職業(yè)教育信息化背景下工業(yè)機器人立體化教材建設策略分析
——以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程教材為例

王平俊 裴陽

(信陽職業(yè)技術學院，河南 信陽 464000)

課程立體化教材建設是職業(yè)教育信息化的重要內(nèi)涵[1]。隨著“中國制造2025” “工業(yè)4.0”“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，以及新一代智能制造技術、工業(yè)機器人技術、信息網(wǎng)絡技術等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、傳統(tǒng)智能生產(chǎn)改造政策的落實，工業(yè)機器人技術應用的步伐逐漸加快?！吨圃鞓I(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》預測工業(yè)機器人相關領域人才需求將持續(xù)增大[2]。職業(yè)教育需要培育出與智能制造業(yè)接軌的高技能人才，而傳統(tǒng)的教材形式和內(nèi)容無法滿足當下教學需求，因此立體化教材的建設就要顯得至關重要。

立體化教材建設是為適應社會發(fā)展與不斷推陳出新的教育理念，在傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的基礎上，依托信息技術下多形態(tài)的教育資源，對其優(yōu)化整合以便于提供不同的教學服務，同時，利用“線上+線下”相結合的教材模式對教學資源進行有效的開發(fā)[3]。職業(yè)教育中，由于專業(yè)教學配套設備的滯后性，實訓教學設備平臺和教學資源已經(jīng)漸漸地脫離實際的教學需求，不能很好地將課程理論和學生實訓操作有機地融合在一起，難以適應學生的發(fā)展需要，抑制了學生學習的積極性，不利于學生的個性發(fā)展和綜合素質(zhì)培養(yǎng)。因此，“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”立體化教材建設方法的研究對提升工業(yè)機器人領域高技能高素養(yǎng)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的意義。

1 工業(yè)機器人立體化教材建設存在的問題

當前有關立體化教材建設的研究，從人才培養(yǎng)方案層面，雖然已有部分學者提出專業(yè)課程體系建設思路[4-5]，但是未深入到多課程融合的教材建設方法的研究；從專業(yè)課程體系建設層面，雖然已有部分學者提出跨領域多學科融合的課程資源建設思路[6-7]，但是依然存在教材內(nèi)容不能與市場需求相適應的問題；從核心崗位需求分析層面[8-9]，雖然已有部分學者通過對企業(yè)的調(diào)研，提出了核心崗位能力需求，并提出基于核心崗位能力需求的建設思路，但是尚未融合1+X證書、競賽等對學生核心素養(yǎng)發(fā)展的分析；從混合教學模式需求層面，雖然已有部分學者分析了線上線下混合教學模式建設思路[10-12]，但是尚未深入到課程立體化資源建設實施層面。具體存在以下問題：

(1)面對1+X證書考核、競賽、崗位核心能力需求，專業(yè)課程教材建設存在碎片化的特點，而且當前的研究主要是針對某一單一需求而進行，尚未深入到具體建設方法層面。

(2)面對專業(yè)課程體系建設需求和學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)需求，多學科融合、結構化課程建設等相關研究尚未深入。

(3)面對線上線下混合教學模式，在信息化教育資源異常豐富、產(chǎn)教融合背景下，教材的系統(tǒng)化課程資源體系構建的研究尚未深入。

因此，本文以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程立體化教材建設為例，以學生核心素養(yǎng)發(fā)展需求為切入點，對接1+X證書、技能大賽、核心崗位能力需求，應用線上線下混合教學模式基于教材教學內(nèi)容，分析專業(yè)課程立體化教材建設的方法。具體建設思路如圖1所示。

圖1 立體化教材建設思路流程圖

2 工業(yè)機器人立體化教材建設基礎和建設需求

下面以高職院校工業(yè)機器人技術專業(yè)“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程立體化教材建設為例，介紹建設基礎和建設需求。

2.1 “ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程立體化教材建設基礎

2.1.1 教材基礎

以行業(yè)發(fā)展政策、標準，企業(yè)管理規(guī)范、規(guī)程，崗位技能需求、要求為依據(jù)，優(yōu)先選用近三年國家職業(yè)教育規(guī)劃教材。參考教材有《工業(yè)機器人技術及應用》《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》《工業(yè)機器人工程應用虛擬仿真教程》等。結合?？茖W生特點選用機械工業(yè)出版社出版，由張超、張繼媛主編的《ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》。

