高職“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)改革實(shí)踐

王水發(fā) 陳天炎

[摘 要] 主要分析了我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的人才需求特點(diǎn)和傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用課程的教學(xué)困境，根據(jù)高職院校的特點(diǎn)和本?！肮I(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”課程的教學(xué)情況，利用改進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂、理實(shí)一體、虛實(shí)結(jié)合、過程性考核等教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，為高職工業(yè)機(jī)器人課程的教學(xué)提供借鑒，與校企生產(chǎn)應(yīng)用緊密銜接，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān) 鍵 詞] 高職院校；工業(yè)機(jī)器人；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）30-0012-02

隨著德國“工業(yè)4.0”概念的提出和“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的開展，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨井噴式發(fā)展，眾多企業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí)，轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式也迫切需要大量專業(yè)技術(shù)技能型人才來提供保障，預(yù)計(jì)2025年工業(yè)機(jī)器人銷量將達(dá)到26萬臺(tái)，保有量達(dá)到180萬臺(tái)[1]，而目前相應(yīng)的人才儲(chǔ)備大多數(shù)是從傳統(tǒng)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)和電氣自動(dòng)化專業(yè)經(jīng)過后期的企業(yè)再培訓(xùn)而成，不僅給企業(yè)和社會(huì)增加了很多的成本，而且在數(shù)量和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了社會(huì)的需求，特別是具有工業(yè)機(jī)器技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)技能型人才。近幾年很多高職院校開始開設(shè)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)。因此，為不斷提升工業(yè)機(jī)器人專業(yè)技能訓(xùn)練教學(xué)效果，對(duì)其相關(guān)的核心課程進(jìn)行教學(xué)研究具有非常重要的實(shí)際意義。

本文將圍繞如何提高工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用課程技能訓(xùn)練效果展開研究，對(duì)當(dāng)前課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，結(jié)合高職院校的特點(diǎn)和本校“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”課程的教學(xué)情況，提出一些有效的教學(xué)內(nèi)容和方式，提高學(xué)生的技能教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)教學(xué)問題

（一）教學(xué)內(nèi)容不適合高職院校學(xué)生

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人課程主要教授工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等理論知識(shí)，涉及很多數(shù)學(xué)理論公式的計(jì)算，側(cè)重于理論教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)缺乏[2]；而高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相較于本科院?；A(chǔ)較差、學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性也不高，如果教學(xué)內(nèi)容還是以這種枯燥的理論知識(shí)為主，將嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于高職類學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（二）理論和實(shí)踐不能有效結(jié)合

傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)在時(shí)間上獨(dú)立分開，高職學(xué)生缺乏主動(dòng)性，很少有人在課前課后進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，往往兩節(jié)實(shí)踐課就要花一節(jié)課復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容，實(shí)踐教學(xué)效果較差。

（三）教學(xué)實(shí)踐設(shè)備嚴(yán)重不足

工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)設(shè)備是昂貴的，一套實(shí)訓(xùn)設(shè)備動(dòng)不動(dòng)就十幾萬、幾十萬。而學(xué)校的辦學(xué)經(jīng)費(fèi)有限，大多數(shù)院校現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足一個(gè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)班（50人）的實(shí)踐教學(xué)要求[3]，但高職院校是以培養(yǎng)技術(shù)型人才為主要目標(biāo)，工業(yè)現(xiàn)場對(duì)工業(yè)機(jī)器人操作者的應(yīng)用能力要求很高，缺乏實(shí)踐很難達(dá)到預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。

（四）缺乏良好的教學(xué)考核方式

課程的考核評(píng)估是學(xué)生最關(guān)心的環(huán)節(jié)，良好的考核方式有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高教學(xué)效果，很多學(xué)校的考核方式主要集中在課堂考勤、平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末的理論考試，缺乏過程性的有效考核，這將導(dǎo)致平時(shí)的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)效果大打折扣，達(dá)不到預(yù)期的目的。

