“工業(yè)機器人現(xiàn)場編程”數(shù)字化教材建設探索與實踐

摘 要：在當今融媒體時代，數(shù)字化教材建設逐漸成為職業(yè)教育改革的重要方向。本文以“工業(yè)機器人現(xiàn)場編程”課程為研究對象，闡述了工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材建設概況，分析了數(shù)字化教材的必要性，并介紹了工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材的建設思路、內(nèi)容建設過程和創(chuàng)新點，旨在為相關(guān)專業(yè)課程數(shù)字教材建設提供參考，助力高職教材數(shù)字化改革，助推工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)職業(yè)教育趕上新時代發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；數(shù)字化教材；教學改革

中圖分類號：G714" " " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " " 文章編號：1674-2346（2024）04-0086-05

Exploration and Practice of Digital Teaching Material Construction of

Industrial Robot Field Programming

LIU Fuguo" " HUANG Chong" " GAO Tingting" " CHEN Leping

（Mechanical and Electrical Engineering School，Zhejiang Fashion Institute of Technology，Ningbo，Zhejiang，315211，China）

Abstract：In today’s era of integrated media，the construction of digital teaching materials has gradually become an important direction of vocational education reform.Taking the course Industrial Robot Field Programming as the research object，this paper expounds the general situation of the construction of digital teaching materials for industrial robot field programming，analyzes the necessity of digital teaching materials，and introduces the construction ideas，content construction process and innovation points so as to provide reference for the construction of digital teaching materials for relevant professional courses，help the digital reform of vocational teaching materials，and promote the professional vocational education of industrial robot technology to catch up with the development of the new era.

Key words：industrial robot;digital teaching materials;teaching reform

0" " 引 言

工業(yè)機器人作為中國制造2025的十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一，在促進各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮著愈加重要的作用，被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。隨著工業(yè)機器人技術(shù)的快速升級和應用場景的拓展深入，工業(yè)機器人的市場潛力正在不斷釋放，對專業(yè)技能人才培養(yǎng)供給側(cè)如何適應產(chǎn)業(yè)新技術(shù)、新變化和新趨勢提出了更高要求。

教材作為課程建設與教學改革的載體，其內(nèi)容只有與時俱進才能適應新時代對高職教育的要求，才能不斷提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。2021年12月教育部發(fā)布了《“十四五”職業(yè)教育規(guī)劃教材建設實施方案》，強調(diào)了加速新形態(tài)教材的開發(fā)，倡導教材資源的數(shù)字化以及紙質(zhì)教材的數(shù)字轉(zhuǎn)型，形成更多可聽、可視、可練、可互動的數(shù)字化教材[1]。由此可見，隨著融媒體時代的到來，推進數(shù)字化教材建設順應了現(xiàn)代職業(yè)教育發(fā)展的趨勢。

1" " “工業(yè)機器人現(xiàn)場編程”教材發(fā)展概述

我國教材的形式大體經(jīng)歷了傳統(tǒng)紙質(zhì)教材、電子化教材、立體化教材和數(shù)字化教材4個階段，其中，立體化教材和數(shù)字化教材統(tǒng)稱為新形態(tài)教材[2]。目前，新形態(tài)教材隨著國家政策的激勵及職業(yè)教育發(fā)展的需要，迎來了新的發(fā)展勢頭，已成為職業(yè)教育界研究和關(guān)注的焦點。

工業(yè)機器人現(xiàn)場編程新形態(tài)教材的建設正處于探索與實踐中，羅文和張華簡述了《工業(yè)機器人編程與調(diào)試》立體化教材建設意義，并基于UMU互動學習平臺，介紹立體化教學包的具體建設實踐[3]。王平俊、裴陽分析了工業(yè)機器人立體化教材建設的基礎與需求，提出了立體化教材建設實施思路和實施方法，完成了工業(yè)機器人立體化教材建設架構(gòu)設計[4]。上述工業(yè)機器人新形態(tài)教材的研究仍停留在以“紙質(zhì)教材+二維碼”為主要形式的立體化教材建設上。蔡喆、趙延永[5]闡釋了數(shù)字化教材的基本定義、優(yōu)勢與特征，也論述了數(shù)字化教材策劃與制作過程遇到的問題與挑戰(zhàn)，引人深思。楊再恩基于藍墨云教學實施平臺，設計開發(fā)《工業(yè)機器人操作與編程》數(shù)字化教材，對工業(yè)機器人現(xiàn)場編程教材數(shù)字化建設進行了初步探索[6]。

