新工科背景下的汽車工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)方法研究

摘 要：新工科背景下，汽車工業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型對工業(yè)機(jī)器人人才的培養(yǎng)提出了更高要求。作為新工科教育的重要組成部分，實訓(xùn)教學(xué)在提升學(xué)生實踐能力與技術(shù)素養(yǎng)中扮演著關(guān)鍵角色。然而，當(dāng)前實訓(xùn)教學(xué)中存在理論與實踐脫節(jié)、教學(xué)方法單一以及資源配置不足等問題，難以滿足行業(yè)對復(fù)合型工程技術(shù)人才的需求。通過引入案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動項目、仿真平臺支持和校企融合實踐等創(chuàng)新教學(xué)方法，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，推動學(xué)生知識、能力與素養(yǎng)的全面提升，從而實現(xiàn)理論與實踐的有機(jī)結(jié)合，助力新工科教育目標(biāo)的達(dá)成。

關(guān)鍵詞：新工科 汽車工業(yè) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù) 實訓(xùn)教學(xué) 教學(xué)方法創(chuàng)新

隨著新工科教育理念的深入實施，工程教育正逐步向跨學(xué)科融合、實踐導(dǎo)向和產(chǎn)教協(xié)同的方向轉(zhuǎn)變，為智能制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大的人才支撐。汽車工業(yè)作為國家經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，正在經(jīng)歷從傳統(tǒng)制造向智能制造的轉(zhuǎn)型，其中工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已成為推動生產(chǎn)效率提升和技術(shù)創(chuàng)新的重要手段。這一變革對工程技術(shù)人才提出了更高的要求，學(xué)生不僅需要具備扎實的理論知識，還必須掌握靈活的技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新實踐能力。

1 新工科背景下的教育需求

1.1 新工科內(nèi)涵

新工科是服務(wù)于國家重大需求和科技創(chuàng)新發(fā)展的新型工程教育理念，旨在應(yīng)對新興產(chǎn)業(yè)和技術(shù)變革對工程人才提出的多元化需求。與傳統(tǒng)工科注重單一學(xué)科知識的培養(yǎng)不同，新工科強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉融合和知識體系的拓展，聚焦于實踐能力、創(chuàng)新意識以及跨學(xué)科合作能力的提升[1]。通過深化產(chǎn)教融合，推動教育改革，新工科致力于打造適應(yīng)智能化、信息化、綠色化發(fā)展需求的復(fù)合型工程技術(shù)人才。這一教育模式不僅注重理論知識的體系化學(xué)習(xí)，更重視實踐導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計，以確保學(xué)生能夠在復(fù)雜的技術(shù)背景中靈活應(yīng)對實際挑戰(zhàn)。新工科的提出和實施是我國工程教育走向高質(zhì)量、國際化的重要標(biāo)志，也是推動產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵舉措。

1.2 人才需求分析

汽車工業(yè)的智能化和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用對工程技術(shù)人才提出了全新的能力要求。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人涉及復(fù)雜的技術(shù)領(lǐng)域，包括自動化控制、人工智能、機(jī)械設(shè)計等多學(xué)科交叉內(nèi)容，學(xué)生需要具備跨領(lǐng)域的知識整合能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。企業(yè)不僅關(guān)注學(xué)生的專業(yè)理論水平，更重視其實踐操作技能和解決復(fù)雜問題的能力[2]。此外，智能制造環(huán)境中的協(xié)作需求使得團(tuán)隊合作和溝通能力成為企業(yè)選擇人才的重要標(biāo)準(zhǔn)。在這一背景下，傳統(tǒng)培養(yǎng)模式難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對高素質(zhì)工程技術(shù)人才的要求。培養(yǎng)既懂理論又會實踐，既能獨立操作又能協(xié)作創(chuàng)新的復(fù)合型人才，是當(dāng)前教育改革的核心目標(biāo)，也是推動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。

