《工業機器人操作與編程》課程一體化教學實踐

朱強　 吳立華　康國坡

摘? ?要：針對工業機器人專業辦學時間短，教學資源缺乏，“教、學、做”一體化實施困難等問題，本文以高職工業機器人技術專業核心課程《工業機器人操作與編程》為例，進行了有效探索與實踐，校企合作設計了教學項目，采用虛實一體化教學模式，最大化利用了實訓設備，取得良好的教學效果。

關鍵詞：工業機器人? 一體化教學? 項目引領? 校企合作

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0224-02

Abstract： The specialty of industrial robot appears in polytechnic only in recent years. Teaching resources is insufficient and it is difficult in implementing the integration of "teaching， learning and doing". The article takes the core course "Industrial Robot Operation and Programming" of industrial robotic as an example， exploring and practicing. Teaching projects are designed， the virtual and real integrated teaching mode are put to use. The results show training equipment can be maximized utilized and good teaching results are achieved.

Key Words： Industrial robot; Integrated teaching; Project leading; School-enterprise cooperation

工業機器人技術專業是隨著中國實施制造強國戰略應運而生的新興高職專業，目前全國有超過300所高職院校都已開設該專業，部分開設時間較早的院校已經有了少量畢業生。工業機器人專業主要是培養在生產一線從事工業機器人及其相關機電設備的安裝、編程、調試、運行維護和設備管理的高端技術技能型人才[1]。因為專業開設時間不長，知識結構比較新，相關教學設備也欠缺，課程的教學資源不足，學生培養質量也不能得到很好保障，有的學生畢業時對于工業機器人內部基本結構不了解，機器人基本編程操作也難以完成，極大影響了社會對專業學生知識技能的認可度，把企業生產項目融入教學中，開發設計核心專業課程資源，采用“教、學、做”一體化模式，是解決問題的有效手段[2-3]。

1? 一體化教學存在的問題

高職學生自身的特點決定了難以采用普通大學的教學模式，“教學做”一體化是當前被學生認可的行之有效的教學模式。以我校工業機器人專業的核心專業課程《工業機器人操作與編程》來說，當前實施一體化教學存在下列問題[4-5]。

（1）缺少實施一體化教學的教材。

工業機器人技術專業相對較新，當前市場上的機器人操作和編程教材多是由個個廠家的設備說明書擴充和改編而來，內容沒有按照項目式教學的要求組織，體現不出以學生為中心、以生產項目為中心和以實際經驗為中心的轉變。這種教材既不利于教師的項目式教學，又不利于學生課后的復習學習。

（2）缺少實施一體化教學的師資。

本科院校機器人工程專業幾乎和高職院校工業機器人技術專業同步開設，已經畢業學生數量不多，高職院校缺少科班出身的工業機器人專業教師。當前高職院校教授工業機器人專業的教師多是由機械工程、電子信息和自動化等專業的師資轉過來的，自身缺少工業機器人項目工程經驗，難以實施項目引領的一體化教學。在企業里，工程師項目經驗豐富，但企業對機器人工程師需求量非常大，待遇也高，高職院校當前的收入水平吸引不了合適的企業工程技術人員來學校教學。這就造成了當前適合工業機器人專業教學教師的不足。

（3）缺少實施一體化教學的實訓條件。

高職院校經過多年擴招，在校生人數連年都創新高，實訓設備投入有限，相對比較緊張。工業機器人操作與編程的實訓教學設備昂貴，動輒幾十萬元一套，實訓損耗和后期維護費用高，設備占用的場地也大，再加上專業辦學時間不長，大部分高職院校在場地和設備方面都存在嚴重不足，遠遠不能滿足一體化教學的要求。實訓場地和實訓設備缺乏，一些學校只能壓縮實訓課的課時，學生實踐技能的培養就會大打折扣。

2? 一體化教學實施

針對“教、學、做”一體化教學模式在工業機器人技術專業實施的困難，我院工業機器人教學團隊通過走訪調研機器人企業和行業協會，與學生座談等方式，在專業核心課程《工業機器人操作與編程》做了一體化教學的實踐，取得不錯的效果。

2.1 校企合作模式改革

學校注重校企深度合作，巨輪智能裝備股份有限公司投入2000萬元與學校合作共建機器人學院，企業全方位參與工業機器人技術專業建設的全過程，校企深度融合，實行“混合所有制”辦學。機器人學院與廣東省機器人協會、中山市包裝印刷協會等行業協會建立良好合作關系，在專業人才培養方案、課程體系建設等方面得到多方位的指導。學校建立了一套鼓勵專任教師下企業實踐的管理辦法，對于沒有企業工作經歷的教師，平均每年至少有2個月的企業實踐經歷才能完成年度考核，實踐經歷可以根據規定折算成一定教學工作量，對于青年教師有一定的吸引力，形成專任教師下企業的長效機制。

