《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》課程教學(xué)研究與實踐

李光

摘?要：本文通過對教師、學(xué)生和設(shè)備三方現(xiàn)狀分析，以碼垛、搬運等典型工作站系統(tǒng)為載體，研究《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》課堂教學(xué)方式改革和考核方式改革。提高了學(xué)生上課積極性，增強了學(xué)生專業(yè)技能。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場編程;課程教學(xué)改革;考核方式

普通高等職業(yè)教育以教學(xué)為中心，課堂是關(guān)鍵，質(zhì)量是生命線[1]。課堂教學(xué)是高等職業(yè)教育最基本的形式，其效果好壞對高職教學(xué)質(zhì)量起著決定性的作用。然而，在實際教學(xué)過程中，往往存在重教學(xué)結(jié)果，而輕教學(xué)過程的現(xiàn)象，這是當(dāng)前各高職院校教育教學(xué)工作過程中經(jīng)常存在的問題[2]。因此，對課堂質(zhì)量的有效監(jiān)控與優(yōu)化成為各高校面臨的一個重要課題，《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》教學(xué)質(zhì)量的提高迫在眉睫。

一、課堂普遍現(xiàn)狀分析

《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》課程對工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)具有極其重要的作用[3-4]。現(xiàn)階段《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》課程教學(xué)存在如下問題：

（一）教師方面

（1）部分教師從高校畢業(yè)后直接進入課堂傳授知識，自身缺乏實際的操作經(jīng)驗，較注重知識的傳授，輕技能的培養(yǎng)。（2）傳統(tǒng)的課堂教學(xué)大多是以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動的接受知識，這種教學(xué)方式存在的主要問題是不能很好地發(fā)揮學(xué)生的主體作用。（3）對于《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》課程來說，一切都很新，且對于其他高職或者本科院校來說，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容和方法并不多，現(xiàn)有的教學(xué)資源匱乏，因此教師也是摸著石頭過河，在實踐中慢慢的出經(jīng)驗。

（二）學(xué)生方面

職業(yè)院校學(xué)生大多還未及時建立起學(xué)習(xí)目標。因此，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動性，對未來就業(yè)方向不明確，厭學(xué)玩游戲現(xiàn)象普遍[4]。特別是疫情期間網(wǎng)上授課對于學(xué)生的自覺性要求就更高了。

（三）設(shè)備方面

由于工業(yè)機器人造價高，盡管各校為了提高學(xué)生動手能力，購買相關(guān)教學(xué)設(shè)備，但是依然有限，再加上每班學(xué)生人數(shù)多，且上課課時有限，每位學(xué)生操作工業(yè)機器人的時間不能保證，導(dǎo)致學(xué)生積極性下降。

針對以上問題，為提高教學(xué)效果，從課堂教學(xué)方式及考核方式上對該課程進行了教學(xué)改革。

二、課堂教學(xué)方式改革

（1）采用小班教學(xué)。因為教學(xué)設(shè)備有限，為充分利用工業(yè)機器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站教學(xué)設(shè)備資源，從而保證每位學(xué)生的實操時間，本門課程采用了小班教學(xué)的方式。一個班四十多個學(xué)生，拆分成兩組分開上實操課，每組上課時每個工作站將分配5至6名學(xué)生，這樣既保證了學(xué)生操作時間，也便于老師逐個指導(dǎo)學(xué)生。

（2）采用項目化教學(xué)方法。本課程依照教學(xué)設(shè)備將整個課程項目分為14個項目，其中KUKA8個項目，ABB6個項目，其具體安排見下表。每一次課程都布置給學(xué)生一個實訓(xùn)任務(wù)。圍繞實訓(xùn)任務(wù)，講解相關(guān)的理論知識，學(xué)生自主思考該如何完成本項目，而小班教學(xué)，老師可以觀察到每一個學(xué)生的實操狀態(tài)，有充足的時間和學(xué)生互動，讓每位學(xué)生深度參與到項目實操中。

（3）采用四節(jié)連上的形式。因為機器人的實操項目比較煩瑣，為了保證每一次課程的實訓(xùn)任務(wù)能夠連貫完整的完成，根據(jù)時間安排保證每位學(xué)生每次平均至少20分鐘單獨操作的時間。

（4）充分利用信息化技術(shù)。利用選用課程配套教材上的二維碼，學(xué)生在實操過程中如果遇到問題，通過掃二維碼獲得相應(yīng)的微視頻尋找問題，解決不了的再向老師求助，從而達到學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果。

