劉俊杰 張新星

【摘 要】在“工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級證書”的背景下，針對工業(yè)機器人操作與編程課程，分析在教學過程中存在的相關(guān)問題，從設備、師資、課程與學生角度提出多項教學改革方案，從而提高課程教學質(zhì)量與學生學習效率。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人;課程建設;過程考核;學生社團

隨著工業(yè)自動化的普及，工業(yè)機器人作為終端設備，在中國制造業(yè)的升級中扮演著極其重要的角色。政府已經(jīng)多次出臺政策用以促進我國工業(yè)機器人發(fā)展，如國務院提出的《中國制造2025》中明確了工業(yè)機器人是未來制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級的重中之重。我國的制造業(yè)會逐步普及智能化，其中工業(yè)機器人將大量應用于關(guān)鍵崗位中。為滿足企業(yè)對機器人操作與編程方面的用人需求，各高職院校紛紛開設了工業(yè)機器人專業(yè)及相關(guān)課程。

一、教學過程中存在的相關(guān)問題

我校的工業(yè)機器人操作與編程課程是在“工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級證書”的背景下開展建設的，貼近實際的工業(yè)用人需求。但由于軟硬件條件的不足，在教學過程中仍然存在以下幾個問題。

1、實訓條件不足

工業(yè)機器人存在價格昂貴，購置成本高的特點。另外，工業(yè)機器人尺寸較大，放置空間也是需要考慮的問題之一。在實訓室條件緊缺的情況下，如何放置多臺工業(yè)機器人及其外圍設備是實訓室建設不可避免的考慮因素。此外，機器人的品種繁多，僅僅從應用最廣的品牌上來說就有四大家族可以選擇，而每個家族都存在許多型號可以選擇。在資金投入大，實訓室不足的情況下，如何選擇適合既教學又貼近工業(yè)應用，既投入小又利用率高的工業(yè)機器人是不得不考慮的問題。

2、師資力量缺乏

教師的實操技能不足是當前面臨的另一個問題，雖然相關(guān)授課教師擁有機器人方向的碩士學歷，但過去主要研究的是更為細節(jié)的內(nèi)容，如機器視覺理論、機器人控制理論等。對于工業(yè)機器人的編程及工業(yè)應用經(jīng)驗相對匱乏，造成自身儲備難以滿足授課需求，授課內(nèi)容缺乏實踐經(jīng)驗支撐，過多地講解理論知識則難以激發(fā)學生的興趣。

3、課程設計及考核方式有待改進

過去的工業(yè)機器人操作與編程課程設計偏重理論知識，實操內(nèi)容較少，主要是以開拓學生的眼界，增長學生的見識為目的的專業(yè)選修課。授課的方式較為陳舊，授課的內(nèi)容也偏重理論學習。考核方式由平時成績與期末筆試組成，形式較為單一。而隨著工業(yè)機器人的廣泛應用，面對機器換人的發(fā)展趨勢，以及學生考取“工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級證書”的實際需求，過去的授課方式以及單一的理論考試已經(jīng)不再適用于當前的教學環(huán)境，工業(yè)機器人課程體系的重新設計及建設是迫在眉睫的工程。

4、學生理論基礎(chǔ)薄弱

工業(yè)機器人是近幾十年機電一體化技術(shù)迅猛發(fā)展的成果，其將傳統(tǒng)的機械工程、控制工程、計算機技術(shù)融為一體，具有綜合性強、學習難度大的的特點。根據(jù)專業(yè)課程體系的安排，前期會先學習一系列的核心課程如機械設計基礎(chǔ)、電子電工、可編程序控制器等相關(guān)課程，但每門課程都會有一部分學生的掌握情況不夠理想，尤其是對于高職院校的學生來說此類情況更為常見。對于前期課程掌握較為薄弱的學生來說，后續(xù)的機器人相關(guān)理論課程的學習就是較為困難的環(huán)節(jié)。

5、學生學習熱情不足

由于課程難度大、綜合性強等原因，工業(yè)機器人的相關(guān)課程開設的時間較晚，一般是在大二下學期。此階段總課程減少，此外臨近大三的高職頂崗實踐，學生普遍存在迷茫、厭學等特點。如何激發(fā)學生的學習熱情是課程建設的重難點之一。