近年來高職工業(yè)機器人現(xiàn)場編程新形態(tài)教材建設取得了一定進展，研究內(nèi)容較為全面，但研究主要聚焦第三階段的立體化教材，對以數(shù)字化形式呈現(xiàn)主要內(nèi)容的數(shù)字教材建設研究較為欠缺，尚處于初步探索階段。加快工業(yè)機器人編程數(shù)字教材建設，是當前亟待解決的問題。

2" " 工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字教材建設的必要性

2.1" " 教材內(nèi)容更新緩慢

當前工業(yè)機器人現(xiàn)場編程的教材普遍存在質(zhì)量參差不齊的問題，且現(xiàn)有教材多基于傳統(tǒng)學科體系進行編排，導致內(nèi)容與行業(yè)實際需求脫節(jié)，更新緩慢，缺乏職業(yè)特色。教材內(nèi)容更新滯后，無法滿足崗位任務要求和1+X考證的需求，影響教材的實用性和前沿性。

2.2" " 嚴重依賴實訓設備

高昂的設備成本限制了機器人設備在院校的普及，多數(shù)院校存在機器人實訓設備不足的問題。而《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》是一門實踐性很強的課程，學生需要通過大量的實際操作來掌握工業(yè)機器人的編程技能，實訓設備數(shù)量不足導致學生人均操作時間較短，難以滿足學生的實訓需求。此外，機器人設備往往與教材中的教學要求不匹配，給教師授課、學生實操增添了難度。

2.3" " 教學模式單一固化

在當前工業(yè)機器人現(xiàn)場編程的教學實踐中，由于教材配套資源的匱乏且知識形態(tài)呈現(xiàn)方式較為單一，教學多以教師理論教授、示范操作為主。學生在有限的時間、空間內(nèi)無法準確掌握機器人編程技能，難以調(diào)動學生學習積極性，教師在課堂上也難以為每個學生提供個性化的指導和反饋，現(xiàn)有的單一固化的教學模式無法解決學生個性化學習的需求以及學習接受能力的差異等問題。

因此，亟須加快數(shù)字化教材和線上配套資源建設，實現(xiàn)教材從內(nèi)容供給功能轉(zhuǎn)向?qū)W習支架功能，提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，助推工業(yè)機器人專業(yè)升級、數(shù)字化轉(zhuǎn)型和綠色化改造，助力“中國制造2025”。

3" " 工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字教材建設思路

3.1" " 多元協(xié)作，組建產(chǎn)教融合教材開發(fā)團隊

建設新形態(tài)教材，開發(fā)團隊是關(guān)鍵，應組建以工業(yè)機器人現(xiàn)場編程校企雙導師教學團隊為核心，課程開發(fā)專家、數(shù)字技術(shù)人員等為輔的多元協(xié)作教材開發(fā)團隊，建立常態(tài)化合作機制（教材開發(fā)、質(zhì)量評估、更新推廣等保障機制），各成員分工協(xié)作，定期組織產(chǎn)業(yè)技術(shù)、教材論證會，共同保障新形態(tài)教材的開發(fā)質(zhì)量與動態(tài)實效性。

3.2" " 多方調(diào)研，建設崗課賽證融通的課程標準

在產(chǎn)教融合背景下，工業(yè)機器人專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)需密切結(jié)合行業(yè)、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)發(fā)展的需求。為此，開展工業(yè)機器人生產(chǎn)及應用企業(yè)、授課教師、學生多方調(diào)研。深入工業(yè)機器人行業(yè)企業(yè)調(diào)研，梳理歸納當前典型工作崗位職業(yè)能力，將工業(yè)機器人典型崗位標準能力要求融入課程標準。調(diào)研兄弟院校工業(yè)機器人現(xiàn)場編程任課老師授課情況，搜集教學難點及學生具體學習難點，設計調(diào)查問卷，調(diào)研學生學習特點和課程掌握情況，充分掌握學生學情。依據(jù)調(diào)研的結(jié)果及時調(diào)整課程標準、教學重難點，對接工業(yè)機器人典型崗位、職業(yè)等級技能證書、職業(yè)技能大賽，建立實踐性和應用型協(xié)調(diào)的崗課賽證融通課程標準。

3.3" " 能力本位，重構(gòu)工業(yè)機器人編程教學內(nèi)容

教材內(nèi)容設計以工業(yè)機器人典型工作任務為核心，遵循“以能力為本位，以工作任務為導向”課程開發(fā)原則，圍繞工業(yè)機器人典型工作崗位工程過程和崗位核心能力要求重構(gòu)課程內(nèi)容，校企共同研討，將企業(yè)真實生產(chǎn)項目轉(zhuǎn)化為教學實訓項目，使教學內(nèi)容更加貼近生產(chǎn)實際，依據(jù)教學內(nèi)容制定教材、編寫大綱。教材內(nèi)容加入工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員職業(yè)崗位能力、1+X證書考核，制定考核評價標準。

