“四位一體”理實一體化課堂教學研究

李 麗，廖映華

（四川輕化工大學 教育與心理科學學院，四川 自貢 643002）

一、引言

根據教育部統計數據，2012-2019 年中國中等職業學校數量出現了逐年遞減的趨勢。目前，我國中等職業教育因財政支持不足導致職業教育教學質量不如人意，教學模式存在著專業理論教學和技能訓練互不相干、互相割裂、自成體系的矛盾。為了進一步提高學生的學生素質，根據當前職業教育的要求，中職學生在接受三年的職業教育后要具有一定的崗位能力和職業素養。與此同時，學生也需要具備一定的理論知識和職業素養，來拓寬學生未來職業生涯的發展路徑。針對上述中等職業學校存在的問題，國內外學者開展了一系列為提升教學質量的研究，其主要體現在三方面，一是對所學課程進行混合式課程建設與應用，將專業核心課程與相近課程混合教學，二是基于各種工作過程的專業核心課程開發研究思路，以工作過程為載體，進行專業核心課程的教學；三是對課程進行的一系列創新改革，從課程設計、課程考核、教學方法三方面來著手。但從實際取得的課程教學質量來看，這些研究仍未解決“以點帶面，講授為主”、“重理論，輕實踐”的問題，沒有對課程開展理實一體化改革。因此本文，結合《工業機器人技術基礎》的特點，以理實一體化理論為指導，提出了“四位一體”的機器人教學理實一體化策略，并對“搬運機器人及其操作應用”理實一體化進行演示與分析。

二、實現“四位一體”理實一體化的策略

理實一體化是一種強調理論教學與實踐教學緊密相連的教學模式，這種教學模式在中職機械課程教學中的應用，能夠改變傳統教學模式中重視理論教育而忽略實踐教育的傾向，進而有效提升學生的專業實踐能力并促使學生在專業實踐中完成對理論知識的檢驗與內化[1]。它強調充分發揮教師的主導作用，讓師生雙方通過邊教、邊學、邊做來實現豐富課堂教學和實踐教學環節的目的，進而提高教學質量。同時，突出培養學生動手能力和專業技能，充分調動和激發學生學習興趣。即讓學生在學練中理解理論知識、掌握技能。這種方式可大大激發學生學習的熱忱，增強學生的學習興趣，學生邊學邊練邊積極總結，以達到事半功倍的教學效果。

目前，中職專業課程教學過程中的“理論、實踐、技能、設計”四個方面，各自為政，缺乏系統性、統籌性和融合性，這一現象與中職培養目標和社會需求嚴重脫節。因此研究和探索新的中職教學的人才培養體系，是為培養出適應21 世紀社會需求的中高級技術人才的當務之急。為此，應當按照中職教學培養目標，重視文化知識與專業理論知識基礎教學，突出技能教學與設計訓練，構建“理論、實踐、技能、設計”四位一體理實一體化教學體系。

圖1 “四位一體”教學模式框架圖

（一）構建中職生良好行為習慣和道德素質

教育部制定的《關于全面推進素質教育，深化中等職業教育教學改革的意見》要求中等職業教育要全面貫徹黨的教育方針，轉變教育思想，樹立以全面素質為基礎、以能力為本位的觀念，培養與社會主義現代化建設要求相適應、德智體美等全面發展，具有綜合職業能力，在生產、服務、技術和管理第一線工作的高素質勞動者和中、初級專門人才。十九大以來，對職業教育的人才培養，黨中央、國務院都相當重視，相繼出臺了一系列的政策文件，從國家頂層設計為職業教育人才培養提供了戰略發展目標[2]。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020 年)》提出“樹立科學的質量觀，把促進人的全面發展、適應社會需要作為衡量教育質量的根本標準。”“堅持以人為本、全面實施素質教育是教育改革發展的戰略主題，是貫徹黨的教育方針的時代要求，其核心是解決好培養什么人、怎樣培養人的重大問題，重點是面向全體學生、促進學生全面發展，著力提高學生服務國家服務人民的社會責任感、勇于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力”。

中職階段教育是學生個性形成、自主發展的關鍵時期，對提高國民素質和培養創新人才具有特殊意義，中等職業學校要以全面推行素質教育為己任，強調學生的思想道德素質、能力培養、個性發展、身體健康和心理健康教育的和諧發展，同時，教師在課程教學中應該努力將素質、知識、技能教育有機融為一體，學生在校通過各門課的學習獲取知識，達到培養能力、形成素質的目的[3]。

（二）整合課程，形成相互銜接的教學體系

通過綜合化將“分科課程”中的相關知識按照教學資源間的關聯性進行重組、歸納與整合，系統地形成適合學生學習的新的“綜合課程”，同時可以引進一定的新技術、新工藝、新知識和新方法，進一步優化課程體系和知識結構。應針對中職教育“夠用”的前提，減少理論課課時在整個教學中所占的比例，從而打破“以理論教學為主，實踐教學為輔”的傳統教學模式，強化實踐教學內容。

