基于科研項目的課程教學改革與實施探討
——以“工業機器人工作站系統集成”課程為例

劉彩霞

（包頭職業技術學院數控技術系，內蒙古 包頭 014030）

0 引言

隨著職業教育的改革及深入推進，高職院校教師日常工作的重要部分之一便是科研工作。近幾年，高職院校科研項目數量逐漸提升，科研成果也日益豐碩，但是科研成果“束之高閣”的現象仍比較普遍[1]。思想政治工作貫穿于高等教育教學的全過程，實現全員、全程、全方位的“三全”育人，開創我國高等教育事業發展新局面。科研育人是高校育人的重要組成部分，高等學校要從全方位、多角度開展科研育人工作。2015年中央印發的《關于進一步加強和改進新形勢下高校宣傳思想工作的意見》中提出“科研育人”。2017年《高校思想政治工作質量提升工程實施綱要》中提出“科研育人”，它是“十大育人體系”之一，是“三全育人”的重要組成部分[2]。高職院校能以立項形式的科研資源比較少、但文化發展和科技日新月異卻給教師開展研究提供了廣闊的天地。高職院校雖然科研基礎比較薄弱，教師科研動力不足，但這并不否定科研能促進教學的客觀事實[3-4]。所以將科研成果貫穿于教學是讓科研成果價值提升、教學質量顯著提高、教學科研協同育人共相長的重要舉措。本文闡述2020年度內蒙古自治區高等學校科學研究資助項目“CNC機床工業機器人上下料集成智能制造系統的開發與研究”及內蒙古自治區教育科學研究“十三五”規劃2020年度立項課題“工業機器人應用編程‘1+X’證書制度試驗研究”的科研課題成果在“工業機器人工作站系統集成”課程如何以科研反哺教學，教學促進科研的。

1 開展科研的意義

教師積極申報和研究科研項目，才能具備科研能力、科研素養、科研精神、科研魅力，使自己成為真正意義上的立德樹人的主力軍，讓科研工作與課程建設這個主戰場“科課”相長，在課堂教學這個主渠道若隱若現地貫穿其中。2015年5月19日，國務院正式印發《中國制造2025》，在“一二三四五五十”的總體結構中，“智能制造工程”是五大工程之一，“機器人”是十大領域之一。借勢東風、結合工業機器人技術專業課程，“CNC 機床工業機器人上下料集成智能制造系統的開發與研究”科研項目、“工業機器人應用編程“1+X”證書制度試驗研究”規劃課題應用而生。該科研項目是在現有沈陽機床廠制造的HTC2050z 車削中心的基礎上研究和開發的工業機器人上下料集成智能制造系統。主要研究HTC2050z 機床參數、特性，構成自動上下料系統所需外圍設備的選型和確定，尤其是工業機器人的選型，工作站系統布局與仿真，工作站集成系統框圖設計，電氣原理圖設計，氣動控制線路設計，氣爪的配置，上下料工作臺設計，總控PLC 程序設計，可視化系統程序設計，工業機器人程序設計，數控加工程序設計，工作站集成組建、調試、優化，編制工業機器人工作站基本使用說明等。該科研項目已啟動兩年，期間讓學生參與到科研工作中來，同時教師將科研工作前沿技術、科研思路等帶到課程中與學生一起進行，積極培養了學生系統集成的整體思路。

2 課程特點

“工業機器人工作站系統集成”是工業機器人技術專業開設的一門專業核心課程，是理實一體化課程，開設在大三第一學期。該課程綜合性很強，它涉及傳感器、自動化技術、PLC 技術、機械工程、計算機、電子技術等多種學科的內容，核心技能是工業機器人的工作站的設計、調試和維護應用技能，滿足工業機器人及系統的安裝、調試、運行、維護等崗位群的需要[5]。在前期已具備工業機器人編程與操作、電氣控制系統識讀與分析、PLC 控制技術、工業機器人離線編程與仿真、傳感器技術、液壓與氣動技術、現場總線技術等關鍵技術。但上述技術都是分散學習的，沒有在一個具體的工作站系統中相互結合起來實際應用，在該課程學習結束后，學生將進行畢業綜合技能訓練及畢業頂崗實習，所以該課程起到承前啟后、中間橋梁的作用。

3 科研融入課程

依據“工業機器人應用編程、工業機器人系統集成應用‘1+X’證書”提出的系統集成新模式、新技術、新戰略。融入工業機器人集成技能大賽相關內容，課程從工業機器人集成應用職業崗位核心技能出發，依托“CNC 機床工業機器人上下料集成智能制造系統的開發與研究”科研項目，將該科研項目貫穿課程全過程，結合行業規范和創新要求進行授課，擬定了知識目標、技能目標和素質目標，構建了基于學生認知規律的“五項目、多任務、參證書、溶科研”的教學內容，將科研項目研究思路、研究內容等重組后融入授課內容，從不自覺到自覺的、有目的的、有規劃的融入，使得課堂內容更偏向實踐化，課堂內容豐富多彩。如圖1 所示。

圖1 重組的教學內容

4 科研助力課堂

未引入科研項目的課程，采用線上線下“兩空間”、課前自學、課中導學、課后固學“三階段”及“導→解→練→施→檢→優”“六環節”進行教學實施，見圖2下半部分。

課前主要采用線上的方式，利用網絡教學平臺，發布任務單、推送相關學習資料，學生根據任務單開展項目。將課堂內容前移，培養學生團隊的自主學習能力和合作探究能力。教師根據學生課前任務完成情況，及時調整教學策略。

