“焊接機(jī)器人編程與應(yīng)用”課堂革命研究與實(shí)踐

孫登科

摘 要：以“焊接機(jī)器人編程與應(yīng)用”課程為例， 對(duì)接焊接機(jī)器人操作員崗位能力需求，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容， 將企業(yè)難題分解轉(zhuǎn)換為教學(xué)案例，并將項(xiàng)目蘊(yùn)含的新技術(shù)、新規(guī)范等有機(jī)融入教學(xué)內(nèi)容，展開項(xiàng)目化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)崗課賽證融通，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人編程 崗位能力 課堂革命 項(xiàng)目化教學(xué)

1 引言

國家“十四五規(guī)劃”在“深入實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略”篇章明確提出了“推動(dòng)制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)”的遠(yuǎn)景目標(biāo)，機(jī)器人焊接技術(shù)是焊接生產(chǎn)走向智能化的核心。對(duì)接焊接機(jī)器人操作員崗位能力需求，依據(jù)國家高等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)等，參照金磚國家職業(yè)技能大賽“焊接機(jī)器人編程、操作與維護(hù)”賽項(xiàng)技術(shù)規(guī)程、“1+X”焊接機(jī)器人編程與維護(hù)職業(yè)技能等級(jí)證書認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，基于工作過程重構(gòu)《焊接機(jī)器人編程與應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)崗課賽證融通。以橋梁支架直線焊縫生產(chǎn)工藝編制等四個(gè)項(xiàng)目為載體由易到難實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)。本教學(xué)項(xiàng)目源于國家級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心承擔(dān)的國內(nèi)某重型工程機(jī)械龍頭企業(yè)“挖掘機(jī)箱式斗桿機(jī)器人焊接工藝編制”技術(shù)難題，由雙導(dǎo)師教學(xué)團(tuán)隊(duì)（技能大師擔(dān)任企業(yè)導(dǎo)師、雙師型教師擔(dān)任學(xué)業(yè)導(dǎo)師）進(jìn)行分析、分解轉(zhuǎn)換為教學(xué)案例，并將項(xiàng)目蘊(yùn)含的新技術(shù)、新規(guī)范等有機(jī)融入教學(xué)內(nèi)容，基于箱式斗桿機(jī)器人焊接工作過程將本項(xiàng)目分解為8個(gè)教學(xué)任務(wù)展開項(xiàng)目化教學(xué)。

2 課堂革命解決的問題

本課程立足崗位能力需求，依托國家級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心，優(yōu)選中心承擔(dān)的橫向課題，對(duì)接國家專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、人才培養(yǎng)方案，參考職業(yè)技能大賽賽項(xiàng)規(guī)程、“1+X”職業(yè)技能等級(jí)證書認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等要求，由校企雙導(dǎo)師教學(xué)團(tuán)隊(duì)分析分解橫向課題中蘊(yùn)含的機(jī)器人焊接圓弧焊縫、T型接頭焊接等8個(gè)典型工作任務(wù)，轉(zhuǎn)化為教學(xué)項(xiàng)目，融入“感悟工匠精神，捍衛(wèi)質(zhì)量安全，立志技能報(bào)國”的思政主題，按照“真崗實(shí)境，循環(huán)遞進(jìn)”的教學(xué)模式，依托國家級(jí)教學(xué)資源庫、機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)、實(shí)時(shí)投屏等信息化教學(xué)資源和技術(shù)，校企雙導(dǎo)師組織教學(xué)，以產(chǎn)品檢驗(yàn)、技能大賽、1+X證書等標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)體系開展評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)校企“雙元育人”， 服務(wù)區(qū)域裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型技術(shù)技能人才。

3 課堂革命實(shí)施

3.1 總體教學(xué)安排

將“挖掘機(jī)箱式斗桿機(jī)器人焊接工藝編制”技術(shù)難題轉(zhuǎn)化為“焊接機(jī)器人箱式斗桿焊縫的編程與焊接”教學(xué)項(xiàng)目，融入新規(guī)范、賽證考點(diǎn)及勞動(dòng)教育等內(nèi)容，依據(jù)箱式斗桿焊縫的機(jī)器人編程與焊接工作流程，按焊前準(zhǔn)備（坐標(biāo)系設(shè)置與應(yīng)用）、軌跡示教、編程與焊接、焊后檢測(cè)（缺陷分析）劃分為8個(gè)任務(wù)。如圖1所示。