在《工業機器人技術基礎》課程的學習中，首先，將工業機器人相關理論知識按照先易后難的特點進行歸納整理，同時遵循中職學生身心特點，將科學性與思想性結合，因材施教，使學生能更輕易的理解并掌握知識。其次，在實踐課程方面，針對大多數學生對該課程頗有新鮮感的特點，在實踐教學中注意運用啟發式教學，以學生為中心，激發學生對本專業課程的興趣，調動他們的學習積極性。同時，充分利用現代信息化技術手段搭建模擬仿真環境，加強原理與技術的理解，最終在教學設備上實踐項目過程[4]。例如，常用的Robotstudio 軟件，在Robotstudio 軟件中，可以像用實際示教器對機器人進行操作和編程一樣，用虛擬示教器對機器人進行操作和編程；可以仿真實際工業機器人工作站進行方案的設計和驗證[5]。

采用分層遞進（圖2）的教學方法，先理論后實踐，實踐教學以掌握理論為基礎，使學生熟練掌握基礎知識，然后靈活運用理論知識于實踐中。

圖2 分層遞進教學梯度框架圖

（三）培養學生創新與實踐能力

創新能力是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。學校是培養人才的主陣地，所以在教育教學實踐中，要積極培養學生的創新精神，把創新精神培養滲透在每個教學環節，發掘學生的大腦潛能，讓每個學生都有極大的創新興趣和熱情，提高學生學習知識和應用技能的能力，從而培養學生的創新精神[6]。

首先，創造良好的環境，營造誘導學生學習的氛圍。良好的開端，成功的一半，教師必須充分地運用學生學習心理活動中的“感知協同”和“首因效應”創設一個良好的環境，營造誘導一種智力化的課堂氣氛。向學生介紹日新月異的工業機器人技術發展概況，生動形象地列舉工業機器人在現代生產企業中的應用，讓學生從思想意識上認識掌握工業機器人技術的重要性，然后從環境布置上營造誘導學生學習機器人技術的氛圍。

其次，激發學生動手創作的興趣，提高學生的動手實踐能力。學校應加大資金在設施設備方面投入，并且應積極與相關企業聯合，建立訓練、實習基地，使學生了解企業的先進工藝流程、生產運作方式和管理方式，達到開闊視野、啟迪思維和激發創新情感的目的，并通過實際操作，培養創新能力[7]。在實習操作的過程中，教師要誘導激發學生的求知欲和動手欲，幫助學生評價學習活動的結果。在學生進行編程及調試的過程中，若出現問題或達不到要求，教師應做出相應的輔導，與學生共同尋找失敗原因。同時，讓學生們自己在課下嘗試編制試驗作品程序，比如，矩形、三角形、五角形的編程程序，從而提高同學們的動手能力。

（四）加強技能培訓，提高動手能力

首先，教師在課程設置時，要適當增加技能訓練，增強學生的自主學習意識，逐步提升其實踐能力，幫助其鞏固專業知識[8]。提升操作技能的關鍵在于學生自己長期的練習實踐，在實踐過程中掌握技能，但這種練習實踐決不應當是一種簡單的機械重復，而應當是在科學訓練規律指導下的最優練習法，教師應對整個訓練過程進行有效的控制。積極運用與時俱進的信息化教學方法，實現教學內容、教學目標與信息化教學的完美融合，進一步調動學生的學習積極性，提高學生的學習效率，最終提高教學的效率和質量[9]。

其次，操作技能訓練要注意循序漸進，先易后難，先簡單后復雜。技能訓練進程是一個由易到難，由局部到整體的過程。新技能的形成依賴于舊有的經驗，如果二者差距過大，便很難建立穩定的聯系，不利于技能迅速地形成，所以對于復雜的操作，首先應將其分解為簡單動作環節，在逐步掌握后，再過渡到完整的技能。

（五）借助“理實一體化”教學提高學生程序設計能力

以《工業機器人技術基礎》“搬運機器人及其操作應用”為例，單一的程序語言理論教學，不僅生硬、難懂，也提不起中職生學習的興趣。應采取“理實一體化”的教學方式，“理論”能第一時間生動的反應在“實驗”現象上。通過這樣一種方式激發學生的學習興趣，并對實驗編程有一個感官上的認識，促進學生學習編程語言，并自主進行設計編程。但這一教學方法并不是單純的把課程分成：理論課和實驗課。而是要求教師一邊演示，一邊講解理論要點及啟發學生獨立思考并編寫一些程序，再有實驗驗證的過程。最后，通過實驗結果不斷修改和改進自己的程序，達到提高編程能力的目的。

