理實一體化在工業機器人課程開發與應用的實踐探究

湯波紅

【摘 要】本文分析工業機器人課程教學中實施理實一體化教學模式的必要性，論述工業機器人理實一體化課程開發措施，以及工業機器人理實一體化教學模式應用，以促進學生的理論水平和實踐能力得到同步提高，從而培養出高素質的應用技能型人才，滿足企業發展對人才的需求。

【關鍵詞】工業機器人? 理實一體化? 課程開發? 專業技能

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）09B-0048-02

近年來，我國出現了勞動成本上升、勞動力結構短缺等問題，嚴重制約了現代制造產業的發展，在這種背景下，工業機器人應運而生。目前，我國在“工業 4.0”“中國制造 2025”等戰略的指導下，工業機器人被廣泛應用于各類企業的生成制造中，有效地減少了人為因素對產品質量的影響，同時也減弱了人力成本的提升。隨著工業機器人的快速發展，相關產業也面臨技術改造和轉型升級的問題，對工業機器人的開發、安裝、運行、操作、維護等專業人才的需求量也隨之增加。因此，培養工業機器人專業應用型人才和技術型人才具有廣闊的市場前景。但由于工業機器人專業具有極強的實踐性，為此，工業機器人專業要實施“理實一體化”教學模式，使學生在學習過程中將理論與實踐充分融合，提高學生的職業技能和職業素養，確保專業的育人效率和質量。

一、實施理實一體化教學模式的必要性

理實一體化教學是將理論教學與實踐教學相融合的一種教學模式，使學生在實踐過程中加深對專業知識的理解和掌握，同時，隨著學生對理論知識理解的更加透徹和研究的更加深入，促進學生專業技能提升。理實一體化教學將“教”“學”“做”有機地結合起來，在提高教師綜合素養與教學水平的同時，促進學生專業知識體系的優化、實際操作技能和研發水平的提升。

工業機器人專業是一門融合計算機技術、人工智能技術、傳感技術、機械工程技術、自動控制技術等多學科領域的新興專業，其核心課程主要有《現場總線技術及其應用》《機器人機械系統》《機器人控制技術》《工業機器人應用與編程》《工業機器人安裝調試與維護》等。該專業面向現代裝備制造業行業生產和管理的一線崗位，著重培養能從事工業機器人應用系統開發、操作、調試、安裝、運行、維護、售后服務和管理的專業技能型人才。由于工業機器人的設備及應用系統升級換代速度比較快，采用傳統理論教學的方式，無法滿足工業機器人技術快速發展對專業人才的需求。

二、工業機器人理實一體化課程開發

（一）開發具有特色的校本教材和課程體系

工業機器人專業是一個新興的專業，因此，要開展理實一體化教學模式，就必須全面優化現有課程教學體系。同時，專業教師要深入企業調研，與企業技術人員及相關專家共同研究工業機器人技術專業的核心崗位能力。然后按照學生學習規律及職業成長規律將課程體系分為三大模塊：一是職業素養模塊（基本素質模塊、專業素質模塊）;二是專業能力模塊（基本技能模塊、核心技能模塊、特定技能模塊）;三是發展能力模塊（專業拓展模塊、素質拓展模塊）。實踐教學環節包括電子技術實訓、工業機器人操作與編程實訓、工業機器人安裝調試與維護實訓、工業機器人工作站安裝與調試實訓等，旨在使學生通過實訓與實習，掌握理論知識和熟練技能，促進學生專業能力提升。在確定了課程體系之后，圍繞課程體系中的三大模塊和實踐教學編寫新的校本教材，通過整合將工業機器人技能的操作分解到理論知識的學習中，讓學生一邊學習一邊訓練。

（二）組建專業的教師團隊

在工業機器人專業課程中實施的理實一體化教學模式，對專業教師的理論水平、技能操作水平和職業素養都有較高的要求。為此，學校一方面，可以通過招聘的方式引進優秀師資力量，另一方面可以通過加強專業教師的培訓，提高專業教師的專業水平。此外，還可以聘請一些與學校合作的企業的專家負責學生實踐教學的指導和對專業教師的技能培訓，以提升專業教師技能水平，便于更好地指導學生進行工業機器人學習。

（三）校企共建實訓基地

理實一體化教學模式的實施，重點在于開展實踐教學。為此，建設實訓基地是前提。在實訓基地內，根據工業機器人課程體系，為學生配置不同的設備、材料和場地。目前，學校主要打造四個實訓基地：機器人技術應用與研發中心、機器人技術培訓鑒定中心、工業機器人教學實訓中心和青少年科普體驗中心。為學生提供工業機器人虛擬與仿真、工業機器人焊接、工業機器人維護與應用等多個實訓室。學校可與企業合作共同建設校外的實訓基地，進而形成較為完備的實訓體系，從而一次性滿足學生工業機器人專業學習的需求。

三、工業機器人理實一體化教學模式應用

下面以《工業機器人的搬運與碼垛》一課的教學為例，探討一體化教學模式的具體應用。

（一）教學任務設計

搬運與碼垛是工業機器人在企業生產與制造過程中的一個重要應用，在該環節中，運用工業機器人能更大程度地降低工人的勞動強度和提高生產效率。在該課的教學中采用理實一體化的教學模式，將學生作為學習的主體，采用“示教與再現”的方式進行教學。教師在講授完基本知識后，引導學生在實訓環節中解決在教學中出現的問題及工業機器人在搬運與碼垛時出現的問題。

（二）教學任務示例

工業機器人在工作過程中需要先對其發出相應的指令，告訴其所需要完成的任務。如圖 1 所示，在教學時，教師首先為學生示范操作，通過示教盒登錄系統，設定工業機器人運行速度，然后讓工業機器人從原點開始搬運工件。當運行到中間點 3 時，調整工件的角度，最后在中間點 4 進行放件。放件結束后，再次上升，到達中間點 6 時，切換雙吸盤，然后繼續上升。到達中間點 9 的位置時將工件盤擺正，到達 10 點以后放下工件盤，最后回到機械原點等待下一次搬運工件信號的到來。

教師示范結束后，學生按照教師的教學示例獨立完成工業機器人搬運工件的操作，并記錄下在操作過程中所遇到的編程、操作等問題。最后，教師對學生的實踐操作結果進行總結分析。指出學生在操作過程中存在的問題，然后有針對性地引導學生通過互動討論分析問題出現的原因，及時糾正學生的錯誤，幫助學生更好地鞏固理論知識，提高操作技能。

在教學任務實施的過程中會出現諸多問題，比如學生無法獨自完成程序編寫、無法正確操作工業機器人、教師所教授的內容超出了學生的能力范圍等，從而導致理實一體化教學效率降低。為了避免出現這些問題，教師應在課前充分了解學生的能力水平，將實踐操作的內容細化到每一個理論知識點的學習中，化難為易、化繁為簡，以利于學生自主完成學習任務。

理實一體化在工業機器人課程中的開發與應用，為學生搭建了一個以培養技能型、應用型人才為目的的課程體系，使學生全面學習和掌握工業機器人的知識與應用，提高分析和解決問題能力、動手能力和科研能力。

【參考文獻】

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