（5）小組合作，互幫互助。每次的實訓(xùn)任務(wù)，小組的3名學(xué)生相互探討，相互幫助，理解程度好做得快的學(xué)生要幫助知識技能掌握薄弱的學(xué)生，直到小組成員都能獨立完成本項目才算過關(guān)。

（6）充分利用仿真平臺。在設(shè)備資源不充足的情況下，分批錯開實操，一批學(xué)生利用離線編程軟件，熟悉現(xiàn)場編程工作流程及進行程序的編寫，另一批學(xué)生直接進行現(xiàn)場編程實操。實操結(jié)束后兩批學(xué)生互換，完成了現(xiàn)場編程實操任務(wù)的學(xué)生，利用仿真軟件進行仿真驗證。另一批進行現(xiàn)場編程實操的學(xué)生根據(jù)離線仿真情況進行現(xiàn)場編程，直至兩批次學(xué)生全部實操結(jié)束。

三、考核方式改革

由于《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》課程的特點，本課程采用實操考試的考核方式。實操考試分為兩個部分：KUKA實操和ABB實操。KUKA實操占總成績的70%，ABB實操占總成績的30%。

（1）KUKA實操：學(xué)生從以下三個實訓(xùn)項目中，以抽簽的方式抽出一組題，進行實操考試，限時45分鐘，滿分為100分，要求獨立完成。3組實訓(xùn)項目均由一個較易和較難的項目構(gòu)成，較易項目總分40分，較難項目總分60分。教師根據(jù)學(xué)生的完成情況，依據(jù)評價標準給分。最終成績由任課教師和實訓(xùn)教師共同給出。

項目1：外部固定工具坐標系和活動工件基坐標系的標定;弧形板輪廓的繪制。考核掌握知識點：外部固定工具坐標系的標定方法，用外部TCP添加程序，以外部TCP進行運動編程控制。

項目2：3D工作臺輪廓的繪制;子程序的調(diào)用。考核掌握知識點：基本指令的編寫，子程序的調(diào)用，程序的運行調(diào)試。

項目3：樣條曲線的繪制;用樣條觸發(fā)器完成以下任務(wù)：當(dāng)5號開關(guān)和6號開關(guān)同時打開時，走三角形輪廓和圓形輪廓，同時，14號燈亮3S，14號燈滅，15號燈亮，圓形輪廓走完的同時，15號燈熄滅。考核掌握知識點：CP樣條組和PTP樣條組的創(chuàng)建方法，繪制樣條曲線。

（2）ABB實操：考試由兩個項目組成，一個較為容易，一個較為復(fù)雜。實操考試時間為30分鐘，滿分為100分。較易項目總分40分，較難項目總分60分。教師根據(jù)學(xué)生的完成情況和對機器人熟練操作的情況，依據(jù)評價標準給分。最終成績由任課教師和實訓(xùn)教師共同給出。

項目1：在ABB的工作臺上實現(xiàn)畫三角形和圓形的功能。要求新建工具坐標和工件坐標。考核掌握知識點：工件和工具坐標系設(shè)定、建立程序模塊及例行程序，ABB工業(yè)機器人基本運動指令。

項目2：在ABB的工作臺上使用偏移功能完成碼垛。考核掌握知識點：機器人邏輯指令的使用，機器人TEST指令的使用，碼垛程序的編寫和調(diào)試運行。

四、結(jié)語

通過教學(xué)方式和考核方式的改革與實施，學(xué)生期末考試成績大部分在80到100分的分數(shù)段，學(xué)生對于知識點掌握程度顯著增加。同時，對基本問題的處理能力顯著增強，部分學(xué)生工業(yè)機器人的操作相當(dāng)熟練，課程效果達到預(yù)期。

參考文獻：

[1]賈繼海，楊百梅.論大眾化階段我國高等職業(yè)教育質(zhì)量觀[J].教育與職業(yè)，2005（35）：34-35.

[2]劉海浪，彭治國.普通高等院校本科課堂教學(xué)質(zhì)量管理體系構(gòu)建[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2019（13）：100-101.

[3]唐敏.基于學(xué)習(xí)投入度的高職工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)模式研究——以“工業(yè)機器人現(xiàn)場編程”為例[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（05）：227-228.

[4]靳晨聰，梁舒，梁曉琳.工業(yè)機器人現(xiàn)場編程工學(xué)結(jié)合課程開發(fā)[J].科技視界，2016（18）：166+173.

[5]林益宏.先學(xué)后教，構(gòu)建職教高效課堂[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016（07）：73-74.

基金項目：廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院科研（教改）項目（GDKM2020-19）