基于OBE和CDIO的“工业机器人 编程与操作”课程教学探究

孟稳

摘    要：“工业机器人编程与操作”是工业机器人技术专业的核心课程，实践性较强。文章对该课程引入OBE和CDIO教学理念，从课程目标、教学内容、教学方式和教学评价等方面进行了探究。经实践教学表明，该课程教学中引入OBE和CDIO教学理念，有效地提高了学生的自主学习兴趣、专业实践能力以及职业素养，更好地满足企业用人需求。

关键词：OBE;CDIO;工业机器人;教学改革

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2021）07-0091-02

OBE（Outcomes-based Education）即“以成果為基础的教育”，又称成果导向教育、能力导向教育或目标导向教育，是指教学设计和教学实施的目标是学生通过某一阶段学习所取得的学习成果或能达到的最大能力。基于OBE教学理念的人才培养，有利于培养学生毕业后所需要的知识、能力和素质，符合复合型技术人才培养的目标需求。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate），是以产品研发到运行的生命周期为载体，将工程科学和工程实践整合为一体的教育模式，是基于项目学习培养学生的工程能力。OBE与CDIO相辅相成，OBE教学理念强调的是学校根据社会实际用人需求制订人才培养目标，CDIO强调的是将教学与工程实践相结合，以项目为载体，让学生在“学中做，做中学”的过程中提升专业知识、个人能力、团队合作能力和工程系统能力[1]。

随着我国制造强国战略规划的推进和制造业转型升级，工业机器人作为智能制造业的重要设备，在电子、汽车、化工、食品、装备制造等行业中应用得越来越广泛，企业对工业机器人技术专业人才需求不断增加，要求也越来越高，除了专业技能、职业素养等基本要求，更注重岗位适应能力、独立工作能力、信息处理能力以及人际关系处理能力和沟通能力等综合能力[2]。如何通过教学改革有效提升工业机器人技术专业人才培养质量是目前高职院校亟需解决的问题。“工业机器人编程与操作”是工业机器人技术专业的核心课程，文章基于OBE和CDIO对该课程的课程目标、教学内容、教学方式和教学评价等进行探索，提升学生工程实践能力，提高人才培养质量。

一、基于OBE理念的课程目标设计

OBE人才培养理念注重的是以成果为导向，并要有效地评估学习成果。因此，基于OBE人才培养理念应反向设计课程目标。“工业机器人编程与操作”作为工业机器人技术专业核心课程，该课程的培养目标需要对应工业机器人技术专业的人才培养方案中的毕业要求的分项指标，并且要具有可评价性。通过对长三角工业机器人产业的用人需求调研，结合学校定位，制定了工业机器人技术专业毕业要求，其中涉及“工业机器人编程与操作”课程毕业要求分项指标：第一，具备安全生产意识，严格按照安全生产规程进行操作;第二，能够根据工业机器人典型领域工作要求，编制、调整工业机器人控制程序的能力;第三，根据工业机器人应用方案，安装、调试工业机器人及应用系统的能力;第四，具有良好的团队合作精神和人际交流能力。根据毕业要求制定“工业机器人编程与操作”课程的具体培养目标，落实到该课程的教学大纲中

去，从而明确“工业机器人编程与操作”课程的教学内容。其课程目标：第一，具备安全操作意识，严格按照行业操作规程进行操作;第二，能根据工作应用场景需求，完成工业机器人的基本操作;第三，能完成工业机器人典型工作领域（搬运、码垛、焊接等）的程序编写和调制;第四，能够就项目学习等问题与同学、教师进行有效地沟通和交流，可以较好地和团队合作，发挥作用;第五，养成科学、严谨、敬业的工作态度。

二、基于OBE和CDIO的教学内容设计

根据CDIO以项目为载体、将教学与工程实践相结合的工程教育模式，结合基于OBE理念设计的人才培养目标，设计工业机器人编程与操作的典型工程项目。根据课程教学目标，将“工业机器人操作与运维”“工业机器人应用编程”“职业技能等级证书”考核内容融入教学，以不同工业机器人工作站为教学载体，与北京华航唯实机器人科技股份有限公司合作开发教学项目。其教学项目设计是以工业机器人实际典型工作领域为背景，结合学校实际实训设备情况，以岗位需求为核心，坚持以能力为本位，重视实践能力的培养，整合相应的知识和技能，实现理论和操作的统一。本课程设计的典型工作项目有六个，分别为工业机器人的基本操作、工业机器人涂胶、工业机器人搬运、工业机器人码垛、工业机器人焊接、工业机器人分拣。

为了提高学生的学习效率、培养学生的自主学习能力以及满足个性化教学，每个项目制作适当的线上学习资源（PPT、微课、测验等），主要包含基础理论知识点、拓展知识点和操作视频，每个项目模块都有作业和测验。教师通过线上平台发布教学资源和教学任务，引导学生通过线上学习平台自主完成理论知识的学习。

