1、2023 年 4 月下183Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究基于 OBE 理念的“机器人操作与编程”课程项目贯穿式教学设计*刘鑫1，杜宇恒2，李曰阳1（1.山东农业工程学院机械电子工程学院，山东 济南 250100；2.青岛英谷教育科技股份有限公司，山东 青岛 266100）摘要：【目的】“机器人操作与编程”课程具有与实践联系密切的特点，传统的教学方式不适合该课程的讲解与传授，需有效提高“机器人操作与编程”课程教学效果。【方法】根据“机器人操作与编程”课程特点，结合OBE教学理念开展项目贯穿式教学的项目设计，考虑企业实际和学生能
2、力选取实际加工案例，对案例进行简化拆解，形成符合教学进度和课程知识点的小项目，通过小组合作对真实案例项目的功能实现，模拟实际工作场景和流程开展项目实践，包括编写任务计划书、项目报告书等流程，让学生在学习中接触到企业实际生产情景，培养学生实践能力、团队合作能力和职业素养。【结果】将项目化教学法融入“机器人操作与编程”课程，由传统教学的以老师为中心转向以学生为中心，提升了学生的动手能力和解决工程实际问题的能力。关键词：OBE理念；项目化教学；机器人；装配生产线；实践应用中图分类号：G712 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.08.055Throug
3、h-Going Project-Based Teaching Design of“Robotics Operation and Programming”Course Based on OBE Concept*Liu Xin1,Du Yuheng2,Li Yueyang1(1.College of Mechanical and Electronic Engineering Shandong Agriculture and Engineering University,Shandong Jinan 250100;2.Qingdao Yinggu Education Technology Co.,L
4、td.,Shandong Qingdao 266100)Abstract：Objective The course of“Robotics Operation and Programming”has the characteristics of close connection with practice,and the traditional teaching method is not suitable for the explanation and teaching of the course,so it is necessary to effectively improve the t
5、eaching effect of the course of“Robotics Operation and Programming”.Method According to the characteristics of the course of“Robotics Operation and Programming”,combined with the OBE teaching concept,carry out the project design of project through-teaching,consider the actual enterprise and student
6、ability to select actual processing cases,simplify and disassemble the cases to form small projects that meet the teaching progress and course knowledge points,realize the functions of real case projects through group cooperation,simulate actual work scenarios and processes to carry out the project
7、practice,including writing task plans,project reports and other processes.Let students be exposed to actual enterprise production scenarios in learning,and cultivate students practical ability,teamwork ability and professional quality.Result The project-based teaching method was integrated into the
8、course of“Robotics Operation and Programming”,which changed from teacher-centered teaching to student-centered teaching,and improved students hands-on ability and ability to solve practical engineering problems.Keywords:OBE concept;project-based teaching;robotics;assembly line;practical application当
