1、第 43 卷第 2 期湖北开放大学学报Vol 43，No 22023 年 4 月Journal of Hubei Open UniversityApr 2023“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熊小艳杨柳(湖北开放大学/湖北科技职业学院，湖北 武汉 430074)摘要“三教”改革对高等职业教育的课程建设提出更高的要求。“工业机器人应用系统集成”是工业机器人技术应用专业的一门核心课程，是实现工业机器人专业人才培养目标的关键环节。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
2、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。关键词“三教”改革;工业机器人应用系统集成;六步教学法 中图分类号 G712 0 文献标识码 A 文章编号 20970951(2023)02004705 收稿日期 20230222 基金项目 湖北省职业技术教育学会课题“现代学徒制下高职工业机器人技术专业三教改革研究”(ZJGA202025);湖北省教育科学规划课题“基于服务型制造的高职智能制造专业群建设的研究与实践”(2020GA107)。作者简介 熊小艳(1982)，女，安徽淮南人，硕士，副教授，研究方向:工业机器人、职业教育。一、前言2019 年，国务院印发
3、国家职业教育改革实施方案(简称“职教 20 条”)，提出了“三教”(教师、教材、教法)改革的任务1。深化“三教”改革，促进职业教育教学改革创新发展，是当前职业教育的重要任务，也是职业教育内涵建设的重要抓手。“三教”改革应始终围绕培养高素质技术技能人才的目标，采取整体设计、协同推进的方式，以课程建设为切入点，着力打造高水平、结构化教师教学创新团队，开发具有职教特色的新形态教材，探索符合学生认知特点和职业成长规律的教育教学方法。其中，教师是根本，教材是基础，教法是途径，它们形成了一个闭环的整体，解决教学系统中“谁来教、教什么、如何教”的问题。湖北科技职业学院工业机器人技术专业是省级特色专业，教育部
4、现代学徒制试点专业。本文以工业机器人技术专业为例，对该专业核心课程“工业机器人应用系统集成”进行课程改革研究，其经验与成果可以为高职院校工业机器人技术专业探索“三教”改革提供参考和借鉴。二、“工业机器人应用系统集成”课程建设存在的问题和原因“工业机器人应用系统集成”是工业机器人技术专业的一门实践性很强的专业核心课，对接工业机器人应用编程、工业机器人集成应用等职业技能等级证书，主要面向工业机器人系统集成、生产应用、本体制造类企业的机械装调、电气装调、维护维修、方案设计、工艺规划、系统集成、虚拟调试、项目管理等职业岗位群，教学内容包括工业机器人应用系统集成一般过程、工业机器人 IO 接口技术、工业
5、机器人外围通信技术、工业机器人典型工装系统、工业机器人应用系统程序调试方法、工业机器人应用系统程序整体运行等。目前，课程在建设过程中存在以下问题:(一)教学团队知识技能更新不够及时“工业机器人应用系统集成”涉及多个专业领74域，对教师的综合职业素养要求较高。一方面，部分教师虽然理论知识丰富，但是由于缺乏企业工作经历，实践经验不足，导致动手能力较弱;另一方面，工业机器人技术专业的相关新技术层出不穷，更新速度前所未有，而大部分高职院校的工业机器人技术专业的教师来源于机电一体化、电气自动化等相关专业，教师的知识、技能更新迭代速度落后于新技术的发展速度。(二)教学内容理论性太强，不能紧跟技术发展随着“
6、三教”改革的持续推进，基于工作过程导向的项目化教材逐渐投入教学使用，但是存在将原有的“章、节”改为“项目、任务”的现象，实际上仍然是按照学科体系编排教学内容，重点强调理论知识，缺乏实践指导。此外，课程涉及的数字孪生与虚拟调试技术、MES 技术等内容，在教学中的普及还不够;相关技术发展迅猛，教材却未能紧跟技术的发展而更新内容，导致教材内容可操作性不够强、教材更新不够及时等问题发生。(三)教学方法陈旧，学生自主学习能力较弱部分高职学生理论基础较为薄弱，学习自主性不强。课程难度较大，学生主观上存在畏难情绪;课程常规的教学方法是教师讲解示范、学生跟做，学生缺乏独立思考的过程;课程所需配套的实训设备单台
