數(shù)字化背景下機器人專業(yè)教學(xué)探索與實踐

摘 要：數(shù)字化技術(shù)提高了工業(yè)機器人系統(tǒng)的智能化程度，更新了專業(yè)教學(xué)手段和方法，為產(chǎn)學(xué)研合作提供了新途徑。本文探討了數(shù)字化時代高職工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革建設(shè)舉措，包括構(gòu)建人才培養(yǎng)方案動態(tài)優(yōu)化機制，設(shè)置“三鏈”邏輯的課程體系，提升數(shù)字化教育理念，實施全方位的數(shù)字化教學(xué)改革，打造數(shù)字化教材，構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，以及深化產(chǎn)教融合新模式等。通過數(shù)字化改革與實踐，為社會培養(yǎng)更多具備高度競爭力的新時代人才。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；高職教育；工業(yè)機器人技術(shù)；教學(xué)探索

中圖分類號：G710" 文獻標(biāo)識碼：A

隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)已逐漸滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個角落，特別是在工業(yè)機器人技術(shù)方面，其應(yīng)用日益廣泛。工業(yè)4.0時代的來臨，為工業(yè)機器人技術(shù)的不斷進步提供了更為廣闊的平臺，數(shù)字化與工業(yè)機器人的深度融合，不僅為工業(yè)制造領(lǐng)域帶來了前所未有的革命性變革，更推動了整個工業(yè)體系的創(chuàng)新發(fā)展步伐［1］。遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)緊密對接智能裝備制造產(chǎn)業(yè)，不斷探索數(shù)字化教育教學(xué)的創(chuàng)新應(yīng)用，通過一系列創(chuàng)新舉措，實現(xiàn)了專業(yè)教育的全面升級，持續(xù)為社會培養(yǎng)出眾多技藝精湛、素質(zhì)過硬的工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強勁動力。

1 數(shù)字化技術(shù)對工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的影響

1.1 工業(yè)機器人的智能化程度顯著提高

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用使工業(yè)機器人智能化水平更高、控制更加精準(zhǔn)。通過引入傳感器、視覺識別、云計算等技術(shù)，工業(yè)機器人可以使定位更精確、操作更靈活、協(xié)同工作更高效，顯著提升生產(chǎn)效率，從而助力各行各業(yè)向更高效、更智能的生產(chǎn)階段邁進，有力地推動了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與發(fā)展。

1.2 專業(yè)教學(xué)手段和方法有所更新

傳統(tǒng)的工業(yè)機器人教學(xué)往往依賴于實體機器人和固定的實驗設(shè)備，而數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展豐富了工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的教學(xué)手段和方法。教師可以通過虛擬仿真、在線學(xué)習(xí)等多元化方式進行授課，不僅提高了教學(xué)效果，降低了教學(xué)成本，還培養(yǎng)了更多具備實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才［2］。

1.3 為專業(yè)產(chǎn)學(xué)研合作提供更好的途徑

數(shù)字化技術(shù)助推校企雙方的產(chǎn)學(xué)研合作。通過構(gòu)建高效的數(shù)字化平臺，企業(yè)、高校和研究機構(gòu)可以更加便捷地共享資源、交流信息，共同推動工業(yè)機器人技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，滿足社會對高素質(zhì)技術(shù)人才的迫切需求，并開拓了新的合作與發(fā)展機遇。

2 工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)數(shù)字化升級建設(shè)舉措

2.1 構(gòu)建人才培養(yǎng)方案動態(tài)優(yōu)化機制

專業(yè)建立了企業(yè)崗位需求調(diào)研與分析機制，通過定期的市場調(diào)研、企業(yè)訪談、畢業(yè)生跟蹤調(diào)查等方式，深入了解工業(yè)機器人人才需求、發(fā)展趨勢以及畢業(yè)生的就業(yè)情況。基于這些數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)分析出當(dāng)前專業(yè)人才培養(yǎng)的短板和未來發(fā)展方向，為優(yōu)化方案提供有力的數(shù)據(jù)支撐。專業(yè)還建立了“產(chǎn)教融合”人才培養(yǎng)方案修訂機制，積極邀請行業(yè)企業(yè)領(lǐng)軍人才加入工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會，共同研討并科學(xué)制訂人才培養(yǎng)方案。此外，專業(yè)實施“課程動態(tài)管理”機制，緊密跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和技術(shù)革新步伐，靈活調(diào)整課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，有機融合線上線下教學(xué)模式，確保人才培養(yǎng)方案科學(xué)前瞻，有效助力人才培養(yǎng)質(zhì)量的全面提升。

