高職院校一體化課程研究
——以《工業(yè)機器人拆裝與維護》為例

何冬康 李駿鵬 類志杰 關(guān)來德

柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院 廣西柳州市 545006

1 引言

《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程是工業(yè)機器人專業(yè)教學(xué)系統(tǒng)的一門重要內(nèi)容，它涵蓋了工業(yè)機器人基礎(chǔ)應(yīng)用、傳感器拆裝技術(shù)、人工智能、機械設(shè)計等方面的基礎(chǔ)知識[1]。通過本專業(yè)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以熟練地使用工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)原理，安裝和調(diào)試機器人，安裝和調(diào)試機器人，并能在工業(yè)機器人的安裝調(diào)試過程中，為機器人的安裝調(diào)試提供幫助。《工業(yè)機器人拆裝與維護》是一門綜合性的專業(yè)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生在安裝、調(diào)試、操作的同時，能夠?qū)ζ溥M行軟件和硬件的維護，通過課程地學(xué)習(xí)，從而形成一支專業(yè)化的工作隊伍。為進一步深化專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、深化課程改革，推動裝備制造業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，高職院校將開設(shè)《工業(yè)機器人拆裝與維護》的理—實一體化教學(xué)。通過本課程的學(xué)習(xí)，著重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐能力和全面的職業(yè)素養(yǎng)，提高了學(xué)生的專業(yè)技術(shù)，推動了學(xué)校的教學(xué)改革，提高了學(xué)校的整體實力。積極探索以已有技能競賽為參照的教學(xué)模式，以競賽方式有效地提高教育教學(xué)效果。

隨著新一輪的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)升級變革的來臨，在制造業(yè)的智能化、轉(zhuǎn)型升級的大背景下，培養(yǎng)適合于其需要的工業(yè)機器人專業(yè)人才，是當(dāng)前高等職業(yè)院校教育改革的當(dāng)務(wù)之急。《工業(yè)機器人拆裝與維護》是一門涉及工程數(shù)學(xué)、機械、電氣、電子、自動化、傳感器、計算機、通信技術(shù)等多個專業(yè)的新興課程。為了取得良好的教學(xué)效果，必須對本專業(yè)的教育目標、課程的總體定位、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、考核評價等有深入的了解，并根據(jù)學(xué)校的實際教學(xué)情況進行教學(xué)設(shè)計。

工業(yè)機器人是在工業(yè)環(huán)境中廣泛使用的一種通用術(shù)語，通過人工示教和編程來實現(xiàn)自動操作，可以代替人工進行某些重復(fù)、危險的工作。工業(yè)機器人具有精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、效率高等特點，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在汽車行業(yè)應(yīng)用得比較廣泛。20 世紀末期，由于勞動力成本低、機械化程度低，導(dǎo)致工業(yè)機器人在我國的推廣使用并不普遍。近幾年，由于人力資源的增加，以及機器人的研發(fā)技術(shù)的進步，使得中國制造2025 的核心之一就是“智能制造”。目前，我國的工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展很快，擁有核心技術(shù)的企業(yè)已經(jīng)很多，但由于缺少專門的人才，使得機器人的利用率受到很大的限制。當(dāng)前市面上的機械拆裝教學(xué)訓(xùn)練裝備比較單一，不能與工業(yè)裝備緊密結(jié)合，難以取得預(yù)期的效果。

高職院校技能競賽是高職院校專業(yè)技術(shù)競賽活動的重要組成部分，是高職院校專業(yè)技術(shù)競賽活動的重要載體。職業(yè)技術(shù)學(xué)院可以通過舉辦技能大賽來發(fā)揮教育與教學(xué)的作用，并利用已有的課程來實施，并通過組織學(xué)生參加比賽來提高學(xué)習(xí)積極性。以技能大賽為載體，在專業(yè)教學(xué)中引入競賽元素，深化產(chǎn)教結(jié)合，不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)方式。

