應用OBE理念構建協作工業機器人實訓課程

白雁力 盤資春 廖秋麗 李 姮

（[1]桂林電子科技大學電子工程與自動化學院 廣西·桂林 541004;[2]桂林電子科技大學教學實踐部 廣西·桂林 541004）

0 引言

成果導向教育(Outcome Based Education，OBE)是一種關注學習成果的教育理念，在OBE教育理念中，教學活動的組織、實施和評估以預期學習為中心，教育過程的設計圍繞實現學生特定學習產出而展開，而教學環節和課程內容僅被看作實現學習產出的手段。近年來，在“新工科”和工程教育專業認證背景下，高等院校在人才培養過程中更加注重實踐教學和創新能力培養，因此，OBE教育理念對于高等教育的工程模式改革具有重要意義，在專業建設和課程設置中備受關注。

隨著國家創新驅動發展和“新工科”建設，開設機器人課程成為各高校工科專業的主流。機器人是一種融合機械、電子、傳感器、計算機軟硬件、控制和人工智能的先進技術，在高等院校中，機器人實訓是能為學生提供創新能力培養的綜合性實踐課程，不僅可以通過機器人的設計和操作，逐步引導學生對單片機、數模電、檢測技術、傳感器和工業控制等課程進行深入的學習和實踐，而且還可以通過理論聯系，提升學生的創新和動手能力，激發學生學習興趣和激情。

為與“新工科”建設和專業認證相銜接，推動機器人理論與實踐相機，本文基于OBE教育的“回溯式設計”和正向支撐理念原則，按照“預期學習產出—課程目標實現──評估學習”的模式架構《協作工業機器人》實訓課程進行架構，為適應“新工科”建設和專業認證提供一條有效的實訓課程建設思路。

1 實訓課程架構流程

基于OBE教育理念，根據“新工科”背景下，工程認證提出的畢業能力指標，采用反向設計模式架構《協作工業機器人》實訓課程，以保證實訓內容圍繞學習產出設置，通過實訓學習實現對畢業能力和課程目標的正向支撐。《協作工業機器人》實訓課程的架構流程如圖1所示，首先根據工程認證提出的工科專業畢業指標，設置學習實訓課程使學生獲得的基本能力指標點；然后，根據能力指標點設計實訓課程的基本目標；最后，通過實訓項目設計正向支撐畢業指標點。在課程底層設計中，通過實訓項目的理論學習和實踐操作，學生能完全參與到機器人設計和實際應用的各個環節中，提高學生的學習興趣，培養學生獨立思考、團結協作和創新思維的能力。例如，針對機器人控制指令，在完成指令的基本理論和驗證操作之后，要求學生以分組形式，從實際生活中發現機器人指令的應用實例，并通過查閱文獻資料，設計并實現應用型的實訓操作，然后采用答辯的形式來展示每組學生的學習過程和成果，并討論是否有其他更好的替代方案等。

圖1：《協作工業機器人》實訓課程的架構流程

2 反向設計和正向支撐

根據工程認證對學生畢業能力的要求，通過實訓課程與畢業能力指標點之間的關系，獲取課程學習應具備的基本能力，通過制定可操作性強的學習能力指標點為有效評價學習產出奠定基礎。回溯式反向設計的《協作工業機器人》實訓課程目標，主要包括四個方面：

（1）掌握機六自由度機器人結構及其電路系統的基本理論知識；

（2）具有操作六自由度機器人的能力，能對復雜應用進行規劃、設計和實現；

（3）具備實驗數據分析和解釋的能力，并具有繪圖、計算、測試等基本技能；

（4）以實訓項目的驗證和應用為載體，培養學生的創新學習能力。

根據OBE反向設計和正向支撐的理念，其具體內容如表1所示，主要指實訓支撐的畢業要求、通過實訓獲得的能力和實訓目標之間的關聯。

表1：反向設計和正向支撐的具體內容

3 實訓評估構建

在OBE理念中，“學習產出”的評估不僅是課程架構的重要組成部分，也是一個必要的教學過程。根據表1的內容，從多方面評定學習產出，可以為持續改進和提升實訓教學質量提供參考。基于OBE的《協作工業機器人》實訓課程考核主要依據以下三方面：

（1）驗證性實訓項目完成情況、基本理論梳理和文獻查閱小結，權重為0.2；

（2）應用型實訓項目的規劃、設計和實現，權重為0.3；

（3）綜合性實訓項目的分工完成情況和答辯，權重為0.5。

4 結語

成果導向教育(Outcome Based Education，OBE)是一種以學習產出為核心的教育理念，在“新工科”和工程認證背景下，為推動機器人理論和實踐相結合，基于OBE教育理念架構《協作工業機器人》實訓課程。在課程架構過程中，采用“回溯式設計思想”，根據工程認證提出的工科專業畢業指標，設置學習實訓課程使學生獲得的基本能力指標點，并在此基礎上設計實訓課程的基本目標；采用正向理念，通過設計機器人認知、基本操作、高級操作、向導和設計、綜合等五類實訓項目，正向支撐實訓課程，建立工科專業畢業指標、課程能力指標、課程目標和實訓項目之間的有機聯系，最后采用OBE教育理念和機器人實訓課程特點，架構了實訓課程的學習產出評估考核方法。為推進機器人理論和實踐相結合提出了新的實訓教學模式，為適應“新工科”建設和專業認證提供一條有效的實訓課程建設思路。