三、基于OBE和CDIO的教学方式改革

OBE理念强调以学生学习成果为导向，CDIO重视实践教学，结合本课程的特点，项目教学内容基于CDIO模式四个环节（构思—设计—实施—运行）展开并结合线上线下混合式教学模式。

构思阶段：这一阶段主要通过线上完成。教师通过线上平台发布项目要求，布置线上学习任务，引导学生对项目进行分析和探索。小组团队完成线上学习任务，并对项目要求进行构思，确定项目实施的初步方案，明确具体任务和确定小组成员分工;并且各小组需要把项目的初步方案提交到线上学习平台。

设计阶段：这一阶段是采用线上线下混合式教学模式。首先，教师通过线上学习平台发布各小组的项目初步实施方案，让学生先了解各组的项目思路。其次，线下组织学生展开项目讨论，随机选择小组成员陈述项目实施方案的设计思路，包括程序方案、运动路径以及过渡点个数的选择等，其他组学生认真听讲，陈述看法。教师针对讨论的问题以及方案存在的重大问题提出修正，学生对项目方案进行修改和完善;除此之外，教师需要针对学生线上学习任务完成情况以及存在的问题等进行补充讲解。

实施阶段：这一阶段是通过线下实操完成。教师针对操作中的重难点进行讲解和现场演示。各小组按照项目实施方案进行编程操作，同时教师巡视各小组的操作过程，对操作过程中存在的技术问题，给予适当的指导，并对操作过程中存在的安全问题，进行提醒和记录。

运行阶段：这一阶段是线下展示。首先，完成项目的自动运行;其次，使用PPT进行项目汇报，汇报内容主要为该项目中工业机器人工作站的介绍、项目设计方案、实施过程中存在的问题和解决办法。教师组织各小组学生进行自评和互评，并分析项目运行存在的问题、分析原因以及可以进一步优化的地方。同时，教师对各小组的整个项目实施过程进行分析和对比，引导学生多角度思考问题和自我反思。

四、以学习成果为导向，多元化、多层次评估

基于OBE教学理念强调对学习成果的达成度评价，学生成果评价指标要完全覆盖预期学习成果，对应预期学习成果（毕业要求）的各级指标，指标需要有明确具体的表述[3]。因此，考核方式应多元化、多层次。“工业机器人编程与操作”课程成绩评定由线上学习成绩、项目成绩和期末考试成绩组成，所占比例依次为10%、70%、20%。其中，线上学习成绩包括线上学习时长、在线活动参与和在线作业，所占比例依次为50%、20%、30%。项目成绩由工业机器人的基本操作、工业机器人涂胶、工业机器人搬运、工业机器人码垛、工业机器人焊接、工业机器人分拣六个项目成绩组成，所占比例依次为10%、15%、15%、20%、20%、20%。并且，项目成绩其评价主体为学生自评、学生互评和教师评价。因此，每个项目都需要制定3张评价表，分别为学生自评表、学生互评表和教师评价表。其中，学生自评表的评价项目为专业技能、方法能力、社会能力以及自我评价及反思;学生互评表的评价项目为团队合作、沟通表达能力和专业能力;教师评价表的评价项目为学习态度、专业技能、团队合作能力、沟通表达能力。每个评价项目都有相应的评价标准，比如，学生自评表里的方法能力项目的具体评价标准包括能够遵守安全操作规程、能够较好地分析使用项目任务书、能够发现自己在操作过程中遇到的问题并可以及时解决;社会能力项目的具体评价指标包括能够积极参与小组讨论、能够主动对其他学生提供帮助以及能够接受小组分工并积极完成任务。

基于OBE和CDIO的“工业机器人编程与操作”课程教学改革，强调以学习成果为导向设计课程目标，教学内容是根据CDIO以项目为载体、将教学与工程实践相结合的工程教育模式，结合基于OBE理念设计的人才培养目标，设计工业机器人编程与操作的典型工程项目，并以CDIO模式的构思、设计、实施、运行四个环节展开混合式教学，多元化、多层次评估学习成果。經实践教学表明，在“工业机器人编程与操作”课程教学中引入OBE和CDIO教学理念，有效地提高了学生的自主学习兴趣、专业实践能力以及职业素养，更好地满足企业用人需求，对工业机器人技术应用复合型人才培养具有一定的指导作用。

参考文献：

[1]卢文娟，曾达幸，张立杰，等.基于CDIO-OBE工程教育改革思想的教学实践[J].教育现代化，2017（26）：35-36;47.

[2]张广军.智能制造需要什么样的人才？[J].智慧中国，2017（6）：53-55.

[3]张爽，庞静，刘军.基于OBE理念构建专业学习成果评价体系的研究——以供热工程课程为例[J].黑龙江教育

（理论与实践），2019（11）：66-67.

■ 编辑∕丁俊玲