3.4" " 校企合作，共建數(shù)字化共享教學資源

建立校企人才培養(yǎng)命運共同體，創(chuàng)新校企協(xié)同育人機制，實現(xiàn)教育資源優(yōu)化配置。依托生產(chǎn)現(xiàn)場情境，校企共同建課、共同磨課、共同開發(fā)教學資源等，引入新技術(shù)、新標準和行業(yè)對人才培養(yǎng)的新要求，建構(gòu)課程、資源、設備三者統(tǒng)一的教學資源庫，開發(fā)教材配套資源，如電子教材、典型應用仿真模型、微課、動畫、虛擬仿真視頻、任務訓練包、試題庫、拓展訓練等，滿足學生多層次、多樣化和個性化的學習需求。

3.5" " 思政融入，培養(yǎng)精益求精的工匠精神

在建設工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材的過程中，有意識地挖掘教學內(nèi)容蘊含的思政元素。每個教學實訓項目均設有思政目標，以精益求精的“工匠精神”培養(yǎng)為靈魂，厚植愛國主義情懷，融入“勞工神圣”的價值觀，結(jié)合行業(yè)勞模事例，勤勉勵志，激發(fā)職業(yè)自豪感，培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)和安全生產(chǎn)意識。

4" " 數(shù)字化教材建設探索與實踐

4.1" " 對接典型崗位，重構(gòu)教材內(nèi)容

工業(yè)機器人技術(shù)正迅速發(fā)展，其教材內(nèi)容的更新與崗位需求的對接變得尤為重要?！肮I(yè)機器人現(xiàn)場編程”作為工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的核心課程，主要培養(yǎng)工業(yè)機器人安裝調(diào)試、操作編程等崗位所需技能和素養(yǎng)。通過走訪校企合作企業(yè)，深入分析工業(yè)機器人現(xiàn)場編程崗位的典型工作任務，明確崗位所需的核心技能和知識。在崗位需求分析的基礎上，進一步梳理出崗位所需的能力結(jié)構(gòu)，包括基礎安裝調(diào)試能力、操作編程能力、故障處理能力等，確保教材內(nèi)容能夠覆蓋能力點。

基于崗位能力分析和1+X工業(yè)機器人操作與運維初級、中級職業(yè)技能等級標準，校企合作重構(gòu)教材內(nèi)容，設置為：“基礎操作--基礎編程―進階編程--復雜編程”4個階梯。對接工業(yè)機器人操作與運維（初級）職業(yè)技能等級標準，設計了“工業(yè)機器人參數(shù)設置與操作”“涂膠機器人編程與調(diào)試”教學項目，分析工業(yè)機器人操作與運維（中級）職業(yè)技能等級標準中新增的知識點及技能要求，設計了“搬運機器人編程與調(diào)試”“碼垛機器人編程與調(diào)試”教學項目，如圖1所示。每個項目嵌入職業(yè)核心能力與技能，引領(lǐng)學生在完成項目任務中了解工業(yè)機器人調(diào)試、操作與編程相關(guān)工作任務，掌握工業(yè)機器人實操理論、設計方法與實施技能，磨煉品質(zhì)，提升綜合素養(yǎng)。

4.2" " 創(chuàng)設生產(chǎn)教學情境，校企開發(fā)教學資源

基于項目任務和崗位能力要求，以包裝盒加工廠訂單生產(chǎn)項目為主線，依據(jù)包裝盒加工生產(chǎn)工作流程，創(chuàng)設“投產(chǎn)前調(diào)試工作－包裝盒涂膠任務－包裝盒搬運任務－包裝盒碼垛任務”的生產(chǎn)型教學情境，如表1所示。實施“課堂變車間，作業(yè)變作品”的工廠化教學，從而推進課程教學實施，保證教學內(nèi)容與行業(yè)需求接軌，讓學生在模擬真實工作情景中學到真本事，以引起學生一定的職業(yè)體驗，加深學生對知識內(nèi)容的理解，增強崗位認知，增強安全意識和職業(yè)素養(yǎng)。

高職工業(yè)機器人實踐課程教學普遍面臨軟件、硬件設施落后的情況，為解決沒有實際實訓設備或?qū)嵱栐O備數(shù)量不足的問題，基于虛擬仿真技術(shù)，校企合作共同開發(fā)了1+X工業(yè)機器人綜合實訓設備配套的仿真模型、微課、動畫、虛擬仿真視頻（跟我學）、任務訓練包（跟我做）等，構(gòu)建集圖文、動畫、視頻、訓練測試一體校本數(shù)字化教材，打造形式多樣、隨時可學、隨時可練的新型精品資源共享數(shù)字化教材。

