項目化教學在工業機器人工作站系統集成設計課程中的應用研究

葉帥宏 羅嗣林 葉丹西

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著智能制造技術的發展，工業機器人的應用越來越廣泛。工業機器人工作站系統集成設計課程作為智能控制技術專業的重要課程，具有非常強的專業性和實用性，知識內容涉及人工智能、計算機、自動控制等多門學科的內容，但是當前階段，高職院校的教學模式通常以理論教學為主，而在實踐操作方面的教學安排較少，尤其是當知識點涉及數學公式時， 內容抽象，學生反映不明白所學的內容，無法將所學的知識應用到實際工作中，存在著課程理論知識與實踐應用之間脫節的現象。對此，針對項目化教學在工業機器人工作站系統集成設計中的應用展開了研究。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?項目化教學;工業機器人工作站系統集成設計;應用研究

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2020）07-0160-02

隨著社會經濟與科學技術的快速發展，工業機器人技術達到了一個新的高度，這也是一個國家在制造業方面的實際水平的一種體現，在生產制造業的整個領域當中都占據著極為重要的地位。工業機器人工作站系統集成設計課程系統地講解了工業機器人技術，目前高職院校把這門課程作為智能控制技術專業的重要課程，在授課時通常以理論教學為主，教師按照教學大綱要求，將理論知識傳授給學生，學生根據教師在課堂上所教的理論知識進行學習。由于理論授課乏味，導致學生反映不明白所學的內容，無法將所學的知識應用到實際工作中，存在著課程理論知識與實踐應用之間脫節的現象[1-3]。為此，研究提出將項目化教學方法應用于工業機器人工作站系統集成設計課程的教學中，提升該課程的課堂教學效果。該方法采用“項目引導、任務驅動”的形式將實踐項目貫穿于課程教學的始終，將理論知識和實踐應用相結合來激發學生學習工業機器人技術的積極性。通過項目化教學法教師能夠依據教學目標進行教學項目的設計，進而實現對每個項目實施一體化的教學，促使學生能夠有效地提升學習的主動性和積極性，最終實現培養高技能型人才的重要目的。

一、高職院校在工業機器人工作站系統集成設計教學中的具體現狀

在高職院校中工業機器人工作站系統集成設計這門課程屬于智能控制技術專業中的重要課程，涵蓋了眾多理論知識與基礎技術，比如計算機、人工智能、機械工程、電子技術等方面的應用。這些教學內容普遍具有的顯著特點，就是具有非常強的理論性。職業院校在培養工業機器人技術人才的時候，必須要實現對工業機器人的安裝技術、調試技術以及維護技術進行掌握的目標，可見在實際教學中對實踐性課程的要求是比較多的，這樣其與理論性課程學習的內容是存在一定矛盾的。由于理論課程部分的教學內容是較為抽象的，所以單純地對學生開展理論部分的教學，難以使學生將理論知識與操作實踐之間建立起聯系，更加難以實現舉一反三的教學效果。與此同時，學生在學習理論知識的時候也處于被動地位，在實際學習的過程中主動性、積極性等方面都較為缺乏，進而產生出較為強烈的厭學情緒。工業機器人工作站系統集成設計在實際學習時涉及的學科知識是比較多的，學生只有積極自主地對相關知識進行學習與綜合運用，才能夠對相關知識與技能進行充分的掌握。

二、項目化教學法在工業機器人工作站系統集成設計課程中的具體流程

（一）在設置教學項目任務時需要結合相應的教學目標實施

在實施教學項目任務設定時，教師應該事先對該課程的知識目標、能力目標和素質目標進行研究，以培養學生的創新意識、實踐動手能力和綜合素質，為此，基于工業機器人技術工程實際，結合學校實際條件，將課程需要運用的理論與實踐知識相結合，適當地引入工業機器人相關的國家標準，為課程的教學提供方向。同時教師需要掌握學情，設計的教學項目任務需與學生當前的理論知識水平和實踐能力相結合。當教學任務設計好之后，需要對教學計劃實施合理化的安排，并將學習任務通過信息化手段（例如云班課等）下發到學生手中。

（二）針對項目任務的實施制訂出具體的計劃

由于學生個體體現出來的水平不同，比如興趣愛好、技能知識等方面都存在著差異性，所以在實施相關計劃設置的時候，需要能夠與學生的實際水平相結合。項目任務計劃采用循序漸進的講述方法，由教師編寫項目任務作業指導書，細化教學步驟，將每個教學知識點貫穿在項目任務作業指導書中，保證處于各個水平層次的學生能夠按照作業指導書中的項目任務要求來學習和實踐，進而更合理地實施教學。在具體實施計劃的過程中，可以事先列出需要的相關知識點和項目任務完成形式，例如明確項目任務是個人任務還是團體任務，如果是團體任務，必須對小組成員、成員職責等方面進行明確。另外，還需要列出相關項目的實施計劃時間表。

（三）教學項目任務的實施及項目復盤

通過分析“工業機器人技術工程師”崗位的技能要求，結合工業機器人在不同行業的應用情況，確定七個實踐項目，即工業機器人系統集成實踐項目、搬運工作站實踐項目、機械模塊設計實踐項目、工件檢測模塊實踐項目、控制模塊設計實踐項目、工作站系統功能集成開發實踐項目和焊接機器人系統集成設計實踐項目，根據學生的認知規律，按照“認識、分析、設計”遞進設置實踐項目內容。在教學實施過程中以項目任務為載體，通過作業指導書的形式，以學生自學為主體，把課堂交給學生，學生根據教師課前編寫好的作業指導書來實現任務的分步完成。在項目化實踐過程中，需要調動學生的積極性和主動性，充分利用現有的實訓設備、課程資源庫等教學資料，激發學生的潛能，提高學生對工業機器人系統的綜合認識。

