“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程”數(shù)字化教材建設(shè)探索與實(shí)踐

摘 要：在當(dāng)今融媒體時代，數(shù)字化教材建設(shè)逐漸成為職業(yè)教育改革的重要方向。本文以“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程”課程為研究對象，闡述了工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材建設(shè)概況，分析了數(shù)字化教材的必要性，并介紹了工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材的建設(shè)思路、內(nèi)容建設(shè)過程和創(chuàng)新點(diǎn)，旨在為相關(guān)專業(yè)課程數(shù)字教材建設(shè)提供參考，助力高職教材數(shù)字化改革，助推工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)職業(yè)教育趕上新時代發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；數(shù)字化教材；教學(xué)改革

中圖分類號：G714" " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " " 文章編號：1674-2346（2024）04-0086-05

Exploration and Practice of Digital Teaching Material Construction of

Industrial Robot Field Programming

LIU Fuguo" " HUANG Chong" " GAO Tingting" " CHEN Leping

（Mechanical and Electrical Engineering School，Zhejiang Fashion Institute of Technology，Ningbo，Zhejiang，315211，China）

Abstract：In today’s era of integrated media，the construction of digital teaching materials has gradually become an important direction of vocational education reform.Taking the course Industrial Robot Field Programming as the research object，this paper expounds the general situation of the construction of digital teaching materials for industrial robot field programming，analyzes the necessity of digital teaching materials，and introduces the construction ideas，content construction process and innovation points so as to provide reference for the construction of digital teaching materials for relevant professional courses，help the digital reform of vocational teaching materials，and promote the professional vocational education of industrial robot technology to catch up with the development of the new era.

Key words：industrial robot;digital teaching materials;teaching reform

0" " 引 言

工業(yè)機(jī)器人作為中國制造2025的十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，在促進(jìn)各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮著愈加重要的作用，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的快速升級和應(yīng)用場景的拓展深入，工業(yè)機(jī)器人的市場潛力正在不斷釋放，對專業(yè)技能人才培養(yǎng)供給側(cè)如何適應(yīng)產(chǎn)業(yè)新技術(shù)、新變化和新趨勢提出了更高要求。

教材作為課程建設(shè)與教學(xué)改革的載體，其內(nèi)容只有與時俱進(jìn)才能適應(yīng)新時代對高職教育的要求，才能不斷提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。2021年12月教育部發(fā)布了《“十四五”職業(yè)教育規(guī)劃教材建設(shè)實(shí)施方案》，強(qiáng)調(diào)了加速新形態(tài)教材的開發(fā)，倡導(dǎo)教材資源的數(shù)字化以及紙質(zhì)教材的數(shù)字轉(zhuǎn)型，形成更多可聽、可視、可練、可互動的數(shù)字化教材[1]。由此可見，隨著融媒體時代的到來，推進(jìn)數(shù)字化教材建設(shè)順應(yīng)了現(xiàn)代職業(yè)教育發(fā)展的趨勢。

1" " “工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程”教材發(fā)展概述

我國教材的形式大體經(jīng)歷了傳統(tǒng)紙質(zhì)教材、電子化教材、立體化教材和數(shù)字化教材4個階段，其中，立體化教材和數(shù)字化教材統(tǒng)稱為新形態(tài)教材[2]。目前，新形態(tài)教材隨著國家政策的激勵及職業(yè)教育發(fā)展的需要，迎來了新的發(fā)展勢頭，已成為職業(yè)教育界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。

工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程新形態(tài)教材的建設(shè)正處于探索與實(shí)踐中，羅文和張華簡述了《工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試》立體化教材建設(shè)意義，并基于UMU互動學(xué)習(xí)平臺，介紹立體化教學(xué)包的具體建設(shè)實(shí)踐[3]。王平俊、裴陽分析了工業(yè)機(jī)器人立體化教材建設(shè)的基礎(chǔ)與需求，提出了立體化教材建設(shè)實(shí)施思路和實(shí)施方法，完成了工業(yè)機(jī)器人立體化教材建設(shè)架構(gòu)設(shè)計(jì)[4]。上述工業(yè)機(jī)器人新形態(tài)教材的研究仍停留在以“紙質(zhì)教材+二維碼”為主要形式的立體化教材建設(shè)上。蔡喆、趙延永[5]闡釋了數(shù)字化教材的基本定義、優(yōu)勢與特征，也論述了數(shù)字化教材策劃與制作過程遇到的問題與挑戰(zhàn)，引人深思。楊再恩基于藍(lán)墨云教學(xué)實(shí)施平臺，設(shè)計(jì)開發(fā)《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》數(shù)字化教材，對工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程教材數(shù)字化建設(shè)進(jìn)行了初步探索[6]。

