论文题目：基于Visualone智能工厂的仿真教学模式实证研究 ——以中职《工业机器人操作与编程》课程为例
摘要：随着全球工业机器人产业的快速发展,国内企业对工业机器人应用型人才的需求愈加迫切。然而中职学校作为培养工业机器人基本操作与维护人才的主力军,培养的人才数量和质量却远远不能满足产业发展的现实需求。究其原因主要有:一是工业机器人专业是一个新兴专业,很多中职学校并没有开设工业机器人专业,即便是开设了此专业的学校,专业建设也相对滞后;二是工业机器人教学实训设备成本较高,结构种类复杂,许多中职学校在实训设备资金投入方面存在困难,在实训教学中工业机器人设备数量和类型均不能满足教学需求;三是师资队伍自身专业技能和教学能力还有待提高,工业机器人是集机械、电气、传感器、气动等技术为一体的综合实训设备,需要教师具有全方面的知识技能。基于此,本研究拟采用虚拟仿真教学（以下简称仿真教学）来解决中职学校工业机器人实训教学中面临的困境,用以提高教学质量,为工业机器人产业培养更多具有良好职业素养和高超专业技能的应用型人才。本研究依据“经验之塔理论”、“建构主义理论”和“混合式学习理论”,采用“不相等实验组控制组前后测准实验设计”来验证仿真教学的有效性。首先通过文献分析和访谈调查,拟定出仿真教学模式的实施流程,制定搬运、码垛、喷涂等机器人典型工作任务仿真教学设计方案,然后开展教学对照实验。实验对象为重庆市某中职学校工业机器人应用与维护专业2019级1班和2班的共93名学生。对两个班级进行实验前测表明,两个班级在学习兴趣和理论成绩方面无明显差异,然后对两个班开展为期两个月教学实验,2班作为实验班采用仿真教学模式教学,1班作为对照班采用传统实训模式教学。教学实验结束后对两个班开展实验后测,通过问卷调查对两个班的学习兴趣情况进行测量,通过理论考试对两个班的理论知识掌握情况进行测量,通过实操考试对两个班动手实践能力进行测量。旨在解决以下问题:针对《工业机器人操作与编程》课程,仿真教学模式能否提升学生的学习兴趣,能否提升学生的理论学习水平,能否提升学生的实践操作能力。本研究主要通过调查问卷、理论考试、实操测试等方式收集实验数据,利用EXCELL、SPSS软件进行数据统计分析,得出仿真教学是否有效的结论。研究发现:经过两个月的教学实验,采用仿真教学模式的实验班在学习兴趣、理论成绩、实操成绩这三个维度,相较采用传统实训教学模式的对照班均有了明显提高,并均具有显著性差异。其中理论成绩的提升效果最理想,仿真教学模式的总体教学效果良好。同时对实验班的前测和后测成绩对比分析发现,实验后学习兴趣得分和理论成绩得分均有不同程度的提升,再次验证了仿真教学的有效性。本次教学实验的开展,丰富了中职学校实训课程的教学模式。为中职学校实训课程的教学提供了新的思路和方法,仿真教学模式解决了中职学校实训设备及实训场地不足、实训教学安全问题突出等实际困难,并取得了一定的教学效果,期待能够为其他同类实训课程的仿真教学提供一些有意义的借鉴和参考。由于本研究作者理论知识水平有限,加上实验周期较短,在教学实验设计和实施过程中还存在许多不足之处,还需在未来教学实践中逐渐完善和改进。
关键词：仿真教学;工业机器人;实训课程;中职
学科专业：教育硕士（专业学位）
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景
1.1.1 国家对仿真教学的支持力度持续增强
1.1.2 中职机器人实训课程面临的困境
1.1.3 仿真技术为中职实训课程的变革提供了新的路径
1.2 研究意义
1.2.1 理论意义
1.2.2 现实意义
1.3 相关研究动态
1.3.1 仿真教学模式应用研究现状
1.3.2 工业机器人仿真技术研究现状
1.3.3 小结
1.4 研究设计
1.4.1 研究目标
1.4.2 研究内容
1.4.3 研究方法
1.4.4 研究思路
2 概念界定与理论基础
2.1 核心概念界定
2.1.1 Visualone仿真系统
2.1.2 教学模式
2.1.3 工业机器人
2.1.4 中等职业学校实训课程
2.2 理论基础
2.2.1 经验之塔理论
2.2.2 建构主义学习理论
2.2.3 混合式学习理论
3 基于Visualone仿真系统的仿真教学模式设计
3.1 仿真教学模式制定思路
3.2 仿真教学模式的形成过程
3.2.1 仿真教学模式访谈调查
3.2.2 仿真教学模式设计
3.3 实践环境介绍
3.4 Visualone仿真系统的基本操作
3.5 Visualone仿真教学的典型任务教学设计
3.5.1 机器人搬运任务仿真教学步骤
3.5.2 搬运任务仿真教学设计
4 基于Visualone仿真系统教学模式的实证研究
4.1 问题与假设
4.1.1 研究问题
4.1.2 研究假设
4.2 目的与对象
4.2.1 研究目的
4.2.2 研究对象
4.3 研究变量
4.4 研究材料
4.4.1 实验教材
4.4.2 调查问卷
4.4.3 理论、实操考核试卷
4.4.4 统计工具
4.5 研究准备
4.5.1 实验设计
4.5.2 问卷设计
4.5.3 软件基础操作培训
4.6 研究实施
4.6.1 实验基本信息
4.6.2 实验前测
4.6.3 实验教学
4.6.4 实验后测
4.7 数据分析
4.7.1 实验后实验班和对照班学习兴趣变化对比分析
4.7.2 实验后实验班和对照班理论成绩变化对比分析
4.7.3 实验后实验班和对照班实操成绩变化对比分析
4.7.4 实验班前测、后测学习兴趣数据对比分析
4.7.5 实验班前测、后测理论成绩数据对比分析
4.7.6 实验结果
5 总结与反思
5.1 研究总结
5.2 研究不足与反思
5.3 研究展望
参考文献
附件1:学习兴趣问卷调查表
附件2:重庆市工业技师学院2020~2021学年第一学期《工业机器人基础》期末试卷
附件3:重庆市工业技师学院2020~2021学年第二学期《工业机器人操作与编程》期中试卷
附件4:工业机器人实操测试试卷
致谢