行動導(dǎo)向下高校工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)研究

許凌

摘要：現(xiàn)代高校為了培養(yǎng)符合行業(yè)需求標(biāo)準(zhǔn)的工科人才，需要根據(jù)企業(yè)工作崗位進(jìn)行深入分析，了解企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營狀況以及崗位需求。以高校工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)為例，專業(yè)要以崗位工作任務(wù)為中心，構(gòu)建出應(yīng)用性、實踐性較強(qiáng)的工業(yè)機(jī)器人課程。本文首先分析了高校工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)的現(xiàn)狀，分析了工業(yè)機(jī)器人課程實施行動導(dǎo)向法教學(xué)的具體對策，從而為高校工業(yè)機(jī)器人課程高效開展提供建議。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;行動導(dǎo)向;課程設(shè)計

現(xiàn)階段，中國正處于高速發(fā)展的關(guān)鍵時期，這使得各個行業(yè)都開始出現(xiàn)了升級和轉(zhuǎn)型。在“中國制造2025”背景下，我國傳統(tǒng)的制造行業(yè)無論是在效率還是精密度都很難滿足新時代的要求，而機(jī)器人憑借著高精密度以及高工作效率的特征擁有大好的應(yīng)用前景。機(jī)器人參與到工業(yè)生產(chǎn)存在著效率高、誤差小、時間短、低成本等諸多優(yōu)點，因此，機(jī)器人生產(chǎn)代替人力勞作是企業(yè)發(fā)展必然趨勢。在工業(yè)機(jī)器人不斷發(fā)展并且投入到生產(chǎn)實踐中，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)暴露出來了一個比較棘手的問題，那就是相關(guān)研發(fā)、制造領(lǐng)域人才短缺的問題。為此，許多高校為了適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，紛紛開設(shè)工業(yè)機(jī)器人課程。

一、工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教學(xué)方法過于傳統(tǒng)

從現(xiàn)階段高校工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)方法來看，良好的教學(xué)方法可以顯著提升課程教學(xué)效果。但是通過對高校工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)情況來看，教師在課程教學(xué)方法上仍然采用較為傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即以教師為中心，采取講授式和演授式的方法來為學(xué)生們傳授知識。雖然教師在授課的時候會采用多媒體，但也僅僅是為了播放課件，并沒有將現(xiàn)代信息技術(shù)的效果真正發(fā)揮出來。

（二）教學(xué)偏離應(yīng)用，理論脫離實踐

工業(yè)機(jī)器人課程相比于其他課程是比較煩瑣的，既需要學(xué)生掌握扎實的理論知識，還需要掌握相應(yīng)的實踐操作技能，這樣學(xué)生才可以在畢業(yè)之后適應(yīng)工作崗位的需求。但實際情況是教師在課程內(nèi)容上為學(xué)生們安排了比例較高的理論課程，實踐課程內(nèi)容相對較少，并不能夠真正滿足學(xué)生動手實踐能力培養(yǎng)的需求。目前，企業(yè)對于不同類型工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用、維護(hù)以及保養(yǎng)的內(nèi)容比較關(guān)注，因此相關(guān)人才需求量比較大。但是目前高校工業(yè)機(jī)器人課程存在較為明顯的理論與應(yīng)用脫節(jié)的情況，具體表現(xiàn)為教材更新速度慢、實踐型課程課時較少、實訓(xùn)設(shè)備更新速度慢等。科技的發(fā)展是日新月異的，如果學(xué)生的課程只局限于版本比較舊的教材并且沒有機(jī)會接觸真實的企業(yè)生產(chǎn)，學(xué)生的思維模式很容易僵化，對其畢業(yè)后從事工作十分不利。

（三）師生互動較少，課堂缺乏活力

目前，高校工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)仍然以教師講、學(xué)生聽的模式，這種模式無疑會導(dǎo)致師生之間溝通、互動的機(jī)會比較少，進(jìn)而導(dǎo)致課堂教學(xué)缺乏氣氛。學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)效率都比較低?；诖?，教師應(yīng)該在課堂教學(xué)中應(yīng)該注重師生、生生間的多元化互動，鼓勵學(xué)生們積極參與到課堂活動之中，比如項目互動、任務(wù)互動等。

（四）缺少過程性評價，學(xué)生自我評價能力薄弱

考核是教學(xué)非常重要的一個階段。在常規(guī)評價中，教師大多數(shù)只會通過理論考試這一種方法來評價學(xué)生，這種考核方式只能夠考察學(xué)生們理論知識掌握程度，但是并不能考察學(xué)生的實操技能掌握程度，因此考核結(jié)果勢必會存在著一定的片面性。雖然新一輪教育改革，教師開始注重過程性評價，但是也僅僅局限在學(xué)生的課堂態(tài)度、作業(yè)完成情況、學(xué)生回答問題情況，這樣的教學(xué)評價是沒有辦法凸顯出學(xué)生職業(yè)能力的。除此之外，學(xué)生們的自我評價意識比較弱，不能夠準(zhǔn)確了解自己的優(yōu)勢、劣勢。