2 課程整體設(shè)計

目前，不同類型的高職院校在實踐教學(xué)中存在著很大的差異，在教學(xué)內(nèi)容上沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標準。隨著高職院校在課程方面的大力發(fā)展，高校實習(xí)基地的建設(shè)也出現(xiàn)了許多問題[2]。首先，沒有長期計劃的實習(xí)基地。我們都知道，科技在進步，工業(yè)裝備在快速地更新。如果不對設(shè)備進行長期的規(guī)劃，培訓(xùn)基地將會在八年或更短的時間里就跟不上市場的發(fā)展，從而影響到人才的培養(yǎng)。其次，實習(xí)基地的職能定位不明確，實踐基地的作用應(yīng)以最大限度的滿足教育用途，而不是一味的“高大上”、模仿企業(yè)的流水線，造成實踐基地利用率低下的問題。同時，要考慮到社會培訓(xùn)、科研平臺、校企合作、全國職業(yè)院校職業(yè)技術(shù)競賽技能培訓(xùn)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)等功能模塊。第三，實踐基地的建立和課程體系的建立不相適應(yīng)，“一體化”教學(xué)改革的理念在不同的高職院校中得到了廣泛的推廣，從單一的課程體系轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨ぷ髁鞒虨橹行牡慕虒W(xué)模式[3]。但是，目前我國職業(yè)院校中大部分實訓(xùn)基地都是按照學(xué)科體系進行的。設(shè)備種類、數(shù)量都有了很大的提高，但是大多都采取了“作業(yè)分散化”的方式，這就造成了教學(xué)實踐中的諸多困難，嚴重的直接影響了實訓(xùn)活動的開展。實踐基地的建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，需要進行科學(xué)、周密的頂層設(shè)計，并嚴格按照培養(yǎng)目標、課程體系進行規(guī)劃。

《工業(yè)機器人技術(shù)與應(yīng)用》課程在工業(yè)機器人、機電一體化等專業(yè)中的一門重要課程，同時也是《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程的基礎(chǔ)。《《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程主要針對工業(yè)機器人的基本組成與設(shè)計思路，運用工業(yè)機器人進行軟硬件的維護，并結(jié)合實際工作需要，為工業(yè)機器人的安裝調(diào)試、工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線應(yīng)用開發(fā)等工作提供理論基礎(chǔ)和實踐技能。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對工業(yè)機器人及其他軟硬件系統(tǒng)的基本原理及安裝調(diào)試等實踐操作基礎(chǔ)，并對工業(yè)機器人行業(yè)的發(fā)展狀況有一個初步的了解，掌握和解決工業(yè)機器人問題的能力，為走上相關(guān)工作崗位奠定基礎(chǔ)。在這門課程中，同學(xué)們將以團隊的形式，運用工業(yè)機器人的機械平臺，并運用工業(yè)機器人的編程技術(shù)，來提高他們的專業(yè)技能[4]。《工業(yè)機器人拆裝與維護》的總體設(shè)計分為三種場景：工業(yè)機器人繪圖工作站維護、碼垛搬運工作站維護、工業(yè)機器人焊接工作站維護，三種場景中工作站復(fù)雜程度逐漸增加，因此工作的復(fù)雜程度逐漸增加。同時，為了提高學(xué)生的核心技能，教師的參與度也要逐步下降。本文以工業(yè)機器人焊接工作站的維修與學(xué)習(xí)場景為實例，對其進行了研究。

3 一體化課程體系構(gòu)建與實踐

針對《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程的人才需求，建立了基于專業(yè)技能的專業(yè)技能模塊庫，以滿足職業(yè)技能的需要。通過對企業(yè)的調(diào)查，找出需要的人才。采用問卷調(diào)查、企業(yè)實地調(diào)研、電話訪問、網(wǎng)上咨詢等形式對行業(yè)和企業(yè)進行調(diào)研，對社會需求、行業(yè)需求、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進行分析。組織實務(wù)專家面談，對職位及事業(yè)發(fā)展階段進行梳理。根據(jù)各個崗位的職業(yè)能力發(fā)展規(guī)律，制定職業(yè)生涯發(fā)展的道路，確定不同的發(fā)展方向，并按照職業(yè)教育的發(fā)展規(guī)律，建立專業(yè)技能等級體系[5]。以行業(yè)第一線職業(yè)崗位的能力需求為邏輯起點，通過對接國家職業(yè)技能和專業(yè)教學(xué)標準，借鑒企業(yè)技術(shù)培訓(xùn)體系認證標準，按照崗位→典型工作任務(wù)→分析具體工作任務(wù)→職業(yè)能力模塊庫等步驟，形成職業(yè)能力的模塊庫。

以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，高校學(xué)生的生涯發(fā)展狀況。結(jié)合多家本地大型汽車生產(chǎn)企業(yè)、工業(yè)機器人維修行業(yè)協(xié)會的資料，對人才的需求情況進行了分析；組織實習(xí)專家訪談，根據(jù)不同職位的員工，如學(xué)徒、班組長、技術(shù)總監(jiān)、技術(shù)經(jīng)理、公司管理人員、業(yè)內(nèi)專家等，對工作及事業(yè)發(fā)展的過程進行了梳理，形成《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程學(xué)生的職業(yè)技能標準[6]。對接工業(yè)機器人維修工相關(guān)標準，分析形成《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程中不同層次人才定位的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

