基于科研项目的课程教学改革与实施探讨——以“工业机器人工作站系统集成”课程为例

刘彩霞

（包头职业技术学院数控技术系，内蒙古 包头 014030）

0 引言

随着职业教育的改革及深入推进，高职院校教师日常工作的重要部分之一便是科研工作。近几年，高职院校科研项目数量逐渐提升，科研成果也日益丰硕，但是科研成果“束之高阁”的现象仍比较普遍[1]。思想政治工作贯穿于高等教育教学的全过程，实现全员、全程、全方位的“三全”育人，开创我国高等教育事业发展新局面。科研育人是高校育人的重要组成部分，高等学校要从全方位、多角度开展科研育人工作。2015年中央印发的《关于进一步加强和改进新形势下高校宣传思想工作的意见》中提出“科研育人”。2017年《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》中提出“科研育人”，它是“十大育人体系”之一，是“三全育人”的重要组成部分[2]。高职院校能以立项形式的科研资源比较少、但文化发展和科技日新月异却给教师开展研究提供了广阔的天地。高职院校虽然科研基础比较薄弱，教师科研动力不足，但这并不否定科研能促进教学的客观事实[3-4]。所以将科研成果贯穿于教学是让科研成果价值提升、教学质量显著提高、教学科研协同育人共相长的重要举措。本文阐述2020年度内蒙古自治区高等学校科学研究资助项目“CNC机床工业机器人上下料集成智能制造系统的开发与研究”及内蒙古自治区教育科学研究“十三五”规划2020年度立项课题“工业机器人应用编程‘1+X’证书制度试验研究”的科研课题成果在“工业机器人工作站系统集成”课程如何以科研反哺教学，教学促进科研的。

1 开展科研的意义

教师积极申报和研究科研项目，才能具备科研能力、科研素养、科研精神、科研魅力，使自己成为真正意义上的立德树人的主力军，让科研工作与课程建设这个主战场“科课”相长，在课堂教学这个主渠道若隐若现地贯穿其中。2015年5月19日，国务院正式印发《中国制造2025》，在“一二三四五五十”的总体结构中，“智能制造工程”是五大工程之一，“机器人”是十大领域之一。借势东风、结合工业机器人技术专业课程，“CNC 机床工业机器人上下料集成智能制造系统的开发与研究”科研项目、“工业机器人应用编程“1+X”证书制度试验研究”规划课题应用而生。该科研项目是在现有沈阳机床厂制造的HTC2050z 车削中心的基础上研究和开发的工业机器人上下料集成智能制造系统。主要研究HTC2050z 机床参数、特性，构成自动上下料系统所需外围设备的选型和确定，尤其是工业机器人的选型，工作站系统布局与仿真，工作站集成系统框图设计，电气原理图设计，气动控制线路设计，气爪的配置，上下料工作台设计，总控PLC 程序设计，可视化系统程序设计，工业机器人程序设计，数控加工程序设计，工作站集成组建、调试、优化，编制工业机器人工作站基本使用说明等。该科研项目已启动两年，期间让学生参与到科研工作中来，同时教师将科研工作前沿技术、科研思路等带到课程中与学生一起进行，积极培养了学生系统集成的整体思路。

2 课程特点

“工业机器人工作站系统集成”是工业机器人技术专业开设的一门专业核心课程，是理实一体化课程，开设在大三第一学期。该课程综合性很强，它涉及传感器、自动化技术、PLC 技术、机械工程、计算机、电子技术等多种学科的内容，核心技能是工业机器人的工作站的设计、调试和维护应用技能，满足工业机器人及系统的安装、调试、运行、维护等岗位群的需要[5]。在前期已具备工业机器人编程与操作、电气控制系统识读与分析、PLC 控制技术、工业机器人离线编程与仿真、传感器技术、液压与气动技术、现场总线技术等关键技术。但上述技术都是分散学习的，没有在一个具体的工作站系统中相互结合起来实际应用，在该课程学习结束后，学生将进行毕业综合技能训练及毕业顶岗实习，所以该课程起到承前启后、中间桥梁的作用。

3 科研融入课程

依据“工业机器人应用编程、工业机器人系统集成应用‘1+X’证书”提出的系统集成新模式、新技术、新战略。融入工业机器人集成技能大赛相关内容，课程从工业机器人集成应用职业岗位核心技能出发，依托“CNC 机床工业机器人上下料集成智能制造系统的开发与研究”科研项目，将该科研项目贯穿课程全过程，结合行业规范和创新要求进行授课，拟定了知识目标、技能目标和素质目标，构建了基于学生认知规律的“五项目、多任务、参证书、溶科研”的教学内容，将科研项目研究思路、研究内容等重组后融入授课内容，从不自觉到自觉的、有目的的、有规划的融入，使得课堂内容更偏向实践化，课堂内容丰富多彩。如图1 所示。

图1 重组的教学内容

4 科研助力课堂

未引入科研项目的课程，采用线上线下“两空间”、课前自学、课中导学、课后固学“三阶段”及“导→解→练→施→检→优”“六环节”进行教学实施，见图2下半部分。

课前主要采用线上的方式，利用网络教学平台，发布任务单、推送相关学习资料，学生根据任务单开展项目。将课堂内容前移，培养学生团队的自主学习能力和合作探究能力。教师根据学生课前任务完成情况，及时调整教学策略。