二、基于行動導(dǎo)向的工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)研究

（一）課程目標(biāo)

教師在設(shè)置課程教學(xué)目標(biāo)的時候，需要了解企業(yè)對于工業(yè)機(jī)器人人才的需求，然后從企業(yè)的角度以及學(xué)生的認(rèn)知特點來確定工業(yè)機(jī)器人課程目標(biāo)。工業(yè)機(jī)器人課程目標(biāo)應(yīng)該至少包括以下內(nèi)容：具有扎實的工業(yè)機(jī)器人理論知識以及實踐技能;數(shù)量掌握工業(yè)機(jī)器人的安裝、調(diào)試、操作、維護(hù)、保養(yǎng)等應(yīng)用技能;具備自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、深度思考、愛崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)。

（二）典型工作任務(wù)歸納

通過對工業(yè)機(jī)器人工作崗位的調(diào)查以及相關(guān)企業(yè)技術(shù)人員的訪談，了解了企業(yè)對于工業(yè)機(jī)器人工作崗位的需求，并且明確了不同項目所對應(yīng)的典型工作任務(wù)。

比如，在“工業(yè)機(jī)器人安裝調(diào)試”項目中，對應(yīng)了下列工作任務(wù)：1.檢查安裝場地和機(jī)器人的運(yùn)動范圍;2.工業(yè)機(jī)器人本體的安裝;3.工業(yè)機(jī)器人控制柜的安裝;4.工業(yè)機(jī)器人電氣部分的連接;5.簡單編寫各種工作模式下的調(diào)試程序。

（三）設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)

為了達(dá)到高校工業(yè)機(jī)器人課程與崗位需求的統(tǒng)一，教師需要結(jié)合學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知程度以及企業(yè)普遍的崗位能力需求，設(shè)置循序漸進(jìn)的課程開展體系。課程體系可以分步驟設(shè)置教學(xué)任務(wù)，筆者設(shè)置的課程任務(wù)包括以下方面。

任務(wù)一：認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人

首先帶領(lǐng)學(xué)生熟知“工業(yè)機(jī)器人”的概念，即“工業(yè)機(jī)器人是被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中的多功能機(jī)械手以及高靈活度的機(jī)器裝置，可以依靠自身控制系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域的加工制造項目”;其次利用教室多媒體播放器為學(xué)生展示工業(yè)機(jī)器人的圖片案例以及機(jī)器人工作視頻，幫助學(xué)生形成對工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)認(rèn)知。

任務(wù)二：工業(yè)機(jī)器人的整體系統(tǒng)組成、工作原理及基本功能

學(xué)生初步認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人后得知，機(jī)器人的初始狀態(tài)是比較單一的，其工作程序也比較簡單。例如1961年約瑟夫·恩格爾貝格與喬治·德沃爾利用伺服電機(jī)靈感創(chuàng)造了世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，僅僅用于將汽車零件擺放到傳送帶。21世紀(jì)高新技術(shù)不斷發(fā)展并創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人制造系統(tǒng)更加復(fù)雜，其功能也更加多樣化。此部分課程可以采用課堂文本知識普及和實訓(xùn)課程操作相結(jié)合的方式，為學(xué)生詳細(xì)講解工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成和工作方式。在實訓(xùn)課程開展過程中可以采用“分組實驗”的方式，爭取每位學(xué)生都有上手操作的機(jī)會。

任務(wù)三：工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，首先是機(jī)械設(shè)計部分，需要有整體的設(shè)計思路，即：所設(shè)計的機(jī)器人應(yīng)用在哪個領(lǐng)域——需要完成哪些工作任務(wù)——是否設(shè)置拓展任務(wù)——繪制機(jī)器人圖紙——細(xì)化所需要的零件和尺寸——工業(yè)機(jī)器人組裝。不同工業(yè)機(jī)械手臂工作內(nèi)容相當(dāng)多樣化，其結(jié)構(gòu)也不盡相同，但是大體上工作原理是一致的。對于此部分內(nèi)容的講解，筆者預(yù)留在實驗室實訓(xùn)教學(xué)部分，以實驗室現(xiàn)有的機(jī)器人為例展開講解，并舉一反三，深化學(xué)生的理解。

任務(wù)三：工業(yè)機(jī)器人電氣部分的認(rèn)識

目前應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的機(jī)器人基本上都是通過電氣裝置帶動工作。機(jī)器人設(shè)計制作完成后只是一個沒有動力的軀殼，需要連接PCL機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行工作程序設(shè)定，啟動電源后機(jī)器人才可以進(jìn)行任務(wù)操作。因此電氣部分是學(xué)生不可或缺的學(xué)習(xí)內(nèi)容。CAD繪圖、可編程控制系統(tǒng)、計算機(jī)程序設(shè)計、機(jī)械組裝等構(gòu)成了工業(yè)機(jī)器人課程的整個體系，在課程講解中缺一不可。

