“智改數(shù)轉(zhuǎn)”背景下工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)改革與實踐

摘 要：隨著現(xiàn)代制造類企業(yè)的發(fā)展，社會迫切需要更多高技能人才。但是，當(dāng)前部分職業(yè)學(xué)校學(xué)生的理論知識和實踐技能水平與企業(yè)實際需求還有一定差距。如何提高教學(xué)質(zhì)量，有效培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，是教師需要認(rèn)真思考的問題。文章闡述了目前工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題和解決方法，并對工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)改革和實踐進行了探討。

關(guān)鍵詞：“智改數(shù)轉(zhuǎn)”；工業(yè)機器人技術(shù)；教學(xué)改革

基金項目：本文系第五期江蘇省職業(yè)教育教學(xué)改革研究課題“中職校活頁式教材開發(fā)與應(yīng)用研究”（課題編號：ZYB201）的階段性研究成果。

作者簡介：諸曉濤（1986—），男，江蘇省錫山中等專業(yè)學(xué)校。

根據(jù)《深化新時代教育評價改革總體方案》和《國家職業(yè)教育改革實施方案》的要求，工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程的人才培養(yǎng)目標(biāo)、知識體系、培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容等都需要進行相應(yīng)調(diào)整。工業(yè)機器人技術(shù)課程是中職學(xué)校機電類專業(yè)的核心課程之一，主要教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握工業(yè)機器人系統(tǒng)組成和典型應(yīng)用的相關(guān)知識，以及培養(yǎng)操作、調(diào)試、編程、維護等方面的能力，對提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力具有重要作用。工業(yè)機器人在我國制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，但目前工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)優(yōu)秀人才較少。從工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)發(fā)展前景來看，未來企業(yè)對工業(yè)機器人技術(shù)人才的需求量會越來越大，對學(xué)校的人才培養(yǎng)要求也會越來越高，因此，我們要提高學(xué)校的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

工業(yè)機器人作為制造業(yè)的重要裝備，在我國智能制造領(lǐng)域中占據(jù)著重要的地位，工業(yè)機器人技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量直接影響著智能制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的發(fā)展，各地區(qū)越來越重視制造業(yè)高技能人才的培養(yǎng)，同時企業(yè)也對高技能人才培養(yǎng)提出了新要求，如何根據(jù)當(dāng)前職業(yè)學(xué)校學(xué)生實際情況合理構(gòu)建課程教學(xué)體系和教學(xué)方法已成為一個亟須解決的問題［1］。

一、課程的定位及課程教學(xué)目標(biāo)

工業(yè)機器人技術(shù)課程是機電類專業(yè)的核心課程，也是智能制造相關(guān)專業(yè)的重要技術(shù)技能課，它對學(xué)生專業(yè)知識及職業(yè)技能的培養(yǎng)有著重要作用。

（一）準(zhǔn)確定位培養(yǎng)目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握工業(yè)機器人基本知識和常用工業(yè)機器人操作技能，了解工業(yè)機器人設(shè)備選型與安裝、工業(yè)機器人運動控制系統(tǒng)配置與調(diào)試、工業(yè)機器人操作與維護、工業(yè)機器人編程及示教等知識和技能，為今后從事工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備維護及管理工作奠定基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將具備以下能力：（1）掌握與本專業(yè)相關(guān)的工控系統(tǒng)和編程方法；（2）具備工業(yè)機器人設(shè)備選型和安裝調(diào)試技能；（3）具備設(shè)備管理能力；（4）具備設(shè)備故障排查與故障診斷能力。為實現(xiàn)以上教學(xué)目標(biāo)，針對本課程，筆者結(jié)合以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，對課堂教學(xué)模式進行了改革［2］。

（二）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與方法

在教學(xué)內(nèi)容上，我們根據(jù)“重基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的要求，遵循“教、學(xué)、做”一體化設(shè)計思路，結(jié)合工作過程系統(tǒng)化的原則設(shè)計課程內(nèi)容；在教學(xué)方法上，充分利用多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等技術(shù)手段輔助教學(xué)，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度；在考核方法上，充分利用線上線下混合式考核方式，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和綜合素質(zhì)。