1.3 實訓(xùn)教學(xué)定位

實訓(xùn)教學(xué)在新工科教育中具有不可替代的重要地位，是學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以實踐為導(dǎo)向的實訓(xùn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)在真實或模擬環(huán)境中完成任務(wù)，通過解決復(fù)雜的技術(shù)問題，使學(xué)生的工程素養(yǎng)得到全面提升。在汽車工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，實訓(xùn)教學(xué)不僅是對學(xué)生技術(shù)能力的鍛煉，也是培養(yǎng)其創(chuàng)新意識、問題解決能力以及適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)需求的重要方式。同時，實訓(xùn)教學(xué)在彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)不足方面發(fā)揮了重要作用，它能讓學(xué)生直面工程實際中存在的問題，增強(qiáng)對知識應(yīng)用的理解和對技術(shù)前沿的把握。

2 汽車工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點及實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 汽車工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點

2.1.1 應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在汽車工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，涵蓋了焊接、噴涂、裝配、搬運等多個關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)對精度和效率的要求極高，工業(yè)機(jī)器人憑借其可編程性和自動化操作能力，能夠滿足現(xiàn)代汽車制造對高質(zhì)量和大規(guī)模生產(chǎn)的需求[3]。在車身焊接中，機(jī)器人通過多軸聯(lián)動和精確定位，完成復(fù)雜的焊接任務(wù)；在噴涂環(huán)節(jié)，機(jī)器人以其穩(wěn)定性和一致性，實現(xiàn)高效、均勻的涂裝效果；在裝配和搬運過程中，機(jī)器人憑借強(qiáng)大的靈活性和重復(fù)精度，確保了各部件的高效組裝和物料輸送。這些應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率，還顯著降低了人工操作中的誤差和安全風(fēng)險，成為推動汽車工業(yè)智能化發(fā)展的重要驅(qū)動力。

2.1.2 技術(shù)需求

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用對從業(yè)者提出了多方面的能力要求，涵蓋編程能力、操作技能和系統(tǒng)維護(hù)等多個領(lǐng)域。在機(jī)器人編程中，操作人員需熟悉多軸運動控制、路徑規(guī)劃以及生產(chǎn)任務(wù)的自動化設(shè)置，確保機(jī)器人能夠高效執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。操作方面，要求從業(yè)者能夠精準(zhǔn)掌握機(jī)器人各類參數(shù)的調(diào)整與實時監(jiān)控，以應(yīng)對生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)挑戰(zhàn)。同時，工業(yè)機(jī)器人的正常運行離不開對系統(tǒng)的日常維護(hù)和故障診斷能力，這需要技術(shù)人員具備較強(qiáng)的分析能力和問題解決能力。此外，隨著人工智能與機(jī)器人技術(shù)的深度融合，從業(yè)者還需不斷學(xué)習(xí)新興技術(shù)，掌握人機(jī)協(xié)作、智能感知等前沿技能，以適應(yīng)快速發(fā)展的智能制造環(huán)境[4]。

2.2 實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

2.2.1 教學(xué)內(nèi)容方面

實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計往往偏重理論知識的鞏固，實踐性和實操性明顯不足，難以滿足學(xué)生對復(fù)雜技術(shù)技能的掌握需求。部分教學(xué)內(nèi)容注重基礎(chǔ)性、標(biāo)準(zhǔn)化的技能訓(xùn)練，缺乏對實際生產(chǎn)環(huán)境中綜合能力的培養(yǎng)。學(xué)生在實訓(xùn)中學(xué)習(xí)的內(nèi)容相對碎片化，無法系統(tǒng)地掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的全流程操作與集成能力。同時，教學(xué)內(nèi)容更新滯后于行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是在智能化、柔性化生產(chǎn)需求的背景下，內(nèi)容設(shè)計未能充分體現(xiàn)新興技術(shù)與產(chǎn)業(yè)前沿的動態(tài)變化，這種滯后性直接影響了學(xué)生的就業(yè)競爭力和崗位適應(yīng)性。

