基于OBE和CDIO的“工業機器人 編程與操作”課程教學探究

孟穩

摘? ? 要：“工業機器人編程與操作”是工業機器人技術專業的核心課程，實踐性較強。文章對該課程引入OBE和CDIO教學理念，從課程目標、教學內容、教學方式和教學評價等方面進行了探究。經實踐教學表明，該課程教學中引入OBE和CDIO教學理念，有效地提高了學生的自主學習興趣、專業實踐能力以及職業素養，更好地滿足企業用人需求。

關鍵詞：OBE;CDIO;工業機器人;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）07-0091-02

OBE（Outcomes-based Education）即“以成果為基礎的教育”，又稱成果導向教育、能力導向教育或目標導向教育，是指教學設計和教學實施的目標是學生通過某一階段學習所取得的學習成果或能達到的最大能力。基于OBE教學理念的人才培養，有利于培養學生畢業后所需要的知識、能力和素質，符合復合型技術人才培養的目標需求。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate），是以產品研發到運行的生命周期為載體，將工程科學和工程實踐整合為一體的教育模式，是基于項目學習培養學生的工程能力。OBE與CDIO相輔相成，OBE教學理念強調的是學校根據社會實際用人需求制訂人才培養目標，CDIO強調的是將教學與工程實踐相結合，以項目為載體，讓學生在“學中做，做中學”的過程中提升專業知識、個人能力、團隊合作能力和工程系統能力[1]。

隨著我國制造強國戰略規劃的推進和制造業轉型升級，工業機器人作為智能制造業的重要設備，在電子、汽車、化工、食品、裝備制造等行業中應用得越來越廣泛，企業對工業機器人技術專業人才需求不斷增加，要求也越來越高，除了專業技能、職業素養等基本要求，更注重崗位適應能力、獨立工作能力、信息處理能力以及人際關系處理能力和溝通能力等綜合能力[2]。如何通過教學改革有效提升工業機器人技術專業人才培養質量是目前高職院校亟需解決的問題。“工業機器人編程與操作”是工業機器人技術專業的核心課程，文章基于OBE和CDIO對該課程的課程目標、教學內容、教學方式和教學評價等進行探索，提升學生工程實踐能力，提高人才培養質量。

一、基于OBE理念的課程目標設計

OBE人才培養理念注重的是以成果為導向，并要有效地評估學習成果。因此，基于OBE人才培養理念應反向設計課程目標。“工業機器人編程與操作”作為工業機器人技術專業核心課程，該課程的培養目標需要對應工業機器人技術專業的人才培養方案中的畢業要求的分項指標，并且要具有可評價性。通過對長三角工業機器人產業的用人需求調研，結合學校定位，制定了工業機器人技術專業畢業要求，其中涉及“工業機器人編程與操作”課程畢業要求分項指標：第一，具備安全生產意識，嚴格按照安全生產規程進行操作;第二，能夠根據工業機器人典型領域工作要求，編制、調整工業機器人控制程序的能力;第三，根據工業機器人應用方案，安裝、調試工業機器人及應用系統的能力;第四，具有良好的團隊合作精神和人際交流能力。根據畢業要求制定“工業機器人編程與操作”課程的具體培養目標，落實到該課程的教學大綱中

去，從而明確“工業機器人編程與操作”課程的教學內容。其課程目標：第一，具備安全操作意識，嚴格按照行業操作規程進行操作;第二，能根據工作應用場景需求，完成工業機器人的基本操作;第三，能完成工業機器人典型工作領域（搬運、碼垛、焊接等）的程序編寫和調制;第四，能夠就項目學習等問題與同學、教師進行有效地溝通和交流，可以較好地和團隊合作，發揮作用;第五，養成科學、嚴謹、敬業的工作態度。

二、基于OBE和CDIO的教學內容設計

根據CDIO以項目為載體、將教學與工程實踐相結合的工程教育模式，結合基于OBE理念設計的人才培養目標，設計工業機器人編程與操作的典型工程項目。根據課程教學目標，將“工業機器人操作與運維”“工業機器人應用編程”“職業技能等級證書”考核內容融入教學，以不同工業機器人工作站為教學載體，與北京華航唯實機器人科技股份有限公司合作開發教學項目。其教學項目設計是以工業機器人實際典型工作領域為背景，結合學校實際實訓設備情況，以崗位需求為核心，堅持以能力為本位，重視實踐能力的培養，整合相應的知識和技能，實現理論和操作的統一。本課程設計的典型工作項目有六個，分別為工業機器人的基本操作、工業機器人涂膠、工業機器人搬運、工業機器人碼垛、工業機器人焊接、工業機器人分揀。

為了提高學生的學習效率、培養學生的自主學習能力以及滿足個性化教學，每個項目制作適當的線上學習資源（PPT、微課、測驗等），主要包含基礎理論知識點、拓展知識點和操作視頻，每個項目模塊都有作業和測驗。教師通過線上平臺發布教學資源和教學任務，引導學生通過線上學習平臺自主完成理論知識的學習。

