項(xiàng)目式教學(xué)在《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程中的實(shí)踐研究

劉大龍 丁鐸

摘要：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在2025中國(guó)制造的背景下已經(jīng)越來(lái)越多地運(yùn)用在各行各業(yè)，高職類(lèi)院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)的學(xué)校如雨后春筍般涌現(xiàn)，其中核心專業(yè)課工業(yè)機(jī)器人操作與編程的教學(xué)是專業(yè)教學(xué)中的重點(diǎn)，對(duì)于本課程的教學(xué)，本校通過(guò)模塊化、項(xiàng)目式教學(xué)的方式完成課程內(nèi)容的教授，教學(xué)中運(yùn)用多種教學(xué)手段和方法，項(xiàng)目式教學(xué)的教學(xué)效果較好地融入教學(xué)中，提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式教學(xué);工業(yè)機(jī)器人操作;實(shí)踐能力;創(chuàng)新能力

2015年，李克強(qiáng)簽發(fā)《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略性文件，中國(guó)實(shí)施制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的十年規(guī)劃就此開(kāi)始。工業(yè)機(jī)器人既是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐裝備，也是改善人類(lèi)生活方式的重要切入點(diǎn)，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新、高端制造發(fā)展水平的重要標(biāo)志。大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，對(duì)于打造我國(guó)制造新優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)，改善人們生活水平具有重要意義。中國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中非常廣泛，尤其是在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展，以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，已從汽車(chē)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人，水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人、海洋機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。

然而工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)火爆發(fā)展以及專業(yè)人才缺口的日益擴(kuò)大，工業(yè)機(jī)器人人才的培養(yǎng)工作迎來(lái)了“瓶頸期”。深圳市機(jī)器人協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)畢亞雷表示，目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才缺口將近10萬(wàn)，而根據(jù)工信部發(fā)展規(guī)劃，到2020年，全國(guó)工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量將達(dá)到100萬(wàn)臺(tái)，工業(yè)機(jī)器人操作維護(hù)、系統(tǒng)安裝調(diào)試、系統(tǒng)集成等應(yīng)用人才需求量將達(dá)到20萬(wàn)左右。教育部職業(yè)技術(shù)教育中心研究所所長(zhǎng)楊進(jìn)經(jīng)過(guò)細(xì)致調(diào)研，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)并不都是高精尖，至少在生產(chǎn)與應(yīng)用崗位，是以職業(yè)院校人才為主。2018年上半年，畢亞雷牽頭對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)調(diào)研時(shí)看到，一些職業(yè)院校在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方面已經(jīng)有了對(duì)口專業(yè)，但由于剛剛興起，人才還處于青黃不接的局面。目前從事工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程、機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線維護(hù)、工業(yè)機(jī)器人安裝調(diào)試等崗位的人員，主要通過(guò)對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)電一體化等專業(yè)畢業(yè)生的二次培訓(xùn)。因此高職院校作為工業(yè)機(jī)器人人才培養(yǎng)的主力，應(yīng)盡快制定工業(yè)機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)方案，并對(duì)人才的培養(yǎng)立足于每一門(mén)課程的教學(xué)，特別是專業(yè)核心課程的教學(xué)，通過(guò)課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，達(dá)到人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)。項(xiàng)目的研究回歸到與工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程專業(yè)人才培養(yǎng)相關(guān)的課堂教學(xué)，基于研究人員所在單位工業(yè)機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)方案，選擇工業(yè)機(jī)器人專業(yè)-《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》核心課程，研究如何通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)模式，使整個(gè)課程和每一堂課的教學(xué)目標(biāo)更加明確，能夠更加高效高質(zhì)量地培養(yǎng)出工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域需要的專業(yè)技術(shù)人才。