2.1.2 實訓基礎

當前已經(jīng)建成工業(yè)機器人技術實訓室。本實訓室配有1臺模塊化可拆裝串聯(lián)機器人和3臺六軸ABB工業(yè)機器人工作站實訓系統(tǒng)，結合豐富的周邊自動化設備，可以實現(xiàn)機器人搬運、碼垛、焊接、噴涂等工業(yè)應用教學。

2.1.3 受眾對象

課程受眾對象為高職院校工業(yè)機器人專業(yè)學生及工業(yè)機器人行業(yè)技術人員，課程受眾對象的特點與需求如表1所示。

表1 課程受眾對象的特點與需求

2.2 “ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程立體化教材建設需求

2.2.1 面向1+X證書考核的立體化教材建設需求

面向工業(yè)機器人操作與運維、工業(yè)機器人裝調(diào)、工業(yè)機器人應用編程、工業(yè)機器人集成應用等1+X證書職業(yè)等級考核，考慮當前實訓環(huán)境基礎，為滿足學生知識、技能、素養(yǎng)發(fā)展需求，亟需豐富專業(yè)課程。針對初級、中級、高級考核要點，借助信息化平臺，構建課程立體化教材，從而保證工業(yè)機器人技術專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2.2.2 面向職業(yè)技能大賽考核的立體化教材建設需求

本著以賽促學、以賽促教、以賽促改的教學理念，面向工業(yè)機器人技術應用、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成等職業(yè)技能大賽賽項規(guī)程，針對現(xiàn)有實訓設備的薄弱性，豐富課程。表2為面向職業(yè)技能大賽考核立體化教材建設需求。

表2 面向職業(yè)技能大賽考核立體化教材建設需求

2.2.3 面向核心崗位能力需求的立體化教材建設需求

目前工業(yè)機器人系統(tǒng)技術應用人才崗位需求如圖2所示。工業(yè)機器人核心崗位主要包括工業(yè)機器人安裝與調(diào)試崗位、工業(yè)機器人集成應用維護崗位、工作機器人操作維護崗位。各核心崗位對工業(yè)機器人編程能力的需求因產(chǎn)品制造工藝的不同而不同，因此，應在課程中增加工業(yè)機器人編程崗位應用資源。

圖2 工業(yè)機器人系統(tǒng)集成應用人才崗位需求

3 工業(yè)機器人立體化教材建設實施思路和建設實施方法

3.1 立體化教材建設實施思路

“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程立體化教學資源建設具體實施思路如圖3所示。

圖3 立體化教材建設具體實施思路

(1)踐行大工程教育觀，構建基于“產(chǎn)、學、賽、評”的教材分析體系?！癆BB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”著力培養(yǎng)學生的大工程觀理念及工程創(chuàng)新實踐能力。因此，為體現(xiàn)課程立體化教材內(nèi)容的綜合性、先進性、創(chuàng)新性，教材分析體系在融合機器人行業(yè)推動、領域發(fā)展、技能需求和服務導向等四部分內(nèi)容的基礎上，進行課程目標制定、教學內(nèi)容設計、技術資源建設等工作。

(2)以“理念、標準、方向、需求”為導向，深化教育教學模式改革。課程設置目的一是應用機器人仿真技術使學習人員掌握機器人關鍵技術，節(jié)約培訓成本；二是應用在線編程技術掌握ABB工業(yè)機器人的基本操作方法。因此，融合高等職業(yè)教育理念、機器人行業(yè)技術標準、工業(yè)機器人專業(yè)發(fā)展方向和學生職業(yè)技能需求，選擇教學方法，整合教學資源，建設教學網(wǎng)絡平臺，推動課程教育教學模式改革。

(3)以“云+網(wǎng)+端”為依托，搭建立體化教材共建共享平臺。以“云+網(wǎng)+端”為依托，注重教材的教學思想、教學內(nèi)容、教學目標、教學策略等的有機融合，以信息化技術手段為支撐，建立課程立體化教材共建共享平臺，形成行業(yè)發(fā)展知識模塊、技能需求知識模塊、職業(yè)競賽知識模塊、就業(yè)服務知識模塊、實訓實習知識模塊等結構化課程體系。