2.2 設(shè)置“三鏈”邏輯的課程體系

專業(yè)緊密對接遼沈地區(qū)裝備制造及機器人產(chǎn)業(yè)，深度契合企業(yè)數(shù)字化發(fā)展需求，將“新工科”理念貫穿于人才培養(yǎng)方案建設(shè)中。我們依據(jù)“三鏈”邏輯——即產(chǎn)業(yè)鏈、人才鏈和創(chuàng)新鏈——對專業(yè)課程體系進行全面重構(gòu)，并強化實踐環(huán)節(jié)，確保人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度契合且具備實戰(zhàn)能力。

2.2.1 對接“產(chǎn)業(yè)鏈”，優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)

機器人產(chǎn)業(yè)鏈包括四大環(huán)節(jié)：核心零部件生產(chǎn)、機器人本體制造、系統(tǒng)集成以及行業(yè)應(yīng)用。針對機器人產(chǎn)業(yè)鏈中前兩個環(huán)節(jié)，專業(yè)開設(shè)減速器和伺服系統(tǒng)了解與認(rèn)知、機械拆卸與裝配、電氣安裝與調(diào)試、本體維護與保養(yǎng)、離線編程與仿真、在線示教與調(diào)試等內(nèi)容；針對產(chǎn)業(yè)鏈中后兩個環(huán)節(jié)，專業(yè)面向汽車、電子電氣等行業(yè)開展了基于視覺和RFID的裝配與分揀、搬運、碼垛、焊接等編程應(yīng)用訓(xùn)練內(nèi)容。通過重新構(gòu)建與產(chǎn)業(yè)鏈高度契合的課程體系，確保課程內(nèi)容與實際工作需求緊密相連。

2.2.2 對接“人才鏈”，豐富課程體系內(nèi)容

工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)緊密對接“人才鏈”，不斷豐富課程體系內(nèi)容，滿足不同層次、不同需求的人才培養(yǎng)要求。結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢和企業(yè)用人標(biāo)準(zhǔn)，建立完善專業(yè)課程體系中公共基礎(chǔ)模塊、專業(yè)基礎(chǔ)模塊、專業(yè)方向模塊、崗位特色模塊、“1+X”證書課程模塊等各類課程的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和實訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)、考核標(biāo)準(zhǔn)、頂崗實習(xí)標(biāo)準(zhǔn)。同時，引入前沿技術(shù)和先進理念，將工業(yè)機器人應(yīng)用編程證書融入教學(xué)中，實現(xiàn)書證融通。此外，在課程中融入單雙臂協(xié)作機器人以及復(fù)合型機器人控制等先進技術(shù)，可以實現(xiàn)基于力控系統(tǒng)的PCB板內(nèi)存條安裝與調(diào)試、雙臂協(xié)作機器人系統(tǒng)自動沖泡咖啡、基于開放式移動輸送平臺的物料裝配與入庫等，提升學(xué)生的技術(shù)技能水平。

2.2.3 對接“創(chuàng)新鏈”，拓展課程體系形式

以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力為核心目標(biāo)，專業(yè)注重引入創(chuàng)新教育理念和方法，開展項目式、案例式、探究式等多元化教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造潛能。同時，加強與行業(yè)企業(yè)、科研機構(gòu)的合作，共同開發(fā)創(chuàng)新實踐課程，為學(xué)生提供豐富的實踐機會和平臺。此外，鼓勵學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動，如機器人技能大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，通過實踐鍛煉提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

