高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)教學(xué)模式研究

郭 萍

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

近年來，由于勞動(dòng)力成本的增高，許多企業(yè)為減少人力成本和管理成本，逐漸引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人不僅代替人從事重復(fù)性、機(jī)械性和危險(xiǎn)性工作，還可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。截至目前，工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在電子產(chǎn)品制造行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人可用于流水線上焊接元器件、組裝各類零部件等工作；在汽車制造業(yè)中，可用于汽車表面的噴漆和汽車的搬運(yùn)工作，避免人類從事環(huán)境惡劣和體力過重的工作；在醫(yī)療行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人精確的定位可用來進(jìn)行精密的手術(shù)，避免人為因素對(duì)手術(shù)的影響；甚至在食品行業(yè)中，也出現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人“批量分解豬腿”的畫面。

然而，工業(yè)機(jī)器人被引進(jìn)的同時(shí)，企業(yè)也面臨新的挑戰(zhàn)，會(huì)操作、使用和維護(hù)工業(yè)機(jī)器人的技能人才相對(duì)較少，企業(yè)花大價(jià)錢買回來的設(shè)備并不能充分發(fā)揮其作用。因此，為更好地培養(yǎng)與企業(yè)對(duì)接的人才，在“中國(guó)制造2025”的大背景下，高職院校陸續(xù)開設(shè)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)，培養(yǎng)從事一線的工程機(jī)械設(shè)備或者工業(yè)機(jī)器人的操作、裝配、調(diào)試和維護(hù)等工作的人才。該專業(yè)除學(xué)習(xí)機(jī)電一體化相關(guān)的基礎(chǔ)課程之外，還開設(shè)包括機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)、機(jī)器人裝配與調(diào)試、機(jī)器人編程應(yīng)用和機(jī)器人故障診斷與維修等核心課程。

現(xiàn)階段，由于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)是新興專業(yè)，專業(yè)建設(shè)相對(duì)不成熟，并且該專業(yè)綜合性較強(qiáng)，涉及自動(dòng)控制、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容，在教學(xué)方式和方法上必然與傳統(tǒng)工科有所不同，因此，該專業(yè)的教學(xué)模式需進(jìn)一步探索。本文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的核心課程，結(jié)合目前高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)的實(shí)際情況，從以下三個(gè)方面來探索工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)模式：

一、打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用信息化手段提升課堂效果

在教學(xué)方法上，工科類專業(yè)不如文理科類方式多樣，在傳統(tǒng)理論課堂教學(xué)時(shí)，一般以老師講、學(xué)生聽為主，課堂的教學(xué)模式大多還處于“填鴨式”教學(xué)。學(xué)生與老師之間交流略少，課堂氣氛不活躍，加上高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)意識(shí)薄弱、自控力較差，注意力不集中、容易游離于課堂之外，教學(xué)效果較差。目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)課程在理論教學(xué)環(huán)節(jié)中側(cè)重調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，集中學(xué)生的注意力，因此課堂多采用視頻、圖片、動(dòng)畫等直觀方式授課，并增加討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生積極參與課程學(xué)習(xí)，加深知識(shí)的理解。雖然這種做法在一定程度上可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，但課程的知識(shí)點(diǎn)較雜、內(nèi)容廣泛，許多學(xué)生容易失去興趣，積極性不高，不利于課堂的開展。

以《機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)》課程為例，該課程運(yùn)動(dòng)學(xué)分析這一知識(shí)點(diǎn)涉及數(shù)學(xué)推導(dǎo)、矩陣和線性代數(shù)相關(guān)知識(shí)，學(xué)生未有矩陣和線性代數(shù)相關(guān)概念，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)起來吃力，自信心不足，遇到難題容易放棄。另外，在機(jī)械結(jié)構(gòu)這一章節(jié)中，工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)裝置是重點(diǎn)內(nèi)容，需要詳細(xì)學(xué)習(xí)軸承、絲杠、齒輪、RV減速器和諧波減速器等各類傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理，知識(shí)點(diǎn)零碎，涉及面較廣，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易喪失耐心而影響課堂效果。因此，僅僅采用視頻及動(dòng)態(tài)圖片形式的授課已不能滿足工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程的需要，教師在教學(xué)過程中還應(yīng)結(jié)合機(jī)器人技術(shù)相關(guān)課程特點(diǎn)，以學(xué)生為主體，采用信息化技術(shù)的手段，探索不同的授課方式。

