應(yīng)用型本科機器人工程專業(yè)課程體系改革與探索

曹陽 孫松麗

摘 ?要：結(jié)合崗位需求，對應(yīng)用型本科機器人工程專業(yè)課程的設(shè)置和實踐安排提出具體的改革措施，對機器人工程專業(yè)課程體系及實踐教學(xué)方法和考核方式進行改革探索，改革成果在教學(xué)應(yīng)用中取得了較好的效果，學(xué)生實踐創(chuàng)新能力提升明顯，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

關(guān)鍵詞：崗位需求;應(yīng)用型人才;課程體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）12-0041-03

Abstract： Combining with the job requirements， this paper puts forward specific reform measures for the setting and practice arrangement of the applied undergraduate course of robotics engineering， explores the reform of the course system and practical teaching methods and assessment methods of robotics engineering specialty， and achieves good results in the teaching application of the reform results. The students' innovation ability is improved obviously， which stimulates the students' initiative in learning.

Keywords： job requirements; applied talents; course system

引言

與研究型本科院校不同，應(yīng)用型本科院校是專業(yè)培養(yǎng)現(xiàn)場工程師的教育機構(gòu)，因此，培養(yǎng)過程應(yīng)強調(diào)學(xué)生實踐操作能力和社會需求的發(fā)展方向，以便培養(yǎng)出專業(yè)型、技術(shù)型、創(chuàng)新型人才。但從目前的現(xiàn)狀來看，大多數(shù)應(yīng)用型本科院校的教學(xué)重點仍放在理論知識上，實踐教學(xué)學(xué)時和內(nèi)容得不到保障，這與應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標不一致。所以，應(yīng)用型本科院校當前應(yīng)著重完善教學(xué)計劃，調(diào)整人才培養(yǎng)的方案，以期為社會培養(yǎng)出專業(yè)性強、知識面精、技術(shù)精湛的人才。

機器人工程專業(yè)現(xiàn)場工程師培養(yǎng)應(yīng)該立足產(chǎn)業(yè)服務(wù)地方。當前機器人產(chǎn)業(yè)在全國蓬勃發(fā)展，國家將工業(yè)機器人列為實現(xiàn)智能制造，推進工業(yè)強國進程的核心關(guān)鍵領(lǐng)域，但目前工業(yè)機器人應(yīng)用型技能人才供給相對滯后，人才培養(yǎng)迫在眉睫。機器人工程專業(yè)應(yīng)該抓住這個行業(yè)發(fā)展契機，圍繞培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力開展，結(jié)合現(xiàn)代教育改革，逐步探索出新的教學(xué)計劃，為學(xué)生創(chuàng)造出優(yōu)越的能力培養(yǎng)方案，從而符合智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

文章以工業(yè)機器人崗位需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為教育主線，闡述機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系的構(gòu)建思路。

一、課程體系構(gòu)建

工業(yè)機器人應(yīng)用人才培養(yǎng)依賴于社會需求、職業(yè)需求和市場需求，企業(yè)需求是人才培養(yǎng)的正確導(dǎo)向。因此，建設(shè)課程體系過程中，要與企業(yè)需求相同步，合理搭配公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及實訓(xùn)課的比例。從而全方位提升學(xué)生的知識體系和能力水平。

在工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，主要涉及的崗位職責(zé)有：工業(yè)機器人的安裝、調(diào)試、維修、系統(tǒng)集成等方面。工業(yè)機器人設(shè)計的專業(yè)知識廣泛，主要以電氣控制技術(shù)和機械設(shè)計為主。包括的專業(yè)課程有：電氣控制與PLC應(yīng)用、電氣工程制圖、機械CAD/CAM技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、模具三維數(shù)字化設(shè)計等。另外，隨著近年來國家大力發(fā)展智能制造業(yè)，一些新的技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，例如機器視覺技術(shù)、3D打印技術(shù)等。工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)涉及面廣，技術(shù)發(fā)展快。除了專業(yè)技能，擁有良好的職業(yè)素養(yǎng)也是企業(yè)考慮的重要因素，勇于拼搏的精神，良好的溝通能力，刻苦鉆研的工作態(tài)度，成為支撐技能人才持續(xù)成長和發(fā)展的重要內(nèi)在因素。

