高職院校工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程建設(shè)探索

劉俊杰 張新星

【摘 要】在“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維職業(yè)技能等級證書”的背景下，針對工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程，分析在教學(xué)過程中存在的相關(guān)問題，從設(shè)備、師資、課程與學(xué)生角度提出多項教學(xué)改革方案，從而提高課程教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人;課程建設(shè);過程考核;學(xué)生社團(tuán)

隨著工業(yè)自動化的普及，工業(yè)機(jī)器人作為終端設(shè)備，在中國制造業(yè)的升級中扮演著極其重要的角色。政府已經(jīng)多次出臺政策用以促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展，如國務(wù)院提出的《中國制造2025》中明確了工業(yè)機(jī)器人是未來制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級的重中之重。我國的制造業(yè)會逐步普及智能化，其中工業(yè)機(jī)器人將大量應(yīng)用于關(guān)鍵崗位中。為滿足企業(yè)對機(jī)器人操作與編程方面的用人需求，各高職院校紛紛開設(shè)了工業(yè)機(jī)器人專業(yè)及相關(guān)課程。

一、教學(xué)過程中存在的相關(guān)問題

我校的工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程是在“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維職業(yè)技能等級證書”的背景下開展建設(shè)的，貼近實(shí)際的工業(yè)用人需求。但由于軟硬件條件的不足，在教學(xué)過程中仍然存在以下幾個問題。

1、實(shí)訓(xùn)條件不足

工業(yè)機(jī)器人存在價格昂貴，購置成本高的特點(diǎn)。另外，工業(yè)機(jī)器人尺寸較大，放置空間也是需要考慮的問題之一。在實(shí)訓(xùn)室條件緊缺的情況下，如何放置多臺工業(yè)機(jī)器人及其外圍設(shè)備是實(shí)訓(xùn)室建設(shè)不可避免的考慮因素。此外，機(jī)器人的品種繁多，僅僅從應(yīng)用最廣的品牌上來說就有四大家族可以選擇，而每個家族都存在許多型號可以選擇。在資金投入大，實(shí)訓(xùn)室不足的情況下，如何選擇適合既教學(xué)又貼近工業(yè)應(yīng)用，既投入小又利用率高的工業(yè)機(jī)器人是不得不考慮的問題。

2、師資力量缺乏

教師的實(shí)操技能不足是當(dāng)前面臨的另一個問題，雖然相關(guān)授課教師擁有機(jī)器人方向的碩士學(xué)歷，但過去主要研究的是更為細(xì)節(jié)的內(nèi)容，如機(jī)器視覺理論、機(jī)器人控制理論等。對于工業(yè)機(jī)器人的編程及工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗相對匱乏，造成自身儲備難以滿足授課需求，授課內(nèi)容缺乏實(shí)踐經(jīng)驗支撐，過多地講解理論知識則難以激發(fā)學(xué)生的興趣。

3、課程設(shè)計及考核方式有待改進(jìn)

過去的工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程設(shè)計偏重理論知識，實(shí)操內(nèi)容較少，主要是以開拓學(xué)生的眼界，增長學(xué)生的見識為目的的專業(yè)選修課。授課的方式較為陳舊，授課的內(nèi)容也偏重理論學(xué)習(xí)?？己朔绞接善綍r成績與期末筆試組成，形式較為單一。而隨著工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，面對機(jī)器換人的發(fā)展趨勢，以及學(xué)生考取“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維職業(yè)技能等級證書”的實(shí)際需求，過去的授課方式以及單一的理論考試已經(jīng)不再適用于當(dāng)前的教學(xué)環(huán)境，工業(yè)機(jī)器人課程體系的重新設(shè)計及建設(shè)是迫在眉睫的工程。

4、學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱

工業(yè)機(jī)器人是近幾十年機(jī)電一體化技術(shù)迅猛發(fā)展的成果，其將傳統(tǒng)的機(jī)械工程、控制工程、計算機(jī)技術(shù)融為一體，具有綜合性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大的的特點(diǎn)。根據(jù)專業(yè)課程體系的安排，前期會先學(xué)習(xí)一系列的核心課程如機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、電子電工、可編程序控制器等相關(guān)課程，但每門課程都會有一部分學(xué)生的掌握情況不夠理想，尤其是對于高職院校的學(xué)生來說此類情況更為常見。對于前期課程掌握較為薄弱的學(xué)生來說，后續(xù)的機(jī)器人相關(guān)理論課程的學(xué)習(xí)就是較為困難的環(huán)節(jié)。

5、學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不足

由于課程難度大、綜合性強(qiáng)等原因，工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)課程開設(shè)的時間較晚，一般是在大二下學(xué)期。此階段總課程減少，此外臨近大三的高職頂崗實(shí)踐，學(xué)生普遍存在迷茫、厭學(xué)等特點(diǎn)。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是課程建設(shè)的重難點(diǎn)之一。

