打开文本图片集

【内容概要】工业机器人作为“中国制造2025”十大支柱产业之一，其在应用领域的人才需求量颇为庞大。目前，工业机器人领域的课程教学模式尚未能充分满足技术应用与维护专业教育以及行业人才培养的需求。此外，专业教师在专业技能和教学理念方面已难以适应企业技术升级及岗位能力提升的实际要求。构建与新时代职业教育全面工程教育理念相契合的专业教学新模式，培养新型工程技术人才，并在校企合作及教学过程中提升教师的职业能力和专业素养，为其提供一条有效的路径。

【关键词】工业机器人教学、翻转课堂、CDIO、课程革新

随着产业革新与技术革新，当前工业机器人技术应用及其维护领域的专业毕业生在进入企业后，往往无法满足企业岗位需求。经过深入分析，主要原因在于现行工业机器人课程教学模式难以满足工业机器人技术应用与维护领域的专业教育培养以及行业企业的用人需求。

针对工业机器人技术应用领域的“学与教”新模式探索，本研究以“翻转课堂+CDIO”为核心，进行了工业机器人教学模式的课程改革。此项研究围绕学习资源和教学策略两个关键方面展开，旨在提升工业机器人技术的教育效果。针对企业生产实际情况，通过将教学内容项目化并借鉴CDIO理念来组织教学流程，旨在解决工业机器人技术知识体系性不足以及教学内容与企业实际应用脱节的问题。

一、背景与问题提出

依据自身多年的企业工作经历，再结合大量的查阅相关文献、咨询和研究，目前机器人技术应用及保养专业教学以及行业企业人才培育面临一些挑战：

1、专业的知识系统性与针对性需求

工业机器人技术应用与维护专业课程覆盖了自动控制技术、机械传动技术、PLC技术、控制电机技术等多个领域的知识，涉及的内容丰富且具有前后联系。在我国，众多职业教育机构在某一专业的课程体系建设方面仍处于初步探索阶段。这导致了教学内容缺乏针对性和系统性，使得学生在学习过程中难以把握关键点，进而无法对所学知识进行有效掌握和应用。

2、专业的学习内容与企业机器人应用场景紧密结合的需求

工业机器人作为一种典型的工业应用设备，其技术价值仅在实际操作场景中得以体现。采用传统的课堂与实操教学模式进行抽象简化后的机器人技术知识传授，可能导致教学内容与企业实际脱节，从而使得学生普遍认为机器人示教编程等是机器人技术应用的全部，而忽视了企业实践和工程实际应用。

3、专业的全面工程教育理念需求

当前，工业机器人领域迫切需要具备职业素养的全面型人才，这些人才在工业机器人工作站开发、安装调试维护、操作编程以及技术支持与售后服务等方面发挥着重要作用。然而，传统教育模式并未充分强调全面工程教育理念，在教学实践中，对于学生自主学习能力、责任心、成本意识以及管理沟通等相关技能的培养并不重视。因此，培养出的学生在主动学习能力方面存在不足，缺乏解决实际工程问题的能力，以及参与工程领导、决策、协调和控制的能力。

4、专业教师的专业能力和教学理念提升需求

现有的工程教育多是“门对门”，缺少实践背景，就好像让一个从未“做过事”的人去教将来“要做事”的人，这样的专业教师已经无法满足企业技术升级和岗位培养的需求，急需教师提高工程能力，在整合学习经验、主动运用以及基于经验的学习策略，以及学生评估等方面的能力上实现了构建与优化。

二、探索目标及内容

鉴于上述问题，本人对“翻转课堂+CDIO”教学模式的思考、研究与实践进行了深入探讨。

（一）概念界定

1、“翻转教学”模式

重新安排课堂内外的时间，将学习的主导权从教师转移至学生。教育工作者创建视频内容，学生在课外时间观看视频中教师的阐述，之后回到课堂上进行面对面的交流，这是一种新型的教学模式。翻转课堂的核心特征在于教学视频内容简洁高效、教育信息表达清晰明确、学习流程重塑得当、复习与评估过程便捷迅速。

教学模式与翻转教学的各项对比表：

2、“CDIO”工程学习方式

高等教育中的“CDIO”教育模式，其根基在于“实践中学习”的理念。本质上，CDIO将理论、实践和创新整合为一体，旨在应对工程教育中理论与实践脱节的挑战。

“CDIO”涵盖了三个核心要素，分别为一项愿景、一份纲要以及十二条准则。

1个愿景：为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的“构思-设计-实现-运行（CDIO）”过程的背景环境基础上的工程教育。

