应用OBE理念构建协作工业机器人实训课程

白雁力 盘资春 廖秋丽 李 姮

（[1]桂林电子科技大学电子工程与自动化学院 广西·桂林 541004;[2]桂林电子科技大学教学实践部 广西·桂林 541004）

0 引言

成果导向教育(Outcome Based Education，OBE)是一种关注学习成果的教育理念，在OBE教育理念中，教学活动的组织、实施和评估以预期学习为中心，教育过程的设计围绕实现学生特定学习产出而展开，而教学环节和课程内容仅被看作实现学习产出的手段。近年来，在“新工科”和工程教育专业认证背景下，高等院校在人才培养过程中更加注重实践教学和创新能力培养，因此，OBE教育理念对于高等教育的工程模式改革具有重要意义，在专业建设和课程设置中备受关注。

随着国家创新驱动发展和“新工科”建设，开设机器人课程成为各高校工科专业的主流。机器人是一种融合机械、电子、传感器、计算机软硬件、控制和人工智能的先进技术，在高等院校中，机器人实训是能为学生提供创新能力培养的综合性实践课程，不仅可以通过机器人的设计和操作，逐步引导学生对单片机、数模电、检测技术、传感器和工业控制等课程进行深入的学习和实践，而且还可以通过理论联系，提升学生的创新和动手能力，激发学生学习兴趣和激情。

为与“新工科”建设和专业认证相衔接，推动机器人理论与实践相机，本文基于OBE教育的“回溯式设计”和正向支撑理念原则，按照“预期学习产出—课程目标实现──评估学习”的模式架构《协作工业机器人》实训课程进行架构，为适应“新工科”建设和专业认证提供一条有效的实训课程建设思路。

1 实训课程架构流程

基于OBE教育理念，根据“新工科”背景下，工程认证提出的毕业能力指标，采用反向设计模式架构《协作工业机器人》实训课程，以保证实训内容围绕学习产出设置，通过实训学习实现对毕业能力和课程目标的正向支撑。《协作工业机器人》实训课程的架构流程如图1所示，首先根据工程认证提出的工科专业毕业指标，设置学习实训课程使学生获得的基本能力指标点；然后，根据能力指标点设计实训课程的基本目标；最后，通过实训项目设计正向支撑毕业指标点。在课程底层设计中，通过实训项目的理论学习和实践操作，学生能完全参与到机器人设计和实际应用的各个环节中，提高学生的学习兴趣，培养学生独立思考、团结协作和创新思维的能力。例如，针对机器人控制指令，在完成指令的基本理论和验证操作之后，要求学生以分组形式，从实际生活中发现机器人指令的应用实例，并通过查阅文献资料，设计并实现应用型的实训操作，然后采用答辩的形式来展示每组学生的学习过程和成果，并讨论是否有其他更好的替代方案等。

图1：《协作工业机器人》实训课程的架构流程

2 反向设计和正向支撑

根据工程认证对学生毕业能力的要求，通过实训课程与毕业能力指标点之间的关系，获取课程学习应具备的基本能力，通过制定可操作性强的学习能力指标点为有效评价学习产出奠定基础。回溯式反向设计的《协作工业机器人》实训课程目标，主要包括四个方面：

（1）掌握机六自由度机器人结构及其电路系统的基本理论知识；

（2）具有操作六自由度机器人的能力，能对复杂应用进行规划、设计和实现；

（3）具备实验数据分析和解释的能力，并具有绘图、计算、测试等基本技能；

（4）以实训项目的验证和应用为载体，培养学生的创新学习能力。

根据OBE反向设计和正向支撑的理念，其具体内容如表1所示，主要指实训支撑的毕业要求、通过实训获得的能力和实训目标之间的关联。

表1：反向设计和正向支撑的具体内容

3 实训评估构建

在OBE理念中，“学习产出”的评估不仅是课程架构的重要组成部分，也是一个必要的教学过程。根据表1的内容，从多方面评定学习产出，可以为持续改进和提升实训教学质量提供参考。基于OBE的《协作工业机器人》实训课程考核主要依据以下三方面：

（1）验证性实训项目完成情况、基本理论梳理和文献查阅小结，权重为0.2；

（2）应用型实训项目的规划、设计和实现，权重为0.3；

（3）综合性实训项目的分工完成情况和答辩，权重为0.5。

4 结语

成果导向教育(Outcome Based Education，OBE)是一种以学习产出为核心的教育理念，在“新工科”和工程认证背景下，为推动机器人理论和实践相结合，基于OBE教育理念架构《协作工业机器人》实训课程。在课程架构过程中，采用“回溯式设计思想”，根据工程认证提出的工科专业毕业指标，设置学习实训课程使学生获得的基本能力指标点，并在此基础上设计实训课程的基本目标；采用正向理念，通过设计机器人认知、基本操作、高级操作、向导和设计、综合等五类实训项目，正向支撑实训课程，建立工科专业毕业指标、课程能力指标、课程目标和实训项目之间的有机联系，最后采用OBE教育理念和机器人实训课程特点，架构了实训课程的学习产出评估考核方法。为推进机器人理论和实践相结合提出了新的实训教学模式，为适应“新工科”建设和专业认证提供一条有效的实训课程建设思路。