职业教育信息化背景下工业机器人立体化教材建设策略分析——以“ABB工业机器人现场编程基础”课程教材为例

王平俊 裴阳

(信阳职业技术学院，河南 信阳 464000)

课程立体化教材建设是职业教育信息化的重要内涵[1]。随着“中国制造2025” “工业4.0”“互联网+”时代的到来，以及新一代智能制造技术、工业机器人技术、信息网络技术等产业的发展、传统智能生产改造政策的落实，工业机器人技术应用的步伐逐渐加快。《制造业人才发展规划指南》预测工业机器人相关领域人才需求将持续增大[2]。职业教育需要培育出与智能制造业接轨的高技能人才，而传统的教材形式和内容无法满足当下教学需求，因此立体化教材的建设就要显得至关重要。

立体化教材建设是为适应社会发展与不断推陈出新的教育理念，在传统纸质教材的基础上，依托信息技术下多形态的教育资源，对其优化整合以便于提供不同的教学服务，同时，利用“线上+线下”相结合的教材模式对教学资源进行有效的开发[3]。职业教育中，由于专业教学配套设备的滞后性，实训教学设备平台和教学资源已经渐渐地脱离实际的教学需求，不能很好地将课程理论和学生实训操作有机地融合在一起，难以适应学生的发展需要，抑制了学生学习的积极性，不利于学生的个性发展和综合素质培养。因此，“ABB工业机器人现场编程基础”立体化教材建设方法的研究对提升工业机器人领域高技能高素养人才培养质量具有重要的意义。

1 工业机器人立体化教材建设存在的问题

当前有关立体化教材建设的研究，从人才培养方案层面，虽然已有部分学者提出专业课程体系建设思路[4-5]，但是未深入到多课程融合的教材建设方法的研究；从专业课程体系建设层面，虽然已有部分学者提出跨领域多学科融合的课程资源建设思路[6-7]，但是依然存在教材内容不能与市场需求相适应的问题；从核心岗位需求分析层面[8-9]，虽然已有部分学者通过对企业的调研，提出了核心岗位能力需求，并提出基于核心岗位能力需求的建设思路，但是尚未融合1+X证书、竞赛等对学生核心素养发展的分析；从混合教学模式需求层面，虽然已有部分学者分析了线上线下混合教学模式建设思路[10-12]，但是尚未深入到课程立体化资源建设实施层面。具体存在以下问题：

(1)面对1+X证书考核、竞赛、岗位核心能力需求，专业课程教材建设存在碎片化的特点，而且当前的研究主要是针对某一单一需求而进行，尚未深入到具体建设方法层面。

(2)面对专业课程体系建设需求和学生核心素养培养需求，多学科融合、结构化课程建设等相关研究尚未深入。

(3)面对线上线下混合教学模式，在信息化教育资源异常丰富、产教融合背景下，教材的系统化课程资源体系构建的研究尚未深入。

因此，本文以“ABB工业机器人现场编程基础”课程立体化教材建设为例，以学生核心素养发展需求为切入点，对接1+X证书、技能大赛、核心岗位能力需求，应用线上线下混合教学模式基于教材教学内容，分析专业课程立体化教材建设的方法。具体建设思路如图1所示。

图1 立体化教材建设思路流程图

2 工业机器人立体化教材建设基础和建设需求

下面以高职院校工业机器人技术专业“ABB工业机器人现场编程基础”课程立体化教材建设为例，介绍建设基础和建设需求。

2.1 “ABB工业机器人现场编程基础”课程立体化教材建设基础

2.1.1 教材基础

以行业发展政策、标准，企业管理规范、规程，岗位技能需求、要求为依据，优先选用近三年国家职业教育规划教材。参考教材有《工业机器人技术及应用》《工业机器人现场编程》《工业机器人工程应用虚拟仿真教程》等。结合专科学生特点选用机械工业出版社出版，由张超、张继媛主编的《ABB工业机器人现场编程》。

2.1.2 实训基础

当前已经建成工业机器人技术实训室。本实训室配有1台模块化可拆装串联机器人和3台六轴ABB工业机器人工作站实训系统，结合丰富的周边自动化设备，可以实现机器人搬运、码垛、焊接、喷涂等工业应用教学。

2.1.3 受众对象

课程受众对象为高职院校工业机器人专业学生及工业机器人行业技术人员，课程受众对象的特点与需求如表1所示。

表1 课程受众对象的特点与需求

2.2 “ABB工业机器人现场编程基础”课程立体化教材建设需求

2.2.1 面向1+X证书考核的立体化教材建设需求

面向工业机器人操作与运维、工业机器人装调、工业机器人应用编程、工业机器人集成应用等1+X证书职业等级考核，考虑当前实训环境基础，为满足学生知识、技能、素养发展需求，亟需丰富专业课程。针对初级、中级、高级考核要点，借助信息化平台，构建课程立体化教材，从而保证工业机器人技术专业人才培养质量。

