基于工作過程的工業(yè)機器人技術(shù)一體化教學模式探究

蘇紫珍

（福州第一技師學院，福建 福州 350108）

0 引言

工業(yè)機器人已成為制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級，生產(chǎn)力提升的代表。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年12月中國工業(yè)機器人的數(shù)量從2015年的32996套增加到了237068套，達到7倍多的增長量，2021年，我國各領(lǐng)域?qū)⑹褂贸^100萬臺的工業(yè)機器人，與此同時工業(yè)機器人行業(yè)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的供需矛盾也隨之突顯。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，機器人應(yīng)用人才需求量將超過20萬，并且每年以超過20%的速度增長[1]。技工院校作為高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)基地的重要組成部分，應(yīng)加快人才培養(yǎng)模式改革，創(chuàng)新教學模式，努力提高培養(yǎng)質(zhì)量，為工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)提供人才保障。

1 工業(yè)機器人專業(yè)教學現(xiàn)狀

1.1 實習實訓基地的建設(shè)較為緩慢

工業(yè)機器人專業(yè)的教學實訓基地建設(shè)基本處于起步階段，又由于生產(chǎn)型的工業(yè)機器人系統(tǒng)設(shè)備價格較高，且占地面積較大，教學實訓場所無法同時容納太多臺設(shè)備，學校只能購置少量的實體工業(yè)機器人以供學生實操練習。因此，實訓場地和設(shè)備無法滿足實訓教學活動，專業(yè)建設(shè)中還需加快設(shè)備的添置進度。

1.2 專業(yè)教師的教學能力比較弱

主要師資是原先機電專業(yè)教師轉(zhuǎn)型為工業(yè)機器人專業(yè)教師，或是畢業(yè)之后進入技工院校從事專業(yè)課程教學。部分教師由于欠缺系統(tǒng)的教學理論學習和專業(yè)技能實踐，在進行教學設(shè)計時，不能把握教學重難點，教學方法運用不當，教學評價手段不科學等問題較為突出。因此，專業(yè)教師在專業(yè)技能和教學能力水平方面都亟待提升。

1.3 理實一體化的課程體系不夠完善

工業(yè)機器人專業(yè)課程體系中的專業(yè)知識較多，具體包括計算機控制、電子技術(shù)、機械學、工程力學等學科的內(nèi)容，知識覆蓋面廣且理論知識復雜抽象，對技工院校的教學提出了挑戰(zhàn)。目前，多數(shù)學校采用常規(guī)的理論加實訓的方式開展教學，理論知識部分，由于內(nèi)容涉及三維空間位置的計算和想象，對技工院校學生來說學習難度還是比較大，學生經(jīng)常無法深入思考學習。實訓部分，由于設(shè)備工位不足，實訓內(nèi)容與工作崗位契合度不高等原因，實訓課無法有效開展。因此，便造成了學生的理論知識不扎實、實訓操作技能水平不高，無法達到企業(yè)對工業(yè)機器人專業(yè)人才的需求。

2 工業(yè)機器人技術(shù)教學改革基礎(chǔ)

技工院校理實一體化教學模式能夠有效地將理論和實踐有機融合，對于技能人才的培養(yǎng)有著重大意義[2]。筆者所在院校目前已建立工業(yè)機器人實訓基地，配備了以ABB IRB120工業(yè)機器人為核心的多功能實訓平臺及與該工作站相似匹配的虛擬仿真平臺，致力于推動“教，學，做一體化”教學改革。本文以工業(yè)機器人碼垛任務(wù)的項目教學為例，探索基于工作過程的工業(yè)機器人技術(shù)一體化教學實踐。

3 基于工作過程的一體化教學實踐

工業(yè)機器人碼垛項目任務(wù)采用在線示教的方式編寫碼垛的作業(yè)程序并驗證任務(wù)程序的有效性。機器人碼垛的動作主要分為抓取工件、判斷放置位置、放置工件等一系列子任務(wù)，最終碼垛結(jié)果為圓柱塊碼兩層。學生前續(xù)課程已學習機器人基本操作的示教編程。

3.1 設(shè)計思路

基于工作過程的一體化教學以學生為中心，通過項目任務(wù)的引導，學生主動完成學習任務(wù)。課堂以視頻展示工作情景導入工作任務(wù)，以此調(diào)動學生學習專業(yè)知識的主動性，通過營造實際工作情景氛圍來激發(fā)學生的興趣，形成自主學習和團隊合作的意識，學生在完成工作任務(wù)中體驗成功，產(chǎn)生動力，養(yǎng)成自主學習積累的習慣，進而發(fā)展自主學習的能力[3]。

3.1.1 教學目標

知識與能力目標：了解工業(yè)機器人的碼垛結(jié)構(gòu)的特點、分類及機械部件，掌握碼垛單元的控制流程。能夠運用模擬仿真軟件對項目任務(wù)進行模擬仿真，完成立體碼垛單元控制程序簡單設(shè)計與調(diào)試；情感與素養(yǎng)目標：形成敏、嚴、專、精的精神，形成團隊意識和創(chuàng)新意識，養(yǎng)成愛崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)。