三、基于OBE和CDIO的教學方式改革

OBE理念強調以學生學習成果為導向，CDIO重視實踐教學，結合本課程的特點，項目教學內容基于CDIO模式四個環節（構思—設計—實施—運行）展開并結合線上線下混合式教學模式。

構思階段：這一階段主要通過線上完成。教師通過線上平臺發布項目要求，布置線上學習任務，引導學生對項目進行分析和探索。小組團隊完成線上學習任務，并對項目要求進行構思，確定項目實施的初步方案，明確具體任務和確定小組成員分工;并且各小組需要把項目的初步方案提交到線上學習平臺。

設計階段：這一階段是采用線上線下混合式教學模式。首先，教師通過線上學習平臺發布各小組的項目初步實施方案，讓學生先了解各組的項目思路。其次，線下組織學生展開項目討論，隨機選擇小組成員陳述項目實施方案的設計思路，包括程序方案、運動路徑以及過渡點個數的選擇等，其他組學生認真聽講，陳述看法。教師針對討論的問題以及方案存在的重大問題提出修正，學生對項目方案進行修改和完善;除此之外，教師需要針對學生線上學習任務完成情況以及存在的問題等進行補充講解。

實施階段：這一階段是通過線下實操完成。教師針對操作中的重難點進行講解和現場演示。各小組按照項目實施方案進行編程操作，同時教師巡視各小組的操作過程，對操作過程中存在的技術問題，給予適當的指導，并對操作過程中存在的安全問題，進行提醒和記錄。

運行階段：這一階段是線下展示。首先，完成項目的自動運行;其次，使用PPT進行項目匯報，匯報內容主要為該項目中工業機器人工作站的介紹、項目設計方案、實施過程中存在的問題和解決辦法。教師組織各小組學生進行自評和互評，并分析項目運行存在的問題、分析原因以及可以進一步優化的地方。同時，教師對各小組的整個項目實施過程進行分析和對比，引導學生多角度思考問題和自我反思。

四、以學習成果為導向，多元化、多層次評估

基于OBE教學理念強調對學習成果的達成度評價，學生成果評價指標要完全覆蓋預期學習成果，對應預期學習成果（畢業要求）的各級指標，指標需要有明確具體的表述[3]。因此，考核方式應多元化、多層次。“工業機器人編程與操作”課程成績評定由線上學習成績、項目成績和期末考試成績組成，所占比例依次為10%、70%、20%。其中，線上學習成績包括線上學習時長、在線活動參與和在線作業，所占比例依次為50%、20%、30%。項目成績由工業機器人的基本操作、工業機器人涂膠、工業機器人搬運、工業機器人碼垛、工業機器人焊接、工業機器人分揀六個項目成績組成，所占比例依次為10%、15%、15%、20%、20%、20%。并且，項目成績其評價主體為學生自評、學生互評和教師評價。因此，每個項目都需要制定3張評價表，分別為學生自評表、學生互評表和教師評價表。其中，學生自評表的評價項目為專業技能、方法能力、社會能力以及自我評價及反思;學生互評表的評價項目為團隊合作、溝通表達能力和專業能力;教師評價表的評價項目為學習態度、專業技能、團隊合作能力、溝通表達能力。每個評價項目都有相應的評價標準，比如，學生自評表里的方法能力項目的具體評價標準包括能夠遵守安全操作規程、能夠較好地分析使用項目任務書、能夠發現自己在操作過程中遇到的問題并可以及時解決;社會能力項目的具體評價指標包括能夠積極參與小組討論、能夠主動對其他學生提供幫助以及能夠接受小組分工并積極完成任務。

基于OBE和CDIO的“工業機器人編程與操作”課程教學改革，強調以學習成果為導向設計課程目標，教學內容是根據CDIO以項目為載體、將教學與工程實踐相結合的工程教育模式，結合基于OBE理念設計的人才培養目標，設計工業機器人編程與操作的典型工程項目，并以CDIO模式的構思、設計、實施、運行四個環節展開混合式教學，多元化、多層次評估學習成果。經實踐教學表明，在“工業機器人編程與操作”課程教學中引入OBE和CDIO教學理念，有效地提高了學生的自主學習興趣、專業實踐能力以及職業素養，更好地滿足企業用人需求，對工業機器人技術應用復合型人才培養具有一定的指導作用。

參考文獻：

[1]盧文娟，曾達幸，張立杰，等.基于CDIO-OBE工程教育改革思想的教學實踐[J].教育現代化，2017（26）：35-36;47.

[2]張廣軍.智能制造需要什么樣的人才？[J].智慧中國，2017（6）：53-55.

[3]張爽，龐靜，劉軍.基于OBE理念構建專業學習成果評價體系的研究——以供熱工程課程為例[J].黑龍江教育

（理論與實踐），2019（11）：66-67.

■ 編輯∕丁俊玲