項目式教學(xué)在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)改革中的應(yīng)用

李 智 陳 帆 胡 菡 楊 帆

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢：430205)

1 教學(xué)改革背景

1.1 行業(yè)發(fā)展需求

2015年，武漢市在制定“十三五”規(guī)劃的過程中，明確將智能制造、信息技術(shù)、生命健康作為重點發(fā)展的三大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。在智能制造產(chǎn)業(yè)方面，重點布局智能機(jī)器人、高端數(shù)控機(jī)床、增材制造等領(lǐng)域，打造全國重要的智能裝備研發(fā)制造產(chǎn)業(yè)集群，推動人工智能技術(shù)突破發(fā)展，加快智能家居、智能汽車、智能船舶、無人機(jī)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院作為市屬高校，基于服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)、為區(qū)域發(fā)展培養(yǎng)高技能人才的辦學(xué)理念，在機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造與自動化專業(yè)的基礎(chǔ)上開設(shè)了工業(yè)機(jī)器人專業(yè)。

1.2 現(xiàn)有教學(xué)模式中存在的問題

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的核心課程包括傳感檢測技術(shù)、PLC應(yīng)用技術(shù)、電機(jī)與拖動、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人離線編程、機(jī)器人拆裝等。這些專業(yè)課程在近幾年已經(jīng)完成了理實一體化教學(xué)的初步改革，實現(xiàn)了專業(yè)核心課程進(jìn)實訓(xùn)室這一目標(biāo)。但是，在課程教學(xué)上，仍以理論知識講解為主，再通過現(xiàn)場輔以實訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行知識點分析，最后讓學(xué)生動手實踐。這種理實一體化的教學(xué)模式較“理論+實驗”的教學(xué)模式在教學(xué)效果上有了比較明顯的提高。但受限于設(shè)備臺套數(shù)不足，并不能完全實施基于工作任務(wù)的項目式教學(xué)，考核方式上也以理論考試或者有限的技能考試成績?yōu)樽罱K評價結(jié)果，從而導(dǎo)致了理論聯(lián)系實際的深度和廣度還不夠。

另外，裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)快速融入裝備制造業(yè)中，使產(chǎn)品更新周期逐漸加快，產(chǎn)品科技含量逐漸提高。這些在一定程度上使得專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容落后于行業(yè)發(fā)展，學(xué)生培養(yǎng)和社會需求有一定脫節(jié)，學(xué)生掌握的專業(yè)知識與技能往往還沒有等到畢業(yè)就已經(jīng)落后于行業(yè)發(fā)展。

為了持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生在有限的時間里更加牢固地掌握專業(yè)核心技能，縮小人才培養(yǎng)與企業(yè)需求之間的差距，工業(yè)機(jī)器人專業(yè)借助優(yōu)質(zhì)校建設(shè)契機(jī)，以武漢市智能制造公共實訓(xùn)平臺作為硬件支撐，深化教學(xué)改革，實施基于工作任務(wù)的項目式教學(xué)改革。

2 項目式教學(xué)改革的必要性

2.1 滿足區(qū)域產(chǎn)業(yè)升級對人才的需求

智能制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展對高技能人才的需求將不斷增大，要求呈現(xiàn)新變化。智能制造產(chǎn)業(yè)升級不是簡單地用機(jī)器設(shè)備替代產(chǎn)業(yè)工人，而是對傳統(tǒng)制造方式的改造。未來對智能技術(shù)研發(fā)、智能設(shè)備改造、智能裝備操作以及智能監(jiān)測管控等方面的新型人力資源需求巨大。據(jù)調(diào)研分析，目前武漢有3萬多家工廠，特別是汽車、裝備制造、電子信息等一批優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)中對以工業(yè)機(jī)器人為核心的智能制造技術(shù)和裝備的需求量大，“幾乎100%的企業(yè)都需要機(jī)器換人?！蓖瑫r，原有技術(shù)工人不能滿足現(xiàn)代化設(shè)備的技術(shù)要求，只有掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)自動化技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域的智能制造技術(shù)的技能人才才能支撐智能制造業(yè)和裝備制造業(yè)的智能化升級。

