“智改數轉”背景下工業機器人技術專業課程教學改革與實踐

摘 要：隨著現代制造類企業的發展，社會迫切需要更多高技能人才。但是，當前部分職業學校學生的理論知識和實踐技能水平與企業實際需求還有一定差距。如何提高教學質量，有效培養學生各方面的能力，是教師需要認真思考的問題。文章闡述了目前工業機器人技術專業課程教學中存在的問題和解決方法，并對工業機器人技術專業課程教學改革和實踐進行了探討。

關鍵詞：“智改數轉”；工業機器人技術；教學改革

基金項目：本文系第五期江蘇省職業教育教學改革研究課題“中職校活頁式教材開發與應用研究”（課題編號：ZYB201）的階段性研究成果。

作者簡介：諸曉濤（1986—），男，江蘇省錫山中等專業學校。

根據《深化新時代教育評價改革總體方案》和《國家職業教育改革實施方案》的要求，工業機器人技術專業課程的人才培養目標、知識體系、培養方案、教學內容等都需要進行相應調整。工業機器人技術課程是中職學校機電類專業的核心課程之一，主要教學目的是讓學生掌握工業機器人系統組成和典型應用的相關知識，以及培養操作、調試、編程、維護等方面的能力，對提高學生分析和解決實際問題的能力具有重要作用。工業機器人在我國制造業中發揮著重要作用，但目前工業機器人技術專業優秀人才較少。從工業機器人技術專業發展前景來看，未來企業對工業機器人技術人才的需求量會越來越大，對學校的人才培養要求也會越來越高，因此，我們要提高學校的人才培養質量。

工業機器人作為制造業的重要裝備，在我國智能制造領域中占據著重要的地位，工業機器人技術人才培養的質量直接影響著智能制造產業的發展。隨著“智改數轉”的發展，各地區越來越重視制造業高技能人才的培養，同時企業也對高技能人才培養提出了新要求，如何根據當前職業學校學生實際情況合理構建課程教學體系和教學方法已成為一個亟須解決的問題［1］。

一、課程的定位及課程教學目標

工業機器人技術課程是機電類專業的核心課程，也是智能制造相關專業的重要技術技能課，它對學生專業知識及職業技能的培養有著重要作用。

（一）準確定位培養目標

通過本課程的學習，學生將掌握工業機器人基本知識和常用工業機器人操作技能，了解工業機器人設備選型與安裝、工業機器人運動控制系統配置與調試、工業機器人操作與維護、工業機器人編程及示教等知識和技能，為今后從事工業機器人技術應用、設備維護及管理工作奠定基礎。通過本課程的學習，學生將具備以下能力：（1）掌握與本專業相關的工控系統和編程方法；（2）具備工業機器人設備選型和安裝調試技能；（3）具備設備管理能力；（4）具備設備故障排查與故障診斷能力。為實現以上教學目標，針對本課程，筆者結合以學生為中心的教學理念，對課堂教學模式進行了改革［2］。

（二）優化教學內容與方法

在教學內容上，我們根據“重基礎、寬口徑、強能力、高素質”的要求，遵循“教、學、做”一體化設計思路，結合工作過程系統化的原則設計課程內容；在教學方法上，充分利用多媒體技術、虛擬現實技術等技術手段輔助教學，以提升學生的學習積極性和參與度；在考核方法上，充分利用線上線下混合式考核方式，以提升學生學習積極性和綜合素質。

（三）加強職業素養的融合教育

隨著“智改數轉”的發展，與工業機器人相關的行業對人才的要求也發生了變化，其不僅要求人才的技術過硬，還要求人才有較好的職業素養和職業道德。為此，結合當前職業學校學生實際情況，我們建立了“三個一”（專業基礎+職業素養+專業技能）工業機器人技術課程教學體系，具體如下。

第一個“一”是指將專業基礎與行業標準相結合。工業機器人技術專業課程主要學習工業機器人系統及集成應用、工業機器人編程與控制、機器人相關傳感器等內容，其中涉及的行業標準是本專業課程教學的基礎。

第二個“一”是指將職業素養融入教學環節中。在“智改數轉”的背景下，學生應具有良好的職業素養、敬業精神及較強的團隊協作能力。為此，我們將職業素養融入課堂教學中，同時重視專業技能競賽，鼓勵學生積極參加職業技能競賽活動。

