新工科下“工業機器人技術與應用”課程項目化教學模式探索與實踐

摘要：在新工科背景下，探索了“工業機器人技術與應用”課程的項目化教學模式。通過重構傳統學科體系，以任務為核心，將學科知識和技能整合到任務情境中，設計了6個具體的學習情境，從基礎到復雜逐步展開，以滿足學生不同階段的學習需求。課程以仿真和實操相結合的方式將任務情境與實踐操作相結合，促進學生的學習興趣和實踐能力。在課程實施過程中，學生通過探索和實踐不同的學習情境逐步提升對“工業機器人技術與應用”的理解和掌握，并培養團隊合作精神和實踐能力。最后，通過多種評價方式，對學生進行考核，以全面考察學生在工業機器人技術與應用領域的綜合能力。

關鍵詞：新工科工業機器人技術與應用項目化教學學科重構

ExplorationandPracticeofProject-BasedTeachingModefor“IndustrialRobotTechnologyandApplication”CourseUnderNewEngineering

ZHAOXu1YINJun2

1.HainanVocationalUniversityofScienceandTechnology，HaikouCity，HainanProvince，571126China;2.ZhejiangHangdaTechnologyDevelopmentCo.，Ltd.，HangzhouCity，ZhejiangProvince，310000China

Abstract：UnderthebackgroundofNewEngineering，theproject-basedteachingmodefor“IndustrialRobotTechnologyandApplication”coursehasbeenexplored.Byreconstructingthetraditionaldisciplinarysystemwithtasksasthecore，integratingdisciplinaryknowledgeandskillsintotaskcontexts，sixspecificlearningscenariosaredesigned，graduallyexpandingfrombasictocomplextomeetthelearningneedsofstudentsatdifferentstages.Thecoursecombinestaskscenarioswithpracticaloperationsthroughacombinationofsimulationandhands-onexperience，tostimulatestudents'interestinlearningandpracticalabilities.Duringthecourseimplementation，studentsgraduallyenhancetheirunderstandingandmasteryof“IndustrialRobotTechnologyandApplication”throughexploringandpracticingindifferentlearningscenarios，whilefosteringteamworkspiritandpracticalabilities.Finally，studentsarecomprehensivelyassessedthroughvariousevaluationmethodstocomprehensivelyevaluatetheircomprehensiveabilitiesinthefieldofindustrialrobottechnologyandapplications.

KeyWords：NewEngineering;IndustrialRobotTechnologyandApplication;Project-basedteaching;Disciplinereconstruction

隨著新工科理念的興起和工業4.0時代的到來，工業機器人技術作為先進制造業的重要組成部分，已經成為推動現代工業發展的關鍵力量之一[1]。截至2020年，全國已經超過700所高職院校成功申報了工業機器人技術專業[2]。在這樣的背景下，“工業機器人技術與應用”課程的開設和教學模式的創新顯得尤為重要。

隨著科技的迅猛發展，工業機器人技術的應用領域日益拓展，不僅在傳統制造業中有著廣泛應用，而且在新興領域如服務業、醫療保健、農業等也逐漸發揮著重要作用，因此，培養學生對工業機器人技術的理解和掌握已經成為現代工程教育中不可或缺的一環。然而，傳統的課堂教學模式往往難以滿足學生的實踐需求和職業發展的要求[3]。因此，將“工業機器人技術與應用”課程引入項目化教學模式，有助于激發學生的學習興趣、提高其動手能力和解決實際問題的能力，從而更好地適應未來工作的需求。

1重構傳統學科體系

為適應產業發展，滿足企業崗位需求，改革傳統學科本位教學模式，建立“以任務為載體，由淺入深，仿真與實操并行”的課程方案。通過校企合作，構建面向企業真實環境的工作過程系統化課程教學模式，達到真學、真做和掌握真本領的目的。在職業分析和工作過程分析的基礎上，對教學內容進行重新整合，轉換為學習場，進而確定學習情境和任務。

項目化教學的主要特點是教師以典型的職業活動或企業工作為背景，按照學生的認知特點來設計教學項目任務，學生在教師的引導下完成并提交工作產品或服務成果[4]。教學團隊首先對傳統學科體系進行深入的重構，以任務為核心，將學科知識和技能整合到任務情境中，共設計六個學習情境，從基礎到復雜逐步展開，以滿足學生不同階段的學習需求。這六個學習情境分別是固定軌跡編程仿真與實操、模擬激光雕刻仿真與實操、機器人搬運仿真與實操、機器人碼垛仿真與實操、機器人弧焊仿真與實操和變位機弧焊仿真與實操。典型工作過程如圖1所示，六個學習情境由易到難，技能水平逐步提高，可以讓學生在“做中學、學中做”，最后達到“學會做”的效果。

