理實一體化課程弧焊機器人操作與編程精品教材開發與實踐

李榮雪 張娜 姚佳

摘 要：本文介紹了弧焊機器人操作與編程精品教材的開發與建設過程。教材開發與課程開發密不可分，教材與課程的開發都應基于企業的崗位需求與人才培養目標。精品教材的打造更是修訂與使用多次循環的結果。

關鍵詞：弧焊機器人操作與編程 精品教材 課程開發 立體化資源

課 題：北京市職業院校教師素質提高工程·優秀青年骨干教師培養計劃項目資助。

教材是實施教學過程的基本資源，是教師與學生有效溝通的橋梁，教材建設是課程建設的核心之一，是提高教學質量的重要保證。高等職業教育教材應突出職業特色和技能型人才培養優勢，服務于培養符合區域經濟、行業經濟和社會發展需要的高技能型人才。

一、教材開發的必要性

大型焊接結構及新型結構材料的應用對焊接技術提出了很高的要求，反過來也促進了焊接技術與焊接工藝的發展，促進了焊接生產的機械化和自動化。弧焊機器人、點焊機器人、自動焊接生產線在我國制造業中的應用越來越廣泛。雖然國內關于機器人方面的專著、教材已經有很多，但普遍是偏向理論與研究的，不能滿足實際操作與應用的需要，更沒有適合高職層次的以弧焊機器人操作與編程為主的教材。目前企業的弧焊機器人操作與編程人員的培養，只能依靠機器人生產廠家的培訓或產品使用手冊，缺乏相關的系統學習與理論指導，因此開發以操作為主、兼顧基本理論的高職弧焊機器人操作方面的教材十分必要。

二、教材開發方法與過程

該教材的開發以培養學生綜合素質為基礎，以職業能力為本位;以企業需求為基本依據，以就業為導向;適應企業技術發展，體現教學內容的先進性和前瞻性。

1.進行企業調研，明確設置課程的必要性

在進行課程開發之前，筆者針對北京制造業中的焊接技術應用情況進行了企業調研，如航天一院211廠、航天二院699廠、航天二院283廠、北京中麗制機工程有限公司、北京地鐵車輛廠、北京重型電機廠等。通過企業專家、工人訪談會，提取典型工作任務，分析崗位職業能力，按照人才培養目標、就業崗位要求，在課程體系中設置了旨在培養技能應用、職業素質及社會、方法能力的核心課程，如焊接結構生產、焊接方法與設備、弧焊機器人操作與編程等。

該課程的設置主要圍繞自動焊接中弧焊機器人的基本操作與編程。通過該課程學習，使學生掌握工業機器人的應用，如搬運、碼垛及弧焊機器人的自動焊接技術、焊接工藝知識和配套設備的使用能力;同時通過焊接工藝與自動化技術的系統學習，具備理論基礎的應用能力，奠定可持續發展的基礎。

2.根據課程目標確定教學內容與教學項目

依據焊接技術及自動化專業對焊接機器人操作與編程高端技能型人才的培養目標要求，課程內容主要包含工業機器人的基本概念、分類及應用，弧焊機器人的基本操作與編程等。為實現理實一體化教學，教學項目的設計基于工作過程。本課程共包含六個項目，每個項目包含1～2個工作任務，項目內容編排包括學習目標、知識準備、任務實施、教學評價、學后感言及思考與練習等幾項。這樣實現了以源于企業的真實工作任務為載體，以學生為主體，通過“教學訓做評”一體化教學，培養學生機器人操作與編程的能力的目標，滿足了現代制造企業機器人相關工作崗位對高端技能型人才的專業技術能力、職業素養和創新能力的培養要求。

