王鵬 王晉鵬 王瑩 呂曉軍 李逸仙 李阿為 楊昆明

摘 要：工業(yè)機(jī)器人作為“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略中制造業(yè)轉(zhuǎn)型的突破口，今后幾年工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用需要大量掌握工業(yè)機(jī)器人工作原理和實(shí)際應(yīng)用技能的高技術(shù)人才。本文以工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的崗位需求為基礎(chǔ)，分析了本專業(yè)領(lǐng)域所需人才的特點(diǎn)，構(gòu)建了“工業(yè)機(jī)器人原理和應(yīng)用”課程教學(xué)的總體構(gòu)架以及圍繞課程開展的教學(xué)改革、資源建設(shè)及應(yīng)用情況，總結(jié)了課程建設(shè)的創(chuàng)新點(diǎn)，通過課程建設(shè)從課程考核、學(xué)科競賽、教師教學(xué)三個(gè)方面取得了良好的效果，為日后應(yīng)用型本科課程建設(shè)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工作崗位；機(jī)器人原理及應(yīng)用；課程建設(shè)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：As the breakthrough point of manufacturing transformation in the "made in China 2025" development strategy，the wide application of industrial robots in the next few years needs a large number of high-tech talents who master the working principle and practical application skills of industrial robots.Based on the job requirements in the field of industrial robot，this paper analyzes the characteristics of talents needed in this professional field，constructs the overall framework of the teaching of the course of "principles and applications of industrial robot"，as well as the teaching reform，resource construction and application around the course，and summarizes the innovation points of the course construction，Good results have been achieved in the three aspects of teacher teaching，which provides a reference for the future application-oriented undergraduate curriculum construction.

Keywords：post；Principle and application of robot；Curriculum construction

2014年，習(xí)近平總書記在中國兩院院士大會上提出：工業(yè)機(jī)器人有可能成為第三次工業(yè)革命的切入點(diǎn)。結(jié)合應(yīng)用型本科院校機(jī)器人工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，深入現(xiàn)代化制造企業(yè)，充分調(diào)研工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用情況，對標(biāo)“一流”課程申報(bào)指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了機(jī)械學(xué)科背景下“工業(yè)機(jī)器人原理及應(yīng)用”課程體系，為機(jī)械學(xué)科應(yīng)用型本科機(jī)器人工程專業(yè)核心課程建設(shè)提供一種參考。

一、機(jī)器人工程專業(yè)人才需求及分析

在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級期，“智能制造”已成為制造業(yè)發(fā)展的新方向。工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代化智能制造業(yè)中重要組成部分。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會數(shù)據(jù)，2009年至2015年間，中國工業(yè)機(jī)器人年均銷量復(fù)合增長率高達(dá)43%，已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場［1］。尤其是“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的提出，將工業(yè)機(jī)器人列為了實(shí)現(xiàn)智能制造，推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級進(jìn)程的核心關(guān)鍵領(lǐng)域［2］。目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人制造水平不高，主要原因是缺乏“懂原理，會應(yīng)用”的應(yīng)用型人才。

在人才培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)過程中，高等學(xué)校無法精準(zhǔn)地以應(yīng)用型人才的崗位需求為導(dǎo)向，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：

（1）隨著國家制造業(yè)轉(zhuǎn)型，智能制造企業(yè)生產(chǎn)線隨之轉(zhuǎn)型，通過工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，“降成本，換效益”成為制造業(yè)的趨勢，在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的人才數(shù)量供需矛盾凸顯。在東北地區(qū)，建立了大量的高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，工業(yè)機(jī)器人保有量不斷增長，急需大量“懂原理，有技術(shù)”的應(yīng)用型人才。但從目前來看，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用型人才儲備不足，人才的短缺已成為制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的瓶頸問題［3］。