二、課程建設(shè)的相關(guān)措施

針對上述的若干問題，綜合學(xué)校相關(guān)情況，本文提出了以下幾點(diǎn)解決措施：

1、采購適用設(shè)備，改善實(shí)訓(xùn)條件

采購品牌主要考慮FANUC和ABB，這兩類品牌屬于工業(yè)機(jī)器人四大家族，具有成熟的技術(shù)及可靠的質(zhì)量，且在高校中應(yīng)用廣泛，網(wǎng)絡(luò)上有較多的資源可供參考，便于教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)。在采購設(shè)備時以小型工業(yè)機(jī)器人為主，如FANUC的200id或ABB的120，這兩種型號的工業(yè)機(jī)器人具有成本低，體積小的優(yōu)勢，便于大量購買及實(shí)訓(xùn)場地布置，并且編程方式與大中型工業(yè)機(jī)器人沒有什么不同，區(qū)別僅在負(fù)載能力。

此外，此類小型工業(yè)機(jī)器人本體便于與原有的自動化生產(chǎn)線設(shè)備配合使用，有利于后續(xù)自動化生產(chǎn)線與工業(yè)機(jī)器人協(xié)同工作的課程開發(fā)與相關(guān)競賽使用。

除了購買相應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人本體，在工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室引入相關(guān)的仿真軟件也是緩解實(shí)訓(xùn)條件不足的有效措施。Roboguide與RobotStudio分別是FANUC和ABB公司提供的仿真軟件，其編程方法與指令與相應(yīng)工業(yè)機(jī)器人完全一致。學(xué)生在仿真軟件上先完成教師布置的任務(wù)后再完成實(shí)體編程，可使相關(guān)問題提早暴露，避免學(xué)生直接實(shí)操錯誤造成設(shè)備損壞，并能有效縮短人均設(shè)備使用時間，緩解設(shè)備使用壓力。此外機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容還可以采用VR設(shè)備教學(xué)。

將機(jī)器人本體與仿真軟件結(jié)合使用，在教學(xué)過程中充分利用二者的優(yōu)勢。利用仿真軟件彌補(bǔ)實(shí)訓(xùn)室設(shè)備不足、功能單一等缺陷，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力;利用機(jī)器人本體彌補(bǔ)軟件仿真不夠直觀的缺陷，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的操作意識。

2、利用校外資源，緩解師資壓力

針對授課教師理論知識豐富而實(shí)踐操作經(jīng)驗不足的問題，應(yīng)該積極聯(lián)系校外相關(guān)企業(yè)，尋求教師頂崗與合作機(jī)會。爭取授課教師都有在一線頂崗實(shí)踐的經(jīng)歷，理論知識結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗，并將相關(guān)經(jīng)歷沉淀積累，轉(zhuǎn)化成為教學(xué)資源。此外還應(yīng)該在頂崗實(shí)踐中深入了解企業(yè)需求及機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展動向，將這些內(nèi)容融入到工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程的教學(xué)大綱及實(shí)訓(xùn)室建設(shè)意見里。此外具有較強(qiáng)理論知識的授課教師還能幫企業(yè)解決相關(guān)問題，深度強(qiáng)化校企合作。

除了校外企業(yè)的資源外，師資力量的緩解還可以通過聘請相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的工程師作為外聘教師來解決，如指南車、哈工海渡等專業(yè)機(jī)器人培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)是國內(nèi)較早從事機(jī)器人教育的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，具有成熟的教學(xué)體系及豐富的教學(xué)資源，其內(nèi)部的講師都是具有多年實(shí)踐經(jīng)驗的工程師。通過聘請這些工程師作為外聘教師，一方面可以有效緩解師資壓力;另一方面，本校教師通過觀摩他們的教學(xué)過程、探討他們的教學(xué)大綱、消化吸收他們的教學(xué)資源，兼容并包，取長補(bǔ)短，能夠有效地完善工業(yè)機(jī)器人課程建設(shè)，促進(jìn)本校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的快速發(fā)展。

3、改革教學(xué)體系，豐富考核方式

根據(jù)工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)以及學(xué)?；窘虒W(xué)條件，將基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容分為7大模塊，分別是：操作安全保護(hù)、安裝、操作與示教編程、數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)、系統(tǒng)維護(hù)、校對與調(diào)試、系統(tǒng)故障診斷及處理。以這7大模塊為基礎(chǔ)，制作相關(guān)的教學(xué)資料庫，并上傳到MOOC平臺上供學(xué)生學(xué)習(xí)參考。

除了以上基本的7大模塊內(nèi)容外，另將工業(yè)機(jī)器人在搬運(yùn)、碼垛、焊接、裝配等方面的應(yīng)用，結(jié)合電子電工、單片機(jī)、PLC、液壓與氣動、自動化生產(chǎn)線課程的相關(guān)內(nèi)容，在MOOC平臺上制作成各個獨(dú)立的實(shí)踐模塊。在這些實(shí)踐模塊的學(xué)習(xí)過程中，始終貫穿著職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)的要求，并及時復(fù)習(xí)回顧相關(guān)的模塊內(nèi)容。