項(xiàng)目教學(xué)法就是在老師的指導(dǎo)下，將一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生自己處理，信息的收集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及最終評(píng)價(jià)，都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過(guò)該項(xiàng)目的進(jìn)行，了解并把握整個(gè)過(guò)程及每一個(gè)環(huán)節(jié)中的基本要求?！绊?xiàng)目教學(xué)法”最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，具體表現(xiàn)在：目標(biāo)指向的多重性;學(xué)習(xí)見(jiàn)效快;可控性好;注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。項(xiàng)目教學(xué)法是師生共同完成項(xiàng)目，共同取得進(jìn)步的教學(xué)方法。

從文獻(xiàn)檢索情況來(lái)看，我國(guó)大約于2001引入項(xiàng)目教學(xué)模式法于教育領(lǐng)域。該模式較早應(yīng)用于中、高職業(yè)學(xué)校的計(jì)算機(jī)、電子等專業(yè)技能的教學(xué)。項(xiàng)目式教學(xué)模式引入工業(yè)機(jī)器人教學(xué)近幾年才剛剛起步。從文獻(xiàn)資料來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程教學(xué)的研究文獻(xiàn)數(shù)量還比較有限，在機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)中引入項(xiàng)目教學(xué)的研究尚十分缺乏。

來(lái)自2018年的高考志愿填報(bào)網(wǎng)站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)共有259所高職院校開(kāi)設(shè)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)，其中廣東省有14所高職院校開(kāi)設(shè)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)專業(yè)。工業(yè)機(jī)器人編程類(lèi)作為專業(yè)核心課程的開(kāi)設(shè)率占100%，這表明培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的編程能力是所有職業(yè)院校的共同目標(biāo)，從中也不難看出這類(lèi)課程在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的重要性。

目前很多職業(yè)學(xué)院里所開(kāi)設(shè)的《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程的教學(xué)雖然也很注重實(shí)踐，甚至在教學(xué)中也會(huì)采用項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)模式，但基本上是按照所使用的項(xiàng)目式課程教材的章節(jié)順序授課，很多教材雖然對(duì)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，按照任務(wù)模塊進(jìn)行了劃分，但是對(duì)每個(gè)知識(shí)模塊的任務(wù)目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和學(xué)生學(xué)習(xí)后要達(dá)到的能力目標(biāo)并不明確，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中容易出現(xiàn)被動(dòng)地接受知識(shí)，主動(dòng)性差，容易造成學(xué)生厭學(xué)的情緒，培養(yǎng)出的人才質(zhì)量得不到有效提高。所以研究如何設(shè)計(jì)更有效地項(xiàng)目式教學(xué)模式，并應(yīng)用于課堂實(shí)踐教學(xué)尤為重要。

本校的研究，立足于社會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)操作與編程類(lèi)人才的需求，以職業(yè)能力培養(yǎng)為主線，研究如何設(shè)計(jì)《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程的項(xiàng)目式教學(xué)模式，并分析“工業(yè)機(jī)器人操作編程工程師”崗位的工作任務(wù)，整合工業(yè)機(jī)器人不同行業(yè)企業(yè)的典型應(yīng)用，針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目構(gòu)建“任務(wù)+知識(shí)+能力”的教學(xué)內(nèi)容，明確每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)達(dá)到的任務(wù)目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和學(xué)生學(xué)習(xí)后要達(dá)到的能力目標(biāo)，從而更加實(shí)際有效地為社會(huì)培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)操作與編程類(lèi)人才。

項(xiàng)目主要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：（1）如何設(shè)計(jì)能夠體現(xiàn)“任務(wù)+知識(shí)+能力”的《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程項(xiàng)目式教學(xué)模式;（2）如何根據(jù)設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目式教學(xué)模式開(kāi)展具體的教學(xué)實(shí)施;（3）如何有效評(píng)估項(xiàng)目式教學(xué)的效果。

本校的研究主要從我國(guó)高職院校課程標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，對(duì)不同版本的工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)教材進(jìn)行分析，從而確立進(jìn)行基于ABB工業(yè)器人的操控與編程教學(xué)的項(xiàng)目主題，并開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐，最后對(duì)整體項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行探索和總結(jié)。

