理實(shí)一體化課程弧焊機(jī)器人操作與編程精品教材開(kāi)發(fā)與實(shí)踐

李榮雪 張娜 姚佳

摘 要：本文介紹了弧焊機(jī)器人操作與編程精品教材的開(kāi)發(fā)與建設(shè)過(guò)程。教材開(kāi)發(fā)與課程開(kāi)發(fā)密不可分，教材與課程的開(kāi)發(fā)都應(yīng)基于企業(yè)的崗位需求與人才培養(yǎng)目標(biāo)。精品教材的打造更是修訂與使用多次循環(huán)的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：弧焊機(jī)器人操作與編程 精品教材 課程開(kāi)發(fā) 立體化資源

課 題：北京市職業(yè)院校教師素質(zhì)提高工程·優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

教材是實(shí)施教學(xué)過(guò)程的基本資源，是教師與學(xué)生有效溝通的橋梁，教材建設(shè)是課程建設(shè)的核心之一，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證。高等職業(yè)教育教材應(yīng)突出職業(yè)特色和技能型人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，服務(wù)于培養(yǎng)符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)、行業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的高技能型人才。

一、教材開(kāi)發(fā)的必要性

大型焊接結(jié)構(gòu)及新型結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用對(duì)焊接技術(shù)提出了很高的要求，反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了焊接技術(shù)與焊接工藝的發(fā)展，促進(jìn)了焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化?；『笝C(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、自動(dòng)焊接生產(chǎn)線在我國(guó)制造業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。雖然國(guó)內(nèi)關(guān)于機(jī)器人方面的專著、教材已經(jīng)有很多，但普遍是偏向理論與研究的，不能滿足實(shí)際操作與應(yīng)用的需要，更沒(méi)有適合高職層次的以弧焊機(jī)器人操作與編程為主的教材。目前企業(yè)的弧焊機(jī)器人操作與編程人員的培養(yǎng)，只能依靠機(jī)器人生產(chǎn)廠家的培訓(xùn)或產(chǎn)品使用手冊(cè)，缺乏相關(guān)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)與理論指導(dǎo)，因此開(kāi)發(fā)以操作為主、兼顧基本理論的高職弧焊機(jī)器人操作方面的教材十分必要。

二、教材開(kāi)發(fā)方法與過(guò)程

該教材的開(kāi)發(fā)以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)為基礎(chǔ)，以職業(yè)能力為本位;以企業(yè)需求為基本依據(jù)，以就業(yè)為導(dǎo)向;適應(yīng)企業(yè)技術(shù)發(fā)展，體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前瞻性。

1.進(jìn)行企業(yè)調(diào)研，明確設(shè)置課程的必要性

在進(jìn)行課程開(kāi)發(fā)之前，筆者針對(duì)北京制造業(yè)中的焊接技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行了企業(yè)調(diào)研，如航天一院211廠、航天二院699廠、航天二院283廠、北京中麗制機(jī)工程有限公司、北京地鐵車輛廠、北京重型電機(jī)廠等。通過(guò)企業(yè)專家、工人訪談會(huì)，提取典型工作任務(wù)，分析崗位職業(yè)能力，按照人才培養(yǎng)目標(biāo)、就業(yè)崗位要求，在課程體系中設(shè)置了旨在培養(yǎng)技能應(yīng)用、職業(yè)素質(zhì)及社會(huì)、方法能力的核心課程，如焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、焊接方法與設(shè)備、弧焊機(jī)器人操作與編程等。

該課程的設(shè)置主要圍繞自動(dòng)焊接中弧焊機(jī)器人的基本操作與編程。通過(guò)該課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，如搬運(yùn)、碼垛及弧焊機(jī)器人的自動(dòng)焊接技術(shù)、焊接工藝知識(shí)和配套設(shè)備的使用能力;同時(shí)通過(guò)焊接工藝與自動(dòng)化技術(shù)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，具備理論基礎(chǔ)的應(yīng)用能力，奠定可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

2.根據(jù)課程目標(biāo)確定教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)項(xiàng)目

依據(jù)焊接技術(shù)及自動(dòng)化專業(yè)對(duì)焊接機(jī)器人操作與編程高端技能型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，課程內(nèi)容主要包含工業(yè)機(jī)器人的基本概念、分類及應(yīng)用，弧焊機(jī)器人的基本操作與編程等。為實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)，教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基于工作過(guò)程。本課程共包含六個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目包含1～2個(gè)工作任務(wù)，項(xiàng)目?jī)?nèi)容編排包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識(shí)準(zhǔn)備、任務(wù)實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)、學(xué)后感言及思考與練習(xí)等幾項(xiàng)。這樣實(shí)現(xiàn)了以源于企業(yè)的真實(shí)工作任務(wù)為載體，以學(xué)生為主體，通過(guò)“教學(xué)訓(xùn)做評(píng)”一體化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)器人操作與編程的能力的目標(biāo)，滿足了現(xiàn)代制造企業(yè)機(jī)器人相關(guān)工作崗位對(duì)高端技能型人才的專業(yè)技術(shù)能力、職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。

3.立體化教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)與建設(shè)

為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，與該教材配套開(kāi)發(fā)了多種立體化教學(xué)資源。如設(shè)備圖片、實(shí)時(shí)錄像及二三維動(dòng)畫(huà)、仿真軟件及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境等。仿真訓(xùn)練使用離線編程軟件，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真操作，如機(jī)器人選型、機(jī)器人操作、機(jī)器人編程及典型焊接接頭的焊接等，使學(xué)生在虛擬環(huán)境下完成機(jī)器人操作的基本訓(xùn)練，以便在實(shí)際環(huán)境實(shí)訓(xùn)時(shí)提高設(shè)備的安全性。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)之便，將課程資料如課程標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)資料、電子教案、多媒體課件、習(xí)題、自我檢測(cè)及課程問(wèn)卷等全部上網(wǎng)，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