（三）加強職業(yè)素養(yǎng)的融合教育

隨著“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的發(fā)展，與工業(yè)機器人相關(guān)的行業(yè)對人才的要求也發(fā)生了變化，其不僅要求人才的技術(shù)過硬，還要求人才有較好的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。為此，結(jié)合當(dāng)前職業(yè)學(xué)校學(xué)生實際情況，我們建立了“三個一”（專業(yè)基礎(chǔ)+職業(yè)素養(yǎng)+專業(yè)技能）工業(yè)機器人技術(shù)課程教學(xué)體系，具體如下。

第一個“一”是指將專業(yè)基礎(chǔ)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程主要學(xué)習(xí)工業(yè)機器人系統(tǒng)及集成應(yīng)用、工業(yè)機器人編程與控制、機器人相關(guān)傳感器等內(nèi)容，其中涉及的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是本專業(yè)課程教學(xué)的基礎(chǔ)。

第二個“一”是指將職業(yè)素養(yǎng)融入教學(xué)環(huán)節(jié)中。在“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的背景下，學(xué)生應(yīng)具有良好的職業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神及較強的團隊協(xié)作能力。為此，我們將職業(yè)素養(yǎng)融入課堂教學(xué)中，同時重視專業(yè)技能競賽，鼓勵學(xué)生積極參加職業(yè)技能競賽活動。

第三個“一”是指將專業(yè)技能融入實踐操作中。首先，學(xué)校與企業(yè)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，建立了校內(nèi)和校外實訓(xùn)基地。實訓(xùn)基地是依托于企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，在具有豐富實踐經(jīng)驗的專業(yè)人員的帶領(lǐng)下，對學(xué)員進行實踐訓(xùn)練的基地。校內(nèi)實訓(xùn)基地會對企業(yè)員工開放，為企業(yè)新員工進行理論知識的培訓(xùn)；而企業(yè)實訓(xùn)基地會對學(xué)校的專業(yè)教師開放，讓相關(guān)教師能深入了解企業(yè)中的最新生產(chǎn)設(shè)備，從而有效提升教學(xué)實效。

二、基于工作過程的課程教學(xué)內(nèi)容改革

由于工業(yè)機器人技術(shù)課程面向的工作崗位對學(xué)生的技能要求較高，如工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員（機器人操作員）需要具備電氣控制系統(tǒng)維護、工業(yè)機器人編程與應(yīng)用、故障分析與排除、生產(chǎn)管理等多項技能，因此，課程改革應(yīng)基于工作過程來構(gòu)建知識體系［3］，并重點圍繞這些核心能力，將一些碎片化的知識點進行整合，使之轉(zhuǎn)化為一個具有內(nèi)在聯(lián)系的整體。工業(yè)機器人技術(shù)課程通常采用項目化教學(xué)方式，我們以職業(yè)活動為導(dǎo)向，以項目任務(wù)為載體，以工作任務(wù)完成為目標(biāo)，基于工業(yè)機器人系統(tǒng)集成應(yīng)用、典型故障分析與排除和生產(chǎn)管理等，設(shè)計了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。我們將工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用課程內(nèi)容分為5個學(xué)習(xí)領(lǐng)域：工業(yè)機器人系統(tǒng)集成應(yīng)用、工業(yè)機器人典型故障分析與排除、工業(yè)機器人生產(chǎn)管理、工業(yè)機器人安裝與調(diào)試以及工業(yè)機器人系統(tǒng)維護。不同的學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)?yīng)不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)，根據(jù)各學(xué)習(xí)領(lǐng)域內(nèi)容的特點，學(xué)生可以選擇對應(yīng)的學(xué)習(xí)載體。

