邱旋 王偉 李皓 黃晶 吳興高

摘要：工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)是機器人工程專業(yè)實踐教學(xué)體系中的重要一環(huán)，本文運用項目式教學(xué)法對工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容進行了改革與實踐，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，利用具體項目將課程中的知識點串聯(lián)起來，學(xué)習(xí)目的性強，學(xué)生知識掌握較好，提高了學(xué)生的動手能力及工程應(yīng)用能力。

Abstract： Comprehensive Training of industrial robot is an important link in the practical teaching system of robot engineering specialty. In this paper， project-based teaching method is used to reform and practice the teaching content of comprehensive training of industrial robot， using specific items to link up the knowledge points in the course， the purpose of learning is strong， the students have a good grasp of knowledge， and improve the students'practical ability and engineering application ability.

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)體系;項目式教學(xué)法;改革實踐

Key words： practice teaching system;project-based teaching method;reform and practice

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0249-03

0? 引言

《工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)》是機器人工程專業(yè)的專業(yè)課程，是實踐性、操作性和工程性都很強的專業(yè)核心課。課程集電子、信息、視覺、自動控制、數(shù)控技術(shù)于一體，一般在綜合學(xué)習(xí)工業(yè)機器人技術(shù)、工業(yè)機器人示教編程與調(diào)試、工業(yè)機器人離線編程與仿真、工業(yè)機器人視覺技術(shù)等專業(yè)課程基礎(chǔ)之后開設(shè)。課程主要培養(yǎng)學(xué)生具備較強的實踐動手能力、學(xué)習(xí)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力，以適應(yīng)企業(yè)技術(shù)不斷更新的需要，為學(xué)生畢業(yè)后從事工業(yè)機器人專業(yè)相關(guān)工作打下必要的實踐基礎(chǔ)。

1? 項目化教學(xué)

項目化教學(xué)法，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學(xué)活動。教師安排課題任務(wù)，以項目的形式交給學(xué)生。在此期間，教師提出明確的項目任務(wù)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以小組協(xié)作的方式制定計劃，共同完成較為完整的作品。項目在完成時學(xué)生可以個人或團隊形式進行自我評估，接受教師以及學(xué)生的考評，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，促進學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)能力。

項目化教學(xué)模式圍繞項目開展教學(xué)工作，合理整合書本知識和學(xué)生所需掌握的技術(shù)，以工程項目為核心，滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)心理。此外，項目化教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識，有利于促進學(xué)生深度探索。另外，項目化教學(xué)模式還利于教師掌握學(xué)生對知識的掌握情況。該教學(xué)模式打破了原來的課程量化標準，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹角?，拓寬了評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果的標準，提升了學(xué)生解決實際問題的水平。采用項目化教學(xué)，學(xué)生能夠完全參與教學(xué)活動，充分融入教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，從最初的提出問題到最終的獲得答案，教師只是在扮演“導(dǎo)演”的角色。其次，以項目為載體。按照課程內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)的任務(wù)，包括具體的工程案例、具體的工程問題等，學(xué)生根據(jù)自己收集的相關(guān)材料，回答教師在上課前提出的問題，使學(xué)生在做“任務(wù)”的同時，學(xué)到理論知識。再次，以實踐為導(dǎo)向。學(xué)生完成教師布置的任務(wù)，需要經(jīng)過多個環(huán)節(jié)，并且各個環(huán)節(jié)分別含有不同的理論知識，要保證學(xué)生在實踐的過程中獲取知識，并隨著任務(wù)的不斷深入，提高知識應(yīng)用能力。通過完成階段性的小目標，最終達到整個教學(xué)過程的總目標。各個教學(xué)環(huán)節(jié)緊密相連，把握好整體節(jié)奏，引導(dǎo)學(xué)生緊跟教學(xué)進度。

2? 課程教學(xué)現(xiàn)狀

工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)為集中實踐課程，教學(xué)周數(shù)為3周。目前3周的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計包含以下教學(xué)內(nèi)容：博途PLC編程訓(xùn)練（4天），觸摸屏組態(tài)畫面設(shè)計（2天），PLC與機器人通訊（1天），寫字機器人工作站離線仿真設(shè)計（3天），寫字機器人實操（2天，）工業(yè)機器人視覺（3天），共15天。項目內(nèi)容如表1所示。

從以上教學(xué)內(nèi)容可以看出，課程只是單獨對某個知識點的講授與練習(xí)，側(cè)重的是知識的講授，各知識點之間聯(lián)系不大，從目前的教學(xué)效果來看，不是很理想，對學(xué)生實踐動手能力鍛煉不足。