三、教材特色

教材的編寫(xiě)貫徹先進(jìn)的教學(xué)理念，以技能訓(xùn)練為主線、相關(guān)知識(shí)為支撐，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的操作能力。教材特色與創(chuàng)新體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1.構(gòu)建基于工作過(guò)程的教材體系結(jié)構(gòu)，以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)

該教材打破了傳統(tǒng)教材的章節(jié)體系結(jié)構(gòu)，采用了更加適合于職業(yè)技能型人才培養(yǎng)的、基于工作過(guò)程的內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)。將學(xué)習(xí)任務(wù)及要求在“工作任務(wù)書(shū)”中進(jìn)行描述;將完成任務(wù)必需的理論知識(shí)和操作方法，在每一項(xiàng)任務(wù)的“知識(shí)準(zhǔn)備”中進(jìn)行陳述;將教學(xué)組織和實(shí)施方法在“任務(wù)實(shí)施”中進(jìn)行建議;將每一項(xiàng)目的教學(xué)效果在“教學(xué)評(píng)價(jià)”和“學(xué)后感言”中進(jìn)行總結(jié)和反思;將新技術(shù)、新知識(shí)在“知識(shí)拓展”中進(jìn)行介紹。這樣的教材體系結(jié)構(gòu)便于以學(xué)生為中心，進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)，學(xué)生邊學(xué)邊練，通過(guò)學(xué)習(xí)可以掌握機(jī)器人弧焊崗位所要求的操作技能。

2.符合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)，滿足企業(yè)對(duì)高端技術(shù)技能型人才的需求

該教材經(jīng)歷了“講義→校本教材→教材出版”的積累和完善過(guò)程。教材基于編者多年的企業(yè)經(jīng)歷、對(duì)機(jī)器人焊接崗位人才要求的調(diào)研，以企業(yè)實(shí)際案例為基礎(chǔ)，依據(jù)專業(yè)對(duì)弧焊機(jī)器人應(yīng)用方面高端技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，廣泛征求了企業(yè)專家和同類學(xué)校教師的意見(jiàn)，以企業(yè)應(yīng)用廣泛、銷量世界排名第一的ABB機(jī)器人為例，介紹其基本操作與編程方法，以達(dá)到讓學(xué)生觸類旁通的目的，學(xué)生在實(shí)際操作中學(xué)會(huì)工業(yè)機(jī)器人的基本理論。從認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人、手動(dòng)操縱機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人編程、典型接頭焊接與編程、工業(yè)機(jī)器人的離線編程等方面，由淺到深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由局部到全部，使學(xué)生按照認(rèn)知規(guī)律，理解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握機(jī)器人操縱與編程的方法。項(xiàng)目?jī)?nèi)容涵蓋了工業(yè)機(jī)器人及弧焊應(yīng)用的主要內(nèi)容，每個(gè)任務(wù)在相關(guān)的理論知識(shí)陳述之后，安排學(xué)生動(dòng)手操縱機(jī)器人，并使學(xué)生在掌握理論、提高技能的同時(shí)逐步建立規(guī)范的工作意識(shí)。

3.填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高職層次弧焊機(jī)器人操作類教材的空白，提升了焊接技術(shù)及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的應(yīng)用層次

該教材的出版填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高職層次弧焊機(jī)器人操作教材的空白，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)可以掌握先進(jìn)的機(jī)器人焊接技術(shù)，從而提升畢業(yè)生的應(yīng)用層次。

此外，該教材與企業(yè)技術(shù)人員共同開(kāi)發(fā)，教材的內(nèi)容與使用更符合企業(yè)的崗位要求。

四、教材使用效果

作為專業(yè)核心課程教材，該教材在筆者學(xué)校2006級(jí)焊接技術(shù)及自動(dòng)化專業(yè)作為學(xué)生講義使用;根據(jù)使用情況，經(jīng)過(guò)修訂編寫(xiě)出校本教材，在2007級(jí)和2008級(jí)學(xué)生中使用;經(jīng)過(guò)再修訂，于2011年4月由出版社出版，作為筆者學(xué)校2009級(jí)以后學(xué)生的教學(xué)用書(shū);2013年，該教材經(jīng)過(guò)遴選被評(píng)為北京市高等教育精品教材。

使用該教材進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”， 將教、學(xué)、訓(xùn)、做、評(píng)融于項(xiàng)目之中，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化、課堂與實(shí)訓(xùn)地點(diǎn)的一體化、任務(wù)內(nèi)容和工作內(nèi)容一體化。學(xué)生經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)，能夠熟練掌握弧焊機(jī)器人的操作與編程方法，走出校門就能滿足企業(yè)對(duì)弧焊機(jī)器人操作與編程人員的崗位需求。

通過(guò)使用該教材進(jìn)行教學(xué)，筆者學(xué)校焊接技術(shù)及自動(dòng)化專業(yè)為北京制造業(yè)輸送了掌握先進(jìn)機(jī)器人焊接技術(shù)的高端技能型人才，畢業(yè)生已在首都航天機(jī)械廠、北京中麗制機(jī)工程有限公司、北京地鐵車輛有限公司等企業(yè)從事機(jī)器人焊接工作。

（作者單位：北京電子科技職業(yè)學(xué)院）