基于“理虚实”一体化的工业机器人离线编程课程改革实践研究

摘要：本文对工业机器人离线编程课程教学过程中存在的学生职业能力培养不足、学生学习内驱力不强、学生学习效果评价不全面等问题，实施课堂革命实践研究。具体表现为校企深度合作，“二合一”重构教学内容，提高学生职业技能；创新“三阶六步”“理虚实”一体化教学模式，引入教学机械臂，学生学习兴趣提高；“理”“虚”“实”三阶段全过程多维度评价，解决了传统评价数据断层问题，结合过程性评价、结果性评价和增值性评价多维度评价方式，得到学生学习效果画像。

关键词：工业机器人；职业能力；课堂革命；“理虚实”一体化

Abstract：Inthispaper，theproblemsexistinginthecourseofofflineprogrammingofindustrialrobotssuchasinsufficienttrainingofstudents'vocationalability，weaklearningdriveandincompleteevaluationofstudents'learningeffectarestudied.Theconcreteperformanceisdeepcooperationbetweenschoolandenterprise，"twoinone"reconstructionofteachingcontent，improvestudents'vocationalskills;Innovative"threestepsandsixsteps"and"theoryandreality"integratedteachingmode，introducingteachingrobotarm，students'learninginterestisimproved;Themultidimensionalevaluationofthewholeprocessinthreestagesof"reason"，"virtual"and"real"solvestheproblemoftraditionalevaluationdatasegmentation，andobtainstheportraitofstudents'learningeffectbycombiningthemultidimensionalevaluationmethodsofprocessevaluation，resultevaluationandvalueaddedevaluation.

Keywords：industrialrobots；professionalcompetence；classroomrevolution；integrationof“theory，fictionandreality”

随着工业4.0和智能制造的快速发展，工业机器人在制造业中的应用愈发普及。离线编程作为提高机器人生产效率和灵活性的关键技术，逐渐成为相关专业课程的重要组成部分。在机器人相关课程研究方面，文献［1］运用混合式教学模式创新机器人课程教学活动设计和教学评价，从而提升机器人课程的教学质量以及学生的学习效率。文献［2］通过课程思政教学改革，更好地对学生开展思想政治教育、爱国主义教育和社会主义核心价值观教育，为学生树立正确的人生观和价值观。文献［3］提出了“岗位+课程+竞赛+证书”融通的课程改革模式，重构课程教学内容，将“1+X”证书制度教育嵌入专业人才培养体系，对接职业标准，以工作过程为导向，推动“课堂革命”，提升了学生综合职业能力。文献［4］针对该课程建设存在的教师知识更新迭代较慢、教学内容与企业需求脱节、教学方法陈旧等问题，将教师能力提升作为课程改革的逻辑起点，以课程内容重构为改革重点，以教学方法改革为任务抓手，将教师、教材、教法通盘考虑，协同推进课程改革。传统的教学方式往往难以满足学生对实际操作技能的需求，为此，本研究旨在探索新型工业机器人离线编程课程的课堂革命实践，基于“理虚实”一体化的教学理念，理论与实践、虚拟与现实有机结合，强调理论知识在实际操作中的指导作用，同时也强调实践经验对理论学习的重要促进。该理念借助现代信息技术，将校企开发的虚拟仿真模型、创新开发的教具与现实操作相结合，以适应当前快速发展的工业技术要求，提升教学效果和学生的综合素养。

1传统教学模式的局限性

传统机器人离线编程教学以软件教学为主，教学过程中主要存在以下几个方面的局限性。一是，学习知识点无法得到实际验证，教学内容与企业需求脱节，教学形式单一。二是，传统工业机器人离线编程任务教学，学生习惯模拟性完成学习任务，导致学生学习自主性不强、学习氛围不浓厚、合作意识不强等现象。三是，随着高职扩招生源的多元化，学生学习特点呈现出多样化，传统学生的评价方式以虚拟软件操作考核为主，这种考核方式存在片面性，侧重于学生对于软件操作熟练程度，不能完全反映学生实际学习进展情况，也不能全面地评价学生的学习效果，无法精准反映学生学习过程中的整体表现。

2工业机器人课程的课堂革命思路

本案例以学生为中心，围绕学生职业能力培养不足、学生学习内驱力不强、学生学习效果评价不全面等三方面的问题提出以下三个解决思路，从而实现学生素质、知识、能力的提高，适应行业企业发展新要求，如图1。