2.2 優(yōu)質(zhì)校建設(shè)要求

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)是機(jī)械行指委《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2015-2018年)》中骨干專業(yè)建設(shè)項目之一。在骨干專業(yè)建設(shè)方案中，人才培養(yǎng)模式、教學(xué)模式等改革是專業(yè)建設(shè)中驗收的重點。通過教學(xué)改革提升教學(xué)質(zhì)量，在仿真的實際生產(chǎn)環(huán)境中鍛煉、提升學(xué)生職業(yè)及崗位能力，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范，在職業(yè)意識的引導(dǎo)下，促進(jìn)規(guī)范職業(yè)行為習(xí)慣的養(yǎng)成，縮小人才培養(yǎng)與企業(yè)實際需求之間的差距，努力做到畢業(yè)即可就業(yè)，幫助企業(yè)降低人力資源培養(yǎng)成本。

2.3 提高教師綜合能力

工業(yè)機(jī)器人的核心課程融合了多個學(xué)科的知識，涉及到相當(dāng)多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。因此，對參與教改的教師有著較高的要求：教師應(yīng)具備多學(xué)科知識背景、較強(qiáng)的動手能力和指導(dǎo)學(xué)生對新事物進(jìn)行探索實踐的能力[1]。通過項目式教學(xué)改革，教師既要了解企業(yè)生產(chǎn)流程和最新技術(shù)裝備，還要對課程體系進(jìn)行研究，設(shè)計符合于企業(yè)實際需求的、基于工作過程的任務(wù)。將企業(yè)中的前沿技術(shù)工藝融入到理論、實踐教學(xué)中去。這樣，教師既能關(guān)注最前沿技術(shù)，又能鍛煉自身教科研綜合能力。通過項目式教學(xué)改革，讓教師主動創(chuàng)新，尋求各種合理的、有效的途徑提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生技術(shù)技能水平。

2.4 提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

傳統(tǒng)教學(xué)模式形式都比較單一，注重理論知識傳授，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性較低。通過實施項目式教學(xué)改革，將知識點融入到一個個難度適中的任務(wù)中，按照知識點由易到難、技術(shù)能力逐漸遞升的學(xué)習(xí)規(guī)律，設(shè)置各個任務(wù)的先后順序，使學(xué)生在完成與企業(yè)實際崗位工作內(nèi)容相近的任務(wù)中獲得成就感和滿足感，提升學(xué)生自信心，逐步培養(yǎng)學(xué)生主動地去提高自身的專業(yè)核心能力。

3 項目式教學(xué)改革實施方案

3.1 教學(xué)改革的實施對象及時間

項目式教學(xué)法要求專業(yè)課教師按照課程教學(xué)目標(biāo)安排設(shè)計相關(guān)的以工業(yè)機(jī)器人為核心的項目，利用項目對學(xué)生實行“教、學(xué)、做合一”的學(xué)習(xí)和實踐培訓(xùn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、發(fā)散思維，培養(yǎng)出符合國家和社會發(fā)展需求的人才[2]。工業(yè)機(jī)器人核心課程具有創(chuàng)新性、探索性、實踐性與開放性，高度契合項目式教學(xué)法的設(shè)計理念，因此教學(xué)改革試點時間段以工業(yè)機(jī)器人專業(yè)大二兩個學(xué)期和大三上學(xué)期為主。這一階段，所有課程不再以單獨課程教學(xué)的模式進(jìn)行，而是以項目為主線將各個課程貫穿于其中，這樣無疑是加大了教學(xué)準(zhǔn)備工作量，也對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了更高的要求。

