jì)圖像采集窗口,編程實(shí)現(xiàn)采集/停止功能,并對(duì)圖像采集程序進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。通過(guò)案例講解,從軟件工程的角度給學(xué)生詳細(xì)講解實(shí)現(xiàn)一個(gè)工件二維尺寸測(cè)量的詳細(xì)過(guò)程,包括需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、具體實(shí)施和測(cè)試等環(huán)節(jié),是學(xué)生掌握視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建方法,掌握綜合利用機(jī)器視覺(jué)軟件Halcon和C#編程軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的方法,并掌握課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)規(guī)范。
(2)拓展現(xiàn)代工程工具的運(yùn)用。本課程以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的模式,通過(guò)講練結(jié)合,要求學(xué)生掌握視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建方法,掌握綜合利用機(jī)器視覺(jué)軟件Halcon、計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV、C#編程軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的方法。通過(guò)在課程教學(xué)中引入上述現(xiàn)代工程工具的運(yùn)用,能有效開(kāi)拓學(xué)生知識(shí)面,提高實(shí)踐動(dòng)手能力和工程能力。
(3)開(kāi)展綜合實(shí)踐訓(xùn)練。在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,各個(gè)學(xué)生分組獨(dú)立完成課題分析、設(shè)計(jì)、代碼編寫(xiě)和調(diào)試,獨(dú)立撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。通過(guò)調(diào)研、查找資料、總體方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、具體方案實(shí)現(xiàn)、整理報(bào)告、提交作品和項(xiàng)目分組答辯等實(shí)踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的實(shí)踐能力,提升本專業(yè)應(yīng)用技術(shù)型和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)能力。如表1是本課程制定的綜合實(shí)踐訓(xùn)練選題內(nèi)容。
2.3 制定規(guī)范的教學(xué)規(guī)程
要制定規(guī)范的教學(xué)管理規(guī)程,從學(xué)時(shí)安排、師資配置和人員組織上精心策劃,建立完善的監(jiān)督與修正機(jī)制,保證實(shí)踐教學(xué)的順利實(shí)施,確保課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐效果。
在教學(xué)計(jì)劃中,筆者所在的控制工程系組織相關(guān)教師精心編寫(xiě)了“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué)大綱,對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、案例講解、教學(xué)組織與實(shí)施、教學(xué)過(guò)程日志、綜合實(shí)踐報(bào)告和考核方法與成績(jī)?cè)u(píng)定等方面的內(nèi)容進(jìn)行了明確的規(guī)定。為保證教學(xué)效果,“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐安排了56個(gè)學(xué)時(shí),并安排專門“視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)”、“機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”課程的兩名專任教師擔(dān)當(dāng)實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)教師,有利于根據(jù)學(xué)生的實(shí)踐能力開(kāi)展個(gè)性化的教學(xué)。在綜合實(shí)踐訓(xùn)練階段,采用課題組形式,以3~4個(gè)學(xué)生為一組,每組推薦組長(zhǎng)1名,負(fù)責(zé)組織和協(xié)調(diào)組內(nèi)成員在課題設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)中,每個(gè)學(xué)生要按要求如實(shí)記載實(shí)踐教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)展情況、遇到的問(wèn)題和解決途徑,由指導(dǎo)教師和其他課題組長(zhǎng)交叉檢查學(xué)生實(shí)踐過(guò)程的記載情況,并作為成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)。最后,每個(gè)課題組要按規(guī)范合作撰寫(xiě)完整的課題報(bào)告,內(nèi)容包括需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、調(diào)試分析,并按統(tǒng)一格式列出主要參考文獻(xiàn)。
2.4 建立多元化的考核評(píng)價(jià)機(jī)制
為全面客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生在綜合實(shí)踐過(guò)程中的表現(xiàn),考核時(shí)遵循“四個(gè)結(jié)合”原則,即:課內(nèi)和課外實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合、個(gè)人能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力相結(jié)合、課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯成績(jī)相結(jié)合、自評(píng)和互評(píng)成績(jī)相結(jié)合,從學(xué)生對(duì)必知必會(huì)知識(shí)的掌握情況、理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的能力、工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力和團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)作能力等多個(gè)方面進(jìn)行全面考核。同時(shí),對(duì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯成績(jī),采用具體可操作的指標(biāo)量化形式評(píng)價(jià)。如表2是課程設(shè)計(jì)報(bào)告的評(píng)分維度和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。
