项目式教学在《工业机器人操作与编程》课程中的实践研究

刘大龙 丁铎

摘要：工业机器人技术在2025中国制造的背景下已经越来越多地运用在各行各业，高职类院校工业机器人技术专业开设的学校如雨后春笋般涌现，其中核心专业课工业机器人操作与编程的教学是专业教学中的重点，对于本课程的教学，本校通过模块化、项目式教学的方式完成课程内容的教授，教学中运用多种教学手段和方法，项目式教学的教学效果较好地融入教学中，提高学生实践能力和创新能力。

关键词：项目式教学;工业机器人操作;实践能力;创新能力

2015年，李克强签发《中国制造2025》战略性文件，中国实施制造业强国的十年规划就此开始。工业机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要切入点，其研发和产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。大力发展工业机器人产业，对于打造我国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人们生活水平具有重要意义。中国经过几十年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中非常广泛，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。随着工业机器人向更深更广方向的发展，以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范围还在不断扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人，水电系统维护维修机器人、海洋机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。

然而工业机器人产业火爆发展以及专业人才缺口的日益扩大，工业机器人人才的培养工作迎来了“瓶颈期”。深圳市机器人协会秘书长毕亚雷表示，目前国内工业机器人应用人才缺口将近10万，而根据工信部发展规划，到2020年，全国工业机器人装机量将达到100万台，工业机器人操作维护、系统安装调试、系统集成等应用人才需求量将达到20万左右。教育部职业技术教育中心研究所所长杨进经过细致调研，发现机器人产业并不都是高精尖，至少在生产与应用岗位，是以职业院校人才为主。2018年上半年，毕亚雷牵头对机器人产业调研时看到，一些职业院校在工业机器人应用方面已经有了对口专业，但由于刚刚兴起，人才还处于青黄不接的局面。目前从事工业机器人现场编程、机器人自动生产线维护、工业机器人安装调试等岗位的人员，主要通过对电气自动化技术、机电一体化等专业毕业生的二次培训。因此高职院校作为工业机器人人才培养的主力，应尽快制定工业机器人专业技术人才的培养方案，并对人才的培养立足于每一门课程的教学，特别是专业核心课程的教学，通过课程教学培养学生的专业能力，达到人才培养的最终目标。项目的研究回归到与工业机器人现场编程专业人才培养相关的课堂教学，基于研究人员所在单位工业机器人专业技术人才的培养方案，选择工业机器人专业-《工业机器人操作与编程》核心课程，研究如何通过项目式教学模式，使整个课程和每一堂课的教学目标更加明确，能够更加高效高质量地培养出工业机器人领域需要的专业技术人才。

项目教学法就是在老师的指导下，将一个个相对独立的项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生自己负责，学生通过该项目的进行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。“项目教学法”最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，具体表现在：目标指向的多重性;学习见效快;可控性好;注重理论与实践相结合。项目教学法是师生共同完成项目，共同取得进步的教学方法。

从文献检索情况来看，我国大约于2001引入项目教学模式法于教育领域。该模式较早应用于中、高职业学校的计算机、电子等专业技能的教学。项目式教学模式引入工业机器人教学近几年才刚刚起步。从文献资料来看，工业机器人相关课程教学的研究文献数量还比较有限，在机器人教学活动中引入项目教学的研究尚十分缺乏。

来自2018年的高考志愿填报网站的统计数据显示，全国共有259所高职院校开设工业机器人专业，其中广东省有14所高职院校开设工业机器人相关专业。工业机器人编程类作为专业核心课程的开设率占100%，这表明培养学生针对工业机器人的编程能力是所有职业院校的共同目标，从中也不难看出这类课程在专业人才培养方案中的重要性。

目前很多职业学院里所开设的《工业机器人操作与编程》课程的教学虽然也很注重实践，甚至在教学中也会采用项目式实践教学模式，但基本上是按照所使用的项目式课程教材的章节顺序授课，很多教材虽然对课程知识的学习，按照任务模块进行了划分，但是对每个知识模块的任务目标、知识目标和学生学习后要达到的能力目标并不明确，导致学生在学习中容易出现被动地接受知识，主动性差，容易造成学生厌学的情绪，培养出的人才质量得不到有效提高。所以研究如何设计更有效地项目式教学模式，并应用于课堂实践教学尤为重要。