课中，以工作过程为导向，以任务驱动为主线，以工业机器人工作站系统工程应用为载体，以“导→解→练→施→检→优”任务难度逐级递增的教学活动，运用职教云平台、离线编程软件、TIA Portal 软件等多种信息化手段组织开展“理实一体化”线上线下混合教学。

课后，借助职教云平台资源、必应等，巩固知识，强化系统集成的能力。

在整个教学过程中注重学生职业素养的培养，融入课程思政元素尤其科研育人元素，达到润物细无声。

引入科研项目后的课程，依然采用线上线下“两空间”、重点改变是课前设计、课中实施、课后纠错“三阶段”及“析→解→讨→定→施→展”“六环节”进行教学实施，见图2 上半部分。

图2 教学实施设计

课前依然采用线上的方式，利用网络教学平台，发布课前设计内容、推送相关实施资料，学生根据任务单开展项目设计。培养学生团队的合作探究能力。教师根据学生课前设计完成情况，及时调整课中实施策略。

课中，教师选出每组典型方案，提出建设性建议，学生派代表解析本组方案的关键元素，教师给予适当引导，全部学生按组参与讨论，提出优化的合理方案，确定最终实施方案，学生在科研设备上分工实施，教师巡视指导，实施完成，运行功能，学生教师评价功能实现效果。

课后，对项目的设计、实施进行复盘反思，根据实施结果验证方案设计的合理性，写出改进意见，提交组长，统一修改方案，提出课堂实施中存在和注意的问题，避免在今后设计时再次发生。

5 科研彰显成效

5.1 调动了“教”“学”的积极性

在未将该科研项目引入到课程时，该课程是选择一本教材，围绕教材展开课程的教学内容，理论知识偏重，课程内容相对单调，虽能将多学科的知识串起来，但没有具体的应用场景，学生只能得到一些抽象和理论的认识，不能直观、具象的获得工作站的整体实际应用。这样学生学习的主动性不足，教师教起来乏味，老师虽然倾其所有教了很多知识，学生看似学的知识也很多，但能应用起来地很少，学生会产生厌烦心理，往往是事倍功半的效果。课程中引入科研项目后，因为科研项目是老师自己开展和研发和经过实际验证的，知道具体做什么，怎么做，做中要注意什么。老师心中很有数，能够有针对性指导学生完成具体的内容，且是可实施、可完成及可量化的。学生在老师的引导和指导下，能清晰地知道自己要做什么，完成到什么程度，完成后的效果是什么，依据高职学生学情特点，发现他们对可动手、可操作的技能更愿意主动学习，增加了他们学习的兴趣和乐趣，带动了积极性，能起到事半功倍的成效。

5.2 丰富了课程的教学内容

教师在科研项目开展和实施过程中，调研了大量的和项目相关的企业工作，查阅大量的文献资料，掌握了大量行业最新动态、技术，可将行业的新知识、新技能、新工艺重组后融入教学中，能够有效地弥补教材内容的不足，可更新优化教学内容，使所教内容贴近企业实际，使学生所学课程满足就业岗位所需内容，实现了课岗无缝对接，提升了教学效果，减轻了初入职场“小白”带来的工作压力。教师在科研开展中，将掌握的行业最新动态融入课程中，将完成科研所具备的科研素养和科研精神融入课堂中，将科研者的工匠品质、创新精神润物无声地融入课程中，学生对之前实施改革前表现出更大的积极性，对工业机器人系统集成表现出强烈的好奇心和求知欲，拓展了学生的视野和主动性。

5.3 培养了团队的协作精神

一项科研项目的完成需要团队的相互配合，在课题开发与研究中，首先教师团队要分工合作，由项目负责人统筹安排，每个团队成员相互配合，相互协商但又各尽其职，培养了团队之间的协作精神。其次，在项目研究中，学生的加入使教师能够在信息整理、资料收集、数据分析等繁杂的基础性事务中抽身出来，更高效专注于研究。最后学生思维活跃，创新能力强，对问题有独到的见解，为教师科研注入活力[6]，同时也培养了学生与学生之间、学生与老师之间协作配合、默契工作，为今后走上工作岗位的团队合作奠定了基础。

6 结束语

经过两轮的试验、总结，发现开发与专业相关的科研项目，并将其融入专业课程的教学中，将科研育人真正落到实处，除了对学生学习课程有显性推动作用外，还有助于培养学生的科研意识、科研作风和科研能力，能培养学生的主动创新精神，使得科研创新水平得到了提高，可为日后工作学习奠定坚实的基础[4]。

对于高职院校而言，在当前“中国制造2025”及教育改革的浪潮下需要教师教学、科研两条腿走路，而这两条腿还不能并行走路，需要交错走路，这对老师提出了更高的要求，如何能有效地将教学融入科研，且科研及时的反哺教学，对高职老师来时，似乎才刚刚上路，这条路任重而道远，需要老师们不断地去摸索、试验、前进、摸索中反复推敲，相信每个上路的老师一直在路上披荆斩棘，勇往直前，在这种示范辐射作用下，可带动更多的老师能主动上路且一如既往，真正做到科研与教学共生共长，发挥教学科研协同育人的效力。