2.2.2 面向职业技能大赛考核的立体化教材建设需求

本着以赛促学、以赛促教、以赛促改的教学理念，面向工业机器人技术应用、工业机器人系统集成等职业技能大赛赛项规程，针对现有实训设备的薄弱性，丰富课程。表2为面向职业技能大赛考核立体化教材建设需求。

表2 面向职业技能大赛考核立体化教材建设需求

2.2.3 面向核心岗位能力需求的立体化教材建设需求

目前工业机器人系统技术应用人才岗位需求如图2所示。工业机器人核心岗位主要包括工业机器人安装与调试岗位、工业机器人集成应用维护岗位、工作机器人操作维护岗位。各核心岗位对工业机器人编程能力的需求因产品制造工艺的不同而不同，因此，应在课程中增加工业机器人编程岗位应用资源。

图2 工业机器人系统集成应用人才岗位需求

3 工业机器人立体化教材建设实施思路和建设实施方法

3.1 立体化教材建设实施思路

“ABB工业机器人现场编程基础”课程立体化教学资源建设具体实施思路如图3所示。

图3 立体化教材建设具体实施思路

(1)践行大工程教育观，构建基于“产、学、赛、评”的教材分析体系。“ABB工业机器人现场编程基础”着力培养学生的大工程观理念及工程创新实践能力。因此，为体现课程立体化教材内容的综合性、先进性、创新性，教材分析体系在融合机器人行业推动、领域发展、技能需求和服务导向等四部分内容的基础上，进行课程目标制定、教学内容设计、技术资源建设等工作。

(2)以“理念、标准、方向、需求”为导向，深化教育教学模式改革。课程设置目的一是应用机器人仿真技术使学习人员掌握机器人关键技术，节约培训成本；二是应用在线编程技术掌握ABB工业机器人的基本操作方法。因此，融合高等职业教育理念、机器人行业技术标准、工业机器人专业发展方向和学生职业技能需求，选择教学方法，整合教学资源，建设教学网络平台，推动课程教育教学模式改革。

(3)以“云+网+端”为依托，搭建立体化教材共建共享平台。以“云+网+端”为依托，注重教材的教学思想、教学内容、教学目标、教学策略等的有机融合，以信息化技术手段为支撑，建立课程立体化教材共建共享平台，形成行业发展知识模块、技能需求知识模块、职业竞赛知识模块、就业服务知识模块、实训实习知识模块等结构化课程体系。

(4)以“教、学、同、专”为评价主体，构建动态立体化教材体系。借助立体化教材共建共享平台，增加教师、学生、同行、专家评价模块，实现立体化教材内容实时更新、改进的功能，构建课程动态立体化教材体系。

3.2 立体化教材建设实施方法

(1)以“三对接”为建设依据，构建立体化教材建设的理论框架。“ABB工业机器人现场编程基础”立体化教材建设以“三对接”为建设依据，实现专业设置与产业需求对接、教学过程与生成过程对接以及课程内容与职业标准对接。在“三对接”的基础之上，规划分析教材内容、行业技术应用、企业发展需求、人才培养方向，以满足职业院校生产实训设置，职业技能大赛需求，掌握1+X等级技能，提升学生拓展能力，从而培养选拔高素质劳动者和高水平技能型人才。

(2)以“理念、标准、方向、需求”为导向，提出立体化教材资源融合方法。教学方法的选择需考虑高等职业教育理念与机器人行业技术标准，依托高等职业教育理念确定教学内容重点、难点，设计教学内容思维导图，立足行业技术标准，明确技能大赛知识点，推动技能大赛项目创新驱动，实施合适教学方法。在1+X证书制度下，高职院系应确定工业机器人专业的发展方向，重视1+X等级知识点，基于1+X等级导向建设立体化教材。基于“产教学研用”的立体化教材资源融合方法，增加项目/实操技能点，以满足职业院校学生的职业技能需求。

(3)以“对、服、改”为建设原则，分析特色立体化教材建设方法。课程立体化教材的建设需从专业发展特色、人才培养特色以及教材建设特色三方面出发。对接企业新兴技术，系统推进高水平专业群建设；以服务区域经济发展为目的，改进人才培养方案，提高人才培养的适应性和针对性；深化职业教育教学模式改革创新，深化产教融合的体制机制改革，深化工学结合的育人机制改革，加快推进职业教育立体化教材的拓展更新。

(4)以“教、学、同、专”为评价主体，构建动态立体化教材体系。需要对“ABB工业机器人现场编程基础”课程动态立体化教材体系构建的质量进行评价。借助立体化教材共建共享平台，增加教师、学生、同行、专家“四位一体”评价机制，结合教学能力、技能学习、就业前景、工程教育评价模块，建立立体化教材体系的质量评价标准，构建立体化教育效果动态、课程目标动态、岗位适应动态、人才培养动态体系。