2.2.2 教學(xué)方法方面

教學(xué)方法單一是當(dāng)前實訓(xùn)教學(xué)的一大問題，傳統(tǒng)的以“教師講解+學(xué)生模仿”為主的方式難以激發(fā)學(xué)生的主動性和創(chuàng)新思維。實踐中，教師在教學(xué)中更多關(guān)注技能的規(guī)范化操作，忽視了對學(xué)生個性化問題解決能力的引導(dǎo)。教學(xué)模式缺乏互動性與啟發(fā)性，學(xué)生的角色偏向被動接受者，而非主動探索者。同時，由于課程目標(biāo)未能與教學(xué)方法緊密結(jié)合，學(xué)生在實訓(xùn)中缺乏深度參與感與問題意識，難以實現(xiàn)理論知識與實踐能力的有機(jī)結(jié)合，這種方式制約了學(xué)生的綜合能力發(fā)展[5]。

2.2.3 資源與環(huán)境方面

實訓(xùn)資源不足是制約教學(xué)效果的重要因素，尤其是工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的教學(xué)設(shè)備無法滿足學(xué)生的訓(xùn)練需求。一些學(xué)校設(shè)備老化或型號落后，難以模擬現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的實際場景。此外，實訓(xùn)場地的環(huán)境設(shè)計缺乏靈活性與多樣性，不能適應(yīng)不同類型任務(wù)的教學(xué)需求。教學(xué)資源的分配與利用效率不高，使得實訓(xùn)過程常因資源短缺而被迫簡化或流于形式。同時，在產(chǎn)教融合背景下，與企業(yè)共建的實訓(xùn)基地未能充分發(fā)揮作用，資源共享程度較低，缺乏真實的生產(chǎn)環(huán)境支持，進(jìn)一步削弱了學(xué)生對行業(yè)實際需求的感知和適應(yīng)能力。

3 新工科背景下的實訓(xùn)教學(xué)方法探索

3.1 案例導(dǎo)入教學(xué)，深化技術(shù)理解

案例導(dǎo)入教學(xué)通過引入真實或模擬的工業(yè)案例，將理論知識與實際應(yīng)用場景有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生更直觀地理解技術(shù)原理和操作流程。這種方法能夠?qū)⒊橄蟮募夹g(shù)概念轉(zhuǎn)化為具體的問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力。

在實訓(xùn)教學(xué)的實踐中，教師可以結(jié)合汽車工業(yè)機(jī)器人噴涂作業(yè)的案例，通過場景設(shè)置和任務(wù)分解引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)習(xí)。在教學(xué)的開始階段，教師首先展示噴涂機(jī)器人的運行視頻，并配合生產(chǎn)工藝圖和參數(shù)表，向?qū)W生講解噴涂過程中常見的問題，如涂層不均勻、噴涂角度不足等技術(shù)難點。隨后，教師根據(jù)案例情境設(shè)計實訓(xùn)任務(wù)，要求學(xué)生依據(jù)噴涂工藝需求，對機(jī)器人噴槍的運動路徑和角度進(jìn)行規(guī)劃，并通過仿真軟件驗證路徑的合理性。在這一過程中，教師重點引導(dǎo)學(xué)生分析實際生產(chǎn)中噴涂質(zhì)量與參數(shù)調(diào)節(jié)的關(guān)系，逐步培養(yǎng)其對技術(shù)原理的深刻理解。完成仿真階段后，學(xué)生進(jìn)入實操環(huán)節(jié)，依托實驗室中的噴涂機(jī)器人設(shè)備，在實際操作中調(diào)整噴槍的工作參數(shù)并優(yōu)化噴涂路徑。通過反復(fù)實踐，學(xué)生不僅能夠驗證案例中的問題與解決方案，還能加深對噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的認(rèn)知。最后，教師組織學(xué)生進(jìn)行討論和總結(jié)，引導(dǎo)其反思操作中可能存在的優(yōu)化空間，例如路徑規(guī)劃與涂層厚度控制之間的平衡，從而進(jìn)一步提高其技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識。