9、前，我国大力推动创新驱动发展，实施“一带一路”重大倡议和“中国制造2025”重大战略等，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对工程科技人才提出了更高的要求1-2。“十四五”智能制造发展规划 提出要重点发展智能制造、农业机器人等相关重要技术，以此推动国家制造业的高质量发展3。党的二十大报告提出，“建设现代化产业体系”，推进新型工业化，加快建设制造强国4。为契合社会发展需要，打造机械制造与自动化专业群，培养机械领域的高素质复合型技术技能人才至关重要。“机器人操作与编程”是机械类专业的一门核心专业课程，课程主要内容包括机器人基础与编程、机器人轨迹与仿真、机器人编程基础、机器人传感
10、器等，由于“机器人操作与编程”课程与实践联系密切的特点，传统的教学方式并不适合本课程的讲解与传授。项目化教学法是一种行为导向教学方法，能够较好地与实践性强的学科相结合，由以老师为中心转向以学生为中心，锻炼学生的动手能基金项目：山东省本科教学改革研究项目（M2020271）；教育部新农科研究与改革实践项目（Z2020006）作者简介：刘鑫（1995），男，山东莒县人，硕士研究生，助教，研究方向为精密加工、智能装备。通信作者：李曰阳（1983），男，山东济南人，硕士研究生，副教授，研究方向为机电一体化。1842023 年 4 月下Agricultural Mechanization Synthet
11、ic Study农机化综合研究力，联系实际解决问题5。基于此，课题组结合OBE（Outcomes-based Education）成果导向理念6，将大中型项目进行简化并划分成各个小项目融入阶段性学习过程中7-10，以达到循序渐进、更好地加深学生对知识的理解和记忆的效果。1 OBE理念与项目化教学的优势传统教学方法以讲授知识为主，整堂课教师单向灌输知识，学生缺少思考和理解的时间，不能充分发挥学生的主观能动性，缺少知识输出环节，降低了学生整合知识的效果，缺少锻炼团队合作的机会，这与毕业要求中的培养学生团队合作能力相违背。因此，在教学中应充分考虑以学生为主体，调动学生自主学习能力，实现从“教师为中心
12、”的“教”向“学生为中心”的“学”的转变。项目化教学打破了传统的教学模式，实践教学的项目化教学具备实践性、跨学科性、合作性等特点。项目化教学打破单一课程的理论知识应用，需要将多学科的知识结合应用到实践项目中，更加强调小组合作和团队创新意识，更加接近实际工程问题解决的场景。通过对企业真实项目案例进行简化，并按照教学进度拆分为多个小项目，模拟实际工作场景和流程开展项目实践，能让学生在学习中接触到企业实际生产场景，提高学生进入企业后的适应性。OBE理念主要强调学生取得什么样的成果、为什么取得这样的成果、怎么取得这样的成果，通过以学生毕业后从事行业所需能力为教育目标进行反向设计，组织教学内容，这与将项
13、目化教学应用到“机器人操作与编程”课程中的理念和目的有很多相似点。采用OBE理念对项目化教学的各个项目进行设计和教学内容组织，能够弥补传统教学的缺点，充分调动学生学习的主观能动性，更好地培育学生的工程实践能力。2 课程体系构建与实施2.1 OBE理念项目化构建思路通过对多家合作企业进行调研，分析总结社会对机械类与机电类学生的工作需求和行业需求。通过国家发展重点方向了解国家以及社会对学生的能力要求。通过多方面需求制定课程、专业培养目标以及毕业要求，OBE理念贯穿项目构建流程思路如图1所示。根据培养目标和毕业要求制定课程成果目标，选取符合成果目标的实际企业项目，在保证完成成果目标的前提下，对项目进
14、行简化并拆分成多个小项目。使学生能够循序渐进地接受相关知识，在完成所有小项目后熟悉企业实际工作流程，并具备一定的工程分析和解决问题的能力。根据OBE理念对项目化教学进行相关设计，从各个着重点给出对应解答，OBE理念强调问题点及对应策略如表1所示。项目项目3项目整合项目2项目1能力要求知识目标选定项目成果目标课程要求毕业要求培养目标企业需求行业需求社会需求拆分简化图1OBE理念贯穿项目构建流程思路表1OBE理念强调问题点及对应策略OBE理念4个问题目的、方法、途径取得什么样的成果掌握课程相关理论知识，具备一定的项目设计实现能力，具有团队合作精神、良好的职业能力素养为什么取得这些成果锻炼实践操作能
15、力，更好地适应工作岗位，培养应用型人才怎样取得这些成果课堂讲授理论知识，项目化演示实践操作过程，项目书编写及项目功能实现如何判断是否取得这些成果成果展示，理论测验，项目答辩，过程评价2.2 项目设计及对应特点通过各项调研并结合现有设备，最终选定以“基于机器视觉识别系统的机器人自动装配生产线”项目作为贯穿整个课程的项目，机器人实验台及相关模块如图2所示。项目包含了“机器人操作与编程”的相关知识和其他相关课程的有关知识，“机器人操作与编程”的相关知识如机器人基础知识、轨迹分析与仿真、Socket通信、编程基础等，其他相关课程的有关知识如快速成型技术、机械结构设计、机器视觉、PLC编程与应用等，通过
16、有效学习，能够充分锻炼学生的多课程知识综合应用能力、创新思维能力、团队2023 年 4 月下185Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究合作能力以及领导力。照相机外壳建模及安装视觉分析操作简易装配图2机器人实验台及相关模块1）实际生产线工作流程。同一生产线生产不同产品，通过智能相机对工件拍照进行视觉分析，判断工件类型以及是否达到装配标准，拍照扫描完毕后传送带将工件运输到指定地点，机器人抓取工件根据视觉判断结果将工件分别放置在装配区和不合格区，对合格物品进行对应装配动作，对不同的产品进行搬运并在对应区域进行码垛工作。2）简化后生产线工作流程。生产一种类型产品，扫描工件表面二维码读取工件信息，包括是否合格、工件等级，根据读取的信息对工件进行运输、放置、装配、搬运等对应操作，码垛过程按照产品等级分区域进行。3）将项目简化并拆解为6个项目。项目1：机器人基础操作训练，安排2学时。示教器的使用，机器人手动操作模式。加强对机器人基本运动方式的理解，单轴运动模式、线性运动、重定位运动以及参考坐标系。项目2：仿真软件操作及轨迹编程，安排4学时
