《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程一體化教學(xué)實(shí)踐

朱強(qiáng)　 吳立華　康國(guó)坡

摘? ?要：針對(duì)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)辦學(xué)時(shí)間短，教學(xué)資源缺乏，“教、學(xué)、做”一體化實(shí)施困難等問(wèn)題，本文以高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)核心課程《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》為例，進(jìn)行了有效探索與實(shí)踐，校企合作設(shè)計(jì)了教學(xué)項(xiàng)目，采用虛實(shí)一體化教學(xué)模式，最大化利用了實(shí)訓(xùn)設(shè)備，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人? 一體化教學(xué)? 項(xiàng)目引領(lǐng)? 校企合作

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（c）-0224-02

Abstract： The specialty of industrial robot appears in polytechnic only in recent years. Teaching resources is insufficient and it is difficult in implementing the integration of "teaching， learning and doing". The article takes the core course "Industrial Robot Operation and Programming" of industrial robotic as an example， exploring and practicing. Teaching projects are designed， the virtual and real integrated teaching mode are put to use. The results show training equipment can be maximized utilized and good teaching results are achieved.

Key Words： Industrial robot; Integrated teaching; Project leading; School-enterprise cooperation

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)是隨著中國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略應(yīng)運(yùn)而生的新興高職專業(yè)，目前全國(guó)有超過(guò)300所高職院校都已開設(shè)該專業(yè)，部分開設(shè)時(shí)間較早的院校已經(jīng)有了少量畢業(yè)生。工業(yè)機(jī)器人專業(yè)主要是培養(yǎng)在生產(chǎn)一線從事工業(yè)機(jī)器人及其相關(guān)機(jī)電設(shè)備的安裝、編程、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備管理的高端技術(shù)技能型人才[1]。因?yàn)閷I(yè)開設(shè)時(shí)間不長(zhǎng)，知識(shí)結(jié)構(gòu)比較新，相關(guān)教學(xué)設(shè)備也欠缺，課程的教學(xué)資源不足，學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量也不能得到很好保障，有的學(xué)生畢業(yè)時(shí)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)不了解，機(jī)器人基本編程操作也難以完成，極大影響了社會(huì)對(duì)專業(yè)學(xué)生知識(shí)技能的認(rèn)可度，把企業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目融入教學(xué)中，開發(fā)設(shè)計(jì)核心專業(yè)課程資源，采用“教、學(xué)、做”一體化模式，是解決問(wèn)題的有效手段[2-3]。

1? 一體化教學(xué)存在的問(wèn)題

高職學(xué)生自身的特點(diǎn)決定了難以采用普通大學(xué)的教學(xué)模式，“教學(xué)做”一體化是當(dāng)前被學(xué)生認(rèn)可的行之有效的教學(xué)模式。以我校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的核心專業(yè)課程《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》來(lái)說(shuō)，當(dāng)前實(shí)施一體化教學(xué)存在下列問(wèn)題[4-5]。

（1）缺少實(shí)施一體化教學(xué)的教材。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)相對(duì)較新，當(dāng)前市場(chǎng)上的機(jī)器人操作和編程教材多是由個(gè)個(gè)廠家的設(shè)備說(shuō)明書擴(kuò)充和改編而來(lái)，內(nèi)容沒有按照項(xiàng)目式教學(xué)的要求組織，體現(xiàn)不出以學(xué)生為中心、以生產(chǎn)項(xiàng)目為中心和以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心的轉(zhuǎn)變。這種教材既不利于教師的項(xiàng)目式教學(xué)，又不利于學(xué)生課后的復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)。