3.2 任務(wù)驅(qū)動項目，強(qiáng)化實踐能力

任務(wù)驅(qū)動項目以具體的任務(wù)為核心，引導(dǎo)學(xué)生在完成任務(wù)的過程中主動學(xué)習(xí)和實踐。通過設(shè)置明確的目標(biāo)和情境，學(xué)生需要整合理論知識與實踐技能，解決實際問題，最終實現(xiàn)從知識獲取到能力提升的轉(zhuǎn)變。

在實訓(xùn)教學(xué)的實踐中，教師可以設(shè)計一項以汽車工業(yè)機(jī)器人裝配操作為核心的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生完成一個機(jī)器人組裝模塊的編程與測試。任務(wù)開始時，教師應(yīng)提供必要的背景信息，例如機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中裝配零部件的具體要求，包括裝配精度、時間效率和安全性等，同時明確任務(wù)目標(biāo)，例如完成某種零部件的精準(zhǔn)裝配，并確保操作的高效性和安全性。在任務(wù)實施階段，學(xué)生需要分析任務(wù)需求并制定工作計劃，包括選擇裝配路徑、設(shè)定機(jī)器人的運動參數(shù)以及優(yōu)化流程設(shè)計。為了增強(qiáng)任務(wù)的真實性，教師可以利用仿真軟件模擬實際生產(chǎn)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬場景中先完成路徑規(guī)劃和裝配流程的初步設(shè)計。隨后，學(xué)生進(jìn)入實操環(huán)節(jié)，通過實際的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備完成裝配任務(wù)。在操作過程中，教師可以提供技術(shù)支持，引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保機(jī)器人動作的準(zhǔn)確性和流暢性。在任務(wù)完成后，教師應(yīng)組織小組進(jìn)行結(jié)果分析和反思，例如裝配效率是否達(dá)到要求、裝配過程是否符合安全規(guī)范，以及如何進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器人操作的精準(zhǔn)性和靈活性。通過這一實踐，學(xué)生不僅能夠掌握機(jī)器人裝配技術(shù)，還能夠在任務(wù)解決的過程中提升自身的實踐能力和創(chuàng)新意識，為適應(yīng)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境做好充分準(zhǔn)備。任務(wù)驅(qū)動項目的實施使學(xué)生從“學(xué)會”到“會學(xué)”，在實踐中真正實現(xiàn)能力的成長。

3.3 仿真平臺支持，優(yōu)化實訓(xùn)資源

仿真平臺支持通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬真實工業(yè)場景，為學(xué)生提供低風(fēng)險、高效率的實踐環(huán)境。這種方式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實訓(xùn)中設(shè)備不足、操作受限的難題，同時讓學(xué)生能夠反復(fù)試驗并觀察操作效果。在仿真平臺中完成的任務(wù)不僅能夠加深學(xué)生對技術(shù)原理的理解，還可以幫助他們培養(yǎng)系統(tǒng)分析和優(yōu)化能力，為實際操作奠定堅實基礎(chǔ)。

在實訓(xùn)教學(xué)的實踐中，以機(jī)器人焊接為例，教師可以創(chuàng)設(shè)仿真任務(wù)，在平臺中搭建一個完整的虛擬場景，包括車身焊接工位、機(jī)器人設(shè)備以及焊接工藝流程，并為學(xué)生明確任務(wù)目標(biāo)，如焊接路徑的優(yōu)化和焊點質(zhì)量的提升。在任務(wù)實施階段，教師通過引導(dǎo)學(xué)生觀察機(jī)器人焊接的虛擬運行過程，提出關(guān)鍵性問題，例如如何調(diào)整焊接參數(shù)以保證涂層均勻性，幫助學(xué)生明確探索方向。當(dāng)學(xué)生在任務(wù)中遇到問題時，教師及時提供技術(shù)指導(dǎo)，例如解釋參數(shù)設(shè)定對焊接質(zhì)量的影響，或建議優(yōu)化路徑規(guī)劃的方法。在仿真任務(wù)結(jié)束后，教師組織學(xué)生分析平臺生成的操作數(shù)據(jù)報告，引導(dǎo)其對焊接質(zhì)量和效率進(jìn)行綜合評價，發(fā)現(xiàn)其中的優(yōu)化空間。此外，教師還通過小組討論或反饋環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生分享不同的解決思路，進(jìn)一步激發(fā)創(chuàng)新意識。通過教師的全程支持與指導(dǎo)，仿真平臺教學(xué)不僅讓學(xué)生深入理解了焊接技術(shù)的操作邏輯，還提升了其在復(fù)雜技術(shù)任務(wù)中的自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。