3.2 具體教學(xué)實(shí)施

1.校企協(xié)同，融入真實(shí)項(xiàng)目，循環(huán)遞進(jìn)開展教學(xué)活動(dòng)

本項(xiàng)目8個(gè)任務(wù)基于企業(yè)生產(chǎn)過程，按照課前自主探究、課中五步引導(dǎo)、課后分層拓展三個(gè)階段，通過“導(dǎo)任務(wù)、識(shí)動(dòng)作、練操作、究難題、談體會(huì)”五步組織教學(xué)。如圖2

第一階段：課前——自主探究

課前，學(xué)生利用云課堂平臺(tái)完成課前測(cè)試，自學(xué)微課《大國工匠盧仁峰獨(dú)手焊?jìng)b為國鑄劍》，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度。教師根據(jù)在線測(cè)試結(jié)果，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)實(shí)施方案。

第二階段：課中——五步引導(dǎo)

課中，雙師型教師、企業(yè)專家和學(xué)生基于企業(yè)工作真實(shí)情境，按照任務(wù)流程和難度，完成“管板接頭機(jī)器人虛擬編程、管板接頭機(jī)器人軌跡示教編程、機(jī)器人焊接工藝設(shè)置及焊接”三個(gè)子任務(wù)，按照“識(shí)動(dòng)作-練操作-究難題”循環(huán)遞進(jìn)，以“管板接頭機(jī)器人虛擬編程”子任務(wù)為例，如下：

●導(dǎo)任務(wù)教師通過播放焊接操作視頻，布置本次課任務(wù)：箱式斗桿機(jī)器人管板接頭焊接。各小組成員分析管板件任務(wù)圖紙及實(shí)物，明確本節(jié)課任務(wù)。

●識(shí)動(dòng)作教師針對(duì)挖掘機(jī)箱式斗桿焊縫特點(diǎn)，完成虛擬編程操作系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置，載入焊接件模型，演示示教步驟，引導(dǎo)學(xué)生跟練，完成考核評(píng)價(jià)表。

●練操作學(xué)生消化和吸收教師講解的重點(diǎn)，進(jìn)行軟件環(huán)境和坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置，焊接件模型加載，完成管板接頭虛擬編程操作訓(xùn)練，撰寫學(xué)生工作手冊(cè)，為后續(xù)焊接機(jī)器人在線編程和焊接打下基礎(chǔ)。

究難題為快速解決學(xué)生操作難題，設(shè)置小組間虛擬仿真編程操作競(jìng)賽，組內(nèi)成員完成操作，檢驗(yàn)正確即為通過。該方法迅速提高課堂趣味性、增強(qiáng)小組凝聚力，強(qiáng)化訓(xùn)練、夯實(shí)技能。

談體會(huì)在“識(shí)動(dòng)作-練操作-究難題”循環(huán)遞進(jìn)結(jié)束后，教師以學(xué)生操作中出現(xiàn)的問題及解決方法為切入點(diǎn)，點(diǎn)評(píng)各小組訓(xùn)練中的亮點(diǎn)與需要改進(jìn)的地方，總結(jié)本次課重難點(diǎn)完成情況，布置課后作業(yè)。

第三階段：課后——分層拓展

學(xué)生查漏補(bǔ)缺，完成拓展任務(wù)“焊接機(jī)器人在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支撐座焊接中的應(yīng)用”，鞏固強(qiáng)化管板圓弧編程與焊接技能，積極參與志愿活動(dòng)，用焊接專業(yè)技能解決福利院家具損壞等問題，服務(wù)社會(huì)。教師收集管板接頭焊縫缺陷素材，形成斗桿焊縫缺陷案例庫。

2.虛實(shí)結(jié)合，活用教學(xué)資源，突破重點(diǎn)難點(diǎn)

以任務(wù)5為例，課前基于云平臺(tái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析學(xué)生認(rèn)知與實(shí)操水平，確定焊縫軌跡優(yōu)化為教學(xué)難點(diǎn)，采用焊接機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)開展教學(xué)，使學(xué)生全方位體驗(yàn)管板組合件焊縫軌跡編程與行進(jìn)，通過實(shí)操演練讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)焊槍角度、行走角及位置的參數(shù)選擇，使學(xué)生更直觀的理解管板組合件焊縫軌跡優(yōu)化要點(diǎn)，有效突破教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)提升學(xué)生的創(chuàng)新思維與焊接技能。

