“四位一体”理实一体化课堂教学研究

李 丽，廖映华

（四川轻化工大学 教育与心理科学学院，四川 自贡 643002）

一、引言

根据教育部统计数据，2012-2019 年中国中等职业学校数量出现了逐年递减的趋势。目前，我国中等职业教育因财政支持不足导致职业教育教学质量不如人意，教学模式存在着专业理论教学和技能训练互不相干、互相割裂、自成体系的矛盾。为了进一步提高学生的学生素质，根据当前职业教育的要求，中职学生在接受三年的职业教育后要具有一定的岗位能力和职业素养。与此同时，学生也需要具备一定的理论知识和职业素养，来拓宽学生未来职业生涯的发展路径。针对上述中等职业学校存在的问题，国内外学者开展了一系列为提升教学质量的研究，其主要体现在三方面，一是对所学课程进行混合式课程建设与应用，将专业核心课程与相近课程混合教学，二是基于各种工作过程的专业核心课程开发研究思路，以工作过程为载体，进行专业核心课程的教学；三是对课程进行的一系列创新改革，从课程设计、课程考核、教学方法三方面来着手。但从实际取得的课程教学质量来看，这些研究仍未解决“以点带面，讲授为主”、“重理论，轻实践”的问题，没有对课程开展理实一体化改革。因此本文，结合《工业机器人技术基础》的特点，以理实一体化理论为指导，提出了“四位一体”的机器人教学理实一体化策略，并对“搬运机器人及其操作应用”理实一体化进行演示与分析。

二、实现“四位一体”理实一体化的策略

理实一体化是一种强调理论教学与实践教学紧密相连的教学模式，这种教学模式在中职机械课程教学中的应用，能够改变传统教学模式中重视理论教育而忽略实践教育的倾向，进而有效提升学生的专业实践能力并促使学生在专业实践中完成对理论知识的检验与内化[1]。它强调充分发挥教师的主导作用，让师生双方通过边教、边学、边做来实现丰富课堂教学和实践教学环节的目的，进而提高教学质量。同时，突出培养学生动手能力和专业技能，充分调动和激发学生学习兴趣。即让学生在学练中理解理论知识、掌握技能。这种方式可大大激发学生学习的热忱，增强学生的学习兴趣，学生边学边练边积极总结，以达到事半功倍的教学效果。

目前，中职专业课程教学过程中的“理论、实践、技能、设计”四个方面，各自为政，缺乏系统性、统筹性和融合性，这一现象与中职培养目标和社会需求严重脱节。因此研究和探索新的中职教学的人才培养体系，是为培养出适应21 世纪社会需求的中高级技术人才的当务之急。为此，应当按照中职教学培养目标，重视文化知识与专业理论知识基础教学，突出技能教学与设计训练，构建“理论、实践、技能、设计”四位一体理实一体化教学体系。

图1 “四位一体”教学模式框架图

（一）构建中职生良好行为习惯和道德素质

教育部制定的《关于全面推进素质教育，深化中等职业教育教学改革的意见》要求中等职业教育要全面贯彻党的教育方针，转变教育思想，树立以全面素质为基础、以能力为本位的观念，培养与社会主义现代化建设要求相适应、德智体美等全面发展，具有综合职业能力，在生产、服务、技术和管理第一线工作的高素质劳动者和中、初级专门人才。十九大以来，对职业教育的人才培养，党中央、国务院都相当重视，相继出台了一系列的政策文件，从国家顶层设计为职业教育人才培养提供了战略发展目标[2]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020 年)》提出“树立科学的质量观，把促进人的全面发展、适应社会需要作为衡量教育质量的根本标准。”“坚持以人为本、全面实施素质教育是教育改革发展的战略主题，是贯彻党的教育方针的时代要求，其核心是解决好培养什么人、怎样培养人的重大问题，重点是面向全体学生、促进学生全面发展，着力提高学生服务国家服务人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力”。

中职阶段教育是学生个性形成、自主发展的关键时期，对提高国民素质和培养创新人才具有特殊意义，中等职业学校要以全面推行素质教育为己任，强调学生的思想道德素质、能力培养、个性发展、身体健康和心理健康教育的和谐发展，同时，教师在课程教学中应该努力将素质、知识、技能教育有机融为一体，学生在校通过各门课的学习获取知识，达到培养能力、形成素质的目的[3]。

（二）整合课程，形成相互衔接的教学体系

通过综合化将“分科课程”中的相关知识按照教学资源间的关联性进行重组、归纳与整合，系统地形成适合学生学习的新的“综合课程”，同时可以引进一定的新技术、新工艺、新知识和新方法，进一步优化课程体系和知识结构。应针对中职教育“够用”的前提，减少理论课课时在整个教学中所占的比例，从而打破“以理论教学为主，实践教学为辅”的传统教学模式，强化实践教学内容。