近年來高職工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程新形態(tài)教材建設(shè)取得了一定進(jìn)展，研究內(nèi)容較為全面，但研究主要聚焦第三階段的立體化教材，對以數(shù)字化形式呈現(xiàn)主要內(nèi)容的數(shù)字教材建設(shè)研究較為欠缺，尚處于初步探索階段。加快工業(yè)機(jī)器人編程數(shù)字教材建設(shè)，是當(dāng)前亟待解決的問題。

2" " 工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字教材建設(shè)的必要性

2.1" " 教材內(nèi)容更新緩慢

當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程的教材普遍存在質(zhì)量參差不齊的問題，且現(xiàn)有教材多基于傳統(tǒng)學(xué)科體系進(jìn)行編排，導(dǎo)致內(nèi)容與行業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)，更新緩慢，缺乏職業(yè)特色。教材內(nèi)容更新滯后，無法滿足崗位任務(wù)要求和1+X考證的需求，影響教材的實(shí)用性和前沿性。

2.2" " 嚴(yán)重依賴實(shí)訓(xùn)設(shè)備

高昂的設(shè)備成本限制了機(jī)器人設(shè)備在院校的普及，多數(shù)院校存在機(jī)器人實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題。而《工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生需要通過大量的實(shí)際操作來掌握工業(yè)機(jī)器人的編程技能，實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足導(dǎo)致學(xué)生人均操作時間較短，難以滿足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)需求。此外，機(jī)器人設(shè)備往往與教材中的教學(xué)要求不匹配，給教師授課、學(xué)生實(shí)操增添了難度。

2.3" " 教學(xué)模式單一固化

在當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程的教學(xué)實(shí)踐中，由于教材配套資源的匱乏且知識形態(tài)呈現(xiàn)方式較為單一，教學(xué)多以教師理論教授、示范操作為主。學(xué)生在有限的時間、空間內(nèi)無法準(zhǔn)確掌握機(jī)器人編程技能，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教師在課堂上也難以為每個學(xué)生提供個性化的指導(dǎo)和反饋，現(xiàn)有的單一固化的教學(xué)模式無法解決學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求以及學(xué)習(xí)接受能力的差異等問題。

因此，亟須加快數(shù)字化教材和線上配套資源建設(shè)，實(shí)現(xiàn)教材從內(nèi)容供給功能轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)支架功能，提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，助推工業(yè)機(jī)器人專業(yè)升級、數(shù)字化轉(zhuǎn)型和綠色化改造，助力“中國制造2025”。

3" " 工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字教材建設(shè)思路

3.1" " 多元協(xié)作，組建產(chǎn)教融合教材開發(fā)團(tuán)隊(duì)

建設(shè)新形態(tài)教材，開發(fā)團(tuán)隊(duì)是關(guān)鍵，應(yīng)組建以工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程校企雙導(dǎo)師教學(xué)團(tuán)隊(duì)為核心，課程開發(fā)專家、數(shù)字技術(shù)人員等為輔的多元協(xié)作教材開發(fā)團(tuán)隊(duì)，建立常態(tài)化合作機(jī)制（教材開發(fā)、質(zhì)量評估、更新推廣等保障機(jī)制），各成員分工協(xié)作，定期組織產(chǎn)業(yè)技術(shù)、教材論證會，共同保障新形態(tài)教材的開發(fā)質(zhì)量與動態(tài)實(shí)效性。

3.2" " 多方調(diào)研，建設(shè)崗課賽證融通的課程標(biāo)準(zhǔn)

在產(chǎn)教融合背景下，工業(yè)機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)需密切結(jié)合行業(yè)、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)發(fā)展的需求。為此，開展工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)及應(yīng)用企業(yè)、授課教師、學(xué)生多方調(diào)研。深入工業(yè)機(jī)器人行業(yè)企業(yè)調(diào)研，梳理歸納當(dāng)前典型工作崗位職業(yè)能力，將工業(yè)機(jī)器人典型崗位標(biāo)準(zhǔn)能力要求融入課程標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)研兄弟院校工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程任課老師授課情況，搜集教學(xué)難點(diǎn)及學(xué)生具體學(xué)習(xí)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，調(diào)研學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和課程掌握情況，充分掌握學(xué)生學(xué)情。依據(jù)調(diào)研的結(jié)果及時調(diào)整課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)重難點(diǎn)，對接工業(yè)機(jī)器人典型崗位、職業(yè)等級技能證書、職業(yè)技能大賽，建立實(shí)踐性和應(yīng)用型協(xié)調(diào)的崗課賽證融通課程標(biāo)準(zhǔn)。

