基于OBE和CDIO的“工業(yè)機器人 編程與操作”課程教學探究

孟穩(wěn)

摘? ? 要：“工業(yè)機器人編程與操作”是工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)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(nèi)容、教學方式和教學評價等方面進行了探究。經(jīng)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(yè)實踐能力以及職業(yè)素養(yǎng)，更好地滿足企業(yè)用人需求。

關(guān)鍵詞：OBE;CDIO;工業(yè)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(yǎng)，有利于培養(yǎng)學生畢業(yè)后所需要的知識、能力和素質(zhì)，符合復合型技術(shù)人才培養(yǎng)的目標需求。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate），是以產(chǎn)品研發(fā)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(yǎng)學生的工程能力。OBE與CDIO相輔相成，OBE教學理念強調(diào)的是學校根據(jù)社會實際用人需求制訂人才培養(yǎng)目標，CDIO強調(diào)的是將教學與工程實踐相結(jié)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(yè)知識、個人能力、團隊合作能力和工程系統(tǒng)能力[1]。

隨著我國制造強國戰(zhàn)略規(guī)劃的推進和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，工業(yè)機器人作為智能制造業(yè)的重要設備，在電子、汽車、化工、食品、裝備制造等行業(yè)中應用得越來越廣泛，企業(yè)對工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才需求不斷增加，要求也越來越高，除了專業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)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(guān)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(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量是目前高職院校亟需解決的問題。“工業(yè)機器人編程與操作”是工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的核心課程，文章基于OBE和CDIO對該課程的課程目標、教學內(nèi)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(yǎng)質(zhì)量。

一、基于OBE理念的課程目標設計

OBE人才培養(yǎng)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(yǎng)理念應反向設計課程目標。“工業(yè)機器人編程與操作”作為工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)核心課程，該課程的培養(yǎng)目標需要對應工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中的畢業(yè)要求的分項指標，并且要具有可評價性。通過對長三角工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的用人需求調(diào)研，結(jié)合學校定位，制定了工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求，其中涉及“工業(yè)機器人編程與操作”課程畢業(yè)要求分項指標：第一，具備安全生產(chǎn)意識，嚴格按照安全生產(chǎn)規(guī)程進行操作;第二，能夠根據(jù)工業(yè)機器人典型領域工作要求，編制、調(diào)整工業(yè)機器人控制程序的能力;第三，根據(jù)工業(yè)機器人應用方案，安裝、調(diào)試工業(yè)機器人及應用系統(tǒng)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(jù)畢業(yè)要求制定“工業(yè)機器人編程與操作”課程的具體培養(yǎng)目標，落實到該課程的教學大綱中

去，從而明確“工業(yè)機器人編程與操作”課程的教學內(nèi)容。其課程目標：第一，具備安全操作意識，嚴格按照行業(yè)操作規(guī)程進行操作;第二，能根據(jù)工作應用場景需求，完成工業(yè)機器人的基本操作;第三，能完成工業(yè)機器人典型工作領域（搬運、碼垛、焊接等）的程序編寫和調(diào)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(fā)揮作用;第五，養(yǎng)成科學、嚴謹、敬業(yè)的工作態(tài)度。

二、基于OBE和CDIO的教學內(nèi)容設計

根據(jù)CDIO以項目為載體、將教學與工程實踐相結(jié)合的工程教育模式，結(jié)合基于OBE理念設計的人才培養(yǎng)目標，設計工業(yè)機器人編程與操作的典型工程項目。根據(jù)課程教學目標，將“工業(yè)機器人操作與運維”“工業(yè)機器人應用編程”“職業(yè)技能等級證書”考核內(nèi)容融入教學，以不同工業(yè)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(fā)教學項目。其教學項目設計是以工業(yè)機器人實際典型工作領域為背景，結(jié)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(yǎng)，整合相應的知識和技能，實現(xiàn)理論和操作的統(tǒng)一。本課程設計的典型工作項目有六個，分別為工業(yè)機器人的基本操作、工業(yè)機器人涂膠、工業(yè)機器人搬運、工業(yè)機器人碼垛、工業(yè)機器人焊接、工業(yè)機器人分揀。

為了提高學生的學習效率、培養(yǎng)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?shù)木€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(yè)和測驗。教師通過線上平臺發(fā)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(diào)以學生學習成果為導向，CDIO重視實踐教學，結(jié)合本課程的特點，項目教學內(nèi)容基于CDIO模式四個環(huán)節(jié)（構(gòu)思—設計—實施—運行）展開并結(jié)合線上線下混合式教學模式。

構(gòu)思階段：這一階段主要通過線上完成。教師通過線上平臺發(fā)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(gòu)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(fā)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(shù)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(xiàn)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(shù)問題，給予適當?shù)闹笇ВΣ僮鬟^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(nèi)容主要為該項目中工業(yè)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(yōu)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(diào)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(yè)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(yè)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(yè)，所占比例依次為50%、20%、30%。項目成績由工業(yè)機器人的基本操作、工業(yè)機器人涂膠、工業(yè)機器人搬運、工業(yè)機器人碼垛、工業(yè)機器人焊接、工業(yè)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(yè)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(yè)能力;教師評價表的評價項目為學習態(tài)度、專業(yè)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(guī)程、能夠較好地分析使用項目任務書、能夠發(fā)現(xiàn)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(yè)機器人編程與操作”課程教學改革，強調(diào)以學習成果為導向設計課程目標，教學內(nèi)容是根據(jù)CDIO以項目為載體、將教學與工程實踐相結(jié)合的工程教育模式，結(jié)合基于OBE理念設計的人才培養(yǎng)目標，設計工業(yè)機器人編程與操作的典型工程項目，并以CDIO模式的構(gòu)思、設計、實施、運行四個環(huán)節(jié)展開混合式教學，多元化、多層次評估學習成果。經(jīng)實踐教學表明，在“工業(yè)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(yè)實踐能力以及職業(yè)素養(yǎng)，更好地滿足企業(yè)用人需求，對工業(yè)機器人技術(shù)應用復合型人才培養(yǎng)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(xiàn)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(gòu)建專業(yè)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