基于“理虛實”一體化的工業機器人離線編程課程改革實踐研究

摘要：本文對工業機器人離線編程課程教學過程中存在的學生職業能力培養不足、學生學習內驅力不強、學生學習效果評價不全面等問題，實施課堂革命實踐研究。具體表現為校企深度合作，“二合一”重構教學內容，提高學生職業技能；創新“三階六步”“理虛實”一體化教學模式，引入教學機械臂，學生學習興趣提高；“理”“虛”“實”三階段全過程多維度評價，解決了傳統評價數據斷層問題，結合過程性評價、結果性評價和增值性評價多維度評價方式，得到學生學習效果畫像。

關鍵詞：工業機器人；職業能力；課堂革命；“理虛實”一體化

Abstract：Inthispaper，theproblemsexistinginthecourseofofflineprogrammingofindustrialrobotssuchasinsufficienttrainingofstudents'vocationalability，weaklearningdriveandincompleteevaluationofstudents'learningeffectarestudied.Theconcreteperformanceisdeepcooperationbetweenschoolandenterprise，"twoinone"reconstructionofteachingcontent，improvestudents'vocationalskills;Innovative"threestepsandsixsteps"and"theoryandreality"integratedteachingmode，introducingteachingrobotarm，students'learninginterestisimproved;Themultidimensionalevaluationofthewholeprocessinthreestagesof"reason"，"virtual"and"real"solvestheproblemoftraditionalevaluationdatasegmentation，andobtainstheportraitofstudents'learningeffectbycombiningthemultidimensionalevaluationmethodsofprocessevaluation，resultevaluationandvalueaddedevaluation.

Keywords：industrialrobots；professionalcompetence；classroomrevolution；integrationof“theory，fictionandreality”

隨著工業4.0和智能制造的快速發展，工業機器人在制造業中的應用愈發普及。離線編程作為提高機器人生產效率和靈活性的關鍵技術，逐漸成為相關專業課程的重要組成部分。在機器人相關課程研究方面，文獻［1］運用混合式教學模式創新機器人課程教學活動設計和教學評價，從而提升機器人課程的教學質量以及學生的學習效率。文獻［2］通過課程思政教學改革，更好地對學生開展思想政治教育、愛國主義教育和社會主義核心價值觀教育，為學生樹立正確的人生觀和價值觀。文獻［3］提出了“崗位+課程+競賽+證書”融通的課程改革模式，重構課程教學內容，將“1+X”證書制度教育嵌入專業人才培養體系，對接職業標準，以工作過程為導向，推動“課堂革命”，提升了學生綜合職業能力。文獻［4］針對該課程建設存在的教師知識更新迭代較慢、教學內容與企業需求脫節、教學方法陳舊等問題，將教師能力提升作為課程改革的邏輯起點，以課程內容重構為改革重點，以教學方法改革為任務抓手，將教師、教材、教法通盤考慮，協同推進課程改革。傳統的教學方式往往難以滿足學生對實際操作技能的需求，為此，本研究旨在探索新型工業機器人離線編程課程的課堂革命實踐，基于“理虛實”一體化的教學理念，理論與實踐、虛擬與現實有機結合，強調理論知識在實際操作中的指導作用，同時也強調實踐經驗對理論學習的重要促進。該理念借助現代信息技術，將校企開發的虛擬仿真模型、創新開發的教具與現實操作相結合，以適應當前快速發展的工業技術要求，提升教學效果和學生的綜合素養。

1傳統教學模式的局限性

傳統機器人離線編程教學以軟件教學為主，教學過程中主要存在以下幾個方面的局限性。一是，學習知識點無法得到實際驗證，教學內容與企業需求脫節，教學形式單一。二是，傳統工業機器人離線編程任務教學，學生習慣模擬性完成學習任務，導致學生學習自主性不強、學習氛圍不濃厚、合作意識不強等現象。三是，隨著高職擴招生源的多元化，學生學習特點呈現出多樣化，傳統學生的評價方式以虛擬軟件操作考核為主，這種考核方式存在片面性，側重于學生對于軟件操作熟練程度，不能完全反映學生實際學習進展情況，也不能全面地評價學生的學習效果，無法精準反映學生學習過程中的整體表現。