3.3" " 能力本位，重構(gòu)工業(yè)機(jī)器人編程教學(xué)內(nèi)容

教材內(nèi)容設(shè)計(jì)以工業(yè)機(jī)器人典型工作任務(wù)為核心，遵循“以能力為本位，以工作任務(wù)為導(dǎo)向”課程開發(fā)原則，圍繞工業(yè)機(jī)器人典型工作崗位工程過程和崗位核心能力要求重構(gòu)課程內(nèi)容，校企共同研討，將企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近生產(chǎn)實(shí)際，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容制定教材、編寫大綱。教材內(nèi)容加入工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員職業(yè)崗位能力、1+X證書考核，制定考核評價標(biāo)準(zhǔn)。

3.4" " 校企合作，共建數(shù)字化共享教學(xué)資源

建立校企人才培養(yǎng)命運(yùn)共同體，創(chuàng)新校企協(xié)同育人機(jī)制，實(shí)現(xiàn)教育資源優(yōu)化配置。依托生產(chǎn)現(xiàn)場情境，校企共同建課、共同磨課、共同開發(fā)教學(xué)資源等，引入新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對人才培養(yǎng)的新要求，建構(gòu)課程、資源、設(shè)備三者統(tǒng)一的教學(xué)資源庫，開發(fā)教材配套資源，如電子教材、典型應(yīng)用仿真模型、微課、動畫、虛擬仿真視頻、任務(wù)訓(xùn)練包、試題庫、拓展訓(xùn)練等，滿足學(xué)生多層次、多樣化和個性化的學(xué)習(xí)需求。

3.5" " 思政融入，培養(yǎng)精益求精的工匠精神

在建設(shè)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材的過程中，有意識地挖掘教學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含的思政元素。每個教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目均設(shè)有思政目標(biāo)，以精益求精的“工匠精神”培養(yǎng)為靈魂，厚植愛國主義情懷，融入“勞工神圣”的價值觀，結(jié)合行業(yè)勞模事例，勤勉勵志，激發(fā)職業(yè)自豪感，培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)和安全生產(chǎn)意識。

4" " 數(shù)字化教材建設(shè)探索與實(shí)踐

4.1" " 對接典型崗位，重構(gòu)教材內(nèi)容

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正迅速發(fā)展，其教材內(nèi)容的更新與崗位需求的對接變得尤為重要。“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程”作為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的核心課程，主要培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人安裝調(diào)試、操作編程等崗位所需技能和素養(yǎng)。通過走訪校企合作企業(yè)，深入分析工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程崗位的典型工作任務(wù)，明確崗位所需的核心技能和知識。在崗位需求分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理出崗位所需的能力結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)安裝調(diào)試能力、操作編程能力、故障處理能力等，確保教材內(nèi)容能夠覆蓋能力點(diǎn)。

基于崗位能力分析和1+X工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維初級、中級職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)，校企合作重構(gòu)教材內(nèi)容，設(shè)置為：“基礎(chǔ)操作--基礎(chǔ)編程―進(jìn)階編程--復(fù)雜編程”4個階梯。對接工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維（初級）職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了“工業(yè)機(jī)器人參數(shù)設(shè)置與操作”“涂膠機(jī)器人編程與調(diào)試”教學(xué)項(xiàng)目，分析工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維（中級）職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)中新增的知識點(diǎn)及技能要求，設(shè)計(jì)了“搬運(yùn)機(jī)器人編程與調(diào)試”“碼垛機(jī)器人編程與調(diào)試”教學(xué)項(xiàng)目，如圖1所示。每個項(xiàng)目嵌入職業(yè)核心能力與技能，引領(lǐng)學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)中了解工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、操作與編程相關(guān)工作任務(wù)，掌握工業(yè)機(jī)器人實(shí)操理論、設(shè)計(jì)方法與實(shí)施技能，磨煉品質(zhì)，提升綜合素養(yǎng)。

4.2" " 創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)教學(xué)情境，校企開發(fā)教學(xué)資源

基于項(xiàng)目任務(wù)和崗位能力要求，以包裝盒加工廠訂單生產(chǎn)項(xiàng)目為主線，依據(jù)包裝盒加工生產(chǎn)工作流程，創(chuàng)設(shè)“投產(chǎn)前調(diào)試工作－包裝盒涂膠任務(wù)－包裝盒搬運(yùn)任務(wù)－包裝盒碼垛任務(wù)”的生產(chǎn)型教學(xué)情境，如表1所示。實(shí)施“課堂變車間，作業(yè)變作品”的工廠化教學(xué)，從而推進(jìn)課程教學(xué)實(shí)施，保證教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)需求接軌，讓學(xué)生在模擬真實(shí)工作情景中學(xué)到真本事，以引起學(xué)生一定的職業(yè)體驗(yàn)，加深學(xué)生對知識內(nèi)容的理解，增強(qiáng)崗位認(rèn)知，增強(qiáng)安全意識和職業(yè)素養(yǎng)。