（四）創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境

學(xué)習(xí)情境的設(shè)計是課程開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)與企業(yè)設(shè)備流程一致的學(xué)習(xí)情境有利于學(xué)生更快融入工作氛圍，對學(xué)生未來職業(yè)能力的培養(yǎng)是相當(dāng)重要的。高校一線教師將大部分工作精力投入到了課堂理論教學(xué)中，在實踐操作課程教學(xué)中存在短板。因此筆者建議教師要組織團(tuán)隊定期走訪企業(yè)，參觀并參與工業(yè)企業(yè)實際生產(chǎn)流程，將真實經(jīng)驗帶入課堂，對學(xué)生的專業(yè)知識以及課外見識的增長大有益處。

三、案例展示

行動導(dǎo)向教學(xué)的實施流程主要是以項目為載體，并分階段進(jìn)行課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)置。將教學(xué)計劃貫穿于整個學(xué)期的教學(xué)體系之中，分步驟有條不紊地進(jìn)行教學(xué)實踐。

（一）設(shè)置教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是保證課程教學(xué)順利進(jìn)行的導(dǎo)向因素，只有教學(xué)目標(biāo)明確才能保證課程講解順利進(jìn)行。課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定不是憑空想象的，需要教師充分掌握學(xué)生的理解與接受能力，將專業(yè)的重點與難點進(jìn)行細(xì)分，確保學(xué)生能夠透徹理解知識點。

（三）教學(xué)過程

1.實訓(xùn)教學(xué)階段

在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人焊接實訓(xùn)教學(xué)前，教師必須告知學(xué)生本次課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，只有目標(biāo)明確學(xué)生才能知道每一階段的任務(wù)。其次布置本次項目的具體任務(wù)和發(fā)放任務(wù)書、學(xué)習(xí)資料、操作手冊等資料，其具體任務(wù)為：根據(jù)焊接機(jī)器人工作站，查閱相關(guān)資料，將工作站的每部分結(jié)構(gòu)名稱及功能填入表格。實訓(xùn)課程開展期間教師可以將學(xué)生進(jìn)行分組，并規(guī)定需要完成的任務(wù)，以小組計分的方式激勵學(xué)生積極完成任務(wù)。對于基礎(chǔ)能力比較薄弱的小組，教師可以預(yù)留出時間進(jìn)行專項指導(dǎo)，爭取班級學(xué)生都具備相應(yīng)的實踐操作能力。

2.計劃階段

各小組展示、解讀本組的工作計劃，教師和學(xué)生共同討論、分析，找出方案中存在的問題，分析問題將會帶來哪些不良的影響，并提出解決問題的方法，以得出更加科學(xué)的實施計劃。教師根據(jù)各小組制定的工作計劃，對各小組進(jìn)行點評。綜合各小組的工作計劃，形成完善的計劃方案并公示，正確引導(dǎo)各小組學(xué)生對工作計劃的修改。學(xué)生根據(jù)師生討論的結(jié)果，對本組的工作計劃進(jìn)一步修改完善。

3.實施階段

學(xué)生通過觀察機(jī)器人焊接工作站并查閱工作站相關(guān)的手冊，確定其結(jié)構(gòu)組成以及各部分的功能并填寫記錄表。

4.評價階段

各小組進(jìn)行作品展示，學(xué)生根據(jù)任務(wù)完成的情況進(jìn)行自我評價、小組內(nèi)組外互評并填寫自評表和互評表。教師根據(jù)學(xué)生任務(wù)完成的情況和任務(wù)過程中的表現(xiàn)，進(jìn)行全面的評價，總結(jié)學(xué)生存在的問題，并提出改進(jìn)的方法。

四、結(jié)語

通過實踐教學(xué)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前高校工業(yè)機(jī)器人教學(xué)與企業(yè)生產(chǎn)實踐要求存在著很大偏差，主要原因在于，高校教育普遍重視理論而忽視實踐教學(xué)，其次在于課程教學(xué)內(nèi)容難以跟隨企業(yè)發(fā)展步伐，缺乏創(chuàng)新。對于畢業(yè)學(xué)生而言，會導(dǎo)致其實習(xí)期間的工作能力難以適應(yīng)崗位需求，這對畢業(yè)學(xué)生的心理打擊是比較大的。本次論文筆者就當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)存在的短板進(jìn)行了系列分析，并結(jié)合當(dāng)前工作形態(tài)提出了課程改革建議。高校工業(yè)機(jī)器人教學(xué)方式必須緊隨時代的發(fā)展不斷更新，同時，新理論的誕生是反復(fù)實踐的結(jié)果，高校教師要積極投入一線的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，探索一條符合學(xué)校與學(xué)生實際情況的創(chuàng)新型教學(xué)之路。

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