（2）缺少實(shí)施一體化教學(xué)的師資。

本科院校機(jī)器人工程專業(yè)幾乎和高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)同步開設(shè)，已經(jīng)畢業(yè)學(xué)生數(shù)量不多，高職院校缺少科班出身的工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教師。當(dāng)前高職院校教授工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的教師多是由機(jī)械工程、電子信息和自動(dòng)化等專業(yè)的師資轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的，自身缺少工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，難以實(shí)施項(xiàng)目引領(lǐng)的一體化教學(xué)。在企業(yè)里，工程師項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富，但企業(yè)對(duì)機(jī)器人工程師需求量非常大，待遇也高，高職院校當(dāng)前的收入水平吸引不了合適的企業(yè)工程技術(shù)人員來(lái)學(xué)校教學(xué)。這就造成了當(dāng)前適合工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)教師的不足。

（3）缺少實(shí)施一體化教學(xué)的實(shí)訓(xùn)條件。

高職院校經(jīng)過(guò)多年擴(kuò)招，在校生人數(shù)連年都創(chuàng)新高，實(shí)訓(xùn)設(shè)備投入有限，相對(duì)比較緊張。工業(yè)機(jī)器人操作與編程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備昂貴，動(dòng)輒幾十萬(wàn)元一套，實(shí)訓(xùn)損耗和后期維護(hù)費(fèi)用高，設(shè)備占用的場(chǎng)地也大，再加上專業(yè)辦學(xué)時(shí)間不長(zhǎng)，大部分高職院校在場(chǎng)地和設(shè)備方面都存在嚴(yán)重不足，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足一體化教學(xué)的要求。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和實(shí)訓(xùn)設(shè)備缺乏，一些學(xué)校只能壓縮實(shí)訓(xùn)課的課時(shí)，學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)就會(huì)大打折扣。

2? 一體化教學(xué)實(shí)施

針對(duì)“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)實(shí)施的困難，我院工業(yè)機(jī)器人教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)走訪調(diào)研機(jī)器人企業(yè)和行業(yè)協(xié)會(huì)，與學(xué)生座談等方式，在專業(yè)核心課程《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》做了一體化教學(xué)的實(shí)踐，取得不錯(cuò)的效果。

2.1 校企合作模式改革

學(xué)校注重校企深度合作，巨輪智能裝備股份有限公司投入2000萬(wàn)元與學(xué)校合作共建機(jī)器人學(xué)院，企業(yè)全方位參與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)的全過(guò)程，校企深度融合，實(shí)行“混合所有制”辦學(xué)。機(jī)器人學(xué)院與廣東省機(jī)器人協(xié)會(huì)、中山市包裝印刷協(xié)會(huì)等行業(yè)協(xié)會(huì)建立良好合作關(guān)系，在專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程體系建設(shè)等方面得到多方位的指導(dǎo)。學(xué)校建立了一套鼓勵(lì)專任教師下企業(yè)實(shí)踐的管理辦法，對(duì)于沒有企業(yè)工作經(jīng)歷的教師，平均每年至少有2個(gè)月的企業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷才能完成年度考核，實(shí)踐經(jīng)歷可以根據(jù)規(guī)定折算成一定教學(xué)工作量，對(duì)于青年教師有一定的吸引力，形成專任教師下企業(yè)的長(zhǎng)效機(jī)制。

2.2 項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

機(jī)器人學(xué)院依托行業(yè)協(xié)會(huì)和地方機(jī)器人龍頭企業(yè)，以職業(yè)能力為基準(zhǔn)共同確立工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，編寫了人才培養(yǎng)方案、課程體系和課程標(biāo)準(zhǔn)。來(lái)源于企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)的項(xiàng)目是實(shí)施一體化教學(xué)的關(guān)鍵。以《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》為例，校企專家合作共同設(shè)計(jì)了機(jī)器人示教器認(rèn)知、復(fù)雜焊接軌跡跟蹤、視覺分揀工件、機(jī)器人碼垛、啞鈴拋光打磨、機(jī)床上下料和AVG物料運(yùn)送七個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目包含2～4個(gè)工作任務(wù)，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如圖1所示。