高職工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐課程教學(xué)普遍面臨軟件、硬件設(shè)施落后的情況，為解決沒有實(shí)際實(shí)訓(xùn)設(shè)備或?qū)嵱?xùn)設(shè)備數(shù)量不足的問題，基于虛擬仿真技術(shù)，校企合作共同開發(fā)了1+X工業(yè)機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)備配套的仿真模型、微課、動畫、虛擬仿真視頻（跟我學(xué)）、任務(wù)訓(xùn)練包（跟我做）等，構(gòu)建集圖文、動畫、視頻、訓(xùn)練測試一體校本數(shù)字化教材，打造形式多樣、隨時可學(xué)、隨時可練的新型精品資源共享數(shù)字化教材。

4.3" " 融入課程思政元素，專業(yè)思政融通育人

以“專業(yè)+思政”雙線并舉，有意識地挖掘教學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含的思政元素，將思政元素有機(jī)融入項(xiàng)目任務(wù)，如表2所示，確保建成高質(zhì)量、有特色、有思政的工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字教材。教材項(xiàng)目任務(wù)來源于企業(yè)項(xiàng)目，工廠化教學(xué)設(shè)計(jì)有助于提升學(xué)生崗位認(rèn)知，增強(qiáng)職業(yè)認(rèn)同感。

5 數(shù)字化教材建設(shè)特色與創(chuàng)新

5.1" " 標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，精準(zhǔn)定位

數(shù)字化教材建設(shè)以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)國家教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)、1+X職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)為引領(lǐng)，精準(zhǔn)定位新時代下工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)崗位需求，對工業(yè)機(jī)器人專業(yè)職業(yè)能力、工作任務(wù)能力進(jìn)行深入剖析，細(xì)化工業(yè)機(jī)器人崗位專項(xiàng)能力，制定典型崗位標(biāo)準(zhǔn)，以崗位標(biāo)準(zhǔn)精準(zhǔn)定位課程標(biāo)準(zhǔn)。

5.2" " 產(chǎn)教融合，共建資源

借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，充分發(fā)揮合作企業(yè)在教材資源建設(shè)中的作用，校企協(xié)同共建優(yōu)質(zhì)共享課程資源，構(gòu)建“企業(yè)+院校+資源”新模式，搭建了產(chǎn)教融合育人平臺。校企共同甄選企業(yè)真實(shí)工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用項(xiàng)目，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，采用“項(xiàng)目引導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動”的方式，將典型工作系統(tǒng)化，按企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)施，突破了傳統(tǒng)的知識點(diǎn)層次遞進(jìn)模式，將各知識點(diǎn)和操作技能融入實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，突出職業(yè)教育的應(yīng)用性和實(shí)踐性，符合高職學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，有助于學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人典型任務(wù)的工作流程，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

5.3" " 做學(xué)結(jié)合，交互測評

教材以項(xiàng)目任務(wù)式體例編寫，采用基礎(chǔ)技能、專項(xiàng)技能和綜合技能三層遞進(jìn)技能訓(xùn)練模式，學(xué)生可在實(shí)訓(xùn)設(shè)備上邊操作邊學(xué)習(xí)，在做中學(xué)，在學(xué)中做，從而達(dá)到事半功倍的效果。校企共同研制任務(wù)評價標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化指標(biāo)，將工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員職業(yè)崗位能力、1+X證書融入課程考核范疇，制定崗位評價考核標(biāo)準(zhǔn)，按照評價標(biāo)準(zhǔn)對任務(wù)進(jìn)行考評，突出高職教育的特征。教材在每小節(jié)內(nèi)容后提供針對性練習(xí)活動，實(shí)現(xiàn)交互評測，即學(xué)即測，印象深刻，方便學(xué)生強(qiáng)化理解記憶，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自我評價和評價及時性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

6" " 結(jié) 語

在產(chǎn)教融合背景下，開展工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材探索與實(shí)踐，在推廣應(yīng)用方面具有較高的價值，能夠有效解決教材內(nèi)容更新緩慢、實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足、教學(xué)模式單一固化等問題。數(shù)字化教材課程內(nèi)容基于工業(yè)機(jī)器人典型崗位標(biāo)準(zhǔn)，采用企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目案例和虛擬+實(shí)操視頻講解，通過數(shù)字化形式呈現(xiàn)，使得教學(xué)資源的共享和互動成為可能，能夠讓學(xué)習(xí)者更好地了解工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與編程的實(shí)踐操作和技巧，提高學(xué)習(xí)者的實(shí)踐能力和動手能力，進(jìn)而提升工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)崗位匹配度，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用人才。

參考文獻(xiàn)

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