2工業機器人課程的課堂革命思路

本案例以學生為中心，圍繞學生職業能力培養不足、學生學習內驅力不強、學生學習效果評價不全面等三方面的問題提出以下三個解決思路，從而實現學生素質、知識、能力的提高，適應行業企業發展新要求，如圖1。

2.1引入企業實際案例，創新教學模式，適應企業需求

依托校企協同育人機制，引入企業無土栽培智能生產線應用真實案例，遵循校企深度融合、資源共享、課程共建等原則，進行教學內容重構和教學模式創新兩項改革，解決學生職業能力不強的教學問題。

2.2多元教學資源，有效融入企業項目，提升學生學習驅動力

有效融入企業項目，通過在課前、課中、課后運用“理”“虛”“實”三種不同教學資源，助力解決學生內驅力不強的問題。

2.3依托數據平臺，多維評價方式，全面反饋學生學習效果

本案例采用過程性評價、結果性評價和增值性評價相結合的評價方式，全過程記錄學生學習數據，保證學習數據完整性，全面反饋學生學習效果，構建準確用戶畫像，解決學習效果評價不全面的教學問題。

3工業機器人課程的課堂革命問題解決做法

3.1“二合一”重構教學內容，構建“三階六步”“理虛實”一體化教學模式，提高學生職業技能

（1）依托企業案例，“二合一”重構教學內容，解決教學內容與企業實際需求脫節問題。引入企業蔬菜無土栽培智能生產線“種子種植-蔬菜移栽-蔬菜分揀-包裝碼垛”典型情景。本案例選取蔬菜分揀情景，結合新技術、新工藝、新規范，通過“二合一”（虛擬與實際合一、教學項目與生產項目合一）融合，將視覺檢測分揀技術等教學內容重構任務為蔬菜分揀機器人視覺信號配置，提升學生專業技能水平滿足企業需求。

（2）任務引領，構建“三階六步”“理虛實”一體化教學模式，解決教學形式單一問題。在案例教學中，遵循學生認知規律，通過“以實為例”引入課程內容視覺信號配置，“以理為基”確定視覺信號，“以虛助實”確定配置視覺信號方法，“虛實結合”完成虛擬仿真與實際設備功能驗證、教學機械臂和上位機軟件模擬信號配置，滿足學生在課前、課中、課后三階段學習需求。教學過程對接崗位工作流程，將教學流程分為課前、課中、課后三階段，構建“三階六步”“理虛實”一體化教學模式，提高學生職業技能。

課前自主學習：教師在學習通平臺發布微課視頻學習任務、微信公眾號推文，學生根據任務單進行課前自主學習，為課中提升做好準備。

課中任務驅動：教師播放智慧農業實際應用視頻，引入企業工作案例，融入愛國意識教育。教師引導學生明確“機器人視覺信號設置”任務重點。引導學生制定蔬菜分揀方案工作流程，打開視覺相機→病蟲害蔬菜檢測→蔬菜分揀→關閉視覺相機，掌握信號設置理論知識。通過虛實結合，學生自主完成教學內容，并展示成果。學生完成小組自評、互評，教師依據各組的匯報及實操情況做出總結性評價。

課后拓展能力：課后開放工業機器人創新工作室，學生進行相關職業技能比賽和X證書考核技能強化訓練；教師引導學生對教學機械臂進行二次開發，培養學生創新實踐能力。

3.2以學生為中心，多元資源助力，提高學生學習積極性

多元教學資源，提高認知驅動力，解決學生學習興趣不濃厚的問題。通過自建學習通線上平臺課程、課程資源庫等理論學習資源，增加學生認知能力；通過企業蔬菜無土栽培智能生產線孿生出的蔬菜分揀虛擬模型場景、教學機械臂上位機軟件等虛擬實訓資源，增加學生學習興趣；通過與行業龍頭企業共建的校內外實訓室（基地）和創新引入開發的教學機械臂等機器人實操資源，提高學生學習驅動力。

課前，教師發布機器人在農業領域應用的視頻，融入科技興農和安全意識。課中，根據教學環節特點采用不同資源教學，例如練技能環節信號設置過程，通過視覺軟件進行視覺技能教學，運用教學機械臂視覺相機查看功能演示，以技能大賽獲省賽一等獎案例，為同學們樹立榜樣，提高學生學習積極性，激發學生技能強國意識。