3.1.2 教學方法

講授法。通過現(xiàn)場演示教學，讓學生加深對機器人碼垛工作站的直觀認識，切入點是教學內(nèi)容的項目任務(wù)。在教師的引導下，觀察碼垛機器人的運動，分析其運動軌跡及控制流程；任務(wù)驅(qū)動法。引導學生根據(jù)碼垛任務(wù)的工作流程，確定工件的碼垛方法及控制流程方案，進行模擬仿真，確定任務(wù)分配及實施。

3.2 教學過程

教學過程根據(jù)課堂實施流程、教師和學生的活動角度以及各環(huán)節(jié)的意義目的進行，具體如表1所示。

表1 課堂設(shè)計表

3.3 教學評價

通過將工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標、技工院校學生學習特點以及一體化教學目標三者有機結(jié)合，構(gòu)建以任務(wù)過程評價為主，任務(wù)結(jié)果評價為輔的教學評價模式。任務(wù)過程評價主要包含職業(yè)素養(yǎng)評價（占比20%）和任務(wù)中各關(guān)鍵節(jié)點的成績（占比40%），任務(wù)結(jié)果評價主要是理論知識成績（占比10%）和專業(yè)技能水平評價（占比30%）。評價方式有教師評價和學生互評，兩項評價權(quán)重各占50%。其中，職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能水平評價通過教師評價的方式進行，具體包含學習態(tài)度、操作規(guī)范、團隊協(xié)作能力和職業(yè)核心能力；任務(wù)節(jié)點成績和理論知識成績由學生互評的方式產(chǎn)生。

3.4 教學反思

（1）教材的選擇存在局限性。目前，教學中多以實訓設(shè)備配套的工業(yè)機器人操作編程教材為主，內(nèi)容還是以工業(yè)機器人的理論基礎(chǔ)知識和工業(yè)機器人常規(guī)操作及編程方法為主，具有普遍適用性，但是基于項目任務(wù)式一體化教學活動的開展，需要教材以項目任務(wù)為單元進行設(shè)計，應(yīng)包含一體化課程任務(wù)描述、學生學情分析、知識技能、教學活動策劃、任務(wù)實施和評價考核等，同時應(yīng)具有很強的引導性和知識應(yīng)用性，大部分教材仍無法滿足相關(guān)要求。（2）數(shù)字化教學資源比較缺乏。教學資源分為硬件資源和軟件資源，目前大部分院校還處于建設(shè)實訓基地增加硬件設(shè)備階段，仍然需要投入大量經(jīng)費，而教學資源庫建設(shè)需要既懂工業(yè)機器人專業(yè)課程又精通課件制作技術(shù)，更是處于探索期，缺乏高質(zhì)量的教學資源，連帶教學的硬件資源利用不夠充分[4]。

4 提高教學質(zhì)量的策略

加強實訓條件建設(shè)?；诠ぷ鬟^程的一體化教學需要配套一定的教學環(huán)境，例如分組圍桌教學的桌椅、加裝虛擬仿真教學系統(tǒng)的多媒體教室等。也可通過校企合作等方式共建共享實訓基地，努力做到教學環(huán)境與企業(yè)工作環(huán)境相吻合，教學過程與工作過程相一致。

創(chuàng)新教學方法手段。一是教學設(shè)計的創(chuàng)新，包括詳細的教學計劃、教學實施過程和教學評價方案等，教學設(shè)計中要強調(diào)學生的技能學習和工匠精神，形成團隊意識和創(chuàng)新意識，養(yǎng)成愛崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)。二是教學內(nèi)容的創(chuàng)新，專業(yè)課程緊密對接工作崗位，在教學項目中結(jié)合技能競賽和職業(yè)技能等級證書，探索崗課賽證融通。三是在教學評價的創(chuàng)新，進一步探索基于工作過程的考核，通過任務(wù)計劃和實施過程情況評價學生學習成果。

組建模塊化教學團隊。2019年8月，教育部等四部門關(guān)于《深化新時代職業(yè)教育“雙師型”教師隊伍建設(shè)改革實施方案》中提出：“建設(shè)高素質(zhì)“雙師型”教師教學創(chuàng)新團隊，實施團隊合作的教學組織新方式、行動導向的模塊化教學新模式”[5]。加強專業(yè)教師隊伍建設(shè)，尤其是“雙師型”隊伍的建設(shè)是推進一體化教學模式改革和提高課堂教學質(zhì)量的關(guān)鍵所在，因此需要鼓勵專業(yè)教師進入技術(shù)性崗位實踐鍛煉，堅持不懈地推動教師專業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)論

基于工作過程的工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)一體化教學是對接企業(yè)實際生產(chǎn)過程的教學模式，實踐表明，在教學過程中學生先通過虛擬仿真平臺的模擬，然后在設(shè)備上進行實操驗證，同時以任務(wù)過程評價為主的教學評價模式，不僅能有效激發(fā)學生的興趣，還能客觀反映學生對技能掌握的情況。