3? 項目化教學(xué)改革方案研究

針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合OBE教學(xué)理念，對工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)的項目化教學(xué)方案進行了研究和設(shè)計。首先是企業(yè)人才需求分析，學(xué)校的主要職能之一是為社會、為企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、技能型人才，企業(yè)的人才需求是學(xué)校課程設(shè)置、課程內(nèi)容選擇、課程設(shè)計、課程實施的依據(jù)。為針對性地提高學(xué)生的崗位勝任能力，首要任務(wù)是進行企業(yè)人才需求分析。本課程的授課對象是機器人工程專業(yè)的學(xué)生，為掌握企業(yè)對員工知識、能力、素養(yǎng)等方面的新需求，探索企業(yè)用人新標準，本課程實施前采用問卷調(diào)研和訪談交流的形式，對機器人相關(guān)企業(yè)的最新崗位需求進行了研究分析。結(jié)果顯示，企業(yè)提到了對員工現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試、PLC編程能力、機器人與其他設(shè)備通訊能力的需求，尤其是視覺技術(shù)的使用。

4? 項目式教學(xué)法在工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)教學(xué)改革的應(yīng)用

我?，F(xiàn)有工業(yè)機器人綜合實驗臺，如圖1所示，包含單工業(yè)機器人、基礎(chǔ)教學(xué)模組、搬運碼垛出庫模組、視覺跟蹤模組，結(jié)合我們現(xiàn)有的設(shè)備，可將設(shè)計PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目設(shè)計;機器人搬運碼垛工作站虛擬仿真設(shè)計;基于視覺的機器人搬運碼垛項目綜合調(diào)試;根據(jù)企業(yè)崗位對知識、技能、素養(yǎng)方面的要求，設(shè)計了3個具有難易程度遞進關(guān)系的教學(xué)項目作為工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容。首先由三軸機械手出庫單元將物料放置到上料傳送帶，再由工業(yè)機器人拾取放置到視覺跟蹤模組，視覺跟蹤模組模擬物料加工過程，最后再由機器人拾取放置到下料傳送帶，三軸機械手進行入庫。

具體項目名稱與內(nèi)容見表2所示，通過表2所示的項目將常規(guī)教學(xué)中的相關(guān)知識點都涵蓋了，而且加強了學(xué)生實踐動手能力的培養(yǎng)。

5? 實施過程

以“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目設(shè)計”為例，項目式教學(xué)分以下幾步實施：任務(wù)提出、任務(wù)目標、相關(guān)知識、任務(wù)分析、任務(wù)制作。

任務(wù)提出：博途1200PLC編程所涉及的知識點較多，比如開關(guān)量的控制、模擬量的控制、實物接線、運動控制指令的用法、觸摸屏畫面的設(shè)計、PLC與外部設(shè)備的通訊等，結(jié)合現(xiàn)有實驗設(shè)備設(shè)計PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目將涵蓋以上全部知識點，學(xué)生通過這一實際項目的練習(xí)，就能夠熟練運用西門子1200PLC進行一些工程應(yīng)用。

任務(wù)目標：此項目教學(xué)的目標是讓學(xué)生了解西門子S7-1200硬件接線，熟悉博途軟件的使用，能使用S7-1200PLC進行開關(guān)量、模擬量的控制;掌握運動控制指令的用法，以及軸配置組態(tài)方法;掌握S7-1200PLC與其他設(shè)備通訊方法;掌握觸摸屏畫面制作方法;能利用S7-1200PLC編寫三軸機械手搬運出庫單元控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)三軸機械手從出庫單元的多個工位為機器人拾取放置物料;并針對三軸機械手搬運出庫單元項目設(shè)計人機界面的程序。

相關(guān)知識：掌握西門子1200PLC軸配置方法以及運動指令的使用方法，熟悉PLC與步進驅(qū)動器、步進電機的接線方法，通過控制程序的編寫及設(shè)備調(diào)試，逐步掌握PLC控制步進電機順序控制程序的一般寫法。

任務(wù)分析：

在工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)中，工業(yè)機器人作為項目的執(zhí)行單元，工業(yè)相機及傳送帶等都是機器人工作站的周邊設(shè)備，而PLC作為整個工作站的核心控制單元將工業(yè)機器人及周邊設(shè)備聯(lián)系起來，因此PLC部分的教學(xué)內(nèi)容非常重要，在三軸機械手出庫單元項目中既涉及到控制各個軸的步進電機，又涉及到與機器人的通訊。在之前的實訓(xùn)教學(xué)中，僅是對PLC的基礎(chǔ)知識點以及相關(guān)編程指令進行了訓(xùn)練及實物練習(xí)，沒有采用項目化教學(xué)選擇一個綜合性的任務(wù)將各知識點串聯(lián)起來，學(xué)生認識不夠，效果不佳。

