理虛實一體化教學(xué)在《工業(yè)機器人編程與操作》課程中的應(yīng)用研究

帥佳慧 韓偉芳

摘?要：本文以高職工業(yè)機器人專業(yè)課《工業(yè)機器人編程與操作》為例，在企業(yè)人才需求、課程特點以及教學(xué)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的機器人專業(yè)課程教學(xué)模式進行革新研究，將“理虛實一體化”教學(xué)方式應(yīng)用于《工業(yè)機器人編程與操作》課程，建立以ABB工業(yè)機器人的實際應(yīng)用為主線的課程教學(xué)體系，突出了實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)思路，為培養(yǎng)工業(yè)機器人技能應(yīng)用型人才提供教學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;理虛實一體化;教學(xué)模式;人才培養(yǎng)

一、研究背景

隨著智能制造產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)走向自動化生產(chǎn)，這與工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展有著密不可分的關(guān)系。《中國制造2025》強國戰(zhàn)略中提到，要著重發(fā)展數(shù)控機床以及機器人等產(chǎn)業(yè)，預(yù)估到2025年，我國各大企業(yè)中需要的工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)人才將達到30萬[1]。為了適應(yīng)市場的人才需求，我國各大高校開設(shè)了機器人專業(yè)，而機器人專業(yè)的核心專業(yè)課便是《工業(yè)機器人編程與操作》課程。該課程針對其工作崗位要求，培養(yǎng)學(xué)生對工業(yè)機器人現(xiàn)場編程以及調(diào)試維護的實際操作能力，為以后從事工業(yè)機器人領(lǐng)域相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

二、《工業(yè)機器人編程與操作》課程教學(xué)分析

（一）企業(yè)人才需求分析

隨著智能裝備行業(yè)快速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)不斷改進，工業(yè)生產(chǎn)線應(yīng)用了越來越多的工業(yè)機器人替代工業(yè)生產(chǎn)線的一線工人實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，降低人工成本，提高工作效率。根據(jù)調(diào)研分析，各行各業(yè)大量需要工業(yè)機器人現(xiàn)場編程、生產(chǎn)線維護、安裝調(diào)試以及售后服務(wù)等專業(yè)人才[2]。高等職業(yè)院校最初將工業(yè)機器人專業(yè)課程納入機電專業(yè)體系教學(xué)，現(xiàn)在變?yōu)楠毩⒃O(shè)置一個專業(yè)，開展對口專業(yè)教學(xué)，對于機器人專業(yè)的學(xué)生開展更全面的系統(tǒng)培訓(xùn)，提高他們的專業(yè)技能，為企業(yè)提供更多的機器人應(yīng)用技術(shù)人才。

（二）課程特點分析

《工業(yè)機器人編程與操作》課程是工業(yè)機器人專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，工業(yè)機器人組成的自動化生產(chǎn)線設(shè)備已經(jīng)發(fā)展成自動化裝備制造的主流。本課程的先導(dǎo)課程為《機械設(shè)計基礎(chǔ)》，《傳感器技術(shù)》，《液壓與氣動技術(shù)》，《工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)》等[3]。通過對先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)奠定本課程的基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能，通過本課程的繼續(xù)學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生初步掌握機器人編程操作與安裝調(diào)試方法。

（三）課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

《工業(yè)機器人編程與操作》課程在以往的教學(xué)方法中，由于實訓(xùn)條件的欠缺，理論課與操作課一般是分開上的。這種教學(xué)方法會導(dǎo)致實際操作的技能訓(xùn)練無法得到實時的理論引導(dǎo)，而理論知識也無法與生產(chǎn)實際相結(jié)合，從而導(dǎo)致了學(xué)生的技能掌握不到位。隨著教學(xué)方法不斷革新，教學(xué)設(shè)備不斷完善，提出了很多新的教學(xué)方法，如“項目式教學(xué)”、“做中學(xué)”一體化等新型的教學(xué)方法[4]。但考慮到機器人設(shè)備價格昂貴，受到設(shè)備數(shù)量、品種以及后期維護費用等方面的限制，所以提出將“項目式教學(xué)”、“做中學(xué)”和虛擬軟件仿真等教學(xué)方法結(jié)合形成“理虛實一體化”教學(xué)方法，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。