二、課程建設的相關(guān)措施

針對上述的若干問題，綜合學校相關(guān)情況，本文提出了以下幾點解決措施：

1、采購適用設備，改善實訓條件

采購品牌主要考慮FANUC和ABB，這兩類品牌屬于工業(yè)機器人四大家族，具有成熟的技術(shù)及可靠的質(zhì)量，且在高校中應用廣泛，網(wǎng)絡上有較多的資源可供參考，便于教師教學與學生學習。在采購設備時以小型工業(yè)機器人為主，如FANUC的200id或ABB的120，這兩種型號的工業(yè)機器人具有成本低，體積小的優(yōu)勢，便于大量購買及實訓場地布置，并且編程方式與大中型工業(yè)機器人沒有什么不同，區(qū)別僅在負載能力。

此外，此類小型工業(yè)機器人本體便于與原有的自動化生產(chǎn)線設備配合使用，有利于后續(xù)自動化生產(chǎn)線與工業(yè)機器人協(xié)同工作的課程開發(fā)與相關(guān)競賽使用。

除了購買相應的工業(yè)機器人本體，在工業(yè)機器人實訓室引入相關(guān)的仿真軟件也是緩解實訓條件不足的有效措施。Roboguide與RobotStudio分別是FANUC和ABB公司提供的仿真軟件，其編程方法與指令與相應工業(yè)機器人完全一致。學生在仿真軟件上先完成教師布置的任務后再完成實體編程，可使相關(guān)問題提早暴露，避免學生直接實操錯誤造成設備損壞，并能有效縮短人均設備使用時間，緩解設備使用壓力。此外機械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容還可以采用VR設備教學。

將機器人本體與仿真軟件結(jié)合使用，在教學過程中充分利用二者的優(yōu)勢。利用仿真軟件彌補實訓室設備不足、功能單一等缺陷，激發(fā)學生的創(chuàng)造力、想象力;利用機器人本體彌補軟件仿真不夠直觀的缺陷，培養(yǎng)學生嚴謹認真的操作意識。

2、利用校外資源，緩解師資壓力

針對授課教師理論知識豐富而實踐操作經(jīng)驗不足的問題，應該積極聯(lián)系校外相關(guān)企業(yè)，尋求教師頂崗與合作機會。爭取授課教師都有在一線頂崗實踐的經(jīng)歷，理論知識結(jié)合實踐經(jīng)驗，并將相關(guān)經(jīng)歷沉淀積累，轉(zhuǎn)化成為教學資源。此外還應該在頂崗實踐中深入了解企業(yè)需求及機器人領(lǐng)域發(fā)展動向，將這些內(nèi)容融入到工業(yè)機器人相關(guān)課程的教學大綱及實訓室建設意見里。此外具有較強理論知識的授課教師還能幫企業(yè)解決相關(guān)問題，深度強化校企合作。

除了校外企業(yè)的資源外，師資力量的緩解還可以通過聘請相關(guān)培訓機構(gòu)的工程師作為外聘教師來解決，如指南車、哈工海渡等專業(yè)機器人培訓機構(gòu)。這些機構(gòu)是國內(nèi)較早從事機器人教育的培訓機構(gòu)，具有成熟的教學體系及豐富的教學資源，其內(nèi)部的講師都是具有多年實踐經(jīng)驗的工程師。通過聘請這些工程師作為外聘教師，一方面可以有效緩解師資壓力;另一方面，本校教師通過觀摩他們的教學過程、探討他們的教學大綱、消化吸收他們的教學資源，兼容并包，取長補短，能夠有效地完善工業(yè)機器人課程建設，促進本校工業(yè)機器人專業(yè)的快速發(fā)展。

3、改革教學體系，豐富考核方式

根據(jù)工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級標準以及學校基本教學條件，將基礎(chǔ)教學內(nèi)容分為7大模塊，分別是：操作安全保護、安裝、操作與示教編程、數(shù)據(jù)備份及恢復、系統(tǒng)維護、校對與調(diào)試、系統(tǒng)故障診斷及處理。以這7大模塊為基礎(chǔ)，制作相關(guān)的教學資料庫，并上傳到MOOC平臺上供學生學習參考。

除了以上基本的7大模塊內(nèi)容外，另將工業(yè)機器人在搬運、碼垛、焊接、裝配等方面的應用，結(jié)合電子電工、單片機、PLC、液壓與氣動、自動化生產(chǎn)線課程的相關(guān)內(nèi)容，在MOOC平臺上制作成各個獨立的實踐模塊。在這些實踐模塊的學習過程中，始終貫穿著職業(yè)技能等級標準的要求，并及時復習回顧相關(guān)的模塊內(nèi)容。

