項目化教學(xué)在工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程中的應(yīng)用研究

葉帥宏 羅嗣林 葉丹西

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人的應(yīng)用越來越廣泛。工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程作為智能控制技術(shù)專業(yè)的重要課程，具有非常強的專業(yè)性和實用性，知識內(nèi)容涉及人工智能、計算機、自動控制等多門學(xué)科的內(nèi)容，但是當前階段，高職院校的教學(xué)模式通常以理論教學(xué)為主，而在實踐操作方面的教學(xué)安排較少，尤其是當知識點涉及數(shù)學(xué)公式時， 內(nèi)容抽象，學(xué)生反映不明白所學(xué)的內(nèi)容，無法將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中，存在著課程理論知識與實踐應(yīng)用之間脫節(jié)的現(xiàn)象。對此，針對項目化教學(xué)在工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計中的應(yīng)用展開了研究。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?項目化教學(xué);工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計;應(yīng)用研究

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2020）07-0160-02

隨著社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)達到了一個新的高度，這也是一個國家在制造業(yè)方面的實際水平的一種體現(xiàn)，在生產(chǎn)制造業(yè)的整個領(lǐng)域當中都占據(jù)著極為重要的地位。工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程系統(tǒng)地講解了工業(yè)機器人技術(shù)，目前高職院校把這門課程作為智能控制技術(shù)專業(yè)的重要課程，在授課時通常以理論教學(xué)為主，教師按照教學(xué)大綱要求，將理論知識傳授給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)教師在課堂上所教的理論知識進行學(xué)習(xí)。由于理論授課乏味，導(dǎo)致學(xué)生反映不明白所學(xué)的內(nèi)容，無法將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中，存在著課程理論知識與實踐應(yīng)用之間脫節(jié)的現(xiàn)象[1-3]。為此，研究提出將項目化教學(xué)方法應(yīng)用于工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程的教學(xué)中，提升該課程的課堂教學(xué)效果。該方法采用“項目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動”的形式將實踐項目貫穿于課程教學(xué)的始終，將理論知識和實踐應(yīng)用相結(jié)合來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機器人技術(shù)的積極性。通過項目化教學(xué)法教師能夠依據(jù)教學(xué)目標進行教學(xué)項目的設(shè)計，進而實現(xiàn)對每個項目實施一體化的教學(xué)，促使學(xué)生能夠有效地提升學(xué)習(xí)的主動性和積極性，最終實現(xiàn)培養(yǎng)高技能型人才的重要目的。

一、高職院校在工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計教學(xué)中的具體現(xiàn)狀

在高職院校中工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計這門課程屬于智能控制技術(shù)專業(yè)中的重要課程，涵蓋了眾多理論知識與基礎(chǔ)技術(shù)，比如計算機、人工智能、機械工程、電子技術(shù)等方面的應(yīng)用。這些教學(xué)內(nèi)容普遍具有的顯著特點，就是具有非常強的理論性。職業(yè)院校在培養(yǎng)工業(yè)機器人技術(shù)人才的時候，必須要實現(xiàn)對工業(yè)機器人的安裝技術(shù)、調(diào)試技術(shù)以及維護技術(shù)進行掌握的目標，可見在實際教學(xué)中對實踐性課程的要求是比較多的，這樣其與理論性課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容是存在一定矛盾的。由于理論課程部分的教學(xué)內(nèi)容是較為抽象的，所以單純地對學(xué)生開展理論部分的教學(xué)，難以使學(xué)生將理論知識與操作實踐之間建立起聯(lián)系，更加難以實現(xiàn)舉一反三的教學(xué)效果。與此同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的時候也處于被動地位，在實際學(xué)習(xí)的過程中主動性、積極性等方面都較為缺乏，進而產(chǎn)生出較為強烈的厭學(xué)情緒。工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計在實際學(xué)習(xí)時涉及的學(xué)科知識是比較多的，學(xué)生只有積極自主地對相關(guān)知識進行學(xué)習(xí)與綜合運用，才能夠?qū)ο嚓P(guān)知識與技能進行充分的掌握。

二、項目化教學(xué)法在工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程中的具體流程

（一）在設(shè)置教學(xué)項目任務(wù)時需要結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)目標實施

在實施教學(xué)項目任務(wù)設(shè)定時，教師應(yīng)該事先對該課程的知識目標、能力目標和素質(zhì)目標進行研究，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實踐動手能力和綜合素質(zhì)，為此，基于工業(yè)機器人技術(shù)工程實際，結(jié)合學(xué)校實際條件，將課程需要運用的理論與實踐知識相結(jié)合，適當?shù)匾牍I(yè)機器人相關(guān)的國家標準，為課程的教學(xué)提供方向。同時教師需要掌握學(xué)情，設(shè)計的教學(xué)項目任務(wù)需與學(xué)生當前的理論知識水平和實踐能力相結(jié)合。當教學(xué)任務(wù)設(shè)計好之后，需要對教學(xué)計劃實施合理化的安排，并將學(xué)習(xí)任務(wù)通過信息化手段（例如云班課等）下發(fā)到學(xué)生手中。

