應用型本科機器人工程專業課程體系改革與探索

曹陽 孫松麗

摘 ?要：結合崗位需求，對應用型本科機器人工程專業課程的設置和實踐安排提出具體的改革措施，對機器人工程專業課程體系及實踐教學方法和考核方式進行改革探索，改革成果在教學應用中取得了較好的效果，學生實踐創新能力提升明顯，激發了學生學習的主動性。

關鍵詞：崗位需求;應用型人才;課程體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）12-0041-03

Abstract： Combining with the job requirements， this paper puts forward specific reform measures for the setting and practice arrangement of the applied undergraduate course of robotics engineering， explores the reform of the course system and practical teaching methods and assessment methods of robotics engineering specialty， and achieves good results in the teaching application of the reform results. The students' innovation ability is improved obviously， which stimulates the students' initiative in learning.

Keywords： job requirements; applied talents; course system

引言

與研究型本科院校不同，應用型本科院校是專業培養現場工程師的教育機構，因此，培養過程應強調學生實踐操作能力和社會需求的發展方向，以便培養出專業型、技術型、創新型人才。但從目前的現狀來看，大多數應用型本科院校的教學重點仍放在理論知識上，實踐教學學時和內容得不到保障，這與應用型本科人才培養目標不一致。所以，應用型本科院校當前應著重完善教學計劃，調整人才培養的方案，以期為社會培養出專業性強、知識面精、技術精湛的人才。

機器人工程專業現場工程師培養應該立足產業服務地方。當前機器人產業在全國蓬勃發展，國家將工業機器人列為實現智能制造，推進工業強國進程的核心關鍵領域，但目前工業機器人應用型技能人才供給相對滯后，人才培養迫在眉睫。機器人工程專業應該抓住這個行業發展契機，圍繞培養學生專業技能和創新能力開展，結合現代教育改革，逐步探索出新的教學計劃，為學生創造出優越的能力培養方案，從而符合智能制造產業發展需求。

文章以工業機器人崗位需求為導向，以培養應用型人才為教育主線，闡述機器人工程專業人才培養課程體系的構建思路。

一、課程體系構建

工業機器人應用人才培養依賴于社會需求、職業需求和市場需求，企業需求是人才培養的正確導向。因此，建設課程體系過程中，要與企業需求相同步，合理搭配公共基礎課、專業基礎課、專業課以及實訓課的比例。從而全方位提升學生的知識體系和能力水平。

在工業機器人的應用領域，主要涉及的崗位職責有：工業機器人的安裝、調試、維修、系統集成等方面。工業機器人設計的專業知識廣泛，主要以電氣控制技術和機械設計為主。包括的專業課程有：電氣控制與PLC應用、電氣工程制圖、機械CAD/CAM技術、液壓氣動技術、模具三維數字化設計等。另外，隨著近年來國家大力發展智能制造業，一些新的技術領域不斷涌現，例如機器視覺技術、3D打印技術等。工業機器人應用技術涉及面廣，技術發展快。除了專業技能，擁有良好的職業素養也是企業考慮的重要因素，勇于拼搏的精神，良好的溝通能力，刻苦鉆研的工作態度，成為支撐技能人才持續成長和發展的重要內在因素。

通過對工業機器人應用企業的調研，形成以工業機器人裝調工程師、工業機器人電氣集成工程師、工業機器人機械集成工程師等典型工作崗位為導向的專業課程體系（見圖 1）。

（一）公共基礎課程模塊

主要培養學生從事機器人行業的基本素質和基礎專業知識，為學生的職業發展和終身學習打下牢固的基礎。同時，開設創新創業指導課程，幫助學生制定合理的職業生涯規劃。

課程包括高等數學、大學英語、大學物理、中國特色社會主義理論體系概論、職業規劃等。需要注意的是，公共基礎課的開設除了滿足本科層次要求之外，還要具有應用型特色，例如要能服務于應用型人才的培養。

