工業機器人創新實踐教學探索

□ 武漢 余秋月

創新二字分別蘊含著各自的內涵：新意味著始，也就是說造就的這個事物是前所未有的、全新的；另一個創意味著變，即是對某種事物進行的變革與再創造，這說明所創造的新事物（創新）是有所依托的，不是憑空而起的。創新能力是指一種遵循事物發展規律前提下，進行事物變革的能力。所以說創新不是隨意構想的，不是天馬行空的，而是一種有理可依的，有跡可循的造就新事物。

2015年我國提出“中國制造2025”，其以“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、以人為本”為基本方針。2018年，習近平在濟南考察浪潮集團高端容錯計算機生產基地時指出“發展是第一要務，人才是第一資源，創新是第一動力”。可見，創新是當代社會發展的重要推動力。因此，在高校教育教學探索過程中，學生創新意識、實踐動手能力的培養，已經成為當前教學的核心目標。

工業機器人實踐教學是工業機器人理論技術的重要環節，是工業機器人專業的必要基礎課程。該課程的教學質量從側面反映了該專業的教學水平。為了響應市場對工業機器人復合型人才的需求，我院開展工業機器人專業，并開設了工業機器人實踐教學課程。本文結合目前我國機器人實踐教學的現狀，以及學校現有的實驗設備，對該課程的實驗教學進行創新型探索。

一、教學現狀分析

1.機器人實踐教學的重要性。“中國智能制造2025”的提出，使得機器人的應用越來越受到關注。隨著科技的快速發展，工業機器人逐漸在多種行業從事生產應用，開始了制造業的轉型與升級，從而出現了機器人替代人的熱潮。由于工業機器人進行工業生產不僅降低成本，還具有顯著提高生產效率、提高良品率、保證產品品質、增強生產柔性等優勢，導致越來越多傳統崗位逐漸被機器人代替。但與此同時，一些新型崗位（如全國機器人電氣工程師、全國機械工程師、全國PLC工程師、全國售前工程師、機器人系統集成工程師、全國機器人應用工程師、全國機器人硬件工程師等）由此而生，使得工業機器人復合性人才供不應求。因此，高校應該高度重視工業機器人人才的培養，加強學生的實踐動手能力和自主創新能力。目前，我國工業機器人實踐教學還處于初級階段，人才的培養方案還在探索。

2.當前教學內容的不足。當前工業機器人的實踐教學還處于初級教學，教學內容較為基礎。主要是以串聯型六軸機器人系統為主要教學工具，從串聯六軸機器人系統的基本組成，認識工業機器人的組成部分以及常用機器人系統的基本構成；從六軸機器人的本體結構、示教器的使用，了解機器人的關鍵參數和基本手動操作；從工業機器人基本指令的練習，完成基礎指令驗證。這樣傳統的驗證性實踐教學內容對于工業機器人的學習來說，其設計較為簡單，且單一，不具有系統性。學生通過做這樣的一些參數驗證、指令驗證實驗，往往會因其實驗內容過于簡單機械而喪失學習動力。學生無法在這樣的實踐教學中體會到所學理論知識的實用性，會對這樣的學習提出質疑，從而導致學生出現厭學的狀態。

3.當前教學方法的不足。目前，工業機器人實驗教學方法還比較傳統，主要是以教師操作作為課堂主體，學生復制練習為課堂手段，即實驗教師針對實驗課程內容的安排，首先對相關理論知識進行回顧，然后分析該節課的課程內容并向學生演示本節課課程內容的具體操作，最后，學生按照老師的演示自行進行課程內容的練習與復制。這樣的教學方法雖然降低了學生學習的難度，讓學生更容易完成實驗教學內容，但是也大大降低了學生學習的主動性，屬于一種灌輸性學習。在這樣的復制教學方法下，學生開始養成對教師的依賴性，以及學習上的懶惰性，慢慢失去主動進行理論知識的復習習慣。很多學生開始覺得在上課時只需用手機拍下教師的演示過程就可以輕松完成實驗內容，降低了學生的思考能力，導致學生經常出現知識僅于當節課堂上掌握，下課后就遺忘的問題。而且這種傳統實驗教學方法還導致學生只是機械的復制了該課堂內容，無法將知識靈活變通。

4.當前實驗考核的不重視。當前實驗考核在課程教學中往往不受到重視，重理論輕實踐的思想在教育體系中還是存在，特別表現在實驗考核部分。①考核機制上：部分課程考核機制會按照理論課程成績、實驗課程成績以及學生平時表現成績作為考核標準，這樣的考核標準中實驗課程成績占比率通常不超過30%。有的課程考核中直接將實驗考核劃入平時表現成績中，有的甚至直接取消。這樣的考核機制的設置，讓學生覺得實驗課程學習的好壞并不會對他的課程成績有影響，從而導致學生忽視實驗教學的重要性。②考核形式上：目前實驗課程的考核形式以實驗報告書寫為主，教師通過學生書寫的實驗報告給學生實驗成績，由于實驗報告通常是讓學生自己在課堂外完成，所以其并不能真實反映出學生的實驗水平。這也是導致學生不重視實驗實踐教學的原因之一。