3.立體化教學資源的開發與建設

為激發學生的學習興趣，增強學習效果，與該教材配套開發了多種立體化教學資源。如設備圖片、實時錄像及二三維動畫、仿真軟件及網絡教學環境等。仿真訓練使用離線編程軟件，進行計算機仿真操作，如機器人選型、機器人操作、機器人編程及典型焊接接頭的焊接等，使學生在虛擬環境下完成機器人操作的基本訓練，以便在實際環境實訓時提高設備的安全性。網絡教學平臺為學生提供自主學習之便，將課程資料如課程標準、技術資料、電子教案、多媒體課件、習題、自我檢測及課程問卷等全部上網，學生可以通過網絡實現自主學習。

三、教材特色

教材的編寫貫徹先進的教學理念，以技能訓練為主線、相關知識為支撐，重點培養學生的操作能力。教材特色與創新體現在以下三個方面。

1.構建基于工作過程的教材體系結構，以學生為中心，實現理實一體化教學

該教材打破了傳統教材的章節體系結構，采用了更加適合于職業技能型人才培養的、基于工作過程的內容體系結構。將學習任務及要求在“工作任務書”中進行描述;將完成任務必需的理論知識和操作方法，在每一項任務的“知識準備”中進行陳述;將教學組織和實施方法在“任務實施”中進行建議;將每一項目的教學效果在“教學評價”和“學后感言”中進行總結和反思;將新技術、新知識在“知識拓展”中進行介紹。這樣的教材體系結構便于以學生為中心，進行理實一體化教學，學生邊學邊練，通過學習可以掌握機器人弧焊崗位所要求的操作技能。

2.符合專業人才培養目標和課程標準，培養學生的職業素質，滿足企業對高端技術技能型人才的需求

該教材經歷了“講義→校本教材→教材出版”的積累和完善過程。教材基于編者多年的企業經歷、對機器人焊接崗位人才要求的調研，以企業實際案例為基礎，依據專業對弧焊機器人應用方面高端技術技能型人才的培養目標，廣泛征求了企業專家和同類學校教師的意見，以企業應用廣泛、銷量世界排名第一的ABB機器人為例，介紹其基本操作與編程方法，以達到讓學生觸類旁通的目的，學生在實際操作中學會工業機器人的基本理論。從認識工業機器人、手動操縱機器人、工業機器人編程、典型接頭焊接與編程、工業機器人的離線編程等方面，由淺到深、由簡單到復雜、由局部到全部，使學生按照認知規律，理解工業機器人的結構和工作原理，掌握機器人操縱與編程的方法。項目內容涵蓋了工業機器人及弧焊應用的主要內容，每個任務在相關的理論知識陳述之后，安排學生動手操縱機器人，并使學生在掌握理論、提高技能的同時逐步建立規范的工作意識。

3.填補了國內高職層次弧焊機器人操作類教材的空白，提升了焊接技術及自動化專業畢業生的應用層次

該教材的出版填補了國內高職層次弧焊機器人操作教材的空白，學生通過學習可以掌握先進的機器人焊接技術，從而提升畢業生的應用層次。

此外，該教材與企業技術人員共同開發，教材的內容與使用更符合企業的崗位要求。

四、教材使用效果

作為專業核心課程教材，該教材在筆者學校2006級焊接技術及自動化專業作為學生講義使用;根據使用情況，經過修訂編寫出校本教材，在2007級和2008級學生中使用;經過再修訂，于2011年4月由出版社出版，作為筆者學校2009級以后學生的教學用書;2013年，該教材經過遴選被評為北京市高等教育精品教材。

使用該教材進行教學，使學生在“做中學，學中做”， 將教、學、訓、做、評融于項目之中，實現理論與實踐一體化、課堂與實訓地點的一體化、任務內容和工作內容一體化。學生經過學習，能夠熟練掌握弧焊機器人的操作與編程方法，走出校門就能滿足企業對弧焊機器人操作與編程人員的崗位需求。

通過使用該教材進行教學，筆者學校焊接技術及自動化專業為北京制造業輸送了掌握先進機器人焊接技術的高端技能型人才，畢業生已在首都航天機械廠、北京中麗制機工程有限公司、北京地鐵車輛有限公司等企業從事機器人焊接工作。

（作者單位：北京電子科技職業學院）