采用項(xiàng)目式教學(xué)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在開始學(xué)習(xí)這門課程時(shí)就充分了解了這門課程主要教授的內(nèi)容，課程學(xué)習(xí)完成后能掌握哪些知識(shí)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)崗位是哪些，七個(gè)教學(xué)項(xiàng)目完成后，大部分學(xué)生都能熟練掌握機(jī)器人的編程，能根據(jù)工作任務(wù)編制對(duì)應(yīng)的程序，課程教學(xué)取得良好效果。

校企合作在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期就編寫了項(xiàng)目式校本教材，考慮到高職院校師資薄弱的問(wèn)題，合作企業(yè)利用暑期教師頂崗實(shí)習(xí)期間派出資深工程師帶領(lǐng)頂崗教師完成所有教學(xué)項(xiàng)目，并在課程開設(shè)首個(gè)學(xué)期作為實(shí)訓(xùn)助理教師和授課教師一起完成整個(gè)學(xué)期的教學(xué)任務(wù)，使得學(xué)校教師在1-2個(gè)學(xué)期內(nèi)就快速成長(zhǎng)為能獨(dú)立完成項(xiàng)目式教學(xué)的雙師素質(zhì)教師。

2.3 一體化教學(xué)實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)

實(shí)訓(xùn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地建設(shè)是制約一體化教學(xué)實(shí)施的重要障礙，機(jī)器人設(shè)備價(jià)格昂貴，占用空間大，短期內(nèi)難以有效解決。我院教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)走訪企業(yè)調(diào)研，決定采用以虛擬教學(xué)設(shè)備為主，企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)設(shè)備為輔的虛實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)設(shè)備。虛擬設(shè)備主要由機(jī)器人虛擬軟件、臺(tái)式機(jī)電腦外加示教器構(gòu)成，這套機(jī)器人仿真實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以完成《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程中除了AVG物料運(yùn)送之外的所有項(xiàng)目。虛擬仿真設(shè)備占地少，耗材損耗小，能完成大部分教學(xué)項(xiàng)目，教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)已有的實(shí)訓(xùn)經(jīng)費(fèi)額度又采購(gòu)了3套企業(yè)生產(chǎn)用的機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)工作站作為虛擬仿真設(shè)備有效補(bǔ)充。

教學(xué)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，學(xué)生2～3人分為一個(gè)小組，先以小組為單位在虛擬仿真設(shè)備上完成教學(xué)項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)教師檢查登記后才能操作真實(shí)的機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)工作站，這既保證了實(shí)訓(xùn)時(shí)間，又大大降低了學(xué)生初次操作機(jī)器人發(fā)生碰撞、極限位卡死等誤操作概率。AVG物料運(yùn)送項(xiàng)目是課程最后的考核項(xiàng)目，學(xué)生以小組為單位在真實(shí)的機(jī)器人系統(tǒng)中完成考核。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)嘗試，這種以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為引領(lǐng)的虛實(shí)一體教學(xué)模式適合《工業(yè)機(jī)器人操作與編程》課程的教學(xué)，學(xué)生在整個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)中都能保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣，真實(shí)設(shè)備與虛擬仿真設(shè)備交互操作也能激發(fā)各個(gè)小組之間的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，達(dá)到了預(yù)期教學(xué)效果。

3? 結(jié)語(yǔ)

理論教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的延伸，只有理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，通過(guò)教學(xué)做一體化的模式體現(xiàn)出來(lái)才是培養(yǎng)高層次技術(shù)技能型應(yīng)用人才的有效途徑?！豆I(yè)機(jī)器人操作與編程》課程通過(guò)機(jī)器人虛實(shí)一體教學(xué)設(shè)備，實(shí)踐項(xiàng)目引領(lǐng)的“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)思路，取得良好教學(xué)效果，教學(xué)團(tuán)隊(duì)后續(xù)計(jì)劃繼續(xù)建設(shè)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，探索采用反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的效率。

參考文獻(xiàn)

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