職業院校工業機器人教學設計研究現狀及展望

樓韻佳

浙江師范大學，浙江 金華 321004

一、工業機器人教學設計的已有研究

（一）國內研究現狀

在中國知網中進行高級檢索，搜索主題“工業機器人”并且關鍵詞“教學設計”得到11條檢索結果，將所檢索文獻按時間順序統計發文數量，可直觀地反映國內工業機器人教學設計研究的發展狀況與趨勢，見圖1。從文獻發表時間看，最早關于工業機器人課程教學設計的研究發表于2013年。在2017年以后，關于工業機器人課程教學設計的相關文獻迅速增加，呈逐步上升趨勢?？梢?，工業機器人專業相關課程的教學設計研究已逐漸受到關注與重視，研究進入活躍的時期。

圖1 工業機器人教學設計有關文獻的發文量

從檢索文獻的發文數量反映出國內關于工業機器人課程教學設計的學術研究較少，通過整理文獻發現研究內容主要集中在內容、實施兩個層面。吳永和、李彤彤指出工業機器人課程教學設計是從深度學習、研究體驗、生涯指導三個維度設計教學實踐活動，并且通過實驗數據表明該教學方案有助于學生學習多學科知識，培養學生的問題解決能力［1］。黃敦華、趙堂春等人提出《工業機器人編程操作與維護》的教學設計可以根據企業調研、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個子任務作為教學內容，采用"7-1"分組、并行作業+任務驅動+小組輪崗的方式組織教學，將企業引入評價元素，采用透明型過程動態考核［2］。趙達通過對工業機器人技術專業的相關調研分析，設計出基于混合學習模式的工業機器人專業課程的教學設計，該設計由三部分組成，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，認為教學設計的目標是培養學生的自主意識、創新精神和協作能力，將具體工作情境結合教學，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）國外研究現狀

以IEEE XPlore數據庫為檢索工具，可檢索到共計233條相關文獻。將檢索到的文獻按照地區分類，可以得到以下幾個國家地區在工業機器人課程教學設計方面的研究較為深入：

最早于1994年開設工業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。在其教學設計中的主要教學形式是以項目學習為主，學生可以根據自身需要，以自愿原則參與課堂學習并且需要在規定的時間內完成項目［4］。佐治亞南方大學開設的工業機器人課程教學是根據專業下不同課程的目標制定學生關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院校所開設的工業機器人專業相關領域課程教學目標以知識、技能劃分，在每個單元的教學設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“中心集評估”，教學方式多元化［5］。

荷蘭也很重視工業機器人課程的教學，注重學生的學習過程與體驗。在教學設計中體現評價維度的豐富，對于學生的學習評價并非根據考試單一而定，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］。

日本工業機器人課程開展及教學相關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，工業機器人專業文化迅速普及，教學設計根據小學、中學、大學的劃分各不相同，但大體是以操作應用、項目學習為主。教學側重于應用，通常圍繞競賽展開，其專業團隊會定期舉辦相關賽事［7］。

（三）已有研究的梳理

綜上可知，在工業機器人課程教學設計方面的研究，相比于國外，國內研究起步較晚，理論研究尚且不足。國內、外關于工業機器人課程教學設計的思路有所異同，相同之處主要表現在教學目的和教學形式：國內、外院校開展的工業機器人專業相關課程教學設計的主要目標是培養高素質高技能的工業機器人專門人才，教學形式是理論結合實踐，把學習聯系生活、工作和未來。不同之處在于邏輯順序：國內學生則將該專業下的幾門課程作為固定學時的必修課，教學設計的思路是首先確定教學目標，再根據課程內容，考慮教學活動及方法；而國外學生可以根據自身需要，以自愿原則參與課堂學習并且需要在規定的時間內完成項目，教學設計的思路是先了解學生學習的需求，確定學生關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、外工業機器人專業相關課程教學設計的異同之處

二、工業機器人教學設計的未來探索之路

（一）要推進人才培養模式探索，符合智能制造的需求

職業院校學生是以就業為導向的，近年來眾多職業院校在人才培養模式上都注重校企合作、工學結合、產教融合的人才培養模式，但由于工業現場對于操作者的能力要求較高，符合工業機器人領域的技術技能型人才培養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方案，推行以借鑒“雙元制”的學生即學徒、學校即工廠的“企業新型學徒制”模式還在試點探索階段，能否適應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，發揮“三合”作用，還有待進一步研究與驗證。

（二）要將教學內容與項目融合創新，構建產教融合新模型

由于工業發展水平的不斷提升與變化，我國制造業從2025年步入2045年的計劃對工業機器人課程內容也隨之變化，對于職業院校工業機器人技術應用專業調整的前瞻性需要結合智能制造行業發展的預測研究，同時，工業機器人專業課程的產教融合工作中，教學的組織不應依據具體教材設計教學內容，而需要思考如何體現時代特點和職業教育與制造業的主動引領功能以滿足產業現實需求。教育鏈的內涵是隨著產業發展趨勢變化，及時將工業機器人相關的新技術、新工藝、新規范納入教學內容，保持教學內容與項目一致的警覺性至關重要。

（三）要為課程構建有效的教學形式，建立真實情境的學習過程

工業機器人專業相關課程需要區別于傳統課程的教學方式，倘若過多涉及知識型內容，會使學生錯認為是信息技術知識的灌輸。研究表明，基于項目的學習是一種非常有效的學習活動，項目式學習的基礎是真實情境，體現在課堂實踐、工作空間、競賽等，采用這種學習環境來幫助學生從被動學習過渡到課堂上的主動學習者。在工業機器人專業中基于真實情境的教學活動強調線上、線下的合理搭配，教學設計者需要考慮學生的特征與情況、教師呈現教學的方式、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，進而建構新的知識內容，實現項目開發。

（四）要關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度。在工業機器人技術應用專業相關課程的教學設計中首先要突破傳統唯分數論的評價體系，注重評價形式的結合創新，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，弱化教師的權威作用和疏遠感。啟動工業機器人專業的“1+X”人才證書制度是教學評價中的關鍵一環，需要進一步開發與建設培訓評價組織，研究與完善復合型人才培養工作方案。