項目式教學在《工業機器人操作與編程》課程中的實踐研究

劉大龍 丁鐸

摘要：工業機器人技術在2025中國制造的背景下已經越來越多地運用在各行各業，高職類院校工業機器人技術專業開設的學校如雨后春筍般涌現，其中核心專業課工業機器人操作與編程的教學是專業教學中的重點，對于本課程的教學，本校通過模塊化、項目式教學的方式完成課程內容的教授，教學中運用多種教學手段和方法，項目式教學的教學效果較好地融入教學中，提高學生實踐能力和創新能力。

關鍵詞：項目式教學;工業機器人操作;實踐能力;創新能力

2015年，李克強簽發《中國制造2025》戰略性文件，中國實施制造業強國的十年規劃就此開始。工業機器人既是先進制造業的關鍵支撐裝備，也是改善人類生活方式的重要切入點，其研發和產業化應用是衡量一個國家科技創新、高端制造發展水平的重要標志。大力發展工業機器人產業，對于打造我國制造新優勢，推動工業轉型升級，加快制造強國建設，改善人們生活水平具有重要意義。中國經過幾十年的發展，工業機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業中非常廣泛，尤其是在汽車產業中，工業機器人得到了廣泛的應用。隨著工業機器人向更深更廣方向的發展，以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范圍還在不斷擴大，已從汽車制造業推廣到其他制造業，進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業機器人，水電系統維護維修機器人、海洋機器人等各種非制造行業。此外，在國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機、警備機器人、醫療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。

然而工業機器人產業火爆發展以及專業人才缺口的日益擴大，工業機器人人才的培養工作迎來了“瓶頸期”。深圳市機器人協會秘書長畢亞雷表示，目前國內工業機器人應用人才缺口將近10萬，而根據工信部發展規劃，到2020年，全國工業機器人裝機量將達到100萬臺，工業機器人操作維護、系統安裝調試、系統集成等應用人才需求量將達到20萬左右。教育部職業技術教育中心研究所所長楊進經過細致調研，發現機器人產業并不都是高精尖，至少在生產與應用崗位，是以職業院校人才為主。2018年上半年，畢亞雷牽頭對機器人產業調研時看到，一些職業院校在工業機器人應用方面已經有了對口專業，但由于剛剛興起，人才還處于青黃不接的局面。目前從事工業機器人現場編程、機器人自動生產線維護、工業機器人安裝調試等崗位的人員，主要通過對電氣自動化技術、機電一體化等專業畢業生的二次培訓。因此高職院校作為工業機器人人才培養的主力，應盡快制定工業機器人專業技術人才的培養方案，并對人才的培養立足于每一門課程的教學，特別是專業核心課程的教學，通過課程教學培養學生的專業能力，達到人才培養的最終目標。項目的研究回歸到與工業機器人現場編程專業人才培養相關的課堂教學，基于研究人員所在單位工業機器人專業技術人才的培養方案，選擇工業機器人專業-《工業機器人操作與編程》核心課程，研究如何通過項目式教學模式，使整個課程和每一堂課的教學目標更加明確，能夠更加高效高質量地培養出工業機器人領域需要的專業技術人才。

項目教學法就是在老師的指導下，將一個個相對獨立的項目交由學生自己處理，信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價，都由學生自己負責，學生通過該項目的進行，了解并把握整個過程及每一個環節中的基本要求。“項目教學法”最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，具體表現在：目標指向的多重性;學習見效快;可控性好;注重理論與實踐相結合。項目教學法是師生共同完成項目，共同取得進步的教學方法。

從文獻檢索情況來看，我國大約于2001引入項目教學模式法于教育領域。該模式較早應用于中、高職業學校的計算機、電子等專業技能的教學。項目式教學模式引入工業機器人教學近幾年才剛剛起步。從文獻資料來看，工業機器人相關課程教學的研究文獻數量還比較有限，在機器人教學活動中引入項目教學的研究尚十分缺乏。

來自2018年的高考志愿填報網站的統計數據顯示，全國共有259所高職院校開設工業機器人專業，其中廣東省有14所高職院校開設工業機器人相關專業。工業機器人編程類作為專業核心課程的開設率占100%，這表明培養學生針對工業機器人的編程能力是所有職業院校的共同目標，從中也不難看出這類課程在專業人才培養方案中的重要性。