1个大纲：对学生4个层面的能力要求，构思-设计-实现-运行（CDIO）。

12条标准：对是否实践CDIO教学理念的判定标准。

经过研究，CDIO的12项规定，其核心要点的考核内容包括：

（1）专业培养理念（标准1*）；

（2）课程计划的制定（标准2*、3*、4*）；

（3）设计-实现经验和实践场所（标准5*、6）；

（4）教与学的新方法（标准7*、8）；

（5）教师的提高（标准9*、10）；

（6）考核与评估（标准11、12）。

经过研究发现，12个标准可用于中等职业教育专业培训，能够概括、归纳为下列几大方面：

（1）背景环境：以CDIO为工程教育的背景；

（2）学习效果：利益相关方共同认定CDIO教学大纲；

（3）一体化课程计划：相互支撑的学科体系、知识和能力培养一体化；

（4）工程导论：引入工程项目，为培养学生工程能力打下基础；

（5）设计-实现的经验：理解工程项目的结构与顺序、适应工程实践、理论知识和职业兴趣联系起来；

（6）工程实践场所：一体化CDIO学习的基本资源；

（7）一体化学习经验：技术基础知识和工程能力的学习经验；

（8）主动学习：合作和小组讨论、演示、辩论、概念提问、学习反馈。

（9）提高教师的工程实践能力：提高教师工程能力。

（10）优化教师的教学技能：依据CDIO原则，教育与学习方式均需进行调整。

（11）教育评估：知识和能力的评估项目实现了多元化的培养目标。

（12）专业评价：针对计划执行过程进行审视，明确实施成效及达成预定目标的效能，推动持续优化。

3、“翻转课堂+CDIO”的教学方式

首先，我们需要形成共识并明确一个观点：评估教学效果的优劣，不能仅依据教师是否授课、授课内容的充分性以及授课质量，而应基于学生是否掌握知识、掌握了哪些知识、掌握的程度以及掌握质量来进行评价。这直接关联到三个核心问题：职业培训必须培育什么样的人？他们应该了解哪些知识、能力与态度？它的水平应该达到什么样的层次？一句话概括就是职业培训所期望的学习成果和培养方向是什么？

我国教育领域的翻转课堂模式已经实施多年，但学生的学习状况并未出现显著变化。特别是在中等职业教育机构中，学生仍然处于浅层次的学习阶段。在教学过程中，这些学生主要呈现出机械性讲解、重复性训练以及简单记忆等特点。因此，这里引入了另一个关键概念，即深度学习。

深度学习主要注重的是“实践、解析、评估、创新”等活动和能力，这与CDIO（标准2*、3*、4*、5*、7*、8*、11*、12*）理念完全相符。为了适应深度学习的需求，采取多种策略来掌握所学内容，并将知识与技能运用于实际场景中，我们将CDIO工程教育理念融入整个翻转课堂学习过程。这种教学模式是我们探讨和研究的重点。

（二）探索目标

1.探索出工业机器人工程技术应用“学与教”的新模式。针对“翻转课堂+CDIO”工业机器人教学模式的课程革新，本研究将聚焦于学习资源与教学策略两大领域进行深入探讨。

2.联系企业实际生产，将教学内容项目化。依据CDIO理念，优化教学流程，以解决工业机器人技术知识体系的系统性问题，并确保教学内容与企业实际应用紧密相关。

3.如何进行翻转课堂方式教学活动。将学生的自主学习能力、团队合作意识、创新思维、课堂氛围以及知识内化等要素整合在一起，突出培育学生的职业素质和自我驱动学习能力。

（三）探索内容

为了更好地彰显全面工程教育理念，我们从以下几个方面展开研究。

1.岗位需求研究：企业机器人岗位需求调研、职业素养调研、教师参与并收集企业工业机器人实际应用典型案例。

2.人才培养方案的研究：根据调研结果，结合企业实际工作项目，在CDIO 能力培养大纲的指导下，校企合作共同编写岗位能力分析报告、设计人才培养方案、开发工作站形式的机器人教学设备，把职业素养愿景整合到培养目标中。

3.核心课程标准研究：根据岗位职业能力标准，以重点职业能力为依据确定课程目标，依据职业能力整合所需相关知识和技能来设计课程内容，以典型工作任务为载体构建“能力递进”课程。采用CDIO教学理念和基于工作过程行动导向的教学模式，对教学任务名称和内容进行明确，并将教学目标与要求细化。

4.教学资源建设研究：工业机器人应用企业实际涂胶、码垛、搬运、打磨等典型案例的工作站建设；开发相配套的教学视频等网络数字化教学资源，以便为翻转课堂的课前任务设计创设与学习主题密切相关的真实情境。

5.考核标准研究：出于考核机制对学习有直接导向作用的考虑，依据国家工业机器人操作调整工、装调维护工职业技能标准，依照遵循CDIO标准11，从学生学习态度、知识掌握、能力发展等角度构建学习评价模型与指标体系。

对“翻转课堂+CDIO”教学模式的理论研究：针对具备CDIO工程项目过程中的“做中学”特性，以及翻转课堂关注学生个性化学习和操作性强的特点，开展工业机器人教学模式的探索。同时，结合具体教学项目，制定相应的教学设计并进行理论研究。