第三個“一”是指將專業技能融入實踐操作中。首先，學校與企業簽署了戰略合作協議，建立了校內和校外實訓基地。實訓基地是依托于企業生產設備，在具有豐富實踐經驗的專業人員的帶領下，對學員進行實踐訓練的基地。校內實訓基地會對企業員工開放，為企業新員工進行理論知識的培訓；而企業實訓基地會對學校的專業教師開放，讓相關教師能深入了解企業中的最新生產設備，從而有效提升教學實效。

二、基于工作過程的課程教學內容改革

由于工業機器人技術課程面向的工作崗位對學生的技能要求較高，如工業機器人系統運維員（機器人操作員）需要具備電氣控制系統維護、工業機器人編程與應用、故障分析與排除、生產管理等多項技能，因此，課程改革應基于工作過程來構建知識體系［3］，并重點圍繞這些核心能力，將一些碎片化的知識點進行整合，使之轉化為一個具有內在聯系的整體。工業機器人技術課程通常采用項目化教學方式，我們以職業活動為導向，以項目任務為載體，以工作任務完成為目標，基于工業機器人系統集成應用、典型故障分析與排除和生產管理等，設計了相應的教學內容。我們將工業機器人技術應用課程內容分為5個學習領域：工業機器人系統集成應用、工業機器人典型故障分析與排除、工業機器人生產管理、工業機器人安裝與調試以及工業機器人系統維護。不同的學習領域對應不同的學習目標，根據各學習領域內容的特點，學生可以選擇對應的學習載體。

根據“智改數轉”的發展要求和職業學校教育教學改革的要求，筆者重點研究了基于工作過程和工作任務分析的知識體系，依據行業標準和職業能力發展要求對課程內容進行了整合，形成了以能力培養為目標的教學內容。根據工業機器人技術課程特點，筆者將教學內容分為六個模塊：（1）機器人運動學和動力學；（2）機械臂末端定位與控制；（3）工業機器人程序設計；（4）工業機器人編程；（5）人機交互與示教系統；（6）系統調試與維修。這六個模塊涉及大量的專業技術知識，如運動學、動力學、機械臂控制、程序設計等，因此，教師在授課時要按照工作過程和學習項目的要求對每個模塊的教學進行設計，形成以“工業機器人作業過程”為中心的教學內容體系，這樣能使每個模塊之間形成層層遞進的關系，讓學生將專業知識和技能應用到實踐中，解決工作中遇到的實際問題。

雖然這門課程的內容具有很強的綜合性，但是每一章節的知識點都是相對獨立的，因此，教師在教學時，要對課程內容進行合理規劃，找出能夠將所有章節都聯系起來的主線，將每一個知識點的前因后果都梳理清楚。首先，教師可從機械專業學生比較熟悉的機械結構開始，在對機器人三大組件之間的關系進行解釋的基礎上，教學機器人的控制系統和環境感覺技術；接著，對于機器人運動學，由于其具有很強的理論性，學習難度較大，教師可按照由淺到深的思路教學，以保證學生能夠快速、準確地掌握其核心知識；最后，教師可對機器人程序設計進行說明，讓學生對機器人的操控有更深層次的理解。值得注意的是，在講授各個章節的時候，教師可以適當地引入相關知識的最新成果，這樣不僅可以拓寬學生的知識面，還可以激發他們的學習興趣。