在學生完成項目化實踐后，每位學生需通過項目總結等方式完成項目實施過程的復盤，由教師對每位學生的項目完成情況進行點評，同時了解學生在項目化教學中掌握了哪些知識，缺少了哪些技能等，從而發現教學項目設計的不足之處，促使教師不斷改進和完善項目化教學內容，形成教學閉環。

（四）建立項目任務評價體系

建立合理的項目任務評價體系有利于發揮學生學習的主動性和積極性，教師在完成一項教學項目的時候應及時對其完成的教學效果進行評估與總結，找出造成結果差異的原因，獎勵或表揚優秀的學生。項目評價體系手段可靈活多樣，例如可以實行企業考評、學生互評等方式，并通過云班課教學平臺實施評價體系的運行和數據統計等功能。

三、項目化教學法在工業機器人工作站系統集成設計課堂中的應用研究

（一）結合教學目標實施項目任務的設置

工業機器人工作站系統集成設計課程的教學目標，主要是熟悉和掌握工業機器人典型工作站的系統集成、工業機器人的技術參數以及工業機器人與外圍設備的接口技術，學生通過本課程的學習，能夠勝任工業機器人的安裝、調試和維護崗位，能夠分析客戶對工業機器人的需求，能夠根據客戶的需求選擇工業機器人，能夠掌握工業機器人的編程技術，并具備發現問題、解決問題的邏輯分析能力。以上的這些教學目標，就是工業機器人工作站系統集成設計項目的主要任務。

（二）針對項目任務制訂出具體的計劃

根據學生認知規律，按照“認識、分析、設計”遞進設置實踐項目內容，將七個實踐項目分解成二十六個小項目，并針對性地制訂出具體計劃，對相關的資料進行查閱，全面收集機器人系統集成技術、機器人維護技術、機器人安裝調試技術等與工程實際相關的資料。通過整理收集的相關資料，編寫二十六個小項目的作業指導書，將教學知識內容貫穿在作業指導書中。在編寫項目任務作業指導書的過程中，需要注意對相關任務的導入以及對時間的合理化分配，以保證學生能夠從整體上了解項目任務設計的思路，循序漸進地掌握項目任務中的每個知識點。

（三）教學任務項目的具體實施及項目復盤

在教學任務項目具體實施的過程中，教師在其中發揮著重要的引導作用。在完成相關教學任務的時候，需要綜合考慮學生個體體現出來的水平差異，采用循序漸進的講述方法細化任務步驟，同時能夠對學生的積極性進行調動，為此在實際教學中需要設置趣味性環節，動手體驗環節，讓學生感興趣，讓學生主動學，比如針對“工業機器人末端執行器的設計思路是什么？”這一項目進行教學時，教師首先將教學項目分解為四個分任務，即結構形式的選擇、抓取方式的選擇、驅動方式的選擇和其他技術要求，然后再將四個分任務再細化，每個分任務分成五個小步驟，比如將“結構形式的選擇”細化成五個小步驟，即結構選型的幾個要素、抓取工件的分析、末端執行器的選擇、末端執行器的比較、末端執行器方案的選擇。在教學期間，讓學生體驗運用實訓室的ABB機器人末端執行器來夾持產品。當然，有些任務可以讓學生自行進行分組來具體討論，相關的討論結果可以以電子文檔的形式記錄下來，將其作為小組項目具體執行的成果，相關資料歸檔備用，由教師對每位學生或每個團隊的項目完成情況進行點評，以便了解學生在項目化教學中掌握了哪些知識，缺少了哪些技能等學情信息，從而發現教學項目設計的不足之處，促使教師不斷改進和完善項目化教學內容，形成工業機器人工作站系統集成設計課程的教學閉環。

（四）建立教學項目任務評價體系并實施評估

高職院校的教師完成一項教學項目的時候，需要及時對其完成的教學效果進行評估與總結，為此需建立教學項目任務評價體系，可采用多種方法，比如考核學生對課堂項目化任務的完成情況，考核學生實操實訓室設備的熟練程度等。采用基于云班課教學平臺實施項目化任務評價體系的建立、運行和數據統計，例如在云班課平臺上發布“工業機器人末端執行器的設計思路是什么？”這一項目化任務時，可以設置這一任務的總分值為100分，具體評價過程可以設置為自我評價、學生相互評價、教師評分等方式，評分比例與教學目標相結合，待學生完成項目任務后，通過云班課平臺上傳項目完成資料，再由學生和教師打分評價，最后得到最終的評價體系成績，作為工業機器人工作站系統集成設計課程平時成績的組成部分。

總而言之，項目化教學法對高職院校而言，是培養工業機器人技術人才的重要途徑，通過將項目化教學法應用于工業機器人工作站系統集成設計課程，運用云班課教學平臺，將實踐項目貫穿于課程教學的始終，有利于將理論知識和實踐應用相結合，激發學生學習工業機器人技術的積極性。

在實施項目化過程中，學生通過實踐的過程產生一定程度的成就感，促使其不斷地去學習新知識，形成一個良性循環;教師通過項目化復盤，發現教學項目設計的不足之處，促使其不斷改進和完善項目化教學內容，形成教學課程閉環設計，在后續的教學中學生能夠有效地提升學習的主動性和積極性，最終達到培養高技能型人才的重要目的。

參考文獻：

[1]汪甜.高職院校工業機器人工作站綜合實訓課程的教學研究[J].發明與創新（職業教育），2019（5）：37.

[2]趙翔.項目導向教學法在工業機器人技術課程中的應用[J].廣西教育，2018（30）：121-122.

[3]劉徽.試論中職工業機器人技術課程中項目導向教學法的應用[J].中外企業家，2018（20）：154-155.

◎編輯 原琳娜