本校的研究，立足于社会对工业机器人现场操作与编程类人才的需求，以职业能力培养为主线，研究如何设计《工业机器人操作与编程》课程的项目式教学模式，并分析“工业机器人操作编程工程师”岗位的工作任务，整合工业机器人不同行业企业的典型应用，针对每个项目构建“任务+知识+能力”的教学内容，明确每个教学项目应达到的任务目标、知识目标和学生学习后要达到的能力目标，从而更加实际有效地为社会培养工业机器人现场操作与编程类人才。

项目主要解决以下几个关键问题：（1）如何设计能够体现“任务+知识+能力”的《工业机器人操作与编程》课程项目式教学模式;（2）如何根据设计好的项目式教学模式开展具体的教学实施;（3）如何有效评估项目式教学的效果。

本校的研究主要从我国高职院校课程标准出发，对不同版本的工业机器人编程技术教材进行分析，从而确立进行基于ABB工业器人的操控与编程教学的项目主题，并开展项目式教学实践，最后对整体项目式教学活动进行探索和总结。

（1）高职院校課程标准研究。研究以工作过程为导向的新高职课程体系下，《工业机器人操作与编程》课程标准制订的思路与内容，明确课程目标、课程内容，制订课程实施方案，规范课程的教学过程。

（2）对不同工业机器人编程技术教材对比分析。研究教材核心知识内容体系，探索如何按照项目式教学的需求合理设置课程教学内容。

（3）研究国内外用于工业机器人编程教学的方法，总结不同教学方法的优点和不足，探寻适合《工业机器人操作与编程》课程的项目式教学模式。

（4）研究项目式教学应用于工业机器人编程课程教学的现状，明确项目研究的基础和需要进一步研究的内容。

（5）基于《工业机器人操作与编程》课程的项目式教学模式设计。设计出适合本课程的项目式教学模式，针对每个项目构建“任务+知识+能力”的教学内容，明确每个教学项目应达到的任务目标、知识目标和学生学习后要达到的能力目标。

（6）基于《工业机器人操作与编程》课程的项目式教学实施。按照2018级工业机器人专业人才培养方案的培养计划，在第5学期开始实施项目式教学实践。

（7）项目式教学实施课程项目式教学实施效果分析评价。调查《工业机器人操作与编程》课程在2018级工业机器人专业教学中的实施情况，总结实施效果并进行评价分析。

具体研究采用的研究方法和研究思路如图1所示。

重点研究内容是项目式教学模式设计与实施，以及对实践效果的评估。项目从调研到最终的研究总结，整体实施步骤和计划分为如图2所示的调研、教学设计、教学实施、教学效果评估和研究总结五个阶段。

在研究特色方面：

（1）研究内容符合当前如何培养工业机器人专业人才的热点需求，且研究内容涵盖基础研究和实践研究;

（2）研究过程条理清晰，研究方法经济实用，预期研究成果围绕课程的项目式教学需求形成体系。

在项目研究创新方面：

（1）打破目前对如何培养工业机器人专业人才培養的纯理论或不成体系的实践研究方式，采用理论研究与实践研究相结合的方式;

（2）在具体项目式教学知识内容的设置方面，采用“任务+知识+能力”方式，明确每个教学项目应达到的任务目标、知识目标和学生学习后要达到的能力目标，从而更加实际有效地为社会培养工业机器人现场操作与编程类人才。

项目组教师在项目研究前已经取得了一定的成果，这些成果有效地支持了项目式教学的研究。与此同时，学校相继出台的支持和保护科技创新成果系列文件《广州华商职业学院关于促进科技成果转移转化工作实施方案》《广州华商职业学院科教研成果奖励办法》《广州华商职业学院专利管理办法（试行）》等，这些都对完成项目研究打下了坚实的基础。

参考文献：

[1] 李珊珊，孔德刚，袁永伟，等.项目式教学法在“测试与传感技术”教学中的实践与探索[J].河北农机，2020（3）：37.

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[3] 于颖，朱玲.项目式教学法在电气专业单片机课程中的应用[J].高师理科学刊，2019，39（12）：79-82.

[4] 王家忠，李珊珊，姜海勇，等.项目式教学法在教学中的实践与探索——以“数控机床维修技术”课程为例[J].河北农业大学学报（农林教育版），2016，18（2）：73-76.

[5] 袁向荣.项目驱动教学法在“传感器与检测技术”课程中的应用[J].中国电力教育，2011（26）：92-93.

【通联编辑：唐一东】