职业院校工业机器人教学设计研究现状及展望

楼韵佳

浙江师范大学，浙江 金华 321004

一、工业机器人教学设计的已有研究

（一）国内研究现状

在中国知网中进行高级检索，搜索主题“工业机器人”并且关键词“教学设计”得到11条检索结果，将所检索文献按时间顺序统计发文数量，可直观地反映国内工业机器人教学设计研究的发展状况与趋势，见图1。从文献发表时间看，最早关于工业机器人课程教学设计的研究发表于2013年。在2017年以后，关于工业机器人课程教学设计的相关文献迅速增加，呈逐步上升趋势。可见，工业机器人专业相关课程的教学设计研究已逐渐受到关注与重视，研究进入活跃的时期。

图1 工业机器人教学设计有关文献的发文量

从检索文献的发文数量反映出国内关于工业机器人课程教学设计的学术研究较少，通过整理文献发现研究内容主要集中在内容、实施两个层面。吴永和、李彤彤指出工业机器人课程教学设计是从深度学习、研究体验、生涯指导三个维度设计教学实践活动，并且通过实验数据表明该教学方案有助于学生学习多学科知识，培养学生的问题解决能力［1］。黄敦华、赵堂春等人提出《工业机器人编程操作与维护》的教学设计可以根据企业调研、分级标准、能力分解序化三方面确定教学目标，以3大项目10个子任务作为教学内容，采用"7-1"分组、并行作业+任务驱动+小组轮岗的方式组织教学，将企业引入评价元素，采用透明型过程动态考核［2］。赵达通过对工业机器人技术专业的相关调研分析，设计出基于混合学习模式的工业机器人专业课程的教学设计，该设计由三部分组成，分别是前端分析阶段、实施阶段和评价反馈阶段，通过对学习者的特征分析设计学习目标、学习支持、学习活动、学习评价以及教学反馈，认为教学设计的目标是培养学生的自主意识、创新精神和协作能力，将具体工作情境结合教学，采用线上与线下共同开展学习活动的形式增加学生参与学习的机会［3］。

（二）国外研究现状

以IEEE XPlore数据库为检索工具，可检索到共计233条相关文献。将检索到的文献按照地区分类，可以得到以下几个国家地区在工业机器人课程教学设计方面的研究较为深入：

最早于1994年开设工业机器人课程的是美国麻省理工学院，主要分为整一学期课程、课堂之外课程两类。在其教学设计中的主要教学形式是以项目学习为主，学生可以根据自身需要，以自愿原则参与课堂学习并且需要在规定的时间内完成项目［4］。佐治亚南方大学开设的工业机器人课程教学是根据专业下不同课程的目标制定学生关于项目学习成果的指标，再制定基于项目学习的学习模式，以布鲁姆的认知学习理论用于学习成效的验证。《SKILLMAN》一书中介绍到英国职业院校所开设的工业机器人专业相关领域课程教学目标以知识、技能划分，在每个单元的教学设计均针对学生的学习成果，教学形式分为自学、课堂教学、上机学习和其他形式四种，教学评估方法是根据“中心集评估”，教学方式多元化［5］。

荷兰也很重视工业机器人课程的教学，注重学生的学习过程与体验。在教学设计中体现评价维度的丰富，对于学生的学习评价并非根据考试单一而定，还需通过作品与成果同步评价。有学者在文中指出应降低机器人竞赛性，注重学生在竞赛过程中的反思。教学过程中多样化的评价方式有助于全面反映学生在课程中所获得的知识并且灵活运用［6］。

日本工业机器人课程开展及教学相关研究方面与美国相比虽然较晚，但由于日本对机器人教育活动开展的重视，工业机器人专业文化迅速普及，教学设计根据小学、中学、大学的划分各不相同，但大体是以操作应用、项目学习为主。教学侧重于应用，通常围绕竞赛展开，其专业团队会定期举办相关赛事［7］。

