基于科研項(xiàng)目的課程教學(xué)改革與實(shí)施探討
——以“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程為例

劉彩霞

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

0 引言

隨著職業(yè)教育的改革及深入推進(jìn)，高職院校教師日常工作的重要部分之一便是科研工作。近幾年，高職院?？蒲许?xiàng)目數(shù)量逐漸提升，科研成果也日益豐碩，但是科研成果“束之高閣”的現(xiàn)象仍比較普遍[1]。思想政治工作貫穿于高等教育教學(xué)的全過程，實(shí)現(xiàn)全員、全程、全方位的“三全”育人，開創(chuàng)我國(guó)高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?？蒲杏耸歉咝Ｓ说闹匾M成部分，高等學(xué)校要從全方位、多角度開展科研育人工作。2015年中央印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢(shì)下高校宣傳思想工作的意見》中提出“科研育人”。2017年《高校思想政治工作質(zhì)量提升工程實(shí)施綱要》中提出“科研育人”，它是“十大育人體系”之一，是“三全育人”的重要組成部分[2]。高職院校能以立項(xiàng)形式的科研資源比較少、但文化發(fā)展和科技日新月異卻給教師開展研究提供了廣闊的天地。高職院校雖然科研基礎(chǔ)比較薄弱，教師科研動(dòng)力不足，但這并不否定科研能促進(jìn)教學(xué)的客觀事實(shí)[3-4]。所以將科研成果貫穿于教學(xué)是讓科研成果價(jià)值提升、教學(xué)質(zhì)量顯著提高、教學(xué)科研協(xié)同育人共相長(zhǎng)的重要舉措。本文闡述2020年度內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究資助項(xiàng)目“CNC機(jī)床工業(yè)機(jī)器人上下料集成智能制造系統(tǒng)的開發(fā)與研究”及內(nèi)蒙古自治區(qū)教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃2020年度立項(xiàng)課題“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程‘1+X’證書制度試驗(yàn)研究”的科研課題成果在“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程如何以科研反哺教學(xué)，教學(xué)促進(jìn)科研的。

1 開展科研的意義

教師積極申報(bào)和研究科研項(xiàng)目，才能具備科研能力、科研素養(yǎng)、科研精神、科研魅力，使自己成為真正意義上的立德樹人的主力軍，讓科研工作與課程建設(shè)這個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)“科課”相長(zhǎng)，在課堂教學(xué)這個(gè)主渠道若隱若現(xiàn)地貫穿其中。2015年5月19日，國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《中國(guó)制造2025》，在“一二三四五五十”的總體結(jié)構(gòu)中，“智能制造工程”是五大工程之一，“機(jī)器人”是十大領(lǐng)域之一。借勢(shì)東風(fēng)、結(jié)合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程，“CNC 機(jī)床工業(yè)機(jī)器人上下料集成智能制造系統(tǒng)的開發(fā)與研究”科研項(xiàng)目、“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”證書制度試驗(yàn)研究”規(guī)劃課題應(yīng)用而生。該科研項(xiàng)目是在現(xiàn)有沈陽(yáng)機(jī)床廠制造的HTC2050z 車削中心的基礎(chǔ)上研究和開發(fā)的工業(yè)機(jī)器人上下料集成智能制造系統(tǒng)。主要研究HTC2050z 機(jī)床參數(shù)、特性，構(gòu)成自動(dòng)上下料系統(tǒng)所需外圍設(shè)備的選型和確定，尤其是工業(yè)機(jī)器人的選型，工作站系統(tǒng)布局與仿真，工作站集成系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，電氣原理圖設(shè)計(jì)，氣動(dòng)控制線路設(shè)計(jì)，氣爪的配置，上下料工作臺(tái)設(shè)計(jì)，總控PLC 程序設(shè)計(jì)，可視化系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)，數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)，工作站集成組建、調(diào)試、優(yōu)化，編制工業(yè)機(jī)器人工作站基本使用說(shuō)明等。該科研項(xiàng)目已啟動(dòng)兩年，期間讓學(xué)生參與到科研工作中來(lái)，同時(shí)教師將科研工作前沿技術(shù)、科研思路等帶到課程中與學(xué)生一起進(jìn)行，積極培養(yǎng)了學(xué)生系統(tǒng)集成的整體思路。

2 課程特點(diǎn)

“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，是理實(shí)一體化課程，開設(shè)在大三第一學(xué)期。該課程綜合性很強(qiáng)，它涉及傳感器、自動(dòng)化技術(shù)、PLC 技術(shù)、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)等多種學(xué)科的內(nèi)容，核心技能是工業(yè)機(jī)器人的工作站的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)應(yīng)用技能，滿足工業(yè)機(jī)器人及系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等崗位群的需要[5]。在前期已具備工業(yè)機(jī)器人編程與操作、電氣控制系統(tǒng)識(shí)讀與分析、PLC 控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人離線編程與仿真、傳感器技術(shù)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。但上述技術(shù)都是分散學(xué)習(xí)的，沒有在一個(gè)具體的工作站系統(tǒng)中相互結(jié)合起來(lái)實(shí)際應(yīng)用，在該課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生將進(jìn)行畢業(yè)綜合技能訓(xùn)練及畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)，所以該課程起到承前啟后、中間橋梁的作用。