3.2 教學(xué)改革的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

原有的人才培養(yǎng)目標(biāo)“面向智能制造裝備、制造及工業(yè)自動化行業(yè)領(lǐng)域，培養(yǎng)掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣控制、傳感技術(shù)、智能控制等專業(yè)知識和技術(shù)，從事工業(yè)機(jī)器人設(shè)備的運行維護(hù)、編程調(diào)試、安裝維修、銷售客服以及工業(yè)機(jī)器人自動化系統(tǒng)安裝調(diào)試、運行維護(hù)及管理等工作的技術(shù)技能型人才?！?/p>

根據(jù)《武漢市 “十三五”規(guī)劃》和《武漢市建設(shè)“中國制造2025”試點示范城市實施方案》，學(xué)校在“十三五”規(guī)劃中，將先進(jìn)裝備制造專業(yè)群作為重點發(fā)展的五大專業(yè)集群之一。據(jù)此，教學(xué)改革將現(xiàn)有的人才培養(yǎng)目標(biāo)修改為“掌握以工業(yè)機(jī)器人為核心的智能制造與檢測、設(shè)備安裝與調(diào)試、設(shè)備信息化管理與維護(hù)等基礎(chǔ)知識，具備智能制造工藝設(shè)計、智能制造設(shè)備安裝調(diào)試、智能制造設(shè)備信息化管理與維護(hù)等能力且計算機(jī)輔助設(shè)計與管理能力突出的高素質(zhì)技術(shù)技能人才?！?/p>

3.3 教學(xué)內(nèi)容改革及項目任務(wù)設(shè)置

根據(jù)教學(xué)大綱的要求和企業(yè)對人才培養(yǎng)的需求，圍繞修改后的人才培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計教學(xué)任務(wù)，以設(shè)備安裝調(diào)試、維護(hù)與管理等技術(shù)技能為核心內(nèi)容，開展項目式教學(xué)，見表1。

第一階段：專業(yè)核心能力培養(yǎng)

以工業(yè)機(jī)器人單體為載體，按照工業(yè)機(jī)器人安裝、調(diào)試、維護(hù)、管理等工作流程，設(shè)計了11個工作任務(wù)，內(nèi)容涵蓋了機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等。

第二階段：專業(yè)核心能力提升

以工業(yè)機(jī)器人自動化單元為載體，按照工業(yè)機(jī)器人自動化單元的工業(yè)機(jī)器人夾具的安裝調(diào)試、智能視覺系統(tǒng)的調(diào)試與應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試、總控單元運行與應(yīng)用等工作流程，設(shè)計了8個工作任務(wù)，內(nèi)容涵蓋了機(jī)械、智能識別、智能控制、傳感器、設(shè)備信息化管理等。

第三階段：專業(yè)核心技能綜合應(yīng)用

以智能產(chǎn)線平臺為載體(見圖1)，按照智能產(chǎn)線設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計，智能產(chǎn)線安裝與調(diào)試，智能產(chǎn)線系統(tǒng)運營、管理與維護(hù)等工作流程，設(shè)計了7個工作任務(wù)，內(nèi)容涵蓋了智能制造、智能控制、工業(yè)機(jī)器人、電氣自動化、數(shù)控加工、測控、維修等。

表1 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)項目式教學(xué)任務(wù)制定表

續(xù)表1

圖1 智能產(chǎn)線平臺

3.4 項目式教學(xué)的組織及實施

項目式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)最大的區(qū)別在于不再以教師為主體進(jìn)行講授，而是以項目為驅(qū)動、學(xué)生為主體，通過自主學(xué)習(xí)和教師指導(dǎo)相結(jié)合的方式完成相應(yīng)的任務(wù)或項目以達(dá)到學(xué)習(xí)和實踐的目的。通過這種學(xué)習(xí)方式，可以培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作、開拓創(chuàng)新的能力。因此，在教學(xué)組織和實施上，教師和學(xué)生要定位好自己的角色，從項目制定到任務(wù)分配，從資料查閱到內(nèi)容講授，從完成過程到考評總結(jié)，每一個階段的實施和記錄都決定著項目式教學(xué)效果的好壞。

在項目完成過程中，以小組為單位，每組3-5人，推選組長一名，組長與組員協(xié)商分配每個人的工作任務(wù)，各組組長要協(xié)助教師檢查組員每天工作任務(wù)的完成情況，參與考核。