2.2 項目式教學內容設計

機器人學院依托行業協會和地方機器人龍頭企業，以職業能力為基準共同確立工業機器人技術專業人才培養目標，編寫了人才培養方案、課程體系和課程標準。來源于企業實際生產任務的項目是實施一體化教學的關鍵。以《工業機器人操作與編程》為例，校企專家合作共同設計了機器人示教器認知、復雜焊接軌跡跟蹤、視覺分揀工件、機器人碼垛、啞鈴拋光打磨、機床上下料和AVG物料運送七個教學項目，每個項目包含2～4個工作任務，教學內容設計如圖1所示。

采用項目式教學能提高學生的學習興趣，學生在開始學習這門課程時就充分了解了這門課程主要教授的內容，課程學習完成后能掌握哪些知識點，對應于企業的生產任務和生產崗位是哪些，七個教學項目完成后，大部分學生都能熟練掌握機器人的編程，能根據工作任務編制對應的程序，課程教學取得良好效果。

校企合作在項目設計初期就編寫了項目式校本教材，考慮到高職院校師資薄弱的問題，合作企業利用暑期教師頂崗實習期間派出資深工程師帶領頂崗教師完成所有教學項目，并在課程開設首個學期作為實訓助理教師和授課教師一起完成整個學期的教學任務，使得學校教師在1-2個學期內就快速成長為能獨立完成項目式教學的雙師素質教師。

2.3 一體化教學實訓條件建設

實訓設備和實訓場地建設是制約一體化教學實施的重要障礙，機器人設備價格昂貴，占用空間大，短期內難以有效解決。我院教學團隊通過走訪企業調研，決定采用以虛擬教學設備為主，企業真實生產設備為輔的虛實一體化實訓設備。虛擬設備主要由機器人虛擬軟件、臺式機電腦外加示教器構成，這套機器人仿真實訓設備可以完成《工業機器人操作與編程》課程中除了AVG物料運送之外的所有項目。虛擬仿真設備占地少，耗材損耗小，能完成大部分教學項目，教學團隊根據已有的實訓經費額度又采購了3套企業生產用的機器人綜合實訓工作站作為虛擬仿真設備有效補充。

教學任務執行過程中，學生2～3人分為一個小組，先以小組為單位在虛擬仿真設備上完成教學項目，經過教師檢查登記后才能操作真實的機器人綜合實訓工作站，這既保證了實訓時間，又大大降低了學生初次操作機器人發生碰撞、極限位卡死等誤操作概率。AVG物料運送項目是課程最后的考核項目，學生以小組為單位在真實的機器人系統中完成考核。經過一個學期的教學嘗試，這種以項目設計為引領的虛實一體教學模式適合《工業機器人操作與編程》課程的教學，學生在整個學期學習中都能保持濃厚的學習興趣，真實設備與虛擬仿真設備交互操作也能激發各個小組之間的競爭意識，達到了預期教學效果。

3? 結語

理論教學是實踐教學的基礎，實踐教學是理論教學的延伸，只有理論與實踐有機結合，通過教學做一體化的模式體現出來才是培養高層次技術技能型應用人才的有效途徑。《工業機器人操作與編程》課程通過機器人虛實一體教學設備，實踐項目引領的“教、學、做”一體化教學體現以學生為中心的教學思路，取得良好教學效果，教學團隊后續計劃繼續建設課程網絡教學資源，探索采用反轉課堂教學模式進一步激發學生學習興趣，提高學習的效率。

參考文獻

[1] 唐萬鵬，張元，唐明軍.高等職業院校工業機器人專業人才培養創新研究[J].中國職業技術教育，2019（4）：77-82.

[2] 林雪冬，孫建.基于虛擬仿真技術的電氣控制與PLC教學改革實踐研究[J].科技創新導報，2019（17）：236-238.

[3] 李婷婷，趙越，王曉冬，等.核輻射探測課程理論與實驗一體化教學模式探索[J].教育教學論壇，2019（33）：145-146.

[4] 邱葭菲.“活力”課堂：基于“學做一體”的高職理實一體化教學實踐[J].中國職業技術教育，2019（2）：15-18.

[5] 魏宏波，王瑋，高紅衛，等.數控技術理實一體化教學改革與實踐[J].中國教育技術裝備，2018（9）：124-126.