4.3" " 融入課程思政元素，專業(yè)思政融通育人

以“專業(yè)+思政”雙線并舉，有意識地挖掘教學內(nèi)容蘊含的思政元素，將思政元素有機融入項目任務，如表2所示，確保建成高質(zhì)量、有特色、有思政的工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字教材。教材項目任務來源于企業(yè)項目，工廠化教學設計有助于提升學生崗位認知，增強職業(yè)認同感。

5 數(shù)字化教材建設特色與創(chuàng)新

5.1" " 標準引領(lǐng)，精準定位

數(shù)字化教材建設以工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)國家教學標準、工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員國家職業(yè)技能標準、1+X職業(yè)技能等級標準為引領(lǐng)，精準定位新時代下工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)崗位需求，對工業(yè)機器人專業(yè)職業(yè)能力、工作任務能力進行深入剖析，細化工業(yè)機器人崗位專項能力，制定典型崗位標準，以崗位標準精準定位課程標準。

5.2" " 產(chǎn)教融合，共建資源

借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，充分發(fā)揮合作企業(yè)在教材資源建設中的作用，校企協(xié)同共建優(yōu)質(zhì)共享課程資源，構(gòu)建“企業(yè)+院校+資源”新模式，搭建了產(chǎn)教融合育人平臺。校企共同甄選企業(yè)真實工業(yè)機器人典型應用項目，重構(gòu)教學內(nèi)容，采用“項目引導，任務驅(qū)動”的方式，將典型工作系統(tǒng)化，按企業(yè)的實際生產(chǎn)設計實施，突破了傳統(tǒng)的知識點層次遞進模式，將各知識點和操作技能融入實訓項目中，突出職業(yè)教育的應用性和實踐性，符合高職學生學習特點，有助于學生掌握工業(yè)機器人典型任務的工作流程，培養(yǎng)學生的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

5.3" " 做學結(jié)合，交互測評

教材以項目任務式體例編寫，采用基礎技能、專項技能和綜合技能三層遞進技能訓練模式，學生可在實訓設備上邊操作邊學習，在做中學，在學中做，從而達到事半功倍的效果。校企共同研制任務評價標準，細化指標，將工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員職業(yè)崗位能力、1+X證書融入課程考核范疇，制定崗位評價考核標準，按照評價標準對任務進行考評，突出高職教育的特征。教材在每小節(jié)內(nèi)容后提供針對性練習活動，實現(xiàn)交互評測，即學即測，印象深刻，方便學生強化理解記憶，強調(diào)學生的自我評價和評價及時性，調(diào)動學生學習積極性。

6" " 結(jié) 語

在產(chǎn)教融合背景下，開展工業(yè)機器人現(xiàn)場編程數(shù)字化教材探索與實踐，在推廣應用方面具有較高的價值，能夠有效解決教材內(nèi)容更新緩慢、實訓設備數(shù)量不足、教學模式單一固化等問題。數(shù)字化教材課程內(nèi)容基于工業(yè)機器人典型崗位標準，采用企業(yè)實際項目案例和虛擬+實操視頻講解，通過數(shù)字化形式呈現(xiàn)，使得教學資源的共享和互動成為可能，能夠讓學習者更好地了解工業(yè)機器人應用與編程的實踐操作和技巧，提高學習者的實踐能力和動手能力，進而提升工業(yè)機器人專業(yè)人才培養(yǎng)崗位匹配度，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的工業(yè)機器人技術(shù)應用人才。

參考文獻

[1]教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)《“十四五”職業(yè)教育規(guī)劃教材建設實施方案》的通知[EB/OL].[2021-12-07].http：//www.moe.gov.cn/.

[2]王潤.數(shù)字教材與紙質(zhì)教材關(guān)系演進：歷程，邏輯與展望[J].教育學報，2021，17（05）：12.

[3]羅文，張華.《工業(yè)機器人編程與調(diào)試》立體化教材建設研究與實踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（14）：3.

[4]王平俊，裴陽.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[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院學報，2022，35（03）：106-111.

[5]蔡喆，趙延永.新形態(tài)教材的策劃與出版探析：以數(shù)字化教材為例[J].今傳媒，2023，31（04）：63-66.

[6]楊再恩.基于數(shù)字化教材的工業(yè)機器人校本教材的開發(fā)與探索[J].科學與信息化，2022（08）：141-143.