課中，以工作過程為導向，以任務驅動為主線，以工業機器人工作站系統工程應用為載體，以“導→解→練→施→檢→優”任務難度逐級遞增的教學活動，運用職教云平臺、離線編程軟件、TIA Portal 軟件等多種信息化手段組織開展“理實一體化”線上線下混合教學。

課后，借助職教云平臺資源、必應等，鞏固知識，強化系統集成的能力。

在整個教學過程中注重學生職業素養的培養，融入課程思政元素尤其科研育人元素，達到潤物細無聲。

引入科研項目后的課程，依然采用線上線下“兩空間”、重點改變是課前設計、課中實施、課后糾錯“三階段”及“析→解→討→定→施→展”“六環節”進行教學實施，見圖2 上半部分。

圖2 教學實施設計

課前依然采用線上的方式，利用網絡教學平臺，發布課前設計內容、推送相關實施資料，學生根據任務單開展項目設計。培養學生團隊的合作探究能力。教師根據學生課前設計完成情況，及時調整課中實施策略。

課中，教師選出每組典型方案，提出建設性建議，學生派代表解析本組方案的關鍵元素，教師給予適當引導，全部學生按組參與討論，提出優化的合理方案，確定最終實施方案，學生在科研設備上分工實施，教師巡視指導，實施完成，運行功能，學生教師評價功能實現效果。

課后，對項目的設計、實施進行復盤反思，根據實施結果驗證方案設計的合理性，寫出改進意見，提交組長，統一修改方案，提出課堂實施中存在和注意的問題，避免在今后設計時再次發生。

5 科研彰顯成效

5.1 調動了“教”“學”的積極性

在未將該科研項目引入到課程時，該課程是選擇一本教材，圍繞教材展開課程的教學內容，理論知識偏重，課程內容相對單調，雖能將多學科的知識串起來，但沒有具體的應用場景，學生只能得到一些抽象和理論的認識，不能直觀、具象的獲得工作站的整體實際應用。這樣學生學習的主動性不足，教師教起來乏味，老師雖然傾其所有教了很多知識，學生看似學的知識也很多，但能應用起來地很少，學生會產生厭煩心理，往往是事倍功半的效果。課程中引入科研項目后，因為科研項目是老師自己開展和研發和經過實際驗證的，知道具體做什么，怎么做，做中要注意什么。老師心中很有數，能夠有針對性指導學生完成具體的內容，且是可實施、可完成及可量化的。學生在老師的引導和指導下，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，依據高職學生學情特點，發現他們對可動手、可操作的技能更愿意主動學習，增加了他們學習的興趣和樂趣，帶動了積極性，能起到事半功倍的成效。

5.2 豐富了課程的教學內容

教師在科研項目開展和實施過程中，調研了大量的和項目相關的企業工作，查閱大量的文獻資料，掌握了大量行業最新動態、技術，可將行業的新知識、新技能、新工藝重組后融入教學中，能夠有效地彌補教材內容的不足，可更新優化教學內容，使所教內容貼近企業實際，使學生所學課程滿足就業崗位所需內容，實現了課崗無縫對接，提升了教學效果，減輕了初入職場“小白”帶來的工作壓力。教師在科研開展中，將掌握的行業最新動態融入課程中，將完成科研所具備的科研素養和科研精神融入課堂中，將科研者的工匠品質、創新精神潤物無聲地融入課程中，學生對之前實施改革前表現出更大的積極性，對工業機器人系統集成表現出強烈的好奇心和求知欲，拓展了學生的視野和主動性。

5.3 培養了團隊的協作精神

一項科研項目的完成需要團隊的相互配合，在課題開發與研究中，首先教師團隊要分工合作，由項目負責人統籌安排，每個團隊成員相互配合，相互協商但又各盡其職，培養了團隊之間的協作精神。其次，在項目研究中，學生的加入使教師能夠在信息整理、資料收集、數據分析等繁雜的基礎性事務中抽身出來，更高效專注于研究。最后學生思維活躍，創新能力強，對問題有獨到的見解，為教師科研注入活力[6]，同時也培養了學生與學生之間、學生與老師之間協作配合、默契工作，為今后走上工作崗位的團隊合作奠定了基礎。

6 結束語

經過兩輪的試驗、總結，發現開發與專業相關的科研項目，并將其融入專業課程的教學中，將科研育人真正落到實處，除了對學生學習課程有顯性推動作用外，還有助于培養學生的科研意識、科研作風和科研能力，能培養學生的主動創新精神，使得科研創新水平得到了提高，可為日后工作學習奠定堅實的基礎[4]。

對于高職院校而言，在當前“中國制造2025”及教育改革的浪潮下需要教師教學、科研兩條腿走路，而這兩條腿還不能并行走路，需要交錯走路，這對老師提出了更高的要求，如何能有效地將教學融入科研，且科研及時的反哺教學，對高職老師來時，似乎才剛剛上路，這條路任重而道遠，需要老師們不斷地去摸索、試驗、前進、摸索中反復推敲，相信每個上路的老師一直在路上披荊斬棘，勇往直前，在這種示范輻射作用下，可帶動更多的老師能主動上路且一如既往，真正做到科研與教學共生共長，發揮教學科研協同育人的效力。