在《工业机器人技术基础》课程的学习中，首先，将工业机器人相关理论知识按照先易后难的特点进行归纳整理，同时遵循中职学生身心特点，将科学性与思想性结合，因材施教，使学生能更轻易的理解并掌握知识。其次，在实践课程方面，针对大多数学生对该课程颇有新鲜感的特点，在实践教学中注意运用启发式教学，以学生为中心，激发学生对本专业课程的兴趣，调动他们的学习积极性。同时，充分利用现代信息化技术手段搭建模拟仿真环境，加强原理与技术的理解，最终在教学设备上实践项目过程[4]。例如，常用的Robotstudio 软件，在Robotstudio 软件中，可以像用实际示教器对机器人进行操作和编程一样，用虚拟示教器对机器人进行操作和编程；可以仿真实际工业机器人工作站进行方案的设计和验证[5]。

采用分层递进（图2）的教学方法，先理论后实践，实践教学以掌握理论为基础，使学生熟练掌握基础知识，然后灵活运用理论知识于实践中。

图2 分层递进教学梯度框架图

（三）培养学生创新与实践能力

创新能力是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。学校是培养人才的主阵地，所以在教育教学实践中，要积极培养学生的创新精神，把创新精神培养渗透在每个教学环节，发掘学生的大脑潜能，让每个学生都有极大的创新兴趣和热情，提高学生学习知识和应用技能的能力，从而培养学生的创新精神[6]。

首先，创造良好的环境，营造诱导学生学习的氛围。良好的开端，成功的一半，教师必须充分地运用学生学习心理活动中的“感知协同”和“首因效应”创设一个良好的环境，营造诱导一种智力化的课堂气氛。向学生介绍日新月异的工业机器人技术发展概况，生动形象地列举工业机器人在现代生产企业中的应用，让学生从思想意识上认识掌握工业机器人技术的重要性，然后从环境布置上营造诱导学生学习机器人技术的氛围。

其次，激发学生动手创作的兴趣，提高学生的动手实践能力。学校应加大资金在设施设备方面投入，并且应积极与相关企业联合，建立训练、实习基地，使学生了解企业的先进工艺流程、生产运作方式和管理方式，达到开阔视野、启迪思维和激发创新情感的目的，并通过实际操作，培养创新能力[7]。在实习操作的过程中，教师要诱导激发学生的求知欲和动手欲，帮助学生评价学习活动的结果。在学生进行编程及调试的过程中，若出现问题或达不到要求，教师应做出相应的辅导，与学生共同寻找失败原因。同时，让学生们自己在课下尝试编制试验作品程序，比如，矩形、三角形、五角形的编程程序，从而提高同学们的动手能力。

（四）加强技能培训，提高动手能力

首先，教师在课程设置时，要适当增加技能训练，增强学生的自主学习意识，逐步提升其实践能力，帮助其巩固专业知识[8]。提升操作技能的关键在于学生自己长期的练习实践，在实践过程中掌握技能，但这种练习实践决不应当是一种简单的机械重复，而应当是在科学训练规律指导下的最优练习法，教师应对整个训练过程进行有效的控制。积极运用与时俱进的信息化教学方法，实现教学内容、教学目标与信息化教学的完美融合，进一步调动学生的学习积极性，提高学生的学习效率，最终提高教学的效率和质量[9]。

其次，操作技能训练要注意循序渐进，先易后难，先简单后复杂。技能训练进程是一个由易到难，由局部到整体的过程。新技能的形成依赖于旧有的经验，如果二者差距过大，便很难建立稳定的联系，不利于技能迅速地形成，所以对于复杂的操作，首先应将其分解为简单动作环节，在逐步掌握后，再过渡到完整的技能。

（五）借助“理实一体化”教学提高学生程序设计能力

以《工业机器人技术基础》“搬运机器人及其操作应用”为例，单一的程序语言理论教学，不仅生硬、难懂，也提不起中职生学习的兴趣。应采取“理实一体化”的教学方式，“理论”能第一时间生动的反应在“实验”现象上。通过这样一种方式激发学生的学习兴趣，并对实验编程有一个感官上的认识，促进学生学习编程语言，并自主进行设计编程。但这一教学方法并不是单纯的把课程分成：理论课和实验课。而是要求教师一边演示，一边讲解理论要点及启发学生独立思考并编写一些程序，再有实验验证的过程。最后，通过实验结果不断修改和改进自己的程序，达到提高编程能力的目的。