以“項目導向，任務驅(qū)動”理念為指導，落實過程考核的考核方式，將工業(yè)機器人的學習過程模塊化，在教學中嵌入過程考核。充分利用MOOC平臺，引導學生在課前完成自學工作，讓其帶著一定的問題來學習。學生在上課操作時如有困難可以在平臺上輕松找到相關(guān)的教學文檔與視頻。在課后于平臺上設置相關(guān)的討論、練習題，加深學生學習后的理解。最后針對學生的平臺學習情況以及課程實踐情況進行綜合評分。

4、調(diào)整教學內(nèi)容，聯(lián)系新舊知識

在引入合適的工業(yè)機器人教材以后，綜合討論教學內(nèi)容，減少數(shù)學推導知識，增加實踐的相關(guān)背景知識，注重理論與實踐相結(jié)合。針對學生理論基礎(chǔ)薄弱的特點，在進入工業(yè)機器人課程學習以前先安排幾次先導課程，回顧過去學過的相關(guān)基礎(chǔ)課程如機械設計基礎(chǔ)、電子電工、可編程序控制器等，并以工業(yè)機器人應用中的實際案例向?qū)W生介紹這些課程究竟用在哪里，處于工業(yè)機器人學習的什么地位，若是遇到某種問題需要解決應該回去復習哪方面內(nèi)容的知識。并在工業(yè)機器人后續(xù)的課程設計中注重新內(nèi)容與基礎(chǔ)課程知識之間的聯(lián)系，如在上新課前布置一些任務讓學生復習過去學過的知識，課上設置問題點撥學生聯(lián)系舊知識來解答，課后設置一部分主觀作業(yè)讓學生查閱資料開拓眼界。使學生明白工業(yè)機器人是一門綜合性極強的課程，過去學過的課程并不是毫無用處的，而是貫穿于工業(yè)機器人乃至機電工業(yè)的方方面面，以此來培養(yǎng)學生“溫故而知新”的意識。

5、豐富教學資源，激發(fā)學生興趣

授課教師在上工業(yè)機器人理論課程時，在課程中加入工業(yè)機器人相關(guān)的前沿科技的介紹視頻，激發(fā)學生的學習興趣。在上實踐課程時，穿插講解生產(chǎn)線上易被工業(yè)機器人替代的步驟或環(huán)節(jié)，引導學生思考如何在生產(chǎn)中使用工業(yè)機器人。

此外，這些關(guān)于工業(yè)機器人前沿科技信息的引入會增強學生的專業(yè)學習意識。讓學生意識到，未來機器人會在許多崗位上替代人類，畢業(yè)后會遇到更多的就業(yè)壓力，因此學好工業(yè)機器人的課程是十分有益于自身發(fā)展的。

6、組織學生社團，營造學習氛圍

鼓勵學生組建機器人社團，可以充分激發(fā)學生學習工業(yè)機器人的積極性，有效利用好學生的課余時間。在不影響學生正常生活和學習的情況下，開展各項有益于學生自身發(fā)展的活動，使學生自主管理能力得到提升、課余生活得到豐富。

機器人社團可以舉辦諸如機器人實操競賽、工業(yè)機器人知識競賽及工業(yè)機器人學習互助等活動。通過學生社團組織的這些活動，社團的學生理論與實踐能力都能獲得極大提升。此外各學生之間可以集體討論教師課上的內(nèi)容，針對課程中出現(xiàn)的重難點，通過學習成績好的學生帶領(lǐng)學習成績差的學生進步，不僅可以解決成績較差同學的問題，也可以增強優(yōu)秀學生的表達能力，利于其今后參與相關(guān)比賽。另外，教師也可定期參加學生的社團活動，不僅利于學生的專業(yè)學習，還能與學生溝通交流、增進師生感情。

三、結(jié)論

本文總結(jié)了我校工業(yè)機器人操作與編程課程存在的相關(guān)問題，并從設備、師資、課程與學生角度提出了相應的課程建設措施。通過這些措施的實施來提高學生的學習積極性與主觀能動性，努力滿足工業(yè)機器人本體制造、基礎(chǔ)、應用企業(yè)對從業(yè)人員的需求。

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（作者單位：衢州職業(yè)技術(shù)學院）