3.3“理”“虛”“實”三階段學習數據精準記錄，多維評價，生成學生學習畫像

與廣州數控設備有限公司共同制定符合企業要求的知識技能、過程方法、態度情感等評價標準，依托學習通和用戶學習畫像系統平臺，精準記錄學生理論學習（“理”）、虛擬仿真操作（“虛”）、機器人實操（“實”）數據，以“理”“虛”為過程性評價，“實”為結果性評價，輔以增值性評價，覆蓋學生課前、課中、課后及成長反饋實現評價閉環，生成學生學習畫像，實現全過程學習評價，如圖2。

4實施效果與評價

在實施課堂革命后，學生學習狀態、學習能力顯著提高，具體表現為以下四方面：

4.1對接崗位，實現學習能力向崗位能力遷移，獲企業好評

通過機器人在農業領域應用的教學內容的設置，學生實現了學習能力向崗位能力遷移。通過教學內容的學習，學生輕松通過職業技能等級證書考核，自2020年課程改革以來，連續兩年用人單位對畢業生滿意度達到100%，涌現了一大批優秀畢業生。通過企業對學生在實習期間的增值性評價，表明學生具有工匠精神、職業素養高、對新技術上手速度快，部分學生很快成長為企業技術骨干或技術能手，學生廣受企業好評。

4.2多元教學資源，有效調動了學生學習積極性

根據實際蔬菜無土種植智能生產線工藝及技術要求，在虛擬仿真實訓室完成實際案例的虛擬場景搭建、編程調試與運行；借助教學機械臂直觀感受工作過程；在工業機器人實訓室進行基礎訓練和功能驗證，依托工業機器人創新工作室拓展第二課堂，提高學生創新實踐能力，調動了學生學習積極性。

學生學習氛圍濃厚，自主學習能力明顯提升，參加競賽的獲獎等級和數量齊升。學生在2022RoBoCom機器人開發者大賽智慧零售賽項中，獲得省賽一等獎（第一名）和國賽一等獎（第一名）；在2024年首屆職業規劃大賽中獲省級金獎；近兩年學生參加省級及以上職業技能大賽累計獲獎20余項。這充分展示了學生的專業風采和嫻熟的職業技能，同時也彰顯了育人水平和人才培養成效，進一步激勵廣大青年學子走技能成才、技能報國之路。

4.3校企協同，全面評價精準記錄，達成三維目標

關注過程的增值性評價強化了學生學習的主動性。增值性評價關注學生個體化差異，突出以學生為中心，采集每位學生多元行為數據進行素質、知識、能力三維目標考核與評價，有效度量學生成長，強化每位學生學習主動性，實現自我增值。

結語

本文以學生為中心，在教學內容、教學模式、教學評價等方面進行了創新，提出了引入企業實際案例，創新教學模式；多元教學資源，有效引入企業項目；依托數據平臺，多維評價方式等策略。這一系列策略的實施，使學生學習能力向崗位能力遷移，并獲企業好評；有效調動了學生學習積極性，學生學習內驅力提高，樹立技能強國信念，積極參加比賽，獲“金牌”突破；全面評價精準記錄，達成三維目標的實效。本文研究成果具有適用性和推廣性，并在教師能力提升（國培）培訓班進行了同行推廣。

參考文獻：

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［4］熊小艷，楊柳.“三教”改革背景下“工業機器人應用系統集成”課程教學改革與實踐［J］.湖北開放大學學報，2023，43（02）：4751.

基金：廣東省教育科學規劃課題（高等教育專項）“數智化背景下新質裝備在高職裝備制造專業創新型人才培養的應用研究”（2024GXJK1093）；廣東省高等職業教育質量與教學改革工程項目“基于數字孿生技術的工業機器人‘五位一體’教學改革研究”（GDJG2021130），“數字孿生技術在PLC課程教學中的實踐”（2023JG280）；廣東省普通高校青年創新人才項目“康復機器人軌跡跟蹤學習控制算法研究”（2024KQNCX299）；廣東科貿職業學院科研項目（職業教育專項）“崗課賽證融合視域下工業機器人技術專業人才培養模式實踐研究”（GDKM202321）

作者簡介：李光（1990—），男，漢族，湖北漢川人，碩士研究生，講師，研究方向：工業機器人技術、智能控制。