（二）針對項目任務(wù)的實施制訂出具體的計劃

由于學(xué)生個體體現(xiàn)出來的水平不同，比如興趣愛好、技能知識等方面都存在著差異性，所以在實施相關(guān)計劃設(shè)置的時候，需要能夠與學(xué)生的實際水平相結(jié)合。項目任務(wù)計劃采用循序漸進的講述方法，由教師編寫項目任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書，細化教學(xué)步驟，將每個教學(xué)知識點貫穿在項目任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書中，保證處于各個水平層次的學(xué)生能夠按照作業(yè)指導(dǎo)書中的項目任務(wù)要求來學(xué)習(xí)和實踐，進而更合理地實施教學(xué)。在具體實施計劃的過程中，可以事先列出需要的相關(guān)知識點和項目任務(wù)完成形式，例如明確項目任務(wù)是個人任務(wù)還是團體任務(wù)，如果是團體任務(wù)，必須對小組成員、成員職責等方面進行明確。另外，還需要列出相關(guān)項目的實施計劃時間表。

（三）教學(xué)項目任務(wù)的實施及項目復(fù)盤

通過分析“工業(yè)機器人技術(shù)工程師”崗位的技能要求，結(jié)合工業(yè)機器人在不同行業(yè)的應(yīng)用情況，確定七個實踐項目，即工業(yè)機器人系統(tǒng)集成實踐項目、搬運工作站實踐項目、機械模塊設(shè)計實踐項目、工件檢測模塊實踐項目、控制模塊設(shè)計實踐項目、工作站系統(tǒng)功能集成開發(fā)實踐項目和焊接機器人系統(tǒng)集成設(shè)計實踐項目，根據(jù)學(xué)生的認知規(guī)律，按照“認識、分析、設(shè)計”遞進設(shè)置實踐項目內(nèi)容。在教學(xué)實施過程中以項目任務(wù)為載體，通過作業(yè)指導(dǎo)書的形式，以學(xué)生自學(xué)為主體，把課堂交給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)教師課前編寫好的作業(yè)指導(dǎo)書來實現(xiàn)任務(wù)的分步完成。在項目化實踐過程中，需要調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，充分利用現(xiàn)有的實訓(xùn)設(shè)備、課程資源庫等教學(xué)資料，激發(fā)學(xué)生的潛能，提高學(xué)生對工業(yè)機器人系統(tǒng)的綜合認識。

在學(xué)生完成項目化實踐后，每位學(xué)生需通過項目總結(jié)等方式完成項目實施過程的復(fù)盤，由教師對每位學(xué)生的項目完成情況進行點評，同時了解學(xué)生在項目化教學(xué)中掌握了哪些知識，缺少了哪些技能等，從而發(fā)現(xiàn)教學(xué)項目設(shè)計的不足之處，促使教師不斷改進和完善項目化教學(xué)內(nèi)容，形成教學(xué)閉環(huán)。

（四）建立項目任務(wù)評價體系

建立合理的項目任務(wù)評價體系有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，教師在完成一項教學(xué)項目的時候應(yīng)及時對其完成的教學(xué)效果進行評估與總結(jié)，找出造成結(jié)果差異的原因，獎勵或表揚優(yōu)秀的學(xué)生。項目評價體系手段可靈活多樣，例如可以實行企業(yè)考評、學(xué)生互評等方式，并通過云班課教學(xué)平臺實施評價體系的運行和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。

三、項目化教學(xué)法在工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課堂中的應(yīng)用研究

（一）結(jié)合教學(xué)目標實施項目任務(wù)的設(shè)置

工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程的教學(xué)目標，主要是熟悉和掌握工業(yè)機器人典型工作站的系統(tǒng)集成、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)以及工業(yè)機器人與外圍設(shè)備的接口技術(shù)，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠勝任工業(yè)機器人的安裝、調(diào)試和維護崗位，能夠分析客戶對工業(yè)機器人的需求，能夠根據(jù)客戶的需求選擇工業(yè)機器人，能夠掌握工業(yè)機器人的編程技術(shù)，并具備發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的邏輯分析能力。以上的這些教學(xué)目標，就是工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計項目的主要任務(wù)。