（二）基本技能課程模塊

基本技能模塊是整個課程體系重要的組成部分，是學生學習專業方向課的支撐。機器人工程專業作為一個綜合性強的專業，涉及到C語言程序設計，電路，PLC控制技術，液壓與氣動技術，傳感器技術，機器人機械基礎，MATLAB應用與實踐等基礎課程。以上課程可分為機械類、電氣類、控制類及程序類，基本涵蓋機電專業基礎課程，但在內容設計上圍繞工業機器人展開。通過該環節系列課程的學習學生可以掌握工業機器人及其工作站的機械結構、電氣原理及控制方式，打牢專業基礎。值得注意的是，在學習這些課程時，不能按照傳統的學科基礎課來學，而應該體現應用型本科教育的特色，以理論知識為主，突出內容的應用性。

（三）專業方向課程模塊

專業方向課設置主要依據不同的崗位職責劃分，通過專業方向課的學習，學生可以有針對性的在一個領域深入學習，工作后能快速適應崗位要求。

應用型課程體系要緊跟社會技術發展步伐。為了準確定位專業方向，機器人工程專業邀請多家工業機器人應用相關企業代表商討專業方向課程建設，例如春蘭集團，金石機器人常州股份有限公司等。聽取企業未來幾年對工業機器人人才的崗位要求，能力要求。結合我校教學條件，確定了三個專業方向：工業機器人裝調、工業機器人電氣集成、工業機器人機械集成。

方向一：工業機器人裝調

針對工業機器人應用集成項目安裝調試和自動化生產線維修維護，不僅要掌握工業機器人的操作編程、自動化生產線常用的元器件、電工接線、電氣相關原理及PLC基礎等知識，還需要掌握工業機器人相關的應用調試，包含外圍自動化、PLC高級應用、機器人離線編程、集成系統仿真、機器人視覺、機器人電氣與機械維護維修和綜合性項目調試技能。

課程包括：電氣控制與PLC應用、機器視覺技術及應用、機器人操作與基礎編程、機器人維護維修。

方向二：工業機器人電氣集成

針對工業機器人應用集成項目電氣部分，除了常規的電氣系統控制、PLC控制外，還需要掌握工業機器人的控制原理、集成系統仿真、機器人離線編程、機器人高級編程、機器人視覺應用以及集成項目電氣控制系統設計方法;設計流程、工藝流程與相關規范;電氣控制功能實現;電氣控制系統電路圖;整理生產清單及采購件清單;EPLAN電氣繪圖使用。

課程包括：電氣控制與PLC應用、機器視覺技術及應用、機器人操作與基礎編程、集成項目電氣設計。

方向三：工業機器人機械集成

針對機器人自動化生產線集成項目方案設計、總體設計及機械結構設計，包含機器人項目可行性評估，方案擬定，技術交流，工裝夾具及輔助設備設計，工業機器人選型，外圍結構設計，項目仿真驗證，以及項目零部件生產圖紙、BOM清單等設計。

課程包括：機械CAD/CAM技術、模具三維數字化設計、生產線系統仿真、集成項目方案設計。

職業素養培育要貫穿整個課程體系。通過公共基礎課程模塊的學習，培養學生樹立正確的人生觀價值觀。在基本技能課程模塊中，采用實踐教學方法，小組成員共同完成一個項目，在此過程中，培養了學生獨立性、責任心、職業精神和職業道德。在專業方向課程模塊中，融入對應的崗位規范，模擬企業管理方式，塑造學生良好的操作習慣，更快適應企業工作崗位要求。

二、實踐教學環節設計

機器人工程專業作為應用性非常強的專業，實踐教學環節必須得到足夠的重視。傳統的本科教育重視理論知識的傳授，實踐教學占整個教學課時的10%。如此少的實踐時間不能充分發揮培養學生的實踐能力和創造能力，也不利于學生多樣化發展。在機器人工程專業的課程體系中，增加實踐教學的課時，特別像電氣控制與PLC，機器人技術與應用等應用性非常強的課程，實踐教學課時占總課時的45%左右。課堂上邊講邊練，學生能夠通過實踐加深對理論知識的理解，學生學習熱情高漲。

除了要提升實踐環節的比例以外，還要優化教學內容。針對工業機器人在不同行業中的應用，我院智能制造中心提供了對應的實踐平臺，包括：工業機器人碼垛工作站平臺，工業機器人焊接工作站平臺，工業機器人打磨工作站平臺，使我們的人才培養更有針對性。考慮到技術的進步，行業的變化，對這三個平臺不能滿足的實踐要求，我們通過開設MATLAB仿真課程來彌補不足。同時，在綜合實驗、課程設計等教學環節中，要求大部分題目以項目化的方式呈現，以項目成果確定課程成績，培養了學生的“工程意識、工程能力、工程素質”。