3 科研融入課程

依據(jù)“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用‘1+X’證書”提出的系統(tǒng)集成新模式、新技術(shù)、新戰(zhàn)略。融入工業(yè)機(jī)器人集成技能大賽相關(guān)內(nèi)容，課程從工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用職業(yè)崗位核心技能出發(fā)，依托“CNC 機(jī)床工業(yè)機(jī)器人上下料集成智能制造系統(tǒng)的開發(fā)與研究”科研項(xiàng)目，將該科研項(xiàng)目貫穿課程全過程，結(jié)合行業(yè)規(guī)范和創(chuàng)新要求進(jìn)行授課，擬定了知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，構(gòu)建了基于學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的“五項(xiàng)目、多任務(wù)、參證書、溶科研”的教學(xué)內(nèi)容，將科研項(xiàng)目研究思路、研究?jī)?nèi)容等重組后融入授課內(nèi)容，從不自覺到自覺的、有目的的、有規(guī)劃的融入，使得課堂內(nèi)容更偏向?qū)嵺`化，課堂內(nèi)容豐富多彩。如圖1 所示。

圖1 重組的教學(xué)內(nèi)容

4 科研助力課堂

未引入科研項(xiàng)目的課程，采用線上線下“兩空間”、課前自學(xué)、課中導(dǎo)學(xué)、課后固學(xué)“三階段”及“導(dǎo)→解→練→施→檢→優(yōu)”“六環(huán)節(jié)”進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，見圖2下半部分。

課前主要采用線上的方式，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，發(fā)布任務(wù)單、推送相關(guān)學(xué)習(xí)資料，學(xué)生根據(jù)任務(wù)單開展項(xiàng)目。將課堂內(nèi)容前移，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的自主學(xué)習(xí)能力和合作探究能力。教師根據(jù)學(xué)生課前任務(wù)完成情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

課中，以工作過程為導(dǎo)向，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主線，以工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)工程應(yīng)用為載體，以“導(dǎo)→解→練→施→檢→優(yōu)”任務(wù)難度逐級(jí)遞增的教學(xué)活動(dòng)，運(yùn)用職教云平臺(tái)、離線編程軟件、TIA Portal 軟件等多種信息化手段組織開展“理實(shí)一體化”線上線下混合教學(xué)。

課后，借助職教云平臺(tái)資源、必應(yīng)等，鞏固知識(shí)，強(qiáng)化系統(tǒng)集成的能力。

在整個(gè)教學(xué)過程中注重學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，融入課程思政元素尤其科研育人元素，達(dá)到潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。

引入科研項(xiàng)目后的課程，依然采用線上線下“兩空間”、重點(diǎn)改變是課前設(shè)計(jì)、課中實(shí)施、課后糾錯(cuò)“三階段”及“析→解→討→定→施→展”“六環(huán)節(jié)”進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，見圖2 上半部分。

圖2 教學(xué)實(shí)施設(shè)計(jì)

課前依然采用線上的方式，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，發(fā)布課前設(shè)計(jì)內(nèi)容、推送相關(guān)實(shí)施資料，學(xué)生根據(jù)任務(wù)單開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的合作探究能力。教師根據(jù)學(xué)生課前設(shè)計(jì)完成情況，及時(shí)調(diào)整課中實(shí)施策略。

課中，教師選出每組典型方案，提出建設(shè)性建議，學(xué)生派代表解析本組方案的關(guān)鍵元素，教師給予適當(dāng)引導(dǎo)，全部學(xué)生按組參與討論，提出優(yōu)化的合理方案，確定最終實(shí)施方案，學(xué)生在科研設(shè)備上分工實(shí)施，教師巡視指導(dǎo)，實(shí)施完成，運(yùn)行功能，學(xué)生教師評(píng)價(jià)功能實(shí)現(xiàn)效果。

課后，對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施進(jìn)行復(fù)盤反思，根據(jù)實(shí)施結(jié)果驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的合理性，寫出改進(jìn)意見，提交組長(zhǎng)，統(tǒng)一修改方案，提出課堂實(shí)施中存在和注意的問題，避免在今后設(shè)計(jì)時(shí)再次發(fā)生。