課前，組長要督促組員自主學(xué)習(xí)教師準(zhǔn)備的教材、視頻、網(wǎng)絡(luò)資料；教師對相關(guān)要點和安全注意事項進(jìn)行講解。

課中，組長要和組員一起設(shè)計任務(wù)實施計劃，完善任務(wù)流程，通過完成任務(wù)掌握該項目應(yīng)具備的技能；教師在學(xué)生完成任務(wù)的過程中進(jìn)行巡視和指導(dǎo)，對個別同學(xué)出現(xiàn)的問題進(jìn)行引導(dǎo)，對大多數(shù)同學(xué)出現(xiàn)的共性問題進(jìn)行集中講解。

課后，組長要組織組員對每個工作任務(wù)的完成情況進(jìn)行總結(jié)，形成每天的總結(jié)報告；教師要對當(dāng)天的完成情況和出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，及時調(diào)整進(jìn)度，并做好階段性考核記錄。

3.5 項目式教學(xué)的過程考核及驗收

項目式教學(xué)的考核也與傳統(tǒng)教學(xué)的考核有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)教學(xué)的考核多以考試成績和平時成績相結(jié)合為主，對于理論教學(xué)而言這種考核方式是很實用的。但作為以過程考核為主、檢驗學(xué)生技能掌握程度的項目式教學(xué)，這種考核方式就不能全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果了。因此，根據(jù)項目式教學(xué)自身的特點制定相應(yīng)的考核方式才能客觀全面地反映這種教學(xué)過程的教學(xué)效果。結(jié)合工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的特點和制定的項目可以將考核成績分為三部分：階段性任務(wù)成績、實訓(xùn)報告成績和技能考核成績，其中以技能考核為主。在技能考核中，每個任務(wù)結(jié)束都有一次考核，考核通過之后才能進(jìn)行下一個任務(wù)的學(xué)習(xí)。在分?jǐn)?shù)評定上分自評、互評和教師評三種。自評是讓學(xué)生自己給自己打分，有利于讓學(xué)生正確意識到自身的優(yōu)點與缺點，為下個項目積累經(jīng)驗；學(xué)生互評，客觀公正，有利于讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)別人的長處與短處，取其精華、去其糟粕，不斷提高自身的操作水平；讓老師評價學(xué)生，有利于了解學(xué)生對項目中涉及的知識點與專業(yè)技術(shù)的掌握程度，并據(jù)此不斷設(shè)計出新的項目以服務(wù)于教學(xué)。

4 結(jié)語

項目式教學(xué)法是一種較為成熟的教學(xué)模式，但在工業(yè)機(jī)器人這樣的新興專業(yè)上應(yīng)用還處于嘗試階段。因為工業(yè)機(jī)器人專業(yè)涉及的學(xué)科較多，既要有較扎實的理論知識又要有較強(qiáng)的實踐動手能力，這對教師和學(xué)生都提出了很高的要求。教師團(tuán)隊通過前期深入企業(yè)調(diào)研，在制定出符合教學(xué)大綱的項目的同時，還要求項目所涉及的任務(wù)既要具有教學(xué)操作性又要覆蓋面廣、貼近實際生產(chǎn)，能將理論和實踐結(jié)合起來。通過這種項目式教學(xué)模式，學(xué)生在完成這些項目任務(wù)的過程中，能通過自學(xué)、教師引導(dǎo)和團(tuán)隊協(xié)作，將所學(xué)理論知識付諸實踐，并從中培養(yǎng)和提升自身的職業(yè)素養(yǎng)。

[1] 容愛瓊.“項目式”強(qiáng)化訓(xùn)練的機(jī)器人實驗教學(xué)方法[J]．教育教學(xué)論壇，2016,7(28)：268-269．

[2] 馬志敏.項目式教學(xué)在《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程中的技術(shù)應(yīng)用[J]．教育現(xiàn)代化，2016,9(26)：230-235．