三、“理虛實”一體化教學(xué)方法的設(shè)計

“理虛實”一體化教學(xué)方法在理論課講授中引入虛擬仿真教學(xué)，通過計算機虛擬仿真軟件熟悉機器人實際操作內(nèi)容，并加固對所學(xué)知識的了解，熟練后在通過現(xiàn)場設(shè)備進行實際操作練習(xí)。針對《工業(yè)機器人編程與操作》課程，以“項目引導(dǎo)”、“理論講解”、“虛擬仿真”、“實體操作”和“展示與評價”五個環(huán)節(jié)開展“理虛實一體化”教學(xué)實踐，如右圖所示是“理虛實”一體化教學(xué)過程。

“理虛實”一體化教學(xué)過程圖

（1）在“項目引導(dǎo)”環(huán)節(jié)，以工業(yè)機器人編程操作能力的培養(yǎng)為核心，以ABB機器人應(yīng)用具體案例設(shè)計為載體，以工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域職業(yè)崗位能力培養(yǎng)為目標(biāo)選取編排教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容以涂膠裝配、搬運、碼垛、焊接等實際項目設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。

（2）在“理論講解”環(huán)節(jié)，因為選取企業(yè)中實際項目作為教學(xué)內(nèi)容，其必定是各種知識點的綜合應(yīng)用，對于初學(xué)者來說，很難一次性的圓滿完成。因此，教師需根據(jù)自身理論實踐結(jié)合能力，對實踐項目內(nèi)容進行知識分解與儲備學(xué)習(xí)。

（3）在“虛擬仿真”環(huán)節(jié)借助ROBOTSTUDIO虛擬仿真軟件實驗平臺，根據(jù)分解任務(wù)進行仿真操作并展示課程仿真結(jié)果，讓學(xué)生對課程項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的練習(xí)任務(wù)。

（4）在“實體操作”環(huán)節(jié)，教師在課程中起到引導(dǎo)、咨詢和指點的作用。教師利用理論實踐結(jié)合能力對任務(wù)進行分析解讀，將任務(wù)分解成知識點和操作規(guī)范，指導(dǎo)學(xué)生實際操作機器人設(shè)備完成任務(wù)，提醒學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、尋找操作規(guī)律，并幫助總結(jié)歸納知識點。

（5）在“展示與評價”環(huán)節(jié)，學(xué)生完成虛擬仿真搭建與實際操作機器人設(shè)備等任務(wù)后，向老師和同學(xué)展示實驗成果，并根據(jù)項目完成情況和學(xué)習(xí)過程主觀表現(xiàn)完成教師評價與組內(nèi)互評。

四、結(jié)論

“理虛實”一體化教學(xué)可以引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬仿真軟件操作、實際設(shè)備操作與理論課知識相互聯(lián)系，使理論知識學(xué)習(xí)、虛擬軟件仿真和實際設(shè)備操作互相促進、相輔相融。“理虛實”一體化教學(xué)突破了理論和實踐分離的分段式教學(xué)模式，可以整合理論講解、虛擬模擬操作以及實際動手操作訓(xùn)練，真正實現(xiàn)了做中學(xué)的教學(xué)理念，創(chuàng)新教學(xué)方法，改進教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生技能操作能力。

參考文獻：

[1]呂世霞，楊屏，陳淥漪.基于工業(yè)機器人技術(shù)的工業(yè)40人才需求探究[J].辦公自動化，2017（24）：34-36.

[2]蔣慶斌，陳小艷，周斌.工業(yè)機器人行業(yè)人才需求與高職院校專業(yè)設(shè)置分析研究[J].職業(yè)技術(shù)教育，2018，39（2）：27-30.

[3]許紅巖.高職《工業(yè)機器人編程與調(diào)試》課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計[J].課程教育研究，2018（46）：210.

[4]焦勇.“混合式理實一體化”教學(xué)模式探索與實踐[J].船舶職業(yè)教育，2018，6，30（02）：56-58.

作者簡介：帥佳慧（1992-），女，四川樂山人，全日制碩士，保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院專任教師，研究方向：自動化類;韓偉芳（1978-），女，河北保定人，碩士，保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，研究方向：自動化類。