(4)以“教、學、同、?！睘樵u價主體，構建動態(tài)立體化教材體系。借助立體化教材共建共享平臺，增加教師、學生、同行、專家評價模塊，實現(xiàn)立體化教材內(nèi)容實時更新、改進的功能，構建課程動態(tài)立體化教材體系。

3.2 立體化教材建設實施方法

(1)以“三對接”為建設依據(jù)，構建立體化教材建設的理論框架?！癆BB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”立體化教材建設以“三對接”為建設依據(jù)，實現(xiàn)專業(yè)設置與產(chǎn)業(yè)需求對接、教學過程與生成過程對接以及課程內(nèi)容與職業(yè)標準對接。在“三對接”的基礎之上，規(guī)劃分析教材內(nèi)容、行業(yè)技術應用、企業(yè)發(fā)展需求、人才培養(yǎng)方向，以滿足職業(yè)院校生產(chǎn)實訓設置，職業(yè)技能大賽需求，掌握1+X等級技能，提升學生拓展能力，從而培養(yǎng)選拔高素質(zhì)勞動者和高水平技能型人才。

(2)以“理念、標準、方向、需求”為導向，提出立體化教材資源融合方法。教學方法的選擇需考慮高等職業(yè)教育理念與機器人行業(yè)技術標準，依托高等職業(yè)教育理念確定教學內(nèi)容重點、難點，設計教學內(nèi)容思維導圖，立足行業(yè)技術標準，明確技能大賽知識點，推動技能大賽項目創(chuàng)新驅動，實施合適教學方法。在1+X證書制度下，高職院系應確定工業(yè)機器人專業(yè)的發(fā)展方向，重視1+X等級知識點，基于1+X等級導向建設立體化教材。基于“產(chǎn)教學研用”的立體化教材資源融合方法，增加項目/實操技能點，以滿足職業(yè)院校學生的職業(yè)技能需求。

(3)以“對、服、改”為建設原則，分析特色立體化教材建設方法。課程立體化教材的建設需從專業(yè)發(fā)展特色、人才培養(yǎng)特色以及教材建設特色三方面出發(fā)。對接企業(yè)新興技術，系統(tǒng)推進高水平專業(yè)群建設；以服務區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為目的，改進人才培養(yǎng)方案，提高人才培養(yǎng)的適應性和針對性；深化職業(yè)教育教學模式改革創(chuàng)新，深化產(chǎn)教融合的體制機制改革，深化工學結合的育人機制改革，加快推進職業(yè)教育立體化教材的拓展更新。

(4)以“教、學、同、?！睘樵u價主體，構建動態(tài)立體化教材體系。需要對“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程動態(tài)立體化教材體系構建的質(zhì)量進行評價。借助立體化教材共建共享平臺，增加教師、學生、同行、專家“四位一體”評價機制，結合教學能力、技能學習、就業(yè)前景、工程教育評價模塊，建立立體化教材體系的質(zhì)量評價標準，構建立體化教育效果動態(tài)、課程目標動態(tài)、崗位適應動態(tài)、人才培養(yǎng)動態(tài)體系。

4 工業(yè)機器人立體化教材建設架構

基于所提出的工業(yè)機器人立體化教材建設實施思路和實施方法，以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程立體化教材建設為例，闡述工業(yè)機器人立體化教材建設架構，包括立體化數(shù)字教材建設、可視化資源建設、配套資源建設、課程線上線下混合教學平臺建設等。

4.1 立體化數(shù)字教材建設

在所使用的國家規(guī)劃教材的基礎上，應用教師活頁式手冊，增加大賽直通車知識點、1+X證書考核知識點、職業(yè)技能考核知識點等內(nèi)容。立體化數(shù)字教材建設內(nèi)容包括教材文本(含7大模塊、29項子任務)、教學PPT(含7大模塊、29項任務)、實訓教案(含10個基礎實訓項目)、編程實例模塊(含面向大賽及職業(yè)技能考核的初級、中級、高級三大模塊共7個主程序、24個子程序)。同時，應用智慧樹、釘釘、職教云等信息化資源建設平臺，實施面向小班教學的線上和線下結合的混合式教學形式，改善和提高教師和學生的溝通效率。圖4為立體化教材數(shù)字教材建設成果。