（1）高職院校課程標(biāo)準(zhǔn)研究。研究以工作過(guò)程為導(dǎo)向的新高職課程體系下，《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程標(biāo)準(zhǔn)制訂的思路與內(nèi)容，明確課程目標(biāo)、課程內(nèi)容，制訂課程實(shí)施方案，規(guī)范課程的教學(xué)過(guò)程。

（2）對(duì)不同工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)教材對(duì)比分析。研究教材核心知識(shí)內(nèi)容體系，探索如何按照項(xiàng)目式教學(xué)的需求合理設(shè)置課程教學(xué)內(nèi)容。

（3）研究國(guó)內(nèi)外用于工業(yè)機(jī)器人編程教學(xué)的方法，總結(jié)不同教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)和不足，探尋適合《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程的項(xiàng)目式教學(xué)模式。

（4）研究項(xiàng)目式教學(xué)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人編程課程教學(xué)的現(xiàn)狀，明確項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)和需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

（5）基于《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程的項(xiàng)目式教學(xué)模式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出適合本課程的項(xiàng)目式教學(xué)模式，針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目構(gòu)建“任務(wù)+知識(shí)+能力”的教學(xué)內(nèi)容，明確每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)達(dá)到的任務(wù)目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和學(xué)生學(xué)習(xí)后要達(dá)到的能力目標(biāo)。

（6）基于《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施。按照2018級(jí)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)方案的培養(yǎng)計(jì)劃，在第5學(xué)期開(kāi)始實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐。

（7）項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施課程項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施效果分析評(píng)價(jià)。調(diào)查《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程在2018級(jí)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)中的實(shí)施情況，總結(jié)實(shí)施效果并進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

具體研究采用的研究方法和研究思路如圖1所示。

重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是項(xiàng)目式教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)施，以及對(duì)實(shí)踐效果的評(píng)估。項(xiàng)目從調(diào)研到最終的研究總結(jié)，整體實(shí)施步驟和計(jì)劃分為如圖2所示的調(diào)研、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)效果評(píng)估和研究總結(jié)五個(gè)階段。

在研究特色方面：

（1）研究?jī)?nèi)容符合當(dāng)前如何培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才的熱點(diǎn)需求，且研究?jī)?nèi)容涵蓋基礎(chǔ)研究和實(shí)踐研究;

（2）研究過(guò)程條理清晰，研究方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，預(yù)期研究成果圍繞課程的項(xiàng)目式教學(xué)需求形成體系。

在項(xiàng)目研究創(chuàng)新方面：

（1）打破目前對(duì)如何培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)的純理論或不成體系的實(shí)踐研究方式，采用理論研究與實(shí)踐研究相結(jié)合的方式;

（2）在具體項(xiàng)目式教學(xué)知識(shí)內(nèi)容的設(shè)置方面，采用“任務(wù)+知識(shí)+能力”方式，明確每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)達(dá)到的任務(wù)目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和學(xué)生學(xué)習(xí)后要達(dá)到的能力目標(biāo)，從而更加實(shí)際有效地為社會(huì)培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)操作與編程類(lèi)人才。

項(xiàng)目組教師在項(xiàng)目研究前已經(jīng)取得了一定的成果，這些成果有效地支持了項(xiàng)目式教學(xué)的研究。與此同時(shí)，學(xué)校相繼出臺(tái)的支持和保護(hù)科技創(chuàng)新成果系列文件《廣州華商職業(yè)學(xué)院關(guān)于促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化工作實(shí)施方案》《廣州華商職業(yè)學(xué)院科教研成果獎(jiǎng)勵(lì)辦法》《廣州華商職業(yè)學(xué)院專利管理辦法（試行）》等，這些都對(duì)完成項(xiàng)目研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】