5 科研彰顯成效

5.1 調(diào)動(dòng)了“教”“學(xué)”的積極性

在未將該科研項(xiàng)目引入到課程時(shí)，該課程是選擇一本教材，圍繞教材展開課程的教學(xué)內(nèi)容，理論知識(shí)偏重，課程內(nèi)容相對(duì)單調(diào)，雖能將多學(xué)科的知識(shí)串起來(lái)，但沒有具體的應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)生只能得到一些抽象和理論的認(rèn)識(shí)，不能直觀、具象的獲得工作站的整體實(shí)際應(yīng)用。這樣學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不足，教師教起來(lái)乏味，老師雖然傾其所有教了很多知識(shí)，學(xué)生看似學(xué)的知識(shí)也很多，但能應(yīng)用起來(lái)地很少，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生厭煩心理，往往是事倍功半的效果。課程中引入科研項(xiàng)目后，因?yàn)榭蒲许?xiàng)目是老師自己開展和研發(fā)和經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的，知道具體做什么，怎么做，做中要注意什么。老師心中很有數(shù)，能夠有針對(duì)性指導(dǎo)學(xué)生完成具體的內(nèi)容，且是可實(shí)施、可完成及可量化的。學(xué)生在老師的引導(dǎo)和指導(dǎo)下，能清晰地知道自己要做什么，完成到什么程度，完成后的效果是什么，依據(jù)高職學(xué)生學(xué)情特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)他們對(duì)可動(dòng)手、可操作的技能更愿意主動(dòng)學(xué)習(xí)，增加了他們學(xué)習(xí)的興趣和樂趣，帶動(dòng)了積極性，能起到事半功倍的成效。

5.2 豐富了課程的教學(xué)內(nèi)容

教師在科研項(xiàng)目開展和實(shí)施過程中，調(diào)研了大量的和項(xiàng)目相關(guān)的企業(yè)工作，查閱大量的文獻(xiàn)資料，掌握了大量行業(yè)最新動(dòng)態(tài)、技術(shù)，可將行業(yè)的新知識(shí)、新技能、新工藝重組后融入教學(xué)中，能夠有效地彌補(bǔ)教材內(nèi)容的不足，可更新優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使所教內(nèi)容貼近企業(yè)實(shí)際，使學(xué)生所學(xué)課程滿足就業(yè)崗位所需內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了課崗無(wú)縫對(duì)接，提升了教學(xué)效果，減輕了初入職場(chǎng)“小白”帶來(lái)的工作壓力。教師在科研開展中，將掌握的行業(yè)最新動(dòng)態(tài)融入課程中，將完成科研所具備的科研素養(yǎng)和科研精神融入課堂中，將科研者的工匠品質(zhì)、創(chuàng)新精神潤(rùn)物無(wú)聲地融入課程中，學(xué)生對(duì)之前實(shí)施改革前表現(xiàn)出更大的積極性，對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成表現(xiàn)出強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，拓展了學(xué)生的視野和主動(dòng)性。

5.3 培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神

一項(xiàng)科研項(xiàng)目的完成需要團(tuán)隊(duì)的相互配合，在課題開發(fā)與研究中，首先教師團(tuán)隊(duì)要分工合作，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人統(tǒng)籌安排，每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員相互配合，相互協(xié)商但又各盡其職，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作精神。其次，在項(xiàng)目研究中，學(xué)生的加入使教師能夠在信息整理、資料收集、數(shù)據(jù)分析等繁雜的基礎(chǔ)性事務(wù)中抽身出來(lái)，更高效專注于研究。最后學(xué)生思維活躍，創(chuàng)新能力強(qiáng)，對(duì)問題有獨(dú)到的見解，為教師科研注入活力[6]，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與老師之間協(xié)作配合、默契工作，為今后走上工作崗位的團(tuán)隊(duì)合作奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過兩輪的試驗(yàn)、總結(jié)，發(fā)現(xiàn)開發(fā)與專業(yè)相關(guān)的科研項(xiàng)目，并將其融入專業(yè)課程的教學(xué)中，將科研育人真正落到實(shí)處，除了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)課程有顯性推動(dòng)作用外，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)、科研作風(fēng)和科研能力，能培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)創(chuàng)新精神，使得科研創(chuàng)新水平得到了提高，可為日后工作學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。

對(duì)于高職院校而言，在當(dāng)前“中國(guó)制造2025”及教育改革的浪潮下需要教師教學(xué)、科研兩條腿走路，而這兩條腿還不能并行走路，需要交錯(cuò)走路，這對(duì)老師提出了更高的要求，如何能有效地將教學(xué)融入科研，且科研及時(shí)的反哺教學(xué)，對(duì)高職老師來(lái)時(shí)，似乎才剛剛上路，這條路任重而道遠(yuǎn)，需要老師們不斷地去摸索、試驗(yàn)、前進(jìn)、摸索中反復(fù)推敲，相信每個(gè)上路的老師一直在路上披荊斬棘，勇往直前，在這種示范輻射作用下，可帶動(dòng)更多的老師能主動(dòng)上路且一如既往，真正做到科研與教學(xué)共生共長(zhǎng)，發(fā)揮教學(xué)科研協(xié)同育人的效力。