三、实现工业机器人技术应用与维护专业课程深度学习有效手段

根据CDIO教育理念，我们明确了教学任务的名称和内容，并对教学目标与要求进行了具体化。根据个人实践经验，从事工业机器人领域的职员必须事先全面掌握相关知识，涵盖典型应用场景如码垛、搬运、焊接、喷涂和打磨等编程技术与工艺流程，同时需熟悉安装维护记录以及遵循6S管理原则。本课程旨在针对企业新员工的认知流程，结合就业岗位对人才的知识与技能需求导向，采用小组或个体化工作模式。通过运用工业机器人认知实训设备，学生将参与理论与实践相结合的教学方法、项目式技能培训以及综合案例分析等活动，从而全面接触、深入剖析并掌握相关知识点和技术要领。

依据CDIO工程理念、基于实践过程导向的教学策略，构建的教育流程包括：从企业订单出发→分析完成任务的要求→整体工作流程剖析→工作进度规划参考→教学情境→教学地图→工作流程剖析→实施阶段→评估与鉴定等。此类设计充分展现了完整的工程项目“构思-设计-实施-运营”全过程，每一教学场景均涵盖了从学习地图、工作流程分析至最终评估、检查以及工程项目验收的全面步骤。在此过程中，严格遵循并执行了12项标准。

以某企业“工件装配工作站”系统为例，我们可以进行分析。随着企业订单项目的推进，制定设计了工艺电气控制系统结构图和撰写工作站功能任务书、绘制工作站功能思维导图或设计控制功能框架图、填写“工件装配工作站”控制系统元器件详细清单、绘制“工件装配工作站”电气原理图、编制电气系统安装工艺文档、PLC程序开发、编写机器人运行程序及填写系统调试等各类文件等。试验和运行表、安装调试质量检验表等8个教学情境进行了实践应用。

1、课前自学阶段

学生在课前阶段，通过观看并研究教师事先制作的基于工作过程行动导向（标准1*）的教学微视频，可以通过对照学习单来查找相关资料，或者与他人进行交流等多种方式，以完成预备学习环节。

2、课上探究阶段

在工程实践课程的活动阶段，融入CDIO（标准8*）理念，教师针对学生在课前自主学习过程中遇到的挑战，实施分组教学。分组原则为“组内异质性、组间同质性”。

（1）创设情境：确定问题，带着任务进入课程学习。

（2）剖重点：学生认真听取教师讲解，并记录与理解教学的重点、难点内容，不断内化知识，促进自己高阶思维的形成。

（3）探任务：学生作为独立的个体独立探究和同学之间的合作交流。

（4）成果展示：学生在经过了自主学习和小组合作交流之后所形成的问题解决方案，可以通过汇报、演讲等形式向大家展示、分享和传授。

（5）归纳总结：教师进行归纳总结和概括凝练，以激活学生超越单纯的个人经验总结和群体经验累积。

3、课后拓展阶段

经过研究，我们得出结论：首先，需要对传统的作业理念、内容以及形式进行改革。过去的作业主要是针对课堂学习内容的机械记忆和巩固。在翻转课堂教学模式中，教师在后期阶段所进行的设计活动，是促进深度学习的关键策略。在整个教育体系中，CDIO工程理念应当被融入到各个学习阶段，从而扩大项目训练、工程图纸、工程表格等新型作业形式。换句话说，这些作业形式可以视为本工程项目内容的课后延伸。

【结语】

翻转课堂教学模式的理论基础主要涉及学习掌握、建构主义、认知负荷理论以及自我决定理论。CDIO教学模式本质上遵循个体发展模型，采取从环境到系统的途径，这与翻转课堂在形式和本质上都具有一致性。翻转课堂与CDIO教学理念之间存在密切的内在联系，这种关联使得两者能够深度融合。通过将翻转课堂与CDIO教育模式的优势相结合，可以实现两者的优势互补。

最终，我们旨在借助深度学习的视角，将CDIO工程教育理念融入翻转课堂中，以科学方法对翻转课堂进行精心设计，从而达到课堂教学“深度”转换的目标。无疑，对于教育工作者而言，这一要求颇为严苛。在现有的教师队伍中，绝大多数人并未接受过工程实践的训练，因此他们迫切需要提升自身的工程技能。根据CDIO标准，教师的CDIO能力（即成为学生心目中的工程师典范）以及标准10的教学能力（即在教学方法和评价方式上表现出色）对教师的综合素质和知识体系提出了更高的期望。

综合考虑，“翻转课堂+CDIO”教学模式的实施需全面关注以下方面：培养目标设定、课程标准与规划、教学与学习过程、实践场地（设备）配置及教学资源整合、教师能力提升、学生能力评估以及质量改进评估。