三、《工业机器人技术基础》理实一体化案例

以《工业机器人技术基础》课程中的“搬运机器人及其操作应用”为例展示“理实一体化”在实际工业机器人教学中的运用。首先需要弄清《工业机器人技术基础》这门课程的特点，本书共分为四大模块，即工业机器人基础知识，工业机器人示教编程，工业机器人的基础应用，工业机器人的管理与维护。每个模块又划分为不同的任务，在任务的选择上，以典型的工作任务为载体，坚持以能力为本位，重视实践能力的培养；在内容的组织上，整合相应的知识和技能，实现理论和实践的统一，这样有利于实现“理实一体化”教学，并充分体现了认知规律。

基于上述课程特点，以该课程中的“搬运机器人及其操作应用”这一章节的教学为例，以“搬运机器人”的程序设计和操作任务为载体，以培养学生的实践操作能力为本位，重视学生实践能力的培养，实现理论和实践的统一。

任课教师要充分了解“搬运机器人及其操作应用”这一章节所要达到知识目标，即了解搬运机器人的分类及特点，掌握搬运机器人的系统组成及功能，熟悉搬运机器人作业示教的基本流程，熟悉搬运机器人的周边设备与布局。

如图3“搬运机器人”理论知识框架图所示，展示了搬运机器人的相关基础理论知识，包括搬运机器人的分类及特点、搬运机器人的系统组成、搬运机器人的示教分类。搬运机器人的分类有五种，分别为龙门式、悬臂式、侧壁式、摆臂式、关节式搬运机器人，其特点包括动作稳定、效率高、柔性高、适应性强等；其系统组成包括控制柜、示教器、真空发生装置、气体发生装置、操作机和手爪；熟悉搬运机器人的示教包括两种，冷加工搬运作业和热加工搬运作业等一系列基础知识。

图3 “搬运机器人”理论知识框架图

在理论课的学习过程中，教师可以根据课程安排带领学生进入车间或者实训场地去观察学习，借助“搬运机器人”实体让学生更加直观的去感受搬运机器人的不同种类及其差别所在，认识搬运机器人的各个组成部分及其示教过程。通过使学生与搬运机器人实体近距离接触这一过程，进一步强化学生对理论知识的理解深度，在不断的知识积累的条件下，才能更好的去实施任务。

在进行“搬运机器人的任务实施”教学之前，教师应让学生对该章节进行提前预习，在预习过程中了解任务实施的基本流程及难以理解的问题。在正式上课之后，教师借助“搬运机器人”实体的任务操作过程，边讲解理论知识，边带领学生进行仿真模拟操作。首先展示给学生实施本任务教学所使用的实训设备及所需工具材料，同时给学生讲解各种设备及工具材料的用途，让学生对本次任务实施先有一个大概了解，这是进行搬运工作站编程与操作的前提。然后按照图4 所示的搬运机器人任务实施流程依次进行，首先带领学生设计控制柜I/O 线路原理图，在设计过程中为学生讲解各个符号所代表的含义及其在工作站中的作用。其次安装水平搬运单元和夹具，提醒学生在安装过程中应注意的问题，例如紧固螺丝的类型、夹具的选择。接着进行气路检查，检查机器人背面底座的气动三联件，即空气过滤器、减压阀、油雾器，同时在这一过程中给学生展示气动三联件的外形并讲解其作用，使学生知道进行气路检查的目的是保证机器人能进行气动驱动。然后设计与编写机器人程序，掌握设计与编写流程，即设计机器人程序流程图、机器人运动工件坐标与示教点、机器人系统I/O 与PLC 地址分配、机器人程序的编写及机器人程序调试。最后进行PLC 程序设计，带领学生设计PLC 的地址分配表，分清PLC 输入、输出信号，各个地址符号所代表的功能。除以上教学步骤之外，还要进行触摸屏的程序编写，如图5 所示机器人程序流程图。

图4 “搬运机器人”任务实施流

图5 机器人程序流程图

在进行这一系列操作的过程中，必须要以学生为主体，让学生亲自动手参与及操作，而不是让学生简单的作为“旁观者”。充分利用“四位一体”理实一体化教学，引导学生将理论知识运用到实践操作中去，在不断动手实践的过程中让学生熟练掌握各种技能，不断积累从而转化成学生自己的东西，使学生可以独立自主的设计机器人不同的运行程序，例如由搬运机器人的程序设计知识扩展到点焊、弧焊机器人的程序设计等。

四、结语

研究结果表明，“四位一体”理实一体化教学模式对于中等职业学校专业课程的教学与发展具有非常积极的作用，能够改善传统学习模式的枯燥无味的窘况。这一模式改变了传统的“填鸭式”的纯理论学习的方式，而是以操作任务为载体，通过借助与课程相关的实体教学，不仅有利于知识和技能的整合，而且可以促进理论与实践的统一，使学生在理论、实践、设计、技能四方面的能力得到提升，理论知识得以巩固，实践能力得以强化。通过这一模式让师生双方边教、边学、边做，从而丰富课堂教学和实践教学环节，以提高教学质量。