7、设备值较高，学生工位数不足，有效训练时间有限。基于以上原因，导致学生训练时间不足，课程知识内化不够，技能强化不足。在课程学习过程中局限于课堂中练习过的项目，不能做到举一反三，知识迁移能力较弱。2 通过以上分析可知，课程改革不够深入的原因如下:1 一些高职院校仅仅从师资、教材、教学方式等方面进行宏观调控，缺乏面向不同学生和不同学科的针对性措施3;2“三教改革”偏于理论性指导，不具备可操作性和可复制性;3 多数职业院校在课程建设中，教师、教材、教法三要素是割裂开来的。例如，有的院校只重视教师创新意识、科研能力的培养，而忽略了教师的教材开发建设能力;有的院校只注重新教材的开发，不注重新教材的使用，一
8、些任课教师在授课过程中仍然使用传统的课堂讲授法，致使“三教改革”中的三要素相互分离，无法取得实际效果。针对以上存在的问题，课程建设需要做好顶层设计，促使教师、教材、教法三要素的改革一体化推进。三、课程改革的研究与实践(一)多措并举，打造高水平教学团队1 强强联合，组建高水平课程建设团队学校层面成立教师工作部，做好教师培养的顶层规划。学校审慎研判机器人产业需求和技术发展趋势，聚焦教师专业能力成长与产业发展的适应性，从实际情况出发，组建结构化的高水平工业机器人技术专业教学团队。根据课程融合多学科知识的特点，综合考虑教师的专业技术背景和专业技能水平，抽调骨干教师，组建工业机器人系统集成课程建设团队，
9、成员均来自国家级职业教育教师教学创新团队。2 内外结合，搭建教师交流提升“双平台”学校依托现有的工业机器人技术专业国家职业教育教师教学创新团队、湖北省工业机器人技术职业教育技能名师工作室、湖北名师工作室，与机器人头部企业共建“智能制造中小微企业工程技术中心”“汇博机器人国家级高技能人才培训基地武汉培训中心”，为本地中小微制造企业的产业升级提供方案咨询与技术支持，不断增强教师的科研服务能力;与兄弟院校合作，共享教学资源、协同开展教研，建成了校内装备先进的智能工厂;为响应湖北省赋能提质专项行动计划，依托智能工厂，联合 X 证书评价组织，为湖北省多名教师开展 X 证书师资培训。同时，在校外典型智能制
10、造企业成立了教师企业实践流动工作站，依托“双平台”，让教师开展人才培养与课程建设调研，与企业导师合作制定课程标准，开发教学资源与企业教学案例。3 多维磨合，提升教师专业水平以企业真实项目为引领，通过“产、训、赛、研”四维度磨炼教师素质能力。在师德师风建设引领下，以课程建设存在的问题为导向，课程团队教师在企业顶岗实践，与企业技术人员一起进行技术研发，完成“基于小型 ABB 桌面级系统工作站”等项目。团队教师定期外出交流培训，邀请校外专家来校对教师进行集中培训，及时更新教学理念，研讨课程建设;教师通过实操技能比武、教学能力比赛等途径，提升专业水平，结合校内实训平台，开展“基于智能工厂的 专业综合实
11、训 课程探索与实践”“X 证书背景下 MES 技术应用 课程开发研究与实践”等课题研究，提升课程开发能力;通过企业项目历练、集中培训锻炼、技能比武锤炼和竞赛指导促炼、课程开发84和课题研究，促进课程团队整体水平的提升。(二)对接多维标准，重构教学内容“职教 20 条”中明确指出，借鉴“双元制”等模式，总结现代学徒制和企业新型学徒制试点经验，校企共同研究制定人才培养方案，及时将新技术、新工艺、新规范纳入教学标准和教学内容。教学内容选取要以专业目录、专业教学标准、课程标准为依据，能够有效对接职业岗位能力要求、技术规范以及安全规范等职业标准。1 校企共建课程，实现“岗课赛证”融合根据团队前期相关企业