4 教學(xué)實施

教學(xué)實施的總體上可劃分為“課前、課中、課后”。在課前，老師會利用課堂資源，包括視頻、案例、PPT、學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)資源、課前作業(yè)等。學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)，并完成課堂前的學(xué)習(xí)任務(wù)。課堂前的作業(yè)包括了“客觀題”，在完成了網(wǎng)上的作業(yè)之后，系統(tǒng)會自動計算出學(xué)生的答案。在課堂上，老師采用“創(chuàng)造情境”、“任務(wù)驅(qū)動”、“行動導(dǎo)向”的教學(xué)策略，對項目進行簡短的描述，將學(xué)生分組，分配任務(wù)，包括所要學(xué)習(xí)的知識和技能，因為課程內(nèi)容涉及到的機械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)布局、功能設(shè)計、軟件模擬等多個領(lǐng)域，所以根據(jù)專業(yè)的知識或技能模塊分成不同的子任務(wù)進行教學(xué)活動可以達到較好的教學(xué)效果。學(xué)生們在完成自己的項目和任務(wù)時，會遇到事先設(shè)定好的知識，也會有一些技巧上的困難。在課堂上，老師可以通過“收集、規(guī)劃、決策、執(zhí)行、測試、評價”六個步驟來指導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)。在課后，老師要根據(jù)小組的完成情況，安排課外作業(yè)和擴展作業(yè)，使學(xué)生能夠加強所建立的知識系統(tǒng)，深入思考下一步的問題。在此基礎(chǔ)上，通過項目任務(wù)情境、多媒體展示、軟件仿真、實訓(xùn)操作等多種教學(xué)手段，使學(xué)生進入適合“順應(yīng)”、“同化”的“文化背景”，以項目任務(wù)為核心，學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，達到知識與實踐的統(tǒng)一。

《工業(yè)機器人拆裝與維護》是工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，內(nèi)容類似于《工業(yè)機器人應(yīng)用基礎(chǔ)》。針對目前就業(yè)市場的需要，高職院校畢業(yè)生將承擔(dān)機電一體化、電氣控制技術(shù)等“接近機器人”專業(yè)的學(xué)生進行理論教學(xué)與實習(xí)；同時，也為今后的工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的學(xué)生提供了基礎(chǔ)的基礎(chǔ)知識，如：運動控制、動力控制、在線編程、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)維護等。由此可見，《工業(yè)機器人拆裝與維護》在“近機械系”和“工業(yè)機器人”專業(yè)中的應(yīng)用是十分重要的。為了確保《工業(yè)機器人拆裝與維護》課程的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠熟練掌握機器人的基本原理和實際操作能力，本文就《工業(yè)機器人拆裝與維護》的開設(shè)進行了簡要的介紹。

《工業(yè)機器人拆裝與維護》是一門完整的課程，它遵循了學(xué)生的思維方式，由簡單到復(fù)雜，讓學(xué)生在獲得成功的同時，也感受到了成功的喜悅。教學(xué)過程采取“以行動為中心，以工作任務(wù)為動力”的教學(xué)模式，使學(xué)生在實踐中、在實踐中學(xué)習(xí)[7]。老師是引導(dǎo)者，在學(xué)生熟悉了基礎(chǔ)軟件的使用、外部硬件的構(gòu)成和調(diào)試方式后，老師只負責(zé)分配任務(wù)、監(jiān)督、檢查、打分、重點講解、小組討論、工業(yè)機器人拆裝等。速度快、質(zhì)量好的小組得分高，其余的組依次遞增，這樣大多數(shù)同學(xué)之間就會產(chǎn)生競爭，氣氛也會變得很好。本課程是由26 個人組成，分成13 個小組，在分組時，首先要了解學(xué)員的特征和過去的表現(xiàn)，然后再由強弱組合，互相幫助。任務(wù)分為普通任務(wù)和擴展任務(wù)，一些完成速度快的同學(xué)可以完成擴展任務(wù)，這是一種加分項，既能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又能增加課堂上的工作量。利用學(xué)校引入的“學(xué)習(xí)通”云平臺，將預(yù)習(xí)、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、小組作業(yè)、在線測驗、網(wǎng)上作業(yè)等，學(xué)生們通過下載的 APP 登錄到云平臺進行作業(yè)，操作起來很方便。在題庫設(shè)置上教師會盡可能地用選擇題、判斷題進行考核，讓同學(xué)們更好地使用自己的手機。完成了所有的大項目，再進行一次階段性的實戰(zhàn)考核，這是為了測試學(xué)生的能力，也是為了激發(fā)他們的積極性，如果成績不好，可以在下一個項目中繼續(xù)努力[8]。此外，將會有一個小組的報告，每一個小組都會向大家匯報自己的小組情況，展示自己的成果，交流經(jīng)驗，特別是關(guān)于故障診斷和排故、編程思路的經(jīng)驗。課程成績由考勤、實訓(xùn)室6S、課堂表現(xiàn)、平時任務(wù)、實操考試、理論考試、項目匯報等多個方面組成。