通過對工業(yè)機器人應(yīng)用企業(yè)的調(diào)研，形成以工業(yè)機器人裝調(diào)工程師、工業(yè)機器人電氣集成工程師、工業(yè)機器人機械集成工程師等典型工作崗位為導(dǎo)向的專業(yè)課程體系（見圖 1）。

（一）公共基礎(chǔ)課程模塊

主要培養(yǎng)學(xué)生從事機器人行業(yè)的基本素質(zhì)和基礎(chǔ)專業(yè)知識，為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展和終身學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。同時，開設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)課程，幫助學(xué)生制定合理的職業(yè)生涯規(guī)劃。

課程包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語、大學(xué)物理、中國特色社會主義理論體系概論、職業(yè)規(guī)劃等。需要注意的是，公共基礎(chǔ)課的開設(shè)除了滿足本科層次要求之外，還要具有應(yīng)用型特色，例如要能服務(wù)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

（二）基本技能課程模塊

基本技能模塊是整個課程體系重要的組成部分，是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)方向課的支撐。機器人工程專業(yè)作為一個綜合性強的專業(yè)，涉及到C語言程序設(shè)計，電路，PLC控制技術(shù)，液壓與氣動技術(shù)，傳感器技術(shù)，機器人機械基礎(chǔ)，MATLAB應(yīng)用與實踐等基礎(chǔ)課程。以上課程可分為機械類、電氣類、控制類及程序類，基本涵蓋機電專業(yè)基礎(chǔ)課程，但在內(nèi)容設(shè)計上圍繞工業(yè)機器人展開。通過該環(huán)節(jié)系列課程的學(xué)習(xí)學(xué)生可以掌握工業(yè)機器人及其工作站的機械結(jié)構(gòu)、電氣原理及控制方式，打牢專業(yè)基礎(chǔ)。值得注意的是，在學(xué)習(xí)這些課程時，不能按照傳統(tǒng)的學(xué)科基礎(chǔ)課來學(xué)，而應(yīng)該體現(xiàn)應(yīng)用型本科教育的特色，以理論知識為主，突出內(nèi)容的應(yīng)用性。

（三）專業(yè)方向課程模塊

專業(yè)方向課設(shè)置主要依據(jù)不同的崗位職責(zé)劃分，通過專業(yè)方向課的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以有針對性的在一個領(lǐng)域深入學(xué)習(xí)，工作后能快速適應(yīng)崗位要求。

應(yīng)用型課程體系要緊跟社會技術(shù)發(fā)展步伐。為了準確定位專業(yè)方向，機器人工程專業(yè)邀請多家工業(yè)機器人應(yīng)用相關(guān)企業(yè)代表商討專業(yè)方向課程建設(shè)，例如春蘭集團，金石機器人常州股份有限公司等。聽取企業(yè)未來幾年對工業(yè)機器人人才的崗位要求，能力要求。結(jié)合我校教學(xué)條件，確定了三個專業(yè)方向：工業(yè)機器人裝調(diào)、工業(yè)機器人電氣集成、工業(yè)機器人機械集成。

方向一：工業(yè)機器人裝調(diào)

針對工業(yè)機器人應(yīng)用集成項目安裝調(diào)試和自動化生產(chǎn)線維修維護，不僅要掌握工業(yè)機器人的操作編程、自動化生產(chǎn)線常用的元器件、電工接線、電氣相關(guān)原理及PLC基礎(chǔ)等知識，還需要掌握工業(yè)機器人相關(guān)的應(yīng)用調(diào)試，包含外圍自動化、PLC高級應(yīng)用、機器人離線編程、集成系統(tǒng)仿真、機器人視覺、機器人電氣與機械維護維修和綜合性項目調(diào)試技能。

課程包括：電氣控制與PLC應(yīng)用、機器視覺技術(shù)及應(yīng)用、機器人操作與基礎(chǔ)編程、機器人維護維修。

方向二：工業(yè)機器人電氣集成

針對工業(yè)機器人應(yīng)用集成項目電氣部分，除了常規(guī)的電氣系統(tǒng)控制、PLC控制外，還需要掌握工業(yè)機器人的控制原理、集成系統(tǒng)仿真、機器人離線編程、機器人高級編程、機器人視覺應(yīng)用以及集成項目電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方法;設(shè)計流程、工藝流程與相關(guān)規(guī)范;電氣控制功能實現(xiàn);電氣控制系統(tǒng)電路圖;整理生產(chǎn)清單及采購件清單;EPLAN電氣繪圖使用。