12、调研结果，以合作企业的高端智能手机生产线为载体，依据工业机器人系统集成工程师岗位需求，提炼出工业机器人应用系统的安装与调试、操作与编程、系统集成等企业岗位核心技能模块4。课程建设团队根据工业机器人技术专业教学标准和合作企业工业机器人系统集成工程师的岗位标准，有机融入工业机器人技术应用和机器人系统集成全国职业院校技能大赛竞赛要求，对接工业机器人集成应用职业技能等级标准(中级)，引入数字孪生与虚拟仿真新技术，重构教学内容，有效实现“岗课赛证”有机融合。2 结合课程理论实践一体化特点，开发“活页式”教材教材是教学改革成果的凝练，是呈现教学内容、实现教学目标的重要载体，要能够有效服务师生“做中教、做中
13、学”。“职教 20 条”提出建设“活页式”“手册式”等新形态教材的任务。教学团队按照工业机器人系统集成工程师的工作过程和岗位能力要求，设计 7 个教学项目，每个项目包含若干个工作任务，每个项目和任务均从易到难、由零到整进行排序和结合，符合职业院校学生认知特点和职业能力成长逻辑。“活页式”教材本质上是最小单元或任务的设计保证其独立和完整，能保证部分教材内容的撤换和更新不破坏教材的整体结构。5 学校教师、行业企业专家共同组建“活页式”教材开发团队，团队成员依据职业技能等级标准和机器人技术发展趋势，共同分析机器人系统集成工程师的主要工作任务、工作过程及职业能力要求，从素质、知识、能力三个维度列出岗位
14、能力清单;团队对职业能力进行分析，并列出每项职业能力对应的知识点、技能点，选择合适的任务载体、有效的教学方法，对配套的教学资源进行初期规划，构建教学内容组织结构，制定教材建设方案。3 教材与资源建设与教学方法改革同步进行一方面，教材的内容、结构必须与教学方法的改革相匹配;另一方面，教学方法的改革，也有利于教材更新改版，增强实用性。因此，团队依据课程标准和教学内容，结合实训条件，编写与六步教学法相配套的校本教材，同时设计学生自评、生生互评、教师评价等多元评价的过程性考核表，评价要素和评价方法要融入爱岗敬业的职业道德和精益求精的职业素养，有利于后续教学方法的改革。目前，该课程已建成校级精品在线开放
15、课程，提供活页式教材、工业机器人应用编程 1+X 考核题库、企业生产线安全操作规范、全国职业院校技能大赛任务书、实训指导书等立体化教学资源，服务学生个性化、多样化的学习需求。(三)实施六步教学法，提升学生自主学习能力教法是课程教学改革的路径，是教师和教材改革的最终落脚点。多年的教学实践表明，德国“行动导向教学法”的教学效果明显优于传统教学方法，获得了国内多所高职院校的认可6。团队借鉴德国双元制模式，结合课程实际，采用六步教学法，对教学过程进行了整体设计。下面以“项目6 高端智能手机生产线工业机器人工作站系统集成”为例，阐述教学过程的具体实施。1 教学过程与教学方法基于学生学习规律、工作过程、职
16、业成长规律，秉承“以学生为中心”的教学理念，利用 OBE 成果导向法，以高端智能手机生产线工业机器人工作站的系统集成为应用场景，模拟企业现场环境，形成了“一个中心，两条主线，双主体协同”的教学模式，见图 1。图 1教学模式教师根据学情分析结果，结合具体任务特点，灵活采用任务驱动、餐垫法、容错法、卡片法、小组合作94等方法，促进学中做、做中学。通过学习通平台、集成小助手等教学手段，达成教学目标，解决教学重难点，提高了教学水平，突出了教学效果。学生通过绘制程序控制流程图、查找硬件 IO 接口等，根据教师的引导学习新知识、新技能。每个教学环节教师均设置任务考核，引导学生主动思考，并学会团队合作。课堂教学在学校实训室、企业现场开展，由学校教师、企业师傅“双导师”共同施教，校企双主体、双场地协同育人，有效解决教学重点，突破教学难点。课堂教学以学生为中心，教师为引导，做中教、做中学，在锻炼学生专业技能的同时，培养学生分析问题、解决问题的能力。教学过程分为课前探索课中导学课后拓展三个环节。课中导学，采用六步教学法，按照“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”六个步骤展开。实施过程如下:资讯环节:教师导