（二）針對項目任務(wù)制訂出具體的計劃

根據(jù)學(xué)生認知規(guī)律，按照“認識、分析、設(shè)計”遞進設(shè)置實踐項目內(nèi)容，將七個實踐項目分解成二十六個小項目，并針對性地制訂出具體計劃，對相關(guān)的資料進行查閱，全面收集機器人系統(tǒng)集成技術(shù)、機器人維護技術(shù)、機器人安裝調(diào)試技術(shù)等與工程實際相關(guān)的資料。通過整理收集的相關(guān)資料，編寫二十六個小項目的作業(yè)指導(dǎo)書，將教學(xué)知識內(nèi)容貫穿在作業(yè)指導(dǎo)書中。在編寫項目任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書的過程中，需要注意對相關(guān)任務(wù)的導(dǎo)入以及對時間的合理化分配，以保證學(xué)生能夠從整體上了解項目任務(wù)設(shè)計的思路，循序漸進地掌握項目任務(wù)中的每個知識點。

（三）教學(xué)任務(wù)項目的具體實施及項目復(fù)盤

在教學(xué)任務(wù)項目具體實施的過程中，教師在其中發(fā)揮著重要的引導(dǎo)作用。在完成相關(guān)教學(xué)任務(wù)的時候，需要綜合考慮學(xué)生個體體現(xiàn)出來的水平差異，采用循序漸進的講述方法細化任務(wù)步驟，同時能夠?qū)W(xué)生的積極性進行調(diào)動，為此在實際教學(xué)中需要設(shè)置趣味性環(huán)節(jié)，動手體驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生感興趣，讓學(xué)生主動學(xué)，比如針對“工業(yè)機器人末端執(zhí)行器的設(shè)計思路是什么？”這一項目進行教學(xué)時，教師首先將教學(xué)項目分解為四個分任務(wù)，即結(jié)構(gòu)形式的選擇、抓取方式的選擇、驅(qū)動方式的選擇和其他技術(shù)要求，然后再將四個分任務(wù)再細化，每個分任務(wù)分成五個小步驟，比如將“結(jié)構(gòu)形式的選擇”細化成五個小步驟，即結(jié)構(gòu)選型的幾個要素、抓取工件的分析、末端執(zhí)行器的選擇、末端執(zhí)行器的比較、末端執(zhí)行器方案的選擇。在教學(xué)期間，讓學(xué)生體驗運用實訓(xùn)室的ABB機器人末端執(zhí)行器來夾持產(chǎn)品。當然，有些任務(wù)可以讓學(xué)生自行進行分組來具體討論，相關(guān)的討論結(jié)果可以以電子文檔的形式記錄下來，將其作為小組項目具體執(zhí)行的成果，相關(guān)資料歸檔備用，由教師對每位學(xué)生或每個團隊的項目完成情況進行點評，以便了解學(xué)生在項目化教學(xué)中掌握了哪些知識，缺少了哪些技能等學(xué)情信息，從而發(fā)現(xiàn)教學(xué)項目設(shè)計的不足之處，促使教師不斷改進和完善項目化教學(xué)內(nèi)容，形成工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程的教學(xué)閉環(huán)。

（四）建立教學(xué)項目任務(wù)評價體系并實施評估

高職院校的教師完成一項教學(xué)項目的時候，需要及時對其完成的教學(xué)效果進行評估與總結(jié)，為此需建立教學(xué)項目任務(wù)評價體系，可采用多種方法，比如考核學(xué)生對課堂項目化任務(wù)的完成情況，考核學(xué)生實操實訓(xùn)室設(shè)備的熟練程度等。采用基于云班課教學(xué)平臺實施項目化任務(wù)評價體系的建立、運行和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，例如在云班課平臺上發(fā)布“工業(yè)機器人末端執(zhí)行器的設(shè)計思路是什么？”這一項目化任務(wù)時，可以設(shè)置這一任務(wù)的總分值為100分，具體評價過程可以設(shè)置為自我評價、學(xué)生相互評價、教師評分等方式，評分比例與教學(xué)目標相結(jié)合，待學(xué)生完成項目任務(wù)后，通過云班課平臺上傳項目完成資料，再由學(xué)生和教師打分評價，最后得到最終的評價體系成績，作為工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程平時成績的組成部分。

總而言之，項目化教學(xué)法對高職院校而言，是培養(yǎng)工業(yè)機器人技術(shù)人才的重要途徑，通過將項目化教學(xué)法應(yīng)用于工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成設(shè)計課程，運用云班課教學(xué)平臺，將實踐項目貫穿于課程教學(xué)的始終，有利于將理論知識和實踐應(yīng)用相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機器人技術(shù)的積極性。

在實施項目化過程中，學(xué)生通過實踐的過程產(chǎn)生一定程度的成就感，促使其不斷地去學(xué)習(xí)新知識，形成一個良性循環(huán);教師通過項目化復(fù)盤，發(fā)現(xiàn)教學(xué)項目設(shè)計的不足之處，促使其不斷改進和完善項目化教學(xué)內(nèi)容，形成教學(xué)課程閉環(huán)設(shè)計，在后續(xù)的教學(xué)中學(xué)生能夠有效地提升學(xué)習(xí)的主動性和積極性，最終達到培養(yǎng)高技能型人才的重要目的。

參考文獻：

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◎編輯 原琳娜