課程包括：電氣控制與PLC應(yīng)用、機器視覺技術(shù)及應(yīng)用、機器人操作與基礎(chǔ)編程、集成項目電氣設(shè)計。

方向三：工業(yè)機器人機械集成

針對機器人自動化生產(chǎn)線集成項目方案設(shè)計、總體設(shè)計及機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，包含機器人項目可行性評估，方案擬定，技術(shù)交流，工裝夾具及輔助設(shè)備設(shè)計，工業(yè)機器人選型，外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計，項目仿真驗證，以及項目零部件生產(chǎn)圖紙、BOM清單等設(shè)計。

課程包括：機械CAD/CAM技術(shù)、模具三維數(shù)字化設(shè)計、生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真、集成項目方案設(shè)計。

職業(yè)素養(yǎng)培育要貫穿整個課程體系。通過公共基礎(chǔ)課程模塊的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的人生觀價值觀。在基本技能課程模塊中，采用實踐教學(xué)方法，小組成員共同完成一個項目，在此過程中，培養(yǎng)了學(xué)生獨立性、責(zé)任心、職業(yè)精神和職業(yè)道德。在專業(yè)方向課程模塊中，融入對應(yīng)的崗位規(guī)范，模擬企業(yè)管理方式，塑造學(xué)生良好的操作習(xí)慣，更快適應(yīng)企業(yè)工作崗位要求。

二、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

機器人工程專業(yè)作為應(yīng)用性非常強的專業(yè)，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)必須得到足夠的重視。傳統(tǒng)的本科教育重視理論知識的傳授，實踐教學(xué)占整個教學(xué)課時的10%。如此少的實踐時間不能充分發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力，也不利于學(xué)生多樣化發(fā)展。在機器人工程專業(yè)的課程體系中，增加實踐教學(xué)的課時，特別像電氣控制與PLC，機器人技術(shù)與應(yīng)用等應(yīng)用性非常強的課程，實踐教學(xué)課時占總課時的45%左右。課堂上邊講邊練，學(xué)生能夠通過實踐加深對理論知識的理解，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲。

除了要提升實踐環(huán)節(jié)的比例以外，還要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。針對工業(yè)機器人在不同行業(yè)中的應(yīng)用，我院智能制造中心提供了對應(yīng)的實踐平臺，包括：工業(yè)機器人碼垛工作站平臺，工業(yè)機器人焊接工作站平臺，工業(yè)機器人打磨工作站平臺，使我們的人才培養(yǎng)更有針對性?？紤]到技術(shù)的進步，行業(yè)的變化，對這三個平臺不能滿足的實踐要求，我們通過開設(shè)MATLAB仿真課程來彌補不足。同時，在綜合實驗、課程設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)中，要求大部分題目以項目化的方式呈現(xiàn)，以項目成果確定課程成績，培養(yǎng)了學(xué)生的“工程意識、工程能力、工程素質(zhì)”。

除基本的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)以外，學(xué)校每年組織學(xué)生參加國家級和省級的高水平科技競賽，例如挑戰(zhàn)杯、恩智浦杯智能車大賽等科技活動，給學(xué)生提供一個高水平競技的機會。通過參加科技競賽活動，學(xué)生開闊了視野，學(xué)習(xí)了最新的技術(shù)，同時也培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力。

三、教學(xué)方法改革

機器人工程專業(yè)課程內(nèi)容綜合性強，結(jié)合了電氣控制、機電一體化、通信等專業(yè)知識。如果按照傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，會使學(xué)生負擔(dān)過重，打擊學(xué)習(xí)積極性。因此，應(yīng)采用科學(xué)的教學(xué)方法和現(xiàn)代化的教學(xué)手段。以學(xué)生為中心，通過具體項目引導(dǎo)學(xué)生探究，啟發(fā)學(xué)生思考，在師生互動的過程中，學(xué)生對所學(xué)理論知識有了深刻的理解，同時也達到培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