3.4 校企融合實踐，搭建成長橋梁

校企融合實踐通過將學(xué)校的教學(xué)資源與企業(yè)的實際生產(chǎn)環(huán)境相結(jié)合，為學(xué)生提供真實的技術(shù)操作場景和行業(yè)需求感知。通過參與企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，學(xué)生能夠在實踐中掌握先進(jìn)技術(shù)、了解行業(yè)規(guī)范，同時提升自身的職業(yè)素養(yǎng)和崗位適應(yīng)能力。

在校企融合實踐中，企業(yè)可以提供生產(chǎn)車間或工作站作為實踐場地，與學(xué)校共同制定針對性的教學(xué)任務(wù)。學(xué)生在實際生產(chǎn)場景中，需要參與工業(yè)機(jī)器人設(shè)備的安裝、調(diào)試與操作，完成例如汽車零部件的自動化裝配任務(wù)。在實踐開始前，教師應(yīng)與企業(yè)技術(shù)人員共同對任務(wù)流程進(jìn)行詳細(xì)解讀，明確工作目標(biāo)和操作規(guī)范。學(xué)生分組后進(jìn)入車間，在企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下開展實際操作，教師則負(fù)責(zé)全程觀察和技術(shù)問題的解答，幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用于具體操作中。在裝配任務(wù)過程中，學(xué)生需要完成包括機(jī)器人路徑規(guī)劃、裝配參數(shù)設(shè)定以及效率優(yōu)化的多環(huán)節(jié)任務(wù)，同時記錄每一步的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。完成任務(wù)后，企業(yè)技術(shù)人員會根據(jù)實際生產(chǎn)效果進(jìn)行評價，指出學(xué)生在操作中的問題與改進(jìn)方向。教師隨后組織學(xué)生回到教室，通過反思環(huán)節(jié)與同伴分享經(jīng)驗，結(jié)合企業(yè)導(dǎo)師的反饋優(yōu)化技術(shù)流程。在整個過程中，學(xué)生不僅能夠深刻體驗工業(yè)生產(chǎn)的實際需求，還能通過企業(yè)導(dǎo)師與教師的聯(lián)合指導(dǎo)，全面提升技術(shù)能力與職業(yè)素養(yǎng)。

4 結(jié)語

新工科背景下，汽車工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)需要在理論與實踐的融合中尋求突破，以培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的高素質(zhì)工程人才為目標(biāo)。通過案例導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動、仿真支持與校企融合等創(chuàng)新教學(xué)方法，不僅有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，也為學(xué)生提供了更為豐富的學(xué)習(xí)體驗和實踐機(jī)會。這些方法以學(xué)生為中心，注重激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提升實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維，為智能制造領(lǐng)域的人才培養(yǎng)奠定了堅實基礎(chǔ)。未來，在教育理念不斷深化和產(chǎn)業(yè)技術(shù)持續(xù)升級的背景下，實訓(xùn)教學(xué)需進(jìn)一步加強(qiáng)與行業(yè)發(fā)展的聯(lián)動，不斷探索更為科學(xué)和高效的教學(xué)模式，為實現(xiàn)新工科教育的最終目標(biāo)注入更多活力與可能性。

基金項目：江西省教育廳基礎(chǔ)教育研究課題“中職‘崗課賽證思’融通人才培養(yǎng)模式的實踐研究——以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)為例”（項目編號：JJZH2024-0306，主持人：李健瑤）。

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