2.3 提升師資隊伍的數(shù)字化教育理念

2.3.1 加強教師對數(shù)字化教育的理論認(rèn)知

本專業(yè)積極邀請數(shù)字化教育領(lǐng)域的知名專家學(xué)者，與教師們分享數(shù)字化教育的最新理念和實踐經(jīng)驗。分別組織教師參加了德國柏林職業(yè)教育集團舉辦的高職教師國際化職業(yè)教育管理與發(fā)展研修班、全國職業(yè)院?；诨旌鲜浇虒W(xué)的課程設(shè)計與實施操作高級研修班等高水平的教師培訓(xùn)班、教學(xué)能力大賽變化與教學(xué)活動實操高級研修班等。通過參與各類學(xué)習(xí)活動和交流研討，教師們能夠不斷更新知識，提升專業(yè)素養(yǎng)，從而更好地適應(yīng)數(shù)字化教育的需求［3］。

2.3.2 教師數(shù)字化教學(xué)能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

數(shù)字化教學(xué)對教師提出了更高的信息素養(yǎng)和技術(shù)要求［4］。專業(yè)教師需要熟練掌握并有效運用在線教學(xué)平臺，構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的班級環(huán)境，進行課程開發(fā)、教學(xué)設(shè)計和教學(xué)評價工作。同時，學(xué)校制定了《遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院線上教學(xué)管理辦法》，鼓勵教師充分利用優(yōu)質(zhì)線上教學(xué)資源和信息化教學(xué)手段及平臺，以學(xué)生為中心，積極創(chuàng)新教學(xué)方式方法，并大力探索實施線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，不斷提升教學(xué)質(zhì)量。

2.4 實施全方位的數(shù)字化教學(xué)改革

2.4.1 數(shù)字化教學(xué)策略

專業(yè)按照“互聯(lián)網(wǎng)+”和“+互聯(lián)網(wǎng)”的思路，全面推進智慧教學(xué)手段的運用，通過建設(shè)具有網(wǎng)絡(luò)化、信息化、深交互功能的一體化軟硬件平臺，充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)、智能計算、大數(shù)據(jù)分析等先進技術(shù)，形成了符合專業(yè)特色和發(fā)展需要的智慧教學(xué)環(huán)境和數(shù)字化教學(xué)手段。在智慧實訓(xùn)室建設(shè)方面，以智能終端為運行基礎(chǔ)平臺，以在線教學(xué)平臺為支撐平臺，覆蓋課前、課中、課后三個階段，貫穿于備課、講課、預(yù)習(xí)、練習(xí)、作業(yè)布置與批改、考試等各個環(huán)節(jié)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了途徑和方法，同時也為教師教學(xué)提供工具和數(shù)據(jù)來源，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)個性、自主，教師教學(xué)精準(zhǔn)、高效，并通過技術(shù)和方法協(xié)同創(chuàng)新，實現(xiàn)了智慧教學(xué)的常態(tài)化應(yīng)用。

2.4.2 數(shù)字化教學(xué)組織

專業(yè)實施項目式教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)模式的改革，利用數(shù)字化平臺設(shè)計課程框架，發(fā)布詳細(xì)的課件、視頻教程及實操案例。通過在線論壇組織討論，鼓勵學(xué)生提問與分享經(jīng)驗，教師實時解答疑惑。同時，利用平臺工具跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進度，收集作業(yè)與實操反饋，及時調(diào)整教學(xué)策略。在教學(xué)過程中，堅持“以學(xué)生為中心”，實施“課前線上定任務(wù)+課中小組練任務(wù)+課后拓展探任務(wù)”的混合式理實一體化教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。