以工業(yè)機器人控制課程為例，課程采用了項目驅(qū)動教學(xué)法和理虛實一體化教學(xué)法開展教學(xué)活動。首先把學(xué)生分成4-5人的小組，先讓每個小組觀看和分析機器人控制系統(tǒng)的組成和原理，然后調(diào)試機器人完成預(yù)設(shè)功能，同時，指導(dǎo)每個小組各負責(zé)一臺機器人，每組布置不同的任務(wù)。對于實驗平臺滿足不了的功能，在robotstudio軟件上搭建虛擬仿真平臺，模擬機器人的運動狀態(tài)。

在項目的內(nèi)容設(shè)計上借鑒CDIO 理念，根據(jù)項目內(nèi)容的難易程度，氛圍基礎(chǔ)型、提高型和創(chuàng)新型，按照遞進式的方式來安排。同時，不同類型的項目占所有項目的比重也不同，三種類型占所有項目比例分別為65%，20%，15%。如果學(xué)生僅完成了基礎(chǔ)型的項目，那么最終成績只有65分，如果希望獲得更多分數(shù)，只有向更綜合的實踐項目發(fā)起挑戰(zhàn)。

充分利用在線課程上的資源，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。例如，《工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程的在線課程中包含了工業(yè)機器人在寶馬汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用視頻，使學(xué)生對工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)有直觀的認識。另外，學(xué)生通過在線課程提前學(xué)習(xí)上課內(nèi)容，課堂上可以有更多的時間和教師、同學(xué)討論。

四、加強教師隊伍建設(shè)，培養(yǎng)“雙師型”教師人才

擁有掌握熟練專業(yè)技能的“雙師型”教師人才，是應(yīng)用性人才培養(yǎng)的必要條件。因此，學(xué)院逐步培養(yǎng)或引進機器人工程技術(shù)領(lǐng)域“雙師型”教師。鼓勵教師到企業(yè)內(nèi)部參觀和培訓(xùn)，使教師的教學(xué)理念緊跟企業(yè)發(fā)展方向。首先、學(xué)院開展假期訪問工程師計劃，要求青年教師每年深入企業(yè)承擔(dān)崗位職責(zé)時間為不低于6周，注重產(chǎn)教相容， 為學(xué)校應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)提供保障。另外，我院2017年3位教師取得了全國機械行業(yè)首屆工業(yè)機器人職業(yè)技能競賽裁判員資格，2018年20位教師參加了全國“智能制造與工業(yè)機器人技術(shù)”專業(yè)骨干教師暑期培訓(xùn)班。通過這一系列的培訓(xùn)活動，讓學(xué)院教師能夠全面學(xué)習(xí)掌握工業(yè)機器人相關(guān)專業(yè)知識;并結(jié)合工業(yè)機器人實際工程案例，掌握工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)、工業(yè)機器人實踐教學(xué)方法，提高教師基于工業(yè)機器人系統(tǒng)的教學(xué)能力。

五、實訓(xùn)基地建設(shè)

我校早于2016年便提出機器人專業(yè)集群的建設(shè)目標并啟動機器人平臺建設(shè)工作。智能制造技術(shù)中心作為平臺建設(shè)的重要內(nèi)容，是我校機器人專業(yè)集群的主要實踐平臺。該中心2017年入選教育部“互聯(lián)網(wǎng)+中國制造2025”產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地試點項目。中心內(nèi)配備有ABB工業(yè)機器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站、機器人虛擬仿真中心、機器人工藝實訓(xùn)中心 、機器人智能產(chǎn)線等高端實訓(xùn)裝備，通過“理-虛-實”一體化培養(yǎng)，可實現(xiàn)學(xué)生和參培人員專業(yè)能力的階梯式成長和提升。

六、結(jié)束語

在專業(yè)課程體系的構(gòu)建過程中，以崗位職責(zé)為導(dǎo)向，對專業(yè)方向課進行了詳細論證，明確了3個專業(yè)方向。課程結(jié)構(gòu)方面，加強實踐課程課時的比例。課程內(nèi)容方面，大力實施項目化教學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生扎實的理論基礎(chǔ)的同時，重點培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力，再輔以現(xiàn)代的教育手段，利用好在線課程。以此來幫助學(xué)生實現(xiàn)更為實用的專業(yè)性技能教育，幫助我國培養(yǎng)出高技能、高能力、高素質(zhì)的機器人工程專業(yè)人才，推動我國在機器人應(yīng)用領(lǐng)域的進步。

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