4 工业机器人立体化教材建设架构

基于所提出的工业机器人立体化教材建设实施思路和实施方法，以“ABB工业机器人现场编程基础”课程立体化教材建设为例，阐述工业机器人立体化教材建设架构，包括立体化数字教材建设、可视化资源建设、配套资源建设、课程线上线下混合教学平台建设等。

4.1 立体化数字教材建设

在所使用的国家规划教材的基础上，应用教师活页式手册，增加大赛直通车知识点、1+X证书考核知识点、职业技能考核知识点等内容。立体化数字教材建设内容包括教材文本(含7大模块、29项子任务)、教学PPT(含7大模块、29项任务)、实训教案(含10个基础实训项目)、编程实例模块(含面向大赛及职业技能考核的初级、中级、高级三大模块共7个主程序、24个子程序)。同时，应用智慧树、钉钉、职教云等信息化资源建设平台，实施面向小班教学的线上和线下结合的混合式教学形式，改善和提高教师和学生的沟通效率。图4为立体化教材数字教材建设成果。

图4 立体化教材数字教材建设成果

如图4所示，相较于传统的教材和信息化资源，所建设的立体化数字教材在教学内容上，实现了教学内容源于工程实际、教学过程与生产过程对接的目的；在教学理论应用方面，强调授之以渔的理念，建立了课程理论与工程应用的桥梁；在技能提升方面，面向工业机器人操作与运维、工业机器人装调、工业机器人应用编程、工业机器人集成应用等1+X证书职业等级考核，工业机器人技术应用、智能制造等职业技能大赛，注入行业、企业需求的新要求，激发学生学习创新活力。因此，立体化教材的建设，为课程教学环境与生产环境对接、教学内容与行业需求对接奠定了基础。

4.2 可视化资源建设

可视化资源包括“微课”“动画”等资源，面向课程理论重点/难点、操作重点/难点以及技能应用的重点/难点内容，共建50个微课、27个动画，内容包括系统备份和恢复、工具坐标系建立、工件坐标系建立、TCP点设定、更新转数计数器等工业机器人应用编程基础知识，还包括码垛、搬运、简单轨迹、焊接等技能知识考核点。所建设的动画资源主要是面向编程学习过程中工业机器人的动作原理及其工程应用逻辑关系的内容，为课程学习中“教”与“学”的融合提供了平台。

4.3 配套资源建设

配套资源包括试卷、习题及职业技能考核知识集等内容。包括试卷6套，用于学生课程考核、职业技能大赛理论知识考核及1+X职业技能考核理论知识储备的试题库，面向工业机器人操作与运维(ABB本体)1+X职业技能考核的初、中级考核标准、知识要点集等。

4.4 课程线上线下混合教学平台建设

利用智慧树、钉钉等信息化教学平台，建设线上线下混合式教学平台。整合课程、教材的相关信息建设课程教学网站。在课程网站的建设过程中，合理规划设计学生自主性探索性学习模式，并根据学生学习的层次水平，科学设计教学内容，接收学生学习的反馈，并不断更新完善教学平台建设。

5 结论

工业机器人立体化教材建设以ABB工业机器人的基本理论和基本知识为基础内容，以课堂教学为基本形式，以综合培养学生ABB工业机器人在线编程和实际操作的能力为基本目标，搭建了内容系统化、案例详实化、操作可视化、学习自主化的“ABB工业机器人现场编程基础”综合性立体化教材服务系统。主要内容如下：

(1)以“ABB工业机器人现场编程基础”课程为例，分析职业教育信息化背景下工业机器人立体化教材建设的基础和需求，得出传统教材已不能满足当前学生发展需求，尤其面向1+X证书考核、职业技能大赛考核、岗位技能考核的需求，亟需依托信息技术平台建设多形态的立体化教材。

(2)基于立体化教材建设需求，以“ABB工业机器人现场编程基础”课程为例，分析“ABB工业机器人现场编程基础”立体化教材建设思路和实施方法。依据“三对接”建设要求，构建立体化教材建设的理论框架；以“理念、标准、方向、需求”为导向，提出立体化教材建设融合的方法；以“对、服、改”为建设原则，分析特色立体化教材建设方法；以“教、学、同、专”为评价主体，构建动态立体化教材建设体系。

(3)以“ABB工业机器人现场编程基础”课程为例，验证了所提出的建设策略和实施方法的可行性。以“ABB工业机器人现场编程基础”立体化教材建设为例，基于传统教材建设基础，面向1+X证书考核、职业技能大赛考核、岗位技能考核知识技能要点，从立体化数字教材、可视化资源建设、配套资源建设、混合教学平台建设四个层面，阐述了建设成果，验证了所提出的工业机器人立体化教材建设思路与建设方法的可行性。