2.1引入企业实际案例，创新教学模式，适应企业需求

依托校企协同育人机制，引入企业无土栽培智能生产线应用真实案例，遵循校企深度融合、资源共享、课程共建等原则，进行教学内容重构和教学模式创新两项改革，解决学生职业能力不强的教学问题。

2.2多元教学资源，有效融入企业项目，提升学生学习驱动力

有效融入企业项目，通过在课前、课中、课后运用“理”“虚”“实”三种不同教学资源，助力解决学生内驱力不强的问题。

2.3依托数据平台，多维评价方式，全面反馈学生学习效果

本案例采用过程性评价、结果性评价和增值性评价相结合的评价方式，全过程记录学生学习数据，保证学习数据完整性，全面反馈学生学习效果，构建准确用户画像，解决学习效果评价不全面的教学问题。

3工业机器人课程的课堂革命问题解决做法

3.1“二合一”重构教学内容，构建“三阶六步”“理虚实”一体化教学模式，提高学生职业技能

（1）依托企业案例，“二合一”重构教学内容，解决教学内容与企业实际需求脱节问题。引入企业蔬菜无土栽培智能生产线“种子种植-蔬菜移栽-蔬菜分拣-包装码垛”典型情景。本案例选取蔬菜分拣情景，结合新技术、新工艺、新规范，通过“二合一”（虚拟与实际合一、教学项目与生产项目合一）融合，将视觉检测分拣技术等教学内容重构任务为蔬菜分拣机器人视觉信号配置，提升学生专业技能水平满足企业需求。

（2）任务引领，构建“三阶六步”“理虚实”一体化教学模式，解决教学形式单一问题。在案例教学中，遵循学生认知规律，通过“以实为例”引入课程内容视觉信号配置，“以理为基”确定视觉信号，“以虚助实”确定配置视觉信号方法，“虚实结合”完成虚拟仿真与实际设备功能验证、教学机械臂和上位机软件模拟信号配置，满足学生在课前、课中、课后三阶段学习需求。教学过程对接岗位工作流程，将教学流程分为课前、课中、课后三阶段，构建“三阶六步”“理虚实”一体化教学模式，提高学生职业技能。

课前自主学习：教师在学习通平台发布微课视频学习任务、微信公众号推文，学生根据任务单进行课前自主学习，为课中提升做好准备。

课中任务驱动：教师播放智慧农业实际应用视频，引入企业工作案例，融入爱国意识教育。教师引导学生明确“机器人视觉信号设置”任务重点。引导学生制定蔬菜分拣方案工作流程，打开视觉相机→病虫害蔬菜检测→蔬菜分拣→关闭视觉相机，掌握信号设置理论知识。通过虚实结合，学生自主完成教学内容，并展示成果。学生完成小组自评、互评，教师依据各组的汇报及实操情况做出总结性评价。

课后拓展能力：课后开放工业机器人创新工作室，学生进行相关职业技能比赛和X证书考核技能强化训练；教师引导学生对教学机械臂进行二次开发，培养学生创新实践能力。

3.2以学生为中心，多元资源助力，提高学生学习积极性

多元教学资源，提高认知驱动力，解决学生学习兴趣不浓厚的问题。通过自建学习通线上平台课程、课程资源库等理论学习资源，增加学生认知能力；通过企业蔬菜无土栽培智能生产线孪生出的蔬菜分拣虚拟模型场景、教学机械臂上位机软件等虚拟实训资源，增加学生学习兴趣；通过与行业龙头企业共建的校内外实训室（基地）和创新引入开发的教学机械臂等机器人实操资源，提高学生学习驱动力。

课前，教师发布机器人在农业领域应用的视频，融入科技兴农和安全意识。课中，根据教学环节特点采用不同资源教学，例如练技能环节信号设置过程，通过视觉软件进行视觉技能教学，运用教学机械臂视觉相机查看功能演示，以技能大赛获省赛一等奖案例，为同学们树立榜样，提高学生学习积极性，激发学生技能强国意识。

3.3“理”“虚”“实”三阶段学习数据精准记录，多维评价，生成学生学习画像

与广州数控设备有限公司共同制定符合企业要求的知识技能、过程方法、态度情感等评价标准，依托学习通和用户学习画像系统平台，精准记录学生理论学习（“理”）、虚拟仿真操作（“虚”）、机器人实操（“实”）数据，以“理”“虚”为过程性评价，“实”为结果性评价，辅以增值性评价，覆盖学生课前、课中、课后及成长反馈实现评价闭环，生成学生学习画像，实现全过程学习评价，如图2。