針對(duì)《機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)》中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析這一難點(diǎn)章節(jié)學(xué)生信心不足的情況，可以用信息化手段降低學(xué)習(xí)難度，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？梢試L試采用線上學(xué)習(xí)APP—學(xué)習(xí)通，利用學(xué)生隨身帶手機(jī)的特點(diǎn)，讓學(xué)生線上做相關(guān)練習(xí)題幫助理解并及時(shí)鞏固，教師線上更正打分并及時(shí)了解學(xué)生掌握的情況，以便適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更好地掌握重點(diǎn)內(nèi)容。該平臺(tái)還可通過教師與學(xué)生的互動(dòng)來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，避免學(xué)生因知識(shí)點(diǎn)枯燥而分心，進(jìn)一步提升授課效果。在機(jī)械結(jié)構(gòu)這一知識(shí)點(diǎn)繁多的章節(jié)中，從各類傳動(dòng)裝置在典型工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用入手，以圖文結(jié)合的形式展示各類傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)及原理，并發(fā)布微視頻，讓學(xué)生課前學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生自主研究、自主學(xué)習(xí)；同時(shí)可布置視頻作業(yè)，要求學(xué)生學(xué)習(xí)后錄制微視頻講解對(duì)傳動(dòng)裝置的認(rèn)識(shí)并上傳共享給班級(jí)，并一起交流討論，在互相學(xué)習(xí)中將知識(shí)點(diǎn)理解透徹，實(shí)現(xiàn)互助，共同進(jìn)步。也可以在教材、實(shí)訓(xùn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室等地方設(shè)置二維碼，通過鏈接到線上，學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，把學(xué)生學(xué)習(xí)的阻礙點(diǎn)一一化解。

不僅《機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)》課程具備知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程大多屬于多學(xué)科交叉的課程，且實(shí)踐性很強(qiáng)，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往難以達(dá)到理想效果，在教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)把握學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人頗有興趣這一關(guān)鍵點(diǎn)，采用信息化手段，不僅可通過微視頻、QQ、微信、云班課、提問軟件等，輔助教師寓教于樂,甚至可以通過AR技術(shù)將工業(yè)機(jī)器人的操作嵌套在現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行互動(dòng)，幫助學(xué)生寓學(xué)于樂,在樂趣中獲取知識(shí),強(qiáng)化操作技能,實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐兩手抓，有效提升課堂教學(xué)效果。

二、加強(qiáng)專業(yè)教師隊(duì)伍培養(yǎng)，提升教師理論和實(shí)踐水平

目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展速度較快，實(shí)際的技術(shù)水平比高校理論研究較快，加上工業(yè)機(jī)器人教研室成立時(shí)間不長(zhǎng)，課程體系和人才培養(yǎng)還處于探索階段，導(dǎo)致多數(shù)高職院校里工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)教師理論和實(shí)踐水平普遍不高，課堂教學(xué)與市場(chǎng)脫節(jié)。另外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)涉及多種學(xué)科的內(nèi)容，能夠掌握多種學(xué)科的教師相對(duì)缺乏，專業(yè)教師大多具備電子信息、控制工程或者機(jī)械自動(dòng)化中某一領(lǐng)域的背景，對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的認(rèn)識(shí)及研究不深。例如，《機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)》這門課程，具有控制領(lǐng)域背景的授課教師對(duì)于工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)課程中的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械相關(guān)概念如圓柱銷、絞銷、斜楔等知識(shí)點(diǎn)理解較淺顯，對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置中的液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)以及傳動(dòng)裝置中的軸承、絲杠、RV減速器等工作原理認(rèn)識(shí)不深入，容易受課本內(nèi)容的約束，在授課時(shí)不能很好地融會(huì)貫通，也不能站在一定高度進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的引申，從而影響教師自由發(fā)揮，進(jìn)而影響授課效果。不僅如此，其余課程也對(duì)控制類教師提出了挑戰(zhàn)，比如《工業(yè)機(jī)器人裝配與調(diào)試》課程需要教師了解機(jī)械裝配的基本知識(shí)，機(jī)械傳動(dòng)裝置的裝配方法和步驟，《工業(yè)機(jī)器人故障診斷與維修》課程需要掌握工業(yè)機(jī)器人的安全作業(yè)事項(xiàng)、工業(yè)機(jī)器人控制柜和機(jī)器人本體的故障診斷與維護(hù)，《工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試》需要教師學(xué)習(xí)一門新的語言。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)知識(shí)體系的跨學(xué)科技術(shù)融合性，迫切需要教師綜合性地提升專業(yè)理論體系，需要專業(yè)教師進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)器人相關(guān)的理論知識(shí)。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，需要教師、學(xué)院及學(xué)校各方面做出相應(yīng)的努力。教師個(gè)人方面可自主去相關(guān)機(jī)器人企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐鍛煉，獲得實(shí)際的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；學(xué)院方面可通過校企合作對(duì)專業(yè)教師進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人控制、編程技術(shù)及裝配等方面的培訓(xùn)來引導(dǎo)教師學(xué)習(xí)，以此來促進(jìn)教師更好地開展教學(xué)。另外，企業(yè)、學(xué)校、教師三方可以共建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫(kù)，融入企業(yè)最新的需求、理念，由企業(yè)專家定期維護(hù)，既讓教學(xué)緊隨企業(yè)需求，又方便教師向企業(yè)專家交流。除此之外，教師可參加機(jī)器人相關(guān)的技能比賽，通過賽前的準(zhǔn)備學(xué)習(xí)和賽后的歸納總結(jié)，強(qiáng)化對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)，促進(jìn)教師深入理解專業(yè)知識(shí)，提高自身理論水平的同時(shí)進(jìn)一步提高動(dòng)手能力，提升實(shí)踐指導(dǎo)能力，進(jìn)而豐富日常的教學(xué)。