二、實驗教學內容上的探索

1.基礎性實驗教學。基礎性實驗教學是在傳統驗證性實驗的基礎上，對學生理論知識進行引導式復習，更多地讓學生熟練掌握工業機器人基本常用知識點。基礎性實驗教學內容具體如下：①走進工業機器人：讓學生對工業機器人系統有一定的認識，并結合理論知識，掌握機器人的基本結構和基本性能。②工業機器人手動操作：結合理論課知識和現有實驗設備，掌握工業機器人基坐標、關節坐標、工具坐標、用戶坐標的定義和使用，熟悉工業機器人設備的基本操作，熟練手動控制機器人的運動。③工業機器人基本運動指令：熟練掌握工業機器人編程操作過程，深入理解基本運動指令的含義、變量設置、用法、區別。④工業機器人IO指令：熟練掌握工業機器人IO口設置，深入理解IO指令的含義與用法。

2.綜合型實驗教學。綜合型實驗教學是在基礎性教學基礎上進一步深入，通過典型的工業應用案例工藝分析，讓學生自主運用基礎性實驗教學的知識點完成程序設計；然后，教師通過學生完成任務的結果，對典型工業機器人應用設計進行針對性的補充。下面為綜合型實驗設計的典型應用教學內容：①結合實際焊接要求的工業機器人繪圖設計：以繪圖練習模擬實際生產過程中的工業機器人焊接技術，理解焊接工藝要求，設計焊接方案，熟練掌握幾種典型圖形的焊接。②結合實際碼垛要求的工業機器人搬運設計：了解實際搬運的工件尺寸以及搬運環境，利用實驗室現有工件模擬典型環境下的工業機器人碼垛。③創新型實驗教學。創新型實驗教學是指學生根據實驗室所提供的所有設備，以及前面所學的知識，自主設計一種工業機器人應用場景，并說明理由。通過這樣創新型實驗教學內容的設計，給學生提供更多的自主學習空間。

三、實驗教學方法上的探索

1.建立輪班制小組長模式。在實驗教學過程中，允許學生四人自由組合成項目小組。教師僅提供基礎的實踐教學講解和部分項目設計思路，學生各組成員根據項目自行分配任務，并輪流承擔不同項目的負責小組長，并登記在冊。該教學方法至少具有以下優點：一是教師更多地放手，讓學生自主討論、自主學習、相互督促學習，掌握工業機器人實驗操作的關鍵技術；二是讓每個學生都有擔任負責人的機會，發現學生的團隊領導能力和協作能力，并且有助于學生自主學習的激勵，培養學生的責任感。

2.設立答疑環節。畢竟學生所掌握的知識程度是有限的，在自主學習過程中，必定會出現一些問題，因此教師必須主動參與到各小組的學習中去，給予學生適當的引導和答疑解惑。在每次項目課時結束前的30分鐘，各組組長將其負責的項目向全班同學進行簡單講解，列出實驗過程中遇到的各種問題，其他組員進行內容補充。教師在此過程中需對講解內容進行指導，并對問題進行解答，并及時記錄學生學習情況，用于后期考核部分內容。

四、實驗考核方式上的探索

教師要從根本上重視實踐教學，擴大實踐教學考核在改課程上的考核百分比，從而引起學生對實驗教學的關注；然后，要從考核方式上進行改革，變傳統的實驗報告書寫評分為隨堂實驗測試環節。變單一報告評分機制為多種方式評分機制，即以平時課堂表現和隨堂測試兩個環節作為評分標準，課堂表現包含基礎操作、領導能力、協作能力以及團隊貢獻率。通過這樣的考核機制設置，增加學生學習的緊迫感，激勵學生主動學習，主動幫助他人學習，并能夠更加準確地反映出學生的綜合學習水平。

本文對工業機器人實踐教學進行了探討和實踐，主要針對現有教學現狀、教學內容、教學方法以及考核方式上的不足進行了分析與探索，提出了具有綜合性、創新性與系統性的實驗教學方案。并經過實際的實驗教學進行了驗證，表明了該教學思路的可行性，增強了學生自主創新的能力，激發了他們團隊領導、團隊協作、團隊互助的能力，鍛煉了他們發現問題、分析問題、解決問題的能力，提高了他們運用知識，創新應用的能力，讓他們在今后的實踐過程中能高效靈活地運用所學知識，成為具有專業素養的工業機器人人才。［武漢外語外事職業學院院級教學研究項目：工業機器人課程實踐教學體系改革與研究（2018WYYBJY032）］