三、《工業機器人技術基礎》理實一體化案例

以《工業機器人技術基礎》課程中的“搬運機器人及其操作應用”為例展示“理實一體化”在實際工業機器人教學中的運用。首先需要弄清《工業機器人技術基礎》這門課程的特點，本書共分為四大模塊，即工業機器人基礎知識，工業機器人示教編程，工業機器人的基礎應用，工業機器人的管理與維護。每個模塊又劃分為不同的任務，在任務的選擇上，以典型的工作任務為載體，堅持以能力為本位，重視實踐能力的培養；在內容的組織上，整合相應的知識和技能，實現理論和實踐的統一，這樣有利于實現“理實一體化”教學，并充分體現了認知規律。

基于上述課程特點，以該課程中的“搬運機器人及其操作應用”這一章節的教學為例，以“搬運機器人”的程序設計和操作任務為載體，以培養學生的實踐操作能力為本位，重視學生實踐能力的培養，實現理論和實踐的統一。

任課教師要充分了解“搬運機器人及其操作應用”這一章節所要達到知識目標，即了解搬運機器人的分類及特點，掌握搬運機器人的系統組成及功能，熟悉搬運機器人作業示教的基本流程，熟悉搬運機器人的周邊設備與布局。

如圖3“搬運機器人”理論知識框架圖所示，展示了搬運機器人的相關基礎理論知識，包括搬運機器人的分類及特點、搬運機器人的系統組成、搬運機器人的示教分類。搬運機器人的分類有五種，分別為龍門式、懸臂式、側壁式、擺臂式、關節式搬運機器人，其特點包括動作穩定、效率高、柔性高、適應性強等；其系統組成包括控制柜、示教器、真空發生裝置、氣體發生裝置、操作機和手爪；熟悉搬運機器人的示教包括兩種，冷加工搬運作業和熱加工搬運作業等一系列基礎知識。

圖3 “搬運機器人”理論知識框架圖

在理論課的學習過程中，教師可以根據課程安排帶領學生進入車間或者實訓場地去觀察學習，借助“搬運機器人”實體讓學生更加直觀的去感受搬運機器人的不同種類及其差別所在，認識搬運機器人的各個組成部分及其示教過程。通過使學生與搬運機器人實體近距離接觸這一過程，進一步強化學生對理論知識的理解深度，在不斷的知識積累的條件下，才能更好的去實施任務。

在進行“搬運機器人的任務實施”教學之前，教師應讓學生對該章節進行提前預習，在預習過程中了解任務實施的基本流程及難以理解的問題。在正式上課之后，教師借助“搬運機器人”實體的任務操作過程，邊講解理論知識，邊帶領學生進行仿真模擬操作。首先展示給學生實施本任務教學所使用的實訓設備及所需工具材料，同時給學生講解各種設備及工具材料的用途，讓學生對本次任務實施先有一個大概了解，這是進行搬運工作站編程與操作的前提。然后按照圖4 所示的搬運機器人任務實施流程依次進行，首先帶領學生設計控制柜I/O 線路原理圖，在設計過程中為學生講解各個符號所代表的含義及其在工作站中的作用。其次安裝水平搬運單元和夾具，提醒學生在安裝過程中應注意的問題，例如緊固螺絲的類型、夾具的選擇。接著進行氣路檢查，檢查機器人背面底座的氣動三聯件，即空氣過濾器、減壓閥、油霧器，同時在這一過程中給學生展示氣動三聯件的外形并講解其作用，使學生知道進行氣路檢查的目的是保證機器人能進行氣動驅動。然后設計與編寫機器人程序，掌握設計與編寫流程，即設計機器人程序流程圖、機器人運動工件坐標與示教點、機器人系統I/O 與PLC 地址分配、機器人程序的編寫及機器人程序調試。最后進行PLC 程序設計，帶領學生設計PLC 的地址分配表，分清PLC 輸入、輸出信號，各個地址符號所代表的功能。除以上教學步驟之外，還要進行觸摸屏的程序編寫，如圖5 所示機器人程序流程圖。

圖4 “搬運機器人”任務實施流

圖5 機器人程序流程圖

在進行這一系列操作的過程中，必須要以學生為主體，讓學生親自動手參與及操作，而不是讓學生簡單的作為“旁觀者”。充分利用“四位一體”理實一體化教學，引導學生將理論知識運用到實踐操作中去，在不斷動手實踐的過程中讓學生熟練掌握各種技能，不斷積累從而轉化成學生自己的東西，使學生可以獨立自主的設計機器人不同的運行程序，例如由搬運機器人的程序設計知識擴展到點焊、弧焊機器人的程序設計等。

四、結語

研究結果表明，“四位一體”理實一體化教學模式對于中等職業學校專業課程的教學與發展具有非常積極的作用，能夠改善傳統學習模式的枯燥無味的窘況。這一模式改變了傳統的“填鴨式”的純理論學習的方式，而是以操作任務為載體，通過借助與課程相關的實體教學，不僅有利于知識和技能的整合，而且可以促進理論與實踐的統一，使學生在理論、實踐、設計、技能四方面的能力得到提升，理論知識得以鞏固，實踐能力得以強化。通過這一模式讓師生雙方邊教、邊學、邊做，從而豐富課堂教學和實踐教學環節，以提高教學質量。