“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元”項目應(yīng)當(dāng)作為一個大項目，里面也是由步進驅(qū)動器、步進電機的接線，博途軟件中軸配置方法，運動控制指令的運用，人機界面的設(shè)計以及與機器人通訊組成。教師在講解此部分時，先讓學(xué)生在實物上熟悉單軸步進電機如何接線與編程控制，然后在設(shè)備上進行三軸出庫單元的練習(xí)，完成為機器人上料的任務(wù)，從而利用一個具體項目任務(wù)將各個知識點串聯(lián)起來，起到強化作用，實踐證明采用此種項目式教學(xué)法效果較好，學(xué)生帶著項目任務(wù)去學(xué)習(xí)，目的性強，印象深刻，掌握的知識點也比較好。

項目制作：前期通過對“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元”項目進行了詳細的分析，但為了熟練掌握技能，還需進行實踐操作，可對“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目”的任務(wù)要求稍作改動，即每個出庫工位不一樣，每個學(xué)生的任務(wù)均不相同，讓學(xué)生自行編寫程序，要求三軸機械手要準確的拾取物料并放到傳送帶上，為機器人上料，并在設(shè)備上驗證結(jié)果，完成指定的搬運出庫項目任務(wù)。

6? 工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)課程實施過程考核

工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)課程的考核可按照以上設(shè)計的3個項目分別進行考核，每個項目的考核分為理論考核、過程評價和技能鑒定三項，理論考核主要是基礎(chǔ)理論知識的掌握，過程評價主要是每位學(xué)生在項目制作過程中的實操表現(xiàn);技能鑒定主要是每位學(xué)生對項目技能掌握情況的考查，能否獨立完成項目的設(shè)計任務(wù)，項目任務(wù)完成的效果功能如何。課程考核理論考核占25%，過程評價占35%，技能鑒定占40%。

7? 結(jié)論

工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)是機器人工程專業(yè)實踐教學(xué)體系中重要的一環(huán)，通過項目式教學(xué)法結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備對工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容進行了改革與實踐，利用具體項目將課程中的知識點串聯(lián)起來，學(xué)習(xí)目的性強，學(xué)生知識掌握較好，提高了學(xué)生的動手能力及工程應(yīng)用能力，大力推進了我校機器人工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的改革。

參考文獻：

[1]王偉，朱巖松，周耀瑞，何江波，楊博.項目式教學(xué)在《機電設(shè)備單片機控制》教學(xué)中的改革與探討[J].電子世界，2019（15）：20-21.

[2]胡偉偉，李奇奇，余春.工業(yè)機器人模塊化實訓(xùn)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].內(nèi)燃機與配件，2021（14）：91-92.

[3]林誼，陳丙南，胡偉偉.實訓(xùn)用產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].內(nèi)燃機與配件，2021（14）：218-219.

[4]朱棟，馮成濤，儲開斌.“電子技術(shù)”課程設(shè)計的項目化教學(xué)改革探索——以數(shù)字化超聲波發(fā)生器電路為例[J].教育教學(xué)論壇，2021（35）：57-60.

[5]郭海軍.基于高職院?！缎履茉雌嚨妆P》項目化課程學(xué)生核心素養(yǎng)評價方式的探索與研究[J].時代汽車，2021（17）：89-90.

[6]楊高宏，趙小飛.淺析液壓氣壓傳動課程項目化教學(xué)實訓(xùn)資源建設(shè)[J].內(nèi)燃機與配件，2021（16）：220-221.

[7]劉靜.項目化教學(xué)在“FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”課程中的應(yīng)用與實踐[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2021（35）：86-87.

[8]孫國艷.基于雙元制的機械制圖測繪項目化教學(xué)研究與實踐[J].濟南職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2021（04）：40-42，59.

[9]王延申.新課改下理實一體化教學(xué)在PLC課程教學(xué)的探索[J].農(nóng)機使用與維修，2021（08）：120-122.

[10]黃躍濤.基于學(xué)科項目化學(xué)習(xí)理論的實驗教學(xué)設(shè)計——以“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗為例[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2021（Z2）：101-104.

[11]溫秀平，陳巍，黃家才，解乃軍，耿冉冉.基于項目化教學(xué)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式與考核評價方法研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（13）：137-138，144.

[12]何志忠，楊華，魏亮，韓玉科.基于技能大賽的項目化實踐教學(xué)模式研究[J].汽車實用技術(shù)，2021，46（13）：153-155.

[13]束俊飛，周飛.工業(yè)機器人1+X技能等級證書與專業(yè)建設(shè)融合的研究[J].南方農(nóng)機，2021，52（17）：107-110.

[14]張國泉，駱少明，黃福，楊勇.循環(huán)加強體驗教學(xué)模式構(gòu)建研究——以中職學(xué)?！肮I(yè)機器人操作與編程”課程教學(xué)為例[J].職教通訊，2021（08）：100-107.

[15]譚娟.“工業(yè)機器人應(yīng)用與編程技能實訓(xùn)”漸進式項目設(shè)計[J].南方農(nóng)機，2021，52（14）：141-143.