（三）已有研究的梳理

综上可知，在工业机器人课程教学设计方面的研究，相比于国外，国内研究起步较晚，理论研究尚且不足。国内、外关于工业机器人课程教学设计的思路有所异同，相同之处主要表现在教学目的和教学形式：国内、外院校开展的工业机器人专业相关课程教学设计的主要目标是培养高素质高技能的工业机器人专门人才，教学形式是理论结合实践，把学习联系生活、工作和未来。不同之处在于逻辑顺序：国内学生则将该专业下的几门课程作为固定学时的必修课，教学设计的思路是首先确定教学目标，再根据课程内容，考虑教学活动及方法；而国外学生可以根据自身需要，以自愿原则参与课堂学习并且需要在规定的时间内完成项目，教学设计的思路是先了解学生学习的需求，确定学生关于项目学习成果的指标维度，再采取合适的学习模式，在具体的项目实践或者工作流程中生成教学目标，再以多元化评价方法验证学习成效，见表1。

表1 国内、外工业机器人专业相关课程教学设计的异同之处

二、工业机器人教学设计的未来探索之路

（一）要推进人才培养模式探索，符合智能制造的需求

职业院校学生是以就业为导向的，近年来众多职业院校在人才培养模式上都注重校企合作、工学结合、产教融合的人才培养模式，但由于工业现场对于操作者的能力要求较高，符合工业机器人领域的技术技能型人才培养方式的研究和实践探索缺乏可参考的成果。在职教20条中提出校企共同研究制定人才培养方案，推行以借鉴“双元制”的学生即学徒、学校即工厂的“企业新型学徒制”模式还在试点探索阶段，能否适应社会对于智能制造人才的需求，强化学生实习实训，做到知行合一，发挥“三合”作用，还有待进一步研究与验证。

（二）要将教学内容与项目融合创新，构建产教融合新模型

由于工业发展水平的不断提升与变化，我国制造业从2025年步入2045年的计划对工业机器人课程内容也随之变化，对于职业院校工业机器人技术应用专业调整的前瞻性需要结合智能制造行业发展的预测研究，同时，工业机器人专业课程的产教融合工作中，教学的组织不应依据具体教材设计教学内容，而需要思考如何体现时代特点和职业教育与制造业的主动引领功能以满足产业现实需求。教育链的内涵是随着产业发展趋势变化，及时将工业机器人相关的新技术、新工艺、新规范纳入教学内容，保持教学内容与项目一致的警觉性至关重要。

（三）要为课程构建有效的教学形式，建立真实情境的学习过程

工业机器人专业相关课程需要区别于传统课程的教学方式，倘若过多涉及知识型内容，会使学生错认为是信息技术知识的灌输。研究表明，基于项目的学习是一种非常有效的学习活动，项目式学习的基础是真实情境，体现在课堂实践、工作空间、竞赛等，采用这种学习环境来帮助学生从被动学习过渡到课堂上的主动学习者。在工业机器人专业中基于真实情境的教学活动强调线上、线下的合理搭配，教学设计者需要考虑学生的特征与情况、教师呈现教学的方式、对于线上与线下学习/实践活动的合理分配、学生参与的积极性和有效性，进而建构新的知识内容，实现项目开发。

（四）要关注课程教学评价研究，追寻评价的多元组合

教学评价是识别成果、反思不足和改进的关键因素，通过评价，能够评估学生对于课程学习及活动参与的态度。在工业机器人技术应用专业相关课程的教学设计中首先要突破传统唯分数论的评价体系，注重评价形式的结合创新，一方面了解到学生对知识与技能的掌握程度和主观思想，另一方面组合的教学评价方式通过学生成果信息来支持和改进教师的教学风格和学生学习，使课程理论和实践的融合落在学生身上，弱化教师的权威作用和疏远感。启动工业机器人专业的“1+X”人才证书制度是教学评价中的关键一环，需要进一步开发与建设培训评价组织，研究与完善复合型人才培养工作方案。