圖4 立體化教材數(shù)字教材建設成果

如圖4所示，相較于傳統(tǒng)的教材和信息化資源，所建設的立體化數(shù)字教材在教學內(nèi)容上，實現(xiàn)了教學內(nèi)容源于工程實際、教學過程與生產(chǎn)過程對接的目的；在教學理論應用方面，強調(diào)授之以漁的理念，建立了課程理論與工程應用的橋梁；在技能提升方面，面向工業(yè)機器人操作與運維、工業(yè)機器人裝調(diào)、工業(yè)機器人應用編程、工業(yè)機器人集成應用等1+X證書職業(yè)等級考核，工業(yè)機器人技術應用、智能制造等職業(yè)技能大賽，注入行業(yè)、企業(yè)需求的新要求，激發(fā)學生學習創(chuàng)新活力。因此，立體化教材的建設，為課程教學環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境對接、教學內(nèi)容與行業(yè)需求對接奠定了基礎。

4.2 可視化資源建設

可視化資源包括“微課”“動畫”等資源，面向課程理論重點/難點、操作重點/難點以及技能應用的重點/難點內(nèi)容，共建50個微課、27個動畫，內(nèi)容包括系統(tǒng)備份和恢復、工具坐標系建立、工件坐標系建立、TCP點設定、更新轉數(shù)計數(shù)器等工業(yè)機器人應用編程基礎知識，還包括碼垛、搬運、簡單軌跡、焊接等技能知識考核點。所建設的動畫資源主要是面向編程學習過程中工業(yè)機器人的動作原理及其工程應用邏輯關系的內(nèi)容，為課程學習中“教”與“學”的融合提供了平臺。

4.3 配套資源建設

配套資源包括試卷、習題及職業(yè)技能考核知識集等內(nèi)容。包括試卷6套，用于學生課程考核、職業(yè)技能大賽理論知識考核及1+X職業(yè)技能考核理論知識儲備的試題庫，面向工業(yè)機器人操作與運維(ABB本體)1+X職業(yè)技能考核的初、中級考核標準、知識要點集等。

4.4 課程線上線下混合教學平臺建設

利用智慧樹、釘釘?shù)刃畔⒒虒W平臺，建設線上線下混合式教學平臺。整合課程、教材的相關信息建設課程教學網(wǎng)站。在課程網(wǎng)站的建設過程中，合理規(guī)劃設計學生自主性探索性學習模式，并根據(jù)學生學習的層次水平，科學設計教學內(nèi)容，接收學生學習的反饋，并不斷更新完善教學平臺建設。

5 結論

工業(yè)機器人立體化教材建設以ABB工業(yè)機器人的基本理論和基本知識為基礎內(nèi)容，以課堂教學為基本形式，以綜合培養(yǎng)學生ABB工業(yè)機器人在線編程和實際操作的能力為基本目標，搭建了內(nèi)容系統(tǒng)化、案例詳實化、操作可視化、學習自主化的“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”綜合性立體化教材服務系統(tǒng)。主要內(nèi)容如下：

(1)以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程為例，分析職業(yè)教育信息化背景下工業(yè)機器人立體化教材建設的基礎和需求，得出傳統(tǒng)教材已不能滿足當前學生發(fā)展需求，尤其面向1+X證書考核、職業(yè)技能大賽考核、崗位技能考核的需求，亟需依托信息技術平臺建設多形態(tài)的立體化教材。

(2)基于立體化教材建設需求，以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程為例，分析“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”立體化教材建設思路和實施方法。依據(jù)“三對接”建設要求，構建立體化教材建設的理論框架；以“理念、標準、方向、需求”為導向，提出立體化教材建設融合的方法；以“對、服、改”為建設原則，分析特色立體化教材建設方法；以“教、學、同、?！睘樵u價主體，構建動態(tài)立體化教材建設體系。

(3)以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”課程為例，驗證了所提出的建設策略和實施方法的可行性。以“ABB工業(yè)機器人現(xiàn)場編程基礎”立體化教材建設為例，基于傳統(tǒng)教材建設基礎，面向1+X證書考核、職業(yè)技能大賽考核、崗位技能考核知識技能要點，從立體化數(shù)字教材、可視化資源建設、配套資源建設、混合教學平臺建設四個層面，闡述了建設成果，驗證了所提出的工業(yè)機器人立體化教材建設思路與建設方法的可行性。