根據(jù)“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的發(fā)展要求和職業(yè)學(xué)校教育教學(xué)改革的要求，筆者重點研究了基于工作過程和工作任務(wù)分析的知識體系，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)能力發(fā)展要求對課程內(nèi)容進行了整合，形成了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)工業(yè)機器人技術(shù)課程特點，筆者將教學(xué)內(nèi)容分為六個模塊：（1）機器人運動學(xué)和動力學(xué)；（2）機械臂末端定位與控制；（3）工業(yè)機器人程序設(shè)計；（4）工業(yè)機器人編程；（5）人機交互與示教系統(tǒng)；（6）系統(tǒng)調(diào)試與維修。這六個模塊涉及大量的專業(yè)技術(shù)知識，如運動學(xué)、動力學(xué)、機械臂控制、程序設(shè)計等，因此，教師在授課時要按照工作過程和學(xué)習(xí)項目的要求對每個模塊的教學(xué)進行設(shè)計，形成以“工業(yè)機器人作業(yè)過程”為中心的教學(xué)內(nèi)容體系，這樣能使每個模塊之間形成層層遞進的關(guān)系，讓學(xué)生將專業(yè)知識和技能應(yīng)用到實踐中，解決工作中遇到的實際問題。

雖然這門課程的內(nèi)容具有很強的綜合性，但是每一章節(jié)的知識點都是相對獨立的，因此，教師在教學(xué)時，要對課程內(nèi)容進行合理規(guī)劃，找出能夠?qū)⑺姓鹿?jié)都聯(lián)系起來的主線，將每一個知識點的前因后果都梳理清楚。首先，教師可從機械專業(yè)學(xué)生比較熟悉的機械結(jié)構(gòu)開始，在對機器人三大組件之間的關(guān)系進行解釋的基礎(chǔ)上，教學(xué)機器人的控制系統(tǒng)和環(huán)境感覺技術(shù)；接著，對于機器人運動學(xué)，由于其具有很強的理論性，學(xué)習(xí)難度較大，教師可按照由淺到深的思路教學(xué)，以保證學(xué)生能夠快速、準(zhǔn)確地掌握其核心知識；最后，教師可對機器人程序設(shè)計進行說明，讓學(xué)生對機器人的操控有更深層次的理解。值得注意的是，在講授各個章節(jié)的時候，教師可以適當(dāng)?shù)匾胂嚓P(guān)知識的最新成果，這樣不僅可以拓寬學(xué)生的知識面，還可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

三、基于網(wǎng)絡(luò)平臺的教學(xué)手段創(chuàng)新

為保障教學(xué)效果，教師在教學(xué)本課程時可采用項目式教學(xué)法，將工業(yè)機器人相關(guān)知識和技能劃分為若干個項目，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。每個項目均包含幾個任務(wù)，每個任務(wù)又可以按具體情況分為多個小項目。項目式教學(xué)法要求學(xué)生在完成每一個任務(wù)后對知識進行總結(jié)和評價，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，通過不斷地訓(xùn)練，提升學(xué)生各方面的能力。同時，教師可以將“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念和“做中學(xué)”的教學(xué)方法相結(jié)合，使教學(xué)過程更加接近真實的工作過程。教師應(yīng)采用理論和實踐相結(jié)合的模式，根據(jù)實際需要，以學(xué)生為主體制訂學(xué)習(xí)計劃，明確任務(wù)分配、時間安排等內(nèi)容。教師在運用“項目引導(dǎo)”的方法進行教學(xué)時，要根據(jù)學(xué)生的知識水平和學(xué)習(xí)能力，將其分為若干小組。具體實施步驟如下：（1）開發(fā)信息化的課程資源，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。本課程的內(nèi)容龐雜，概念抽象，教師可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，創(chuàng)設(shè)以學(xué)生為中心的教學(xué)環(huán)境。一方面，教師要將傳統(tǒng)的“一支粉筆、一張嘴”的授課方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嘀Х酃P、多張嘴”的授課方式；另一方面，教師要構(gòu)建在線課程，實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，讓學(xué)生課前通過網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)。（2）利用仿真軟件開展實踐教學(xué)［4］。以“機器人技術(shù)實訓(xùn)”為例，在理論課程教學(xué)前，教師可讓學(xué)生通過仿真軟件進行系統(tǒng)裝配、功能調(diào)試和故障排除等方面的虛擬實訓(xùn)，這樣不僅可以有效提高學(xué)生的動手能力，還能提高學(xué)生解決實際問題的能力。（3）采用理論和實踐相結(jié)合的教學(xué)方法。在理論授課中，教師可依托仿真軟件引導(dǎo)學(xué)生進行系統(tǒng)裝配和功能調(diào)試；在實踐中，教師可以真實工程項目為案例，以學(xué)生為主體，輔助學(xué)生完成相應(yīng)的操作步驟。（4）引入人工智能教學(xué)手段。工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用與維護課程中有許多典型零件加工方法，對于部分零件加工的原理及注意事項，教師可以采用錄制視頻和制作微課的方式進行講解和示范。