2課程內容設計

課程內容設計是教學中的重要環節。通過采用項目化教學模式，重新設計“工業機器人技術與應用”課程內容，以確保學生在學習過程中綜合掌握工業機器人的手動操縱、工具更換、參數配置、I/O通信、復雜軌跡規劃、示教編程等關鍵能力。

2.1項目化學習情境設計

在“工業機器人技術與應用”課程中，項目化學習情境設計是確保學生在學習過程中貼近實際工作場景的重要手段，這些學習情境不僅是課程內容的載體，也是學生理解、掌握和應用知識的平臺。

為了達到這一目標，每個情境都對應一個實際項目。這些項目不僅涵蓋了工業機器人技術的基礎知識，還涉及機器人在不同工業應用中的具體操作。例如：在第一個學習情境固定軌跡編程仿真與實操中，學生將學習工具坐標系與工件坐標系的標定、ABB機器人基本運動指令，以及如何編程使機器人執行直線軌跡、圓弧軌跡和曲線軌跡的運動，通過仿真軟件模擬和實際操練，學生可以掌握工業機器人手動操縱和基本編程操作的技能。

2.2學習目標和任務設計

每個學習情境都設定了明確的學習目標、任務和技能要求，以確保學生在完成每個情境時都面臨一定的挑戰和難度，促進他們的學習動力和成長。學習目標包括掌握基礎操作技能、理解相關理論知識、應用技術解決問題等。任務則根據實際工業項目設計。

例如：在模擬激光雕刻仿真與實操情境中，學生將模擬機器人的激光雕刻任務，包括工具更換、路徑規劃、I/O通信、編程等操作，并通過實操加深理解。

2.3與實際應用場景的結合

項目化學習情境設計的核心是與實際應用場景的結合，在課程設計中，教學團隊會選擇與工業界緊密相關的應用場景作為學習情境的背景，確保學生所學的知識和技能能夠直接應用于實際工作中。

例如：在變位機弧焊仿真與實操情境中，教學團隊設置了一個類似工業焊接車間的場景，通過仿真軟件，學生利用虛擬變位機模擬不同角度和位置的焊接需求，幫助學生更好地理解和掌握焊接工藝的多樣性和實際應用。隨后進行實際操作驗證，從而全面掌握變位機弧焊技術的應用和操作技巧。

另外，教學團隊也會邀請相關行業專家或企業代表參與課程設計，提供實際應用場景中的案例和問題，以確保課程內容與工業實踐緊密結合，為學生提供更具有挑戰性和實用性的學習體驗。

2.4教學資源和支持

為了有效實施課程設計，教師團隊開發了在線教育課件、多媒體資料和實踐案例，以滿足學生在學習過程中的多樣化需求，為學生提供了更加靈活和便捷的學習方式。同時，教學團隊還會定期組織師生交流會，邀請相關行業專家進行技術指導，幫助學生更好地理解工業機器人技術的前沿發展和實際應用。通過這種方式，學生不僅能夠獲得專業的技術支持，還能夠與行業專家進行面對面的交流，了解行業的最新動態和需求。

3課程實施

3.1課程啟動階段

課程實施過程是將設計好的項目化教學模式轉化為現實教學活動的關鍵步驟，其順利執行對于學生的學習效果至關重要。在此過程中，教師和學生共同參與，通過一系列有序的步驟，逐漸深入探索和實踐課程設計的任務情境。在課程啟動階段，教師需清晰地向學生介紹課程目標、任務情境和項目要求，以確立學習的框架和目標；同時，教師還需明確學生們分組的方式，并就團隊合作的重要性進行闡述，從而確立學生在團隊合作中的角色和責任，建立起合作的氛圍。

3.2學習情境的展開

課程的實施將進入到學習情境的展開階段，每個學習情境的展開都是按照預先設計好的學習路徑和任務進行的。在每個學習情境中，學生將利用仿真軟件進行虛擬實踐，模擬真實工作場景中的操作過程，通過實踐操作鞏固學習內容。在每個學習情境中，學生將不僅是個體學習者，他們將在團隊合作的氛圍中相互學習、交流和探討，這種團隊合作能夠促進跨學科知識的融合與共享，使學生不僅能夠掌握本學科的知識，還能了解和應用其它相關學科的知識，提升綜合解決問題的能力。