三、基于網絡平臺的教學手段創新

為保障教學效果，教師在教學本課程時可采用項目式教學法，將工業機器人相關知識和技能劃分為若干個項目，引導學生學習。每個項目均包含幾個任務，每個任務又可以按具體情況分為多個小項目。項目式教學法要求學生在完成每一個任務后對知識進行總結和評價，發現問題、解決問題，通過不斷地訓練，提升學生各方面的能力。同時，教師可以將“以學生為主體，教師為主導”的教學理念和“做中學”的教學方法相結合，使教學過程更加接近真實的工作過程。教師應采用理論和實踐相結合的模式，根據實際需要，以學生為主體制訂學習計劃，明確任務分配、時間安排等內容。教師在運用“項目引導”的方法進行教學時，要根據學生的知識水平和學習能力，將其分為若干小組。具體實施步驟如下：（1）開發信息化的課程資源，讓學生自主學習。本課程的內容龐雜，概念抽象，教師可利用現有的網絡教學平臺，創設以學生為中心的教學環境。一方面，教師要將傳統的“一支粉筆、一張嘴”的授課方式轉變為“多支粉筆、多張嘴”的授課方式；另一方面，教師要構建在線課程，實現線上線下混合式教學，讓學生課前通過網絡平臺自主學習。（2）利用仿真軟件開展實踐教學［4］。以“機器人技術實訓”為例，在理論課程教學前，教師可讓學生通過仿真軟件進行系統裝配、功能調試和故障排除等方面的虛擬實訓，這樣不僅可以有效提高學生的動手能力，還能提高學生解決實際問題的能力。（3）采用理論和實踐相結合的教學方法。在理論授課中，教師可依托仿真軟件引導學生進行系統裝配和功能調試；在實踐中，教師可以真實工程項目為案例，以學生為主體，輔助學生完成相應的操作步驟。（4）引入人工智能教學手段。工業機器人技術應用與維護課程中有許多典型零件加工方法，對于部分零件加工的原理及注意事項，教師可以采用錄制視頻和制作微課的方式進行講解和示范。

四、專業教師隊伍的能力培養

第一，專業教師參與專業群創建。從2021年開始，我校本專業的教師隊伍在不斷地進行改革和創新，積極參加專業認證，申報高水平專業群建設項目，積極申請專項經費，為課程的實踐和創新提供了保障。

第二，專業教師積極參與教學改革。要想有效發展工業機器人技術課程，我們就必須持續地提升專業教師的職業技能，提高教師的教學水平。同時，我們還要將該課程與現實生活中的生產應用聯系起來，搜集并及時更新工業機器人的典型應用案例，持續改進教學內容和教學方法。為此，教師應積極參與職業技能培訓，參與技能競賽，多與企業進行“產、學、研”等形式的合作，以開闊自己的眼界。

第三，專業教師參與頂崗實習。本專業學生的實訓一般是在企業中進行的，但部分教師缺乏行業經驗，難以對學生進行細化指導。為了提高教師的教學水平和實踐技能，我們通過企業頂崗、學校培訓等形式提高了教師的業務能力，并組織教師參加了校企合作實踐。

第四，專業教師與企業技術骨干雙向互師式共同成長。我們邀請了具有豐富經驗的企業技術骨干到學校擔任兼職教師，將企業典型案例引入課堂，與學生共同進行項目研發。這些措施有效提高了教師的實踐能力、創新能力。

結語

“智改數轉”背景下，職業教育教學改革面臨著新的挑戰。本文分析了當前職業教育面臨的主要問題，并結合“智改數轉”背景下企業人才需求的轉變，提出了工業機器人技術課程教學改革思路和措施。同時，本文結合課程教學改革實踐，介紹了工業機器人課程教學改革實施過程中的一些問題及解決方案。

實踐表明，進行課程教學改革，提高了學生學習的主動性、積極性和創造性，培養了學生的創新思維和解決問題的能力。與此同時，本課程的教學改革也有效提升了專業教師的專業素養和教學能力。在后續工作中，我們將圍繞智能制造技術人才培養目標和學科目錄調整后工業機器人技術專業人才培養方案展開深入研究，在課程改革的基礎上，探索結合工學交替、項目驅動等教學模式展開教學的路徑，完成工業機器人課程標準建設、教材編寫與推廣和教學資源庫建設等工作。

［參考文獻］

［1］黃亦薇. 中小制造企業“智改數轉”過程中的問題與對策分析［J］. 中小企業管理與科技，2023（2）：61-63.

［2］沈曄超，葛勇. “1+X”證書制度背景下“工業機器人應用編程”課程教學改革與實踐［J］. 南方農機，2022，53（20）：186-188.

［3］張麗. 人工智能《工業機器人操作與編程》課程教學實踐改革探尋［J］. 數據，2021（11）：158-160.

［4］李敏. 基于工作站和數字化平臺的課程教學改革與實踐：以高職《工業機器人技術》課程為例［J］. 電子元器件與信息技術，2021，5（7）：160-162.