職業(yè)院校工業(yè)機器人教學設(shè)計研究現(xiàn)狀及展望

樓韻佳

浙江師范大學，浙江 金華 321004

一、工業(yè)機器人教學設(shè)計的已有研究

（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在中國知網(wǎng)中進行高級檢索，搜索主題“工業(yè)機器人”并且關(guān)鍵詞“教學設(shè)計”得到11條檢索結(jié)果，將所檢索文獻按時間順序統(tǒng)計發(fā)文數(shù)量，可直觀地反映國內(nèi)工業(yè)機器人教學設(shè)計研究的發(fā)展狀況與趨勢，見圖1。從文獻發(fā)表時間看，最早關(guān)于工業(yè)機器人課程教學設(shè)計的研究發(fā)表于2013年。在2017年以后，關(guān)于工業(yè)機器人課程教學設(shè)計的相關(guān)文獻迅速增加，呈逐步上升趨勢?？梢?，工業(yè)機器人專業(yè)相關(guān)課程的教學設(shè)計研究已逐漸受到關(guān)注與重視，研究進入活躍的時期。

圖1 工業(yè)機器人教學設(shè)計有關(guān)文獻的發(fā)文量

從檢索文獻的發(fā)文數(shù)量反映出國內(nèi)關(guān)于工業(yè)機器人課程教學設(shè)計的學術(shù)研究較少，通過整理文獻發(fā)現(xiàn)研究內(nèi)容主要集中在內(nèi)容、實施兩個層面。吳永和、李彤彤指出工業(yè)機器人課程教學設(shè)計是從深度學習、研究體驗、生涯指導三個維度設(shè)計教學實踐活動，并且通過實驗數(shù)據(jù)表明該教學方案有助于學生學習多學科知識，培養(yǎng)學生的問題解決能力［1］。黃敦華、趙堂春等人提出《工業(yè)機器人編程操作與維護》的教學設(shè)計可以根據(jù)企業(yè)調(diào)研、分級標準、能力分解序化三方面確定教學目標，以3大項目10個子任務(wù)作為教學內(nèi)容，采用"7-1"分組、并行作業(yè)+任務(wù)驅(qū)動+小組輪崗的方式組織教學，將企業(yè)引入評價元素，采用透明型過程動態(tài)考核［2］。趙達通過對工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的相關(guān)調(diào)研分析，設(shè)計出基于混合學習模式的工業(yè)機器人專業(yè)課程的教學設(shè)計，該設(shè)計由三部分組成，分別是前端分析階段、實施階段和評價反饋階段，通過對學習者的特征分析設(shè)計學習目標、學習支持、學習活動、學習評價以及教學反饋，認為教學設(shè)計的目標是培養(yǎng)學生的自主意識、創(chuàng)新精神和協(xié)作能力，將具體工作情境結(jié)合教學，采用線上與線下共同開展學習活動的形式增加學生參與學習的機會［3］。

（二）國外研究現(xiàn)狀

以IEEE XPlore數(shù)據(jù)庫為檢索工具，可檢索到共計233條相關(guān)文獻。將檢索到的文獻按照地區(qū)分類，可以得到以下幾個國家地區(qū)在工業(yè)機器人課程教學設(shè)計方面的研究較為深入：

最早于1994年開設(shè)工業(yè)機器人課程的是美國麻省理工學院，主要分為整一學期課程、課堂之外課程兩類。在其教學設(shè)計中的主要教學形式是以項目學習為主，學生可以根據(jù)自身需要，以自愿原則參與課堂學習并且需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成項目［4］。佐治亞南方大學開設(shè)的工業(yè)機器人課程教學是根據(jù)專業(yè)下不同課程的目標制定學生關(guān)于項目學習成果的指標，再制定基于項目學習的學習模式，以布魯姆的認知學習理論用于學習成效的驗證?！禨KILLMAN》一書中介紹到英國職業(yè)院校所開設(shè)的工業(yè)機器人專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域課程教學目標以知識、技能劃分，在每個單元的教學設(shè)計均針對學生的學習成果，教學形式分為自學、課堂教學、上機學習和其他形式四種，教學評估方法是根據(jù)“中心集評估”，教學方式多元化［5］。

荷蘭也很重視工業(yè)機器人課程的教學，注重學生的學習過程與體驗。在教學設(shè)計中體現(xiàn)評價維度的豐富，對于學生的學習評價并非根據(jù)考試單一而定，還需通過作品與成果同步評價。有學者在文中指出應(yīng)降低機器人競賽性，注重學生在競賽過程中的反思。教學過程中多樣化的評價方式有助于全面反映學生在課程中所獲得的知識并且靈活運用［6］。

日本工業(yè)機器人課程開展及教學相關(guān)研究方面與美國相比雖然較晚，但由于日本對機器人教育活動開展的重視，工業(yè)機器人專業(yè)文化迅速普及，教學設(shè)計根據(jù)小學、中學、大學的劃分各不相同，但大體是以操作應(yīng)用、項目學習為主。教學側(cè)重于應(yīng)用，通常圍繞競賽展開，其專業(yè)團隊會定期舉辦相關(guān)賽事［7］。