以“項目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動”理念為指導(dǎo)，落實(shí)過程考核的考核方式，將工業(yè)機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程模塊化，在教學(xué)中嵌入過程考核。充分利用MOOC平臺，引導(dǎo)學(xué)生在課前完成自學(xué)工作，讓其帶著一定的問題來學(xué)習(xí)。學(xué)生在上課操作時如有困難可以在平臺上輕松找到相關(guān)的教學(xué)文檔與視頻。在課后于平臺上設(shè)置相關(guān)的討論、練習(xí)題，加深學(xué)生學(xué)習(xí)后的理解。最后針對學(xué)生的平臺學(xué)習(xí)情況以及課程實(shí)踐情況進(jìn)行綜合評分。

4、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，聯(lián)系新舊知識

在引入合適的工業(yè)機(jī)器人教材以后，綜合討論教學(xué)內(nèi)容，減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)知識，增加實(shí)踐的相關(guān)背景知識，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。針對學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱的特點(diǎn)，在進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人課程學(xué)習(xí)以前先安排幾次先導(dǎo)課程，回顧過去學(xué)過的相關(guān)基礎(chǔ)課程如機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、電子電工、可編程序控制器等，并以工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中的實(shí)際案例向?qū)W生介紹這些課程究竟用在哪里，處于工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)的什么地位，若是遇到某種問題需要解決應(yīng)該回去復(fù)習(xí)哪方面內(nèi)容的知識。并在工業(yè)機(jī)器人后續(xù)的課程設(shè)計中注重新內(nèi)容與基礎(chǔ)課程知識之間的聯(lián)系，如在上新課前布置一些任務(wù)讓學(xué)生復(fù)習(xí)過去學(xué)過的知識，課上設(shè)置問題點(diǎn)撥學(xué)生聯(lián)系舊知識來解答，課后設(shè)置一部分主觀作業(yè)讓學(xué)生查閱資料開拓眼界。使學(xué)生明白工業(yè)機(jī)器人是一門綜合性極強(qiáng)的課程，過去學(xué)過的課程并不是毫無用處的，而是貫穿于工業(yè)機(jī)器人乃至機(jī)電工業(yè)的方方面面，以此來培養(yǎng)學(xué)生“溫故而知新”的意識。

5、豐富教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生興趣

授課教師在上工業(yè)機(jī)器人理論課程時，在課程中加入工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的前沿科技的介紹視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在上實(shí)踐課程時，穿插講解生產(chǎn)線上易被工業(yè)機(jī)器人替代的步驟或環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何在生產(chǎn)中使用工業(yè)機(jī)器人。

此外，這些關(guān)于工業(yè)機(jī)器人前沿科技信息的引入會增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)意識。讓學(xué)生意識到，未來機(jī)器人會在許多崗位上替代人類，畢業(yè)后會遇到更多的就業(yè)壓力，因此學(xué)好工業(yè)機(jī)器人的課程是十分有益于自身發(fā)展的。

6、組織學(xué)生社團(tuán)，營造學(xué)習(xí)氛圍

鼓勵學(xué)生組建機(jī)器人社團(tuán)，可以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的積極性，有效利用好學(xué)生的課余時間。在不影響學(xué)生正常生活和學(xué)習(xí)的情況下，開展各項有益于學(xué)生自身發(fā)展的活動，使學(xué)生自主管理能力得到提升、課余生活得到豐富。

機(jī)器人社團(tuán)可以舉辦諸如機(jī)器人實(shí)操競賽、工業(yè)機(jī)器人知識競賽及工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)互助等活動。通過學(xué)生社團(tuán)組織的這些活動，社團(tuán)的學(xué)生理論與實(shí)踐能力都能獲得極大提升。此外各學(xué)生之間可以集體討論教師課上的內(nèi)容，針對課程中出現(xiàn)的重難點(diǎn)，通過學(xué)習(xí)成績好的學(xué)生帶領(lǐng)學(xué)習(xí)成績差的學(xué)生進(jìn)步，不僅可以解決成績較差同學(xué)的問題，也可以增強(qiáng)優(yōu)秀學(xué)生的表達(dá)能力，利于其今后參與相關(guān)比賽。另外，教師也可定期參加學(xué)生的社團(tuán)活動，不僅利于學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)，還能與學(xué)生溝通交流、增進(jìn)師生感情。

三、結(jié)論

本文總結(jié)了我校工業(yè)機(jī)器人操作與編程課程存在的相關(guān)問題，并從設(shè)備、師資、課程與學(xué)生角度提出了相應(yīng)的課程建設(shè)措施。通過這些措施的實(shí)施來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主觀能動性，努力滿足工業(yè)機(jī)器人本體制造、基礎(chǔ)、應(yīng)用企業(yè)對從業(yè)人員的需求。

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（作者單位：衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院）