4实施效果与评价

在实施课堂革命后，学生学习状态、学习能力显著提高，具体表现为以下四方面：

4.1对接岗位，实现学习能力向岗位能力迁移，获企业好评

通过机器人在农业领域应用的教学内容的设置，学生实现了学习能力向岗位能力迁移。通过教学内容的学习，学生轻松通过职业技能等级证书考核，自2020年课程改革以来，连续两年用人单位对毕业生满意度达到100%，涌现了一大批优秀毕业生。通过企业对学生在实习期间的增值性评价，表明学生具有工匠精神、职业素养高、对新技术上手速度快，部分学生很快成长为企业技术骨干或技术能手，学生广受企业好评。

4.2多元教学资源，有效调动了学生学习积极性

根据实际蔬菜无土种植智能生产线工艺及技术要求，在虚拟仿真实训室完成实际案例的虚拟场景搭建、编程调试与运行；借助教学机械臂直观感受工作过程；在工业机器人实训室进行基础训练和功能验证，依托工业机器人创新工作室拓展第二课堂，提高学生创新实践能力，调动了学生学习积极性。

学生学习氛围浓厚，自主学习能力明显提升，参加竞赛的获奖等级和数量齐升。学生在2022RoBoCom机器人开发者大赛智慧零售赛项中，获得省赛一等奖（第一名）和国赛一等奖（第一名）；在2024年首届职业规划大赛中获省级金奖；近两年学生参加省级及以上职业技能大赛累计获奖20余项。这充分展示了学生的专业风采和娴熟的职业技能，同时也彰显了育人水平和人才培养成效，进一步激励广大青年学子走技能成才、技能报国之路。

4.3校企协同，全面评价精准记录，达成三维目标

关注过程的增值性评价强化了学生学习的主动性。增值性评价关注学生个体化差异，突出以学生为中心，采集每位学生多元行为数据进行素质、知识、能力三维目标考核与评价，有效度量学生成长，强化每位学生学习主动性，实现自我增值。

结语

本文以学生为中心，在教学内容、教学模式、教学评价等方面进行了创新，提出了引入企业实际案例，创新教学模式；多元教学资源，有效引入企业项目；依托数据平台，多维评价方式等策略。这一系列策略的实施，使学生学习能力向岗位能力迁移，并获企业好评；有效调动了学生学习积极性，学生学习内驱力提高，树立技能强国信念，积极参加比赛，获“金牌”突破；全面评价精准记录，达成三维目标的实效。本文研究成果具有适用性和推广性，并在教师能力提升（国培）培训班进行了同行推广。

参考文献：

［1］陈培茂.基于混合式教学模式的工业机器人技术应用课程改革研究与实践［J］.现代职业教育，2019（12）：116117.

［2］裴洲奇，马振峰.工业机kRE68XeFNELzPJWj0Z4SdmycoCuV0zU1IAiDt45BiZ4=器人技术“课程思政”教学改革的研究与实践［J］.佳木斯职业学院学报，2020，36（01）：108109.

［3］题园园.“1+X”证书下的“岗课赛证”融通的课程改革研究：以工业机器人应用系统集成工程师课程为例［J］.科学咨询（教育科研），2023（07）：3335.

［4］熊小艳，杨柳.“三教”改革背景下“工业机器人应用系统集成”课程教学改革与实践［J］.湖北开放大学学报，2023，43（02）：4751.

基金：广东省教育科学规划课题（高等教育专项）“数智化背景下新质装备在高职装备制造专业创新型人才培养的应用研究”（2024GXJK1093）；广东省高等职业教育质量与教学改革工程项目“基于数字孪生技术的工业机器人‘五位一体’教学改革研究”（GDJG2021130），“数字孪生技术在PLC课程教学中的实践”（2023JG280）；广东省普通高校青年创新人才项目“康复机器人轨迹跟踪学习控制算法研究”（2024KQNCX299）；广东科贸职业学院科研项目（职业教育专项）“岗课赛证融合视域下工业机器人技术专业人才培养模式实践研究”（GDKM202321）

作者简介：李光（1990—），男，汉族，湖北汉川人，硕士研究生，讲师，研究方向：工业机器人技术、智能控制。