2.4.3 數(shù)字化教學(xué)設(shè)計

本專業(yè)設(shè)置了與機器人產(chǎn)業(yè)鏈緊密對接的課程體系，實施任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，圍繞崗位能力培養(yǎng)，開發(fā)了9門工作過程系統(tǒng)化課程標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)了5門核心課程資源，建成3門省級精品在線課程。以實現(xiàn)“時時、處處、人人”自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)，教師在平臺搭建課程內(nèi)容，按照“知識點+技能點”架構(gòu)開發(fā)課程數(shù)字化視頻資源、文本資源、動畫資源、虛擬仿真資源等，通過開展課堂簽到、教學(xué)互動、在線輔導(dǎo)、計時測試、在線作業(yè)等師生之間教學(xué)活動的協(xié)作與交流，有效激活課堂氛圍，確保課堂互動持續(xù)進行。同時，專業(yè)以“跑出機器人＋速度”為課程思政主線，制作了課程思政資源庫，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神、創(chuàng)新能力。

2.4.4 數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)改革的核心之一，教師根據(jù)工業(yè)機器人相關(guān)企業(yè)的崗位需求，整合課程內(nèi)容的多媒體素材，通過搭建在線課程、進行虛擬實訓(xùn)等方式，構(gòu)建更加生動、立體的知識體系。同時，注重數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容的更新與迭代，以適應(yīng)時代發(fā)展和學(xué)生需求的變化。在課程設(shè)置上注重與行業(yè)需求對接，引入了一系列與數(shù)字化技術(shù)相關(guān)的課程，如“機器視覺”“智能產(chǎn)線”等，使學(xué)生能夠掌握前沿技術(shù)，適應(yīng)市場需求。針對專業(yè)核心課程，建成了動畫、視頻、虛擬仿真等數(shù)字化教學(xué)資源，并上傳至課程平臺。

2.4.5 數(shù)字化教學(xué)評價

數(shù)字化教學(xué)評價是教學(xué)改革的重要保障。該專業(yè)采用專業(yè)知識與思政素養(yǎng)相結(jié)合、課程內(nèi)容與“1+X”技能相結(jié)合、過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合的評價形式，一是階段性地對課程項目完成情況進行考核，借助“雨課堂”等課程平臺的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的全面跟蹤和數(shù)據(jù)分析，從而對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行更客觀的考核。二是在專業(yè)課程考核及“1+X”書證融通考核時，可以通過智慧錄播系統(tǒng)攝像跟蹤定位功能實現(xiàn)線上與線下同時監(jiān)考，過程可查詢，成績可追溯，全程可監(jiān)控。

2.5 打造數(shù)字化教材

專業(yè)教師通過參加專業(yè)培訓(xùn)，掌握課程設(shè)計的主要環(huán)節(jié)及數(shù)字化資源的開發(fā)流程，組建課程建設(shè)團隊，牢牢樹立“教材為課程服務(wù)、課程為實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)”的思想，建設(shè)與模塊化、共享型課程體系相適應(yīng)的專業(yè)核心課程教材，推廣應(yīng)用立體化教材、沉浸式教材、活頁教材、工作手冊教材。專業(yè)著力打造與精品在線開放課程相適應(yīng)、以職業(yè)崗位核心能力教學(xué)點為單位編寫的微教材，同步開發(fā)配套視頻、課件、動畫等微教材可視化資源，引入二維碼進行可視化資源媒體鏈接，實現(xiàn)教材資源從線下到線上、從有形到無形、從平面到立體的全方位覆蓋。近幾年校企聯(lián)合開發(fā)并出版教材6部，其中，《工業(yè)機器人操作與編程》為“互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新型活頁式”教材，并被評選為第二批遼寧省“十四五”規(guī)劃教材，此外，建設(shè)了《工業(yè)機器人系統(tǒng)集成》等立體化、可視化微教材。