目前很多職業學院里所開設的《工業機器人操作與編程》課程的教學雖然也很注重實踐，甚至在教學中也會采用項目式實踐教學模式，但基本上是按照所使用的項目式課程教材的章節順序授課，很多教材雖然對課程知識的學習，按照任務模塊進行了劃分，但是對每個知識模塊的任務目標、知識目標和學生學習后要達到的能力目標并不明確，導致學生在學習中容易出現被動地接受知識，主動性差，容易造成學生厭學的情緒，培養出的人才質量得不到有效提高。所以研究如何設計更有效地項目式教學模式，并應用于課堂實踐教學尤為重要。

本校的研究，立足于社會對工業機器人現場操作與編程類人才的需求，以職業能力培養為主線，研究如何設計《工業機器人操作與編程》課程的項目式教學模式，并分析“工業機器人操作編程工程師”崗位的工作任務，整合工業機器人不同行業企業的典型應用，針對每個項目構建“任務+知識+能力”的教學內容，明確每個教學項目應達到的任務目標、知識目標和學生學習后要達到的能力目標，從而更加實際有效地為社會培養工業機器人現場操作與編程類人才。

項目主要解決以下幾個關鍵問題：（1）如何設計能夠體現“任務+知識+能力”的《工業機器人操作與編程》課程項目式教學模式;（2）如何根據設計好的項目式教學模式開展具體的教學實施;（3）如何有效評估項目式教學的效果。

本校的研究主要從我國高職院校課程標準出發，對不同版本的工業機器人編程技術教材進行分析，從而確立進行基于ABB工業器人的操控與編程教學的項目主題，并開展項目式教學實踐，最后對整體項目式教學活動進行探索和總結。

（1）高職院校課程標準研究。研究以工作過程為導向的新高職課程體系下，《工業機器人操作與編程》課程標準制訂的思路與內容，明確課程目標、課程內容，制訂課程實施方案，規范課程的教學過程。

（2）對不同工業機器人編程技術教材對比分析。研究教材核心知識內容體系，探索如何按照項目式教學的需求合理設置課程教學內容。

（3）研究國內外用于工業機器人編程教學的方法，總結不同教學方法的優點和不足，探尋適合《工業機器人操作與編程》課程的項目式教學模式。

（4）研究項目式教學應用于工業機器人編程課程教學的現狀，明確項目研究的基礎和需要進一步研究的內容。

（5）基于《工業機器人操作與編程》課程的項目式教學模式設計。設計出適合本課程的項目式教學模式，針對每個項目構建“任務+知識+能力”的教學內容，明確每個教學項目應達到的任務目標、知識目標和學生學習后要達到的能力目標。

（6）基于《工業機器人操作與編程》課程的項目式教學實施。按照2018級工業機器人專業人才培養方案的培養計劃，在第5學期開始實施項目式教學實踐。

（7）項目式教學實施課程項目式教學實施效果分析評價。調查《工業機器人操作與編程》課程在2018級工業機器人專業教學中的實施情況，總結實施效果并進行評價分析。

具體研究采用的研究方法和研究思路如圖1所示。

重點研究內容是項目式教學模式設計與實施，以及對實踐效果的評估。項目從調研到最終的研究總結，整體實施步驟和計劃分為如圖2所示的調研、教學設計、教學實施、教學效果評估和研究總結五個階段。

在研究特色方面：

（1）研究內容符合當前如何培養工業機器人專業人才的熱點需求，且研究內容涵蓋基礎研究和實踐研究;

（2）研究過程條理清晰，研究方法經濟實用，預期研究成果圍繞課程的項目式教學需求形成體系。

在項目研究創新方面：

（1）打破目前對如何培養工業機器人專業人才培養的純理論或不成體系的實踐研究方式，采用理論研究與實踐研究相結合的方式;

（2）在具體項目式教學知識內容的設置方面，采用“任務+知識+能力”方式，明確每個教學項目應達到的任務目標、知識目標和學生學習后要達到的能力目標，從而更加實際有效地為社會培養工業機器人現場操作與編程類人才。

項目組教師在項目研究前已經取得了一定的成果，這些成果有效地支持了項目式教學的研究。與此同時，學校相繼出臺的支持和保護科技創新成果系列文件《廣州華商職業學院關于促進科技成果轉移轉化工作實施方案》《廣州華商職業學院科教研成果獎勵辦法》《廣州華商職業學院專利管理辦法（試行）》等，這些都對完成項目研究打下了堅實的基礎。

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【通聯編輯：唐一東】