三、完善教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，提高設(shè)備利用效率

隨著工業(yè)機(jī)器人教研室的成立，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要陸續(xù)地引進(jìn)并且投入使用，方便學(xué)生開展工業(yè)機(jī)器人的認(rèn)知、操作和編程等實(shí)踐。然而由于一些主觀及客觀的原因，導(dǎo)致專業(yè)核心課程開展時(shí)設(shè)備應(yīng)用不充分，實(shí)際教學(xué)效果大打折扣。

工業(yè)機(jī)器人屬于大型設(shè)備，在引進(jìn)前需要調(diào)研論證等過程，引進(jìn)周期長(zhǎng)，并不能保證相關(guān)課程開展前就能供教學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂用，即使順利引進(jìn)的設(shè)備，安裝、調(diào)試和培訓(xùn)以及建立規(guī)范的實(shí)訓(xùn)室也需一定時(shí)間，因此教研室成立之初，有一些基礎(chǔ)課程不得不側(cè)重于理論學(xué)習(xí)。比如，《機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)》這門課程既是專業(yè)核心課也是基礎(chǔ)課，比其余核心課較早開設(shè)，極有可能設(shè)備尚未完全投入使用，但出于安全考慮，引進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人暫不會(huì)對(duì)師生開放使用，學(xué)生不能進(jìn)行基本的機(jī)器人實(shí)體結(jié)構(gòu)的認(rèn)知學(xué)習(xí)和簡(jiǎn)單的機(jī)器人動(dòng)作參觀學(xué)習(xí)，只能在理論課堂上通過動(dòng)態(tài)畫面和相關(guān)視頻了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作模式。很顯然，課堂效果并不理想。

工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)課程具備較強(qiáng)的實(shí)踐性，包括機(jī)器人的裝配、編程、調(diào)試和故障診斷，都需要工業(yè)機(jī)器人設(shè)備來實(shí)踐教學(xué)，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)于鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力很重要，即便后期開課時(shí)設(shè)備已準(zhǔn)備好，由于設(shè)備投入使用時(shí)間不長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)和理論教師未能熟練操作儀器，在開展實(shí)驗(yàn)課時(shí)，未能最大化地發(fā)揮設(shè)備的價(jià)值，導(dǎo)致設(shè)備利用不充分。另外，由于工業(yè)機(jī)器人設(shè)備價(jià)格昂貴，一臺(tái)設(shè)備動(dòng)輒十幾萬，校方經(jīng)費(fèi)緊張，因此引進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備數(shù)量較少。在開展實(shí)驗(yàn)課時(shí)，一旦班級(jí)學(xué)生數(shù)量較多，會(huì)有較多的學(xué)生共用一臺(tái)設(shè)備，未能有效保證學(xué)生操作時(shí)間，導(dǎo)致學(xué)生不能充分利用實(shí)踐課堂學(xué)習(xí)相關(guān)的技能。

因此，針對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備準(zhǔn)備不充分的情況，教研室應(yīng)積極主動(dòng)推進(jìn)設(shè)備引進(jìn)、安裝、培訓(xùn)和調(diào)試相關(guān)事宜，縮短設(shè)備準(zhǔn)備周期，爭(zhēng)取早日供教學(xué)使用。針對(duì)設(shè)備利用率不高的情況，教研室教師應(yīng)主動(dòng)學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)理論知識(shí)和設(shè)備的具體操作，挖掘更多實(shí)踐教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，充分利用該設(shè)備。針對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量相對(duì)的不足的現(xiàn)實(shí)情況，教研室應(yīng)該積極爭(zhēng)取院方和校領(lǐng)導(dǎo)的支持，獲得資金上的資助，購(gòu)置更多工業(yè)機(jī)器人，學(xué)校也可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建與實(shí)際工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)全真的仿真系統(tǒng)，使學(xué)生可以完成工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、安裝、編程與調(diào)試，從而減少工業(yè)機(jī)器人設(shè)備數(shù)量。

課程教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期深化的過程，需要不斷地探索、改進(jìn)和完善。本文結(jié)合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀及自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)《機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)》等專業(yè)課程探索工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)模式，通過分析工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程在理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在的問題，提出了相應(yīng)的改革措施，以提高教學(xué)效果，讓學(xué)生更好地掌握和運(yùn)用知識(shí)，進(jìn)一步提升專業(yè)理論知識(shí)水平和操作技能。