2.6 構(gòu)建數(shù)字化“理實一體”教學(xué)環(huán)境

數(shù)字化教學(xué)環(huán)境是實施數(shù)字化教學(xué)改革的重要支撐［5］。在課程實施過程中，首先，工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)借助RobotStuio虛擬仿真軟件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中模擬操作機器人，加深理論理解。其次，為了提高信息化教學(xué)水平，專業(yè)建立了工業(yè)機器人智慧實訓(xùn)室，配備智慧錄播系統(tǒng)，智慧黑板、真實工業(yè)機器人設(shè)備，并在實訓(xùn)室的前、中、后方分別配置了顯示大屏。在課堂教學(xué)過程中，教師演示工業(yè)機器人示教編程方法，智慧錄播系統(tǒng)可以全程記錄并在各顯示大屏顯示教師的操作過程，每名學(xué)生均可以通過顯示大屏清晰地看到教師的示范操作。通過這種“學(xué)徒式”方式進行訓(xùn)練，學(xué)生能夠達到專業(yè)基本技能及X證書的技能要求，攻克課程重點難點。此外，學(xué)生還可以通過智慧黑板及顯示大屏的多屏互動功能，實時進行資源共享，展示機器人程序運行效果。目前，該專業(yè)建有機器人智慧實訓(xùn)室5個，校內(nèi)實踐教學(xué)工位600余個，滿足學(xué)生實踐能力培養(yǎng)需要。

2.7 深化數(shù)字時代的產(chǎn)教融合新模式

在工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)中，深化數(shù)字時代的產(chǎn)教融合新模式具有重大意義。一方面，加強學(xué)校與企業(yè)的緊密合作，與企業(yè)共同組建協(xié)同創(chuàng)新工作團隊，校企聯(lián)合進行技術(shù)攻關(guān)協(xié)作和創(chuàng)新項目開發(fā)，為沈陽市及周邊地區(qū)工業(yè)機器人應(yīng)用提供強大的技術(shù)支持，共同推進工業(yè)機器人技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，實現(xiàn)資源共享與優(yōu)勢互補。另一方面，開發(fā)了產(chǎn)教融合型實訓(xùn)、就業(yè)基地管理平臺，該平臺是一個全面整合學(xué)校與企業(yè)資源，實現(xiàn)深度產(chǎn)教融合的創(chuàng)新性平臺。它匯聚學(xué)校的教育資源、企業(yè)的實踐資源以及行業(yè)協(xié)會的行業(yè)資訊，使學(xué)校和企業(yè)建立緊密的合作關(guān)系，實現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢互補。學(xué)生可以在平臺上瀏覽各大企業(yè)的實習(xí)崗位招聘信息，幫助他們找到更適合自己的實習(xí)、就業(yè)工作崗位。

結(jié)語

工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)通過數(shù)字化教學(xué)改革實現(xiàn)了教育的全面升級。數(shù)字化技術(shù)不僅提升了工業(yè)機器人的智能化水平，也豐富了教學(xué)手段，降低了教學(xué)成本，培養(yǎng)了具備實踐能力和創(chuàng)新精神的技術(shù)人才。學(xué)院構(gòu)建了人才培養(yǎng)方案動態(tài)優(yōu)化機制，確保人才培養(yǎng)與市場需求緊密對接。同時，加強師資隊伍的數(shù)字化教育理念，實施全方位的數(shù)字化教學(xué)改革，打造數(shù)字化教材，構(gòu)建數(shù)字化“理實一體”教學(xué)環(huán)境。此外，學(xué)院深化產(chǎn)教融合新模式，與企業(yè)緊密合作，共同推進工業(yè)機器人技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。綜上所述，遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)在數(shù)字化教學(xué)改革的推動下，實現(xiàn)了教育的創(chuàng)新發(fā)展。未來，工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)將迎來更加廣闊的發(fā)展空間和挑戰(zhàn)。我們期待通過不斷的研究和實踐，推動工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的優(yōu)化與發(fā)展，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展貢獻智慧和力量。

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基金項目：2023年度遼寧省職業(yè)教育與繼續(xù)教育教學(xué)改革研究項目“《工業(yè)機器人操作與編程》一流核心課程建設(shè)研究”（課題編號：LZGJ2023044）

作者簡介：任亞軍（1983— ），女，漢族，遼寧凌源人，碩士研究生，副教授，從事高職教學(xué)管理、工業(yè)機器人技術(shù)教學(xué)研究。