3.監(jiān)測(cè)整改，校企多方參與，全過程綜合評(píng)價(jià)

以學(xué)生、教師、企業(yè)專家為評(píng)價(jià)主體，通過云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生課前學(xué)習(xí)進(jìn)度、課中參與程度、課后拓展能力等數(shù)據(jù)；依據(jù)行業(yè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、全國焊接機(jī)器人操作競(jìng)賽技術(shù)規(guī)程評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、1+X焊接機(jī)器人編程與維護(hù)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生操作過程和實(shí)訓(xùn)作品進(jìn)行教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)、專家點(diǎn)評(píng)。通過全過程綜合評(píng)價(jià)促使學(xué)生多看、多練、多想、多評(píng)，促進(jìn)教師針對(duì)性選擇和調(diào)整教學(xué)策略，開展分層分類教學(xué)。

4 課堂革命實(shí)施效果

4.1 理論成績大幅提升，知識(shí)目標(biāo)有效達(dá)成

通過云平臺(tái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)表明：學(xué)生簽到率、課前課后任務(wù)完成度等參與度指標(biāo)顯著提高，機(jī)器人坐標(biāo)系設(shè)置、軌跡示教操作等均在90分以上，與上屆學(xué)生縱向?qū)Ρ葘W(xué)生成績明顯提升，知識(shí)目標(biāo)有效達(dá)成。如圖3

4.2 適崗能力顯著增強(qiáng)，技能目標(biāo)有效達(dá)成

該項(xiàng)目基于企業(yè)一線真實(shí)產(chǎn)品的機(jī)器人焊接過程，讓學(xué)生在實(shí)崗實(shí)操訓(xùn)練中，沉浸式體驗(yàn)焊接生產(chǎn)、產(chǎn)品檢測(cè)和交付情境，增強(qiáng)崗位適應(yīng)能力。根據(jù)企業(yè)導(dǎo)師和雙師型教師對(duì)學(xué)生操作過程和焊接件綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)：學(xué)生能正確選用機(jī)器人坐標(biāo)系，熟練完成箱式斗桿的焊接編程、軌跡示教和焊接生產(chǎn)，并進(jìn)行產(chǎn)品缺陷檢驗(yàn)分析。

4.3 潛心傳承工匠精神，素養(yǎng)目標(biāo)有效達(dá)成

學(xué)生勞動(dòng)值日情況良好，積極參與實(shí)訓(xùn)操作任務(wù)，秉承工匠精神和勞動(dòng)精神，精益求精，順利完成箱式斗桿焊接任務(wù)，落實(shí)企業(yè)7s管理理念，提升職業(yè)素養(yǎng)，通過課后參與志愿活動(dòng)，錘煉技能，堅(jiān)定信仰，樹立使命在心、責(zé)任在肩、擔(dān)當(dāng)在行的思想，完成從技能成才到技能報(bào)國的蛻變。

5 結(jié)束語

本文以“焊接機(jī)器人編程與應(yīng)用”課程為例，依托國家級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心，將項(xiàng)目庫中企業(yè)技術(shù)項(xiàng)目做深入的分析、分解，開發(fā)教學(xué)項(xiàng)目，依托焊接生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地，由校企雙導(dǎo)師指導(dǎo)按照焊接生產(chǎn)準(zhǔn)備、執(zhí)行和驗(yàn)收過程組織教學(xué)，用產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、大賽評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等開展作品驗(yàn)收與評(píng)價(jià)，為學(xué)生提供沉浸式學(xué)習(xí)情境，根據(jù)教學(xué)需求確定“識(shí)動(dòng)作-練操作-究難題”的循環(huán)次數(shù)，遞進(jìn)式培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成，并形成了“融-悟-用”分層融入的課程思政方法和建設(shè)了箱式斗桿焊縫缺陷教學(xué)案例庫，教學(xué)效果提升明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘭虎.焊接機(jī)器人編程及應(yīng)用[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]符婭波，邊美華，許先果.弧焊機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展[J].機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用．

[3]高黨尋，姚啟明.彰顯任務(wù)驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)新教學(xué)模式，提高工程素質(zhì)-談CO2氣體保護(hù)焊訓(xùn)練的教學(xué)實(shí)踐[M].工程實(shí)踐和創(chuàng)新教學(xué)探索與研究，清華大學(xué)出版社，2012：56．