（五）教師缺乏專業(yè)的技能實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用課程是一門交叉學(xué)科，正朝著智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展[4]。高職專業(yè)教師不僅需要深厚的工業(yè)機(jī)器人專業(yè)理論知識(shí)，同時(shí)也應(yīng)該具有一定的實(shí)際操作工藝應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但目前工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，嚴(yán)重缺乏這樣的專業(yè)教師，所以在工程教育與產(chǎn)業(yè)需求上依然存在脫節(jié)現(xiàn)象，人才培養(yǎng)跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的節(jié)奏。

二、教學(xué)改革與實(shí)踐

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為了更加適應(yīng)高職學(xué)生的特點(diǎn)，我們重新編排了“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”課程的教學(xué)內(nèi)容，刪除了繁瑣的公式推導(dǎo)部分，偏重于基本概念和基本規(guī)律，在內(nèi)容的選擇上盡可能地反映國內(nèi)外近年來在工業(yè)機(jī)器人理論研究和生產(chǎn)應(yīng)用方面的成果；在結(jié)構(gòu)編排上循序漸進(jìn)，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，結(jié)合學(xué)校KUKA工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)工作站，將教學(xué)內(nèi)容劃分為多個(gè)實(shí)訓(xùn)任務(wù)，編寫成《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)任務(wù)工作單》，明確任務(wù)的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容，如圖1所示。各任務(wù)之間既存在聯(lián)系又相互獨(dú)立，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，可以使學(xué)生在完成任務(wù)過程中更能理解工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)和操作技巧。

（二）改進(jìn)“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式

所謂的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，其實(shí)是相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式而言的，即教師先把學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容錄制成微課，并發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上；學(xué)生在上課前可以通過網(wǎng)絡(luò)在家中或課外觀看教學(xué)微課視頻，視頻可以重復(fù)播放，方便做學(xué)習(xí)內(nèi)容的記錄。在課堂上，師生可以進(jìn)行互動(dòng)交流，并完成課堂作業(yè)練習(xí)[5]。這種教學(xué)方式可以使自覺性強(qiáng)的學(xué)生養(yǎng)成良好的自我管理能力和自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高學(xué)習(xí)效率；而自覺性不強(qiáng)的學(xué)生，則會(huì)因?yàn)樽约翰粚W(xué)，而導(dǎo)致學(xué)習(xí)直接脫節(jié)，這樣很容易造成學(xué)生的兩極分化。

因此，我們將制作的微課放到網(wǎng)絡(luò)上，只是方便學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，課堂上還會(huì)再講解演示。并將實(shí)際操作的部分也錄制成視頻，做成二維碼的形式，貼在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，解決實(shí)操課上因人數(shù)太多，學(xué)生看不清老師示范操作過程的問題。也方便因設(shè)備不足，實(shí)訓(xùn)課上還沒輪到操作的學(xué)生觀看，提高實(shí)訓(xùn)效率。

（三）“理—虛—實(shí)”的教學(xué)方式

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用是一門操作性很強(qiáng)的專業(yè)課程，在設(shè)計(jì)思路上充分體現(xiàn)一體化，即理論與實(shí)踐內(nèi)容一體化、知識(shí)傳授與動(dòng)手訓(xùn)練場地一體化、理論與實(shí)踐教師為一人的“一體化”。為達(dá)到較好的教學(xué)效果，我們將KUKA機(jī)器人示教器界面通過信息化手段投影到大屏幕上，方便教學(xué)，如圖2所示。同時(shí)利用RobotArt離線仿真軟件（也可利用KUKA自己開發(fā)的KUKA.Sim Pro和KUKA.OfficeLite），先在離線仿真軟件上仿真操作，等操作熟悉了或編寫的程序在軟件上仿真正確了，再到實(shí)際的設(shè)備中操作驗(yàn)證。這既可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人離線仿真軟件的應(yīng)用，又能解決學(xué)生實(shí)際操作設(shè)備數(shù)量不足等問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果和操作安全性。工業(yè)機(jī)器人的離線仿真平臺(tái)如圖3所示。目前，也有半實(shí)物仿真平臺(tái)，即示教器是真實(shí)的，而機(jī)器人本體操作平臺(tái)是虛擬仿真的，這個(gè)平臺(tái)成本較低，適用于平時(shí)的學(xué)生訓(xùn)練操作。