下面，以學習情境三機器人搬運仿真與實操為例來闡述課程實施過程，其教學組織架構如圖2所示。首先，進行搬運仿真項目制作，學生利用RobotStudio軟件建模功能搭建搬運工作站，利用Smart組件創建動態搬運工具，并規劃搬運路徑，創建工具坐標系和工件坐標系，設置機器人I/O信號以控制機器人對工件的抓取和釋放。隨后，學生利用虛擬示教器進行編程，并進行仿真調試，確保機器人在虛擬環境中能夠順利完成搬運任務。完成仿真項目制作后，學生進入實訓室進行機器人實操。按照典型工作過程，學生首先安裝吸盤工具，然后規劃搬運路徑與目標點，設定坐標系，并配置機器人I/O信號；接著，學生利用示教器進行編程調試，逐步調整參數以確保機器人能夠準確和穩定地完成搬運動作；最后，學生將機器人切換到自動運行模式，讓機器人通過程序自動運行完成搬運任務。學生通過真機操作可鞏固在仿真環境中學到的技能，并將其應用于實踐中。

在授課的同時，還會挖掘思政元素，將思政元素融入到課程里，例如，由傳統搬運靠人工到搬運智能化的轉變，這就是典型的工匠精神——精益求精，盡職盡責，耐心執著，追求突破，追求革新。高校課程的思政建設是至關重要的，因為它直接關系到培養何種品質的人、如何進行人才培養，以及為誰培養人這一立德樹人的根本問題[5]。思政教育在課程中扮演著不可或缺的角色。

3.3線上和線下相結合

本課程采用線上和線下相結合的教學模式，這種方法有助于改變傳統的課堂教學模式，不再是簡單的教師單向傳授知識。通過線上和線下結合，教師與學生之間建立了雙向溝通的機制，可以及時地進行互動和反饋[6]，這樣的閉環機制使得教學變得更加靈活多樣，能夠更好地滿足學生的學習需求。在線教學將通過視頻講座、實時互動和在線討論等方式進行，同時提供相關文字材料、練習題、案例分析等多種形式的學習資源，以滿足不同學生的學習偏好和需求。

在課程實施過程中，學生將通過探索和實踐不同的學習情境逐步提升對“工業機器人技術與應用”的理解和掌握，并培養團隊合作精神和實踐能力。教師則通過指導和支持引導學生充分發揮個人潛能，實現知識與技能的整合和應用，從而達到項目化教學模式的預期效果。

4課程評價

本課程主要通過3種方式對學生進行考核評價，旨在綜合考察學生在工業機器人技術與應用領域的理論知識掌握、實踐操作能力、問題解決能力及團隊合作能力等方面的表現，以確保他們在課程學習過程中達到預期的學習目標和能力水平。

第一，采用綜合項目評價的考核方式。將學生分成小組，每個小組負責完成一個機器人應用項目。項目內容既包括仿真設計和實際操作，學生需要在項目中展示他們的團隊合作能力、問題解決能力及對工業機器人技術的綜合運用能力。評價標準包括項目的完成質量、實際操作的準確性、團隊合作的效率等。

第二，采用實踐技能考核的方式。通過設立一系列與工業機器人技術相關的實操任務，如工具更換、路徑規劃、編程調試等，對每一位學生的實際操作技能進行考核。此外，也可讓學生記錄和總結實際操作過程中的經驗和教訓，以便評估他們對于實踐技能的理解和掌握程度。

第三，采用口頭答辯的考核方式。學生就所完成的項目和實操任務進行展示并講解，通過口頭答辯，可評估學生對于課程內容的理解深度、表達能力和思維邏輯能力。此外，還可以邀請相關專業人士或企業代表參與評審，提供專業性的意見和建議，以保證評價的客觀性和準確性。

綜上所述，本課程通過采用多種課程評價方式可有效考察學生在工業機器人技術與應用領域的綜合能力，促進其全面發展和職業能力的提升。

5結語

本研究旨在探索與實踐新工科背景下的“工業機器人技術與應用”課程項目化教學模式，并取得了一定的成效。通過對傳統學科體系的重構和任務情境的設計，學生在課程學習過程中得以全面發展，培養了工業機器人領域的綜合應用能力和實踐操作技能，希望為相關領域的教育教學實踐提供借鑒與參考。

參考文獻

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[3]蘇建美，尚宇梅，武珊珊，等.項目化教學與地方應用型高校的深度融合問題研究及對策分析[J].科技資訊，2022，20（13）：172-174，188.

[4]譚翀，宋猛.場景賦能下高職思政課項目化教學改革的新機遇[J].中國職業技術教育，2023（20）：32-37.

[5]朱洪雷，代慧，桑治國，等.“互聯網+”背景下“校企協同、四位一體”教學模式改革探索：以“工業機器人技術綜合應用”課程思政為例[J].職業技術，2022，21（1）：104-108.

[6]張冬冬，武新章，劉輝，等.線上線下混合式教學輔助模式探究與實踐[J].電氣電子教學學報，2024，46（1）：16-20.