5 考核方法與評價指標

本課程以理論學(xué)習(xí)與工程實踐相結(jié)合的方法，實施教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控與管理。考試的形式包括筆試、表達能力、技能操作、項目報告等，通過評分，得出學(xué)生平時的總分和期末總分，然后根據(jù)權(quán)重，得出學(xué)生在這門課上的總分。日常表現(xiàn)是指教師在課堂上對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。在課程中的表現(xiàn)、學(xué)生的出勤率、實際操作能力、完整而詳盡的評估規(guī)則等的綜合評價，此部分占總成績的40%。期末考試是對學(xué)生的理論知識掌握情況、項目完成情況、實踐操作能力、報告撰寫情況等的綜合評價，此部分占總成績的60%。

6 教學(xué)效果與反思

《工業(yè)機器人拆裝與維護》是一門應(yīng)用性非常強的課程，課題內(nèi)容豐富，可以滿足學(xué)生的需要，能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中愉快地獲得知識，通過“學(xué)習(xí)通”云平臺上理論知識的安排，提升了學(xué)生的理論知識水平，為課堂教學(xué)提供了有效的指導(dǎo)。老師在遇到一般問題時，重點說明，能更好地引起學(xué)生的注意。學(xué)生之間互相學(xué)習(xí)，大家互相交流，一起進步。但是，在實踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如，一個班級里，有兩到三個學(xué)習(xí)能力較差并且不夠自覺的學(xué)生，雖然老師在努力地教導(dǎo)，但他們的表現(xiàn)并不盡如人意，所以，針對此情況需要調(diào)整相應(yīng)地教學(xué)策略。針對實訓(xùn)設(shè)備問題，由于一些實訓(xùn)平臺因為頻繁使用而存在一些功能老化的問題，或者不同教學(xué)團隊在使用工具調(diào)試設(shè)備時，對設(shè)備情況不夠熟悉的情況，從而影響團隊的工作效率和工作熱情，對此情況需要完善設(shè)備登記表的管理。

7 總結(jié)

高等職業(yè)技術(shù)教育在我國高等教育中占有舉足輕重的地位，在我國高等職業(yè)教育中占據(jù)著半壁江山，有著不可替代的重要作用。當(dāng)前，我國正處在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級、以機器代替人的時代，由此可見工業(yè)機器人的發(fā)展將會非常迅速。

《工業(yè)機器人拆裝與維護》是高等職業(yè)教育機器人技術(shù)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程。因此，《工業(yè)機器人拆裝與維護》的教學(xué)內(nèi)容、平臺選擇和教學(xué)任務(wù)的實施將是整個教學(xué)的重點。本文介紹了《工業(yè)機器人拆裝與維護》的教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合實際教學(xué)中的實際情況，介紹了該專業(yè)的應(yīng)用技術(shù)，并在一定程度上解決了該專業(yè)的教學(xué)資源不足，并為其它專業(yè)的教學(xué)資源開發(fā)提供了新的途徑。以工業(yè)機器人零部件裝配為例，按照工程實踐項目的知識要求，將課程內(nèi)容分為若干個獨立的課題，遵循課程資源開發(fā)的原則，通過課堂教學(xué)、實踐教學(xué)、學(xué)習(xí)通等資源的同步教學(xué)，將知識點整合到具體的工作頁中，通過教學(xué)工作頁向?qū)W生分發(fā)，采用“理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合”的教學(xué)模式對學(xué)生進行教學(xué)。此外，將具體的工程實例項目導(dǎo)入到教學(xué)中，讓學(xué)生能夠親身體驗到最新的工業(yè)機器人技術(shù)，并進一步了解和運用其原理。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合不同的教學(xué)方法和教學(xué)特征，進行有針對性的教學(xué)。能在一定程度上掌握有關(guān)工業(yè)機器人的軟硬件知識，為日后的職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。