3基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”教學(xué)方法的具體實(shí)施
在具體教學(xué)過(guò)程中,分四個(gè)階段開(kāi)展“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”教學(xué)。圖2是基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的綜合實(shí)踐實(shí)施過(guò)程。
(1)知識(shí)鞏固階段。本階段以“工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量與控制”方向中學(xué)生應(yīng)知必會(huì)的知識(shí)點(diǎn)開(kāi)始,根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)有基礎(chǔ)和實(shí)施課程設(shè)計(jì)必需的工具出發(fā),設(shè)計(jì)3~4個(gè)專題實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,以學(xué)生練習(xí)為主,老師輔導(dǎo)答疑為輔,精心組織實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。
(2)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段。本階段指導(dǎo)教師以一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)為案例,利用工程設(shè)計(jì)的思想,從需求分析入手,給學(xué)生講解和演示設(shè)計(jì)一個(gè)完整的視覺(jué)系統(tǒng)的全部過(guò)程,通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中每個(gè)要點(diǎn)的講授,循序漸進(jìn)地提高學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)和學(xué)習(xí)新知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。(下轉(zhuǎn)第162頁(yè))(上接第140頁(yè))
(3)實(shí)踐階段。本階段采用自由組合方式,以3~4個(gè)學(xué)生為一組組成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)小組。在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,從綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中選擇一個(gè)課題開(kāi)展工程實(shí)踐。由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)本組任務(wù)的分配和內(nèi)部協(xié)調(diào)工作,定期匯報(bào)項(xiàng)目的進(jìn)展情況,及時(shí)與指導(dǎo)教師溝通遇到的技術(shù)難題。在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中,每個(gè)學(xué)生必須認(rèn)真詳細(xì)記載實(shí)踐記錄,真實(shí)反映實(shí)踐全過(guò)程。項(xiàng)目組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織本組項(xiàng)目的實(shí)施,組織小組成員撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告,并參與最終的成績(jī)?cè)u(píng)定。通過(guò)模擬真實(shí)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)環(huán)境與開(kāi)發(fā)過(guò)程,讓學(xué)生充當(dāng)項(xiàng)目中的不同角色,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力、溝通與協(xié)作能力,提升本專業(yè)應(yīng)用技術(shù)型和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)能力。
(4)項(xiàng)目考核階段。本階段遵循“四結(jié)合”原則,將過(guò)程和結(jié)果都要納入評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)踐成績(jī)的范疇。不僅要學(xué)生對(duì)必知必會(huì)知識(shí)的掌握情況進(jìn)行評(píng)價(jià),而且要重點(diǎn)考核學(xué)生將理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的能力,特別是系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和溝通協(xié)作能力,并采用指標(biāo)量化的形式評(píng)價(jià)課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯成績(jī)。
4 結(jié)語(yǔ)
本文從高等學(xué)校應(yīng)用型高級(jí)專門人才培養(yǎng)的內(nèi)在要求出發(fā),從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)規(guī)程和考核評(píng)價(jià)四個(gè)方面具體闡述了運(yùn)用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”開(kāi)展“工業(yè)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量與控制”綜合實(shí)踐教學(xué)模式。該模式有利于充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)潛能,進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐的綜合能力,符合新期間社會(huì)對(duì)應(yīng)用型高級(jí)專門人才培養(yǎng)的內(nèi)在要求。
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