（三）已有研究的梳理

綜上可知，在工業(yè)機器人課程教學設(shè)計方面的研究，相比于國外，國內(nèi)研究起步較晚，理論研究尚且不足。國內(nèi)、外關(guān)于工業(yè)機器人課程教學設(shè)計的思路有所異同，相同之處主要表現(xiàn)在教學目的和教學形式：國內(nèi)、外院校開展的工業(yè)機器人專業(yè)相關(guān)課程教學設(shè)計的主要目標是培養(yǎng)高素質(zhì)高技能的工業(yè)機器人專門人才，教學形式是理論結(jié)合實踐，把學習聯(lián)系生活、工作和未來。不同之處在于邏輯順序：國內(nèi)學生則將該專業(yè)下的幾門課程作為固定學時的必修課，教學設(shè)計的思路是首先確定教學目標，再根據(jù)課程內(nèi)容，考慮教學活動及方法；而國外學生可以根據(jù)自身需要，以自愿原則參與課堂學習并且需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成項目，教學設(shè)計的思路是先了解學生學習的需求，確定學生關(guān)于項目學習成果的指標維度，再采取合適的學習模式，在具體的項目實踐或者工作流程中生成教學目標，再以多元化評價方法驗證學習成效，見表1。

表1 國內(nèi)、外工業(yè)機器人專業(yè)相關(guān)課程教學設(shè)計的異同之處

二、工業(yè)機器人教學設(shè)計的未來探索之路

（一）要推進人才培養(yǎng)模式探索，符合智能制造的需求

職業(yè)院校學生是以就業(yè)為導向的，近年來眾多職業(yè)院校在人才培養(yǎng)模式上都注重校企合作、工學結(jié)合、產(chǎn)教融合的人才培養(yǎng)模式，但由于工業(yè)現(xiàn)場對于操作者的能力要求較高，符合工業(yè)機器人領(lǐng)域的技術(shù)技能型人才培養(yǎng)方式的研究和實踐探索缺乏可參考的成果。在職教20條中提出校企共同研究制定人才培養(yǎng)方案，推行以借鑒“雙元制”的學生即學徒、學校即工廠的“企業(yè)新型學徒制”模式還在試點探索階段，能否適應(yīng)社會對于智能制造人才的需求，強化學生實習實訓，做到知行合一，發(fā)揮“三合”作用，還有待進一步研究與驗證。

（二）要將教學內(nèi)容與項目融合創(chuàng)新，構(gòu)建產(chǎn)教融合新模型

由于工業(yè)發(fā)展水平的不斷提升與變化，我國制造業(yè)從2025年步入2045年的計劃對工業(yè)機器人課程內(nèi)容也隨之變化，對于職業(yè)院校工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)調(diào)整的前瞻性需要結(jié)合智能制造行業(yè)發(fā)展的預測研究，同時，工業(yè)機器人專業(yè)課程的產(chǎn)教融合工作中，教學的組織不應(yīng)依據(jù)具體教材設(shè)計教學內(nèi)容，而需要思考如何體現(xiàn)時代特點和職業(yè)教育與制造業(yè)的主動引領(lǐng)功能以滿足產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實需求。教育鏈的內(nèi)涵是隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢變化，及時將工業(yè)機器人相關(guān)的新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范納入教學內(nèi)容，保持教學內(nèi)容與項目一致的警覺性至關(guān)重要。

（三）要為課程構(gòu)建有效的教學形式，建立真實情境的學習過程

工業(yè)機器人專業(yè)相關(guān)課程需要區(qū)別于傳統(tǒng)課程的教學方式，倘若過多涉及知識型內(nèi)容，會使學生錯認為是信息技術(shù)知識的灌輸。研究表明，基于項目的學習是一種非常有效的學習活動，項目式學習的基礎(chǔ)是真實情境，體現(xiàn)在課堂實踐、工作空間、競賽等，采用這種學習環(huán)境來幫助學生從被動學習過渡到課堂上的主動學習者。在工業(yè)機器人專業(yè)中基于真實情境的教學活動強調(diào)線上、線下的合理搭配，教學設(shè)計者需要考慮學生的特征與情況、教師呈現(xiàn)教學的方式、對于線上與線下學習/實踐活動的合理分配、學生參與的積極性和有效性，進而建構(gòu)新的知識內(nèi)容，實現(xiàn)項目開發(fā)。

（四）要關(guān)注課程教學評價研究，追尋評價的多元組合

教學評價是識別成果、反思不足和改進的關(guān)鍵因素，通過評價，能夠評估學生對于課程學習及活動參與的態(tài)度。在工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)相關(guān)課程的教學設(shè)計中首先要突破傳統(tǒng)唯分數(shù)論的評價體系，注重評價形式的結(jié)合創(chuàng)新，一方面了解到學生對知識與技能的掌握程度和主觀思想，另一方面組合的教學評價方式通過學生成果信息來支持和改進教師的教學風格和學生學習，使課程理論和實踐的融合落在學生身上，弱化教師的權(quán)威作用和疏遠感。啟動工業(yè)機器人專業(yè)的“1+X”人才證書制度是教學評價中的關(guān)鍵一環(huán)，需要進一步開發(fā)與建設(shè)培訓評價組織，研究與完善復合型人才培養(yǎng)工作方案。