四、專業(yè)教師隊伍的能力培養(yǎng)

第一，專業(yè)教師參與專業(yè)群創(chuàng)建。從2021年開始，我校本專業(yè)的教師隊伍在不斷地進行改革和創(chuàng)新，積極參加專業(yè)認(rèn)證，申報高水平專業(yè)群建設(shè)項目，積極申請專項經(jīng)費，為課程的實踐和創(chuàng)新提供了保障。

第二，專業(yè)教師積極參與教學(xué)改革。要想有效發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)課程，我們就必須持續(xù)地提升專業(yè)教師的職業(yè)技能，提高教師的教學(xué)水平。同時，我們還要將該課程與現(xiàn)實生活中的生產(chǎn)應(yīng)用聯(lián)系起來，搜集并及時更新工業(yè)機器人的典型應(yīng)用案例，持續(xù)改進教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。為此，教師應(yīng)積極參與職業(yè)技能培訓(xùn)，參與技能競賽，多與企業(yè)進行“產(chǎn)、學(xué)、研”等形式的合作，以開闊自己的眼界。

第三，專業(yè)教師參與頂崗實習(xí)。本專業(yè)學(xué)生的實訓(xùn)一般是在企業(yè)中進行的，但部分教師缺乏行業(yè)經(jīng)驗，難以對學(xué)生進行細(xì)化指導(dǎo)。為了提高教師的教學(xué)水平和實踐技能，我們通過企業(yè)頂崗、學(xué)校培訓(xùn)等形式提高了教師的業(yè)務(wù)能力，并組織教師參加了校企合作實踐。

第四，專業(yè)教師與企業(yè)技術(shù)骨干雙向互師式共同成長。我們邀請了具有豐富經(jīng)驗的企業(yè)技術(shù)骨干到學(xué)校擔(dān)任兼職教師，將企業(yè)典型案例引入課堂，與學(xué)生共同進行項目研發(fā)。這些措施有效提高了教師的實踐能力、創(chuàng)新能力。

結(jié)語

“智改數(shù)轉(zhuǎn)”背景下，職業(yè)教育教學(xué)改革面臨著新的挑戰(zhàn)。本文分析了當(dāng)前職業(yè)教育面臨的主要問題，并結(jié)合“智改數(shù)轉(zhuǎn)”背景下企業(yè)人才需求的轉(zhuǎn)變，提出了工業(yè)機器人技術(shù)課程教學(xué)改革思路和措施。同時，本文結(jié)合課程教學(xué)改革實踐，介紹了工業(yè)機器人課程教學(xué)改革實施過程中的一些問題及解決方案。

實踐表明，進行課程教學(xué)改革，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。與此同時，本課程的教學(xué)改革也有效提升了專業(yè)教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力。在后續(xù)工作中，我們將圍繞智能制造技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)科目錄調(diào)整后工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案展開深入研究，在課程改革的基礎(chǔ)上，探索結(jié)合工學(xué)交替、項目驅(qū)動等教學(xué)模式展開教學(xué)的路徑，完成工業(yè)機器人課程標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、教材編寫與推廣和教學(xué)資源庫建設(shè)等工作。

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