除基本的實踐教學環節以外，學校每年組織學生參加國家級和省級的高水平科技競賽，例如挑戰杯、恩智浦杯智能車大賽等科技活動，給學生提供一個高水平競技的機會。通過參加科技競賽活動，學生開闊了視野，學習了最新的技術，同時也培養學生分析問題，解決問題的能力。

三、教學方法改革

機器人工程專業課程內容綜合性強，結合了電氣控制、機電一體化、通信等專業知識。如果按照傳統的“填鴨式”教學方法，會使學生負擔過重，打擊學習積極性。因此，應采用科學的教學方法和現代化的教學手段。以學生為中心，通過具體項目引導學生探究，啟發學生思考，在師生互動的過程中，學生對所學理論知識有了深刻的理解，同時也達到培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

以工業機器人控制課程為例，課程采用了項目驅動教學法和理虛實一體化教學法開展教學活動。首先把學生分成4-5人的小組，先讓每個小組觀看和分析機器人控制系統的組成和原理，然后調試機器人完成預設功能，同時，指導每個小組各負責一臺機器人，每組布置不同的任務。對于實驗平臺滿足不了的功能，在robotstudio軟件上搭建虛擬仿真平臺，模擬機器人的運動狀態。

在項目的內容設計上借鑒CDIO 理念，根據項目內容的難易程度，氛圍基礎型、提高型和創新型，按照遞進式的方式來安排。同時，不同類型的項目占所有項目的比重也不同，三種類型占所有項目比例分別為65%，20%，15%。如果學生僅完成了基礎型的項目，那么最終成績只有65分，如果希望獲得更多分數，只有向更綜合的實踐項目發起挑戰。

充分利用在線課程上的資源，激發學習興趣，提高教學效率。例如，《工業機器人應用技術基礎》這門課程的在線課程中包含了工業機器人在寶馬汽車生產線上的應用視頻，使學生對工業機器人應用技術有直觀的認識。另外，學生通過在線課程提前學習上課內容，課堂上可以有更多的時間和教師、同學討論。

四、加強教師隊伍建設，培養“雙師型”教師人才

擁有掌握熟練專業技能的“雙師型”教師人才，是應用性人才培養的必要條件。因此，學院逐步培養或引進機器人工程技術領域“雙師型”教師。鼓勵教師到企業內部參觀和培訓，使教師的教學理念緊跟企業發展方向。首先、學院開展假期訪問工程師計劃，要求青年教師每年深入企業承擔崗位職責時間為不低于6周，注重產教相容， 為學校應用技術型人才培養提供保障。另外，我院2017年3位教師取得了全國機械行業首屆工業機器人職業技能競賽裁判員資格，2018年20位教師參加了全國“智能制造與工業機器人技術”專業骨干教師暑期培訓班。通過這一系列的培訓活動，讓學院教師能夠全面學習掌握工業機器人相關專業知識;并結合工業機器人實際工程案例，掌握工業機器人應用技術、工業機器人實踐教學方法，提高教師基于工業機器人系統的教學能力。

五、實訓基地建設

我校早于2016年便提出機器人專業集群的建設目標并啟動機器人平臺建設工作。智能制造技術中心作為平臺建設的重要內容，是我校機器人專業集群的主要實踐平臺。該中心2017年入選教育部“互聯網+中國制造2025”產教融合創新基地試點項目。中心內配備有ABB工業機器人基礎教學工作站、機器人虛擬仿真中心、機器人工藝實訓中心 、機器人智能產線等高端實訓裝備，通過“理-虛-實”一體化培養，可實現學生和參培人員專業能力的階梯式成長和提升。

六、結束語

在專業課程體系的構建過程中，以崗位職責為導向，對專業方向課進行了詳細論證，明確了3個專業方向。課程結構方面，加強實踐課程課時的比例。課程內容方面，大力實施項目化教學，在培養學生扎實的理論基礎的同時，重點培養學生動手能力和創新能力，再輔以現代的教育手段，利用好在線課程。以此來幫助學生實現更為實用的專業性技能教育，幫助我國培養出高技能、高能力、高素質的機器人工程專業人才，推動我國在機器人應用領域的進步。

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