（2）目前，國內(nèi)高校機(jī)器人工程專業(yè)從2016年首次獲批，專業(yè)人才培養(yǎng)處于起步階段，鑒于高校人才培養(yǎng)具有一定的周期性，因此專業(yè)人才緊缺［4］。目前，各企業(yè)從事機(jī)器人應(yīng)用崗位人員主要由機(jī)械類、自動化類等相關(guān)專業(yè)人員通過短期培訓(xùn)轉(zhuǎn)崗構(gòu)成。

二、以工作崗位為導(dǎo)向的“機(jī)器人原理和應(yīng)用”人才培養(yǎng)課程的建設(shè)

我校的校企合作單位有廣州瑞松北斗科技有限公司、吉利西安汽車有限公司等。通過對以制造業(yè)為背景工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)出工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)崗位大致有9種，結(jié)合我校專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，本專業(yè)培養(yǎng)的崗位有以下三個(gè)：工業(yè)機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)；工業(yè)機(jī)器人編程；工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成。以崗位為向?qū)?，針對智能生產(chǎn)過程，本專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)當(dāng)具備以下三個(gè)能力要求：機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的能力、工業(yè)機(jī)器人編程與控制的能力、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)與集成的能力。

（一）構(gòu)建“機(jī)器人原理和應(yīng)用”人才培養(yǎng)課程的指導(dǎo)思想

西安航空學(xué)院是一所應(yīng)用型本科院校，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位，2017年機(jī)器人工程專業(yè)首次招生。通過相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的調(diào)研，形成以工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用為特征，以上述三個(gè)工作崗位為導(dǎo)向，以崗位具備能力為核心，從專業(yè)知識和應(yīng)用能力培養(yǎng)兩方面構(gòu)建課程。工業(yè)機(jī)器人原理應(yīng)用涉及的力學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)、控制技術(shù)、檢測技術(shù)、氣動技術(shù)等跨專業(yè)的知識體系，課程構(gòu)建應(yīng)圍繞這幾個(gè)方面開展，課程構(gòu)建過程中應(yīng)將傳統(tǒng)課程內(nèi)容與工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用涉及的知識點(diǎn)充分結(jié)合，形成針對性強(qiáng)的跨專業(yè)的知識體系，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)提供支撐。

（二）“機(jī)器人原理和應(yīng)用”課程目標(biāo)

本課程目標(biāo)分為知識目標(biāo)與素質(zhì)目標(biāo)。知識目標(biāo)包括：能夠熟悉工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和一般組成，運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識針對工業(yè)機(jī)器人工程技術(shù)問題進(jìn)行提煉和分析，為智能產(chǎn)線的集成打下基礎(chǔ)；能夠運(yùn)用工程數(shù)學(xué)基本知識用于表達(dá)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)問題和軌跡規(guī)劃問題，并能求解，為產(chǎn)線中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。素質(zhì)目標(biāo)包括：學(xué)生在機(jī)器人工程專業(yè)實(shí)踐的背景下，具有跟蹤機(jī)器人工程領(lǐng)域前沿、發(fā)展趨勢的能力，能恪守專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)準(zhǔn)則，完成機(jī)器人工程技術(shù)人員科技報(bào)國的使命擔(dān)當(dāng)和社會責(zé)任，針對個(gè)人和專業(yè)發(fā)展需求，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（三）課程教學(xué)改革、資源建設(shè)及應(yīng)用情況

優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，邀請企業(yè)專家和兄弟院校專家按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)需求制定課程大綱。以現(xiàn)代智能制造企業(yè)能力需求和培養(yǎng)方案后續(xù)課程為基礎(chǔ)，將課程內(nèi)容構(gòu)建為4大模塊：工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識模塊、工業(yè)機(jī)器人分析模塊、工業(yè)機(jī)器人控制模塊、智能生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用模塊。在課程學(xué)習(xí)的同時(shí)達(dá)到信息獲取能力、良好職業(yè)行為、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、自我學(xué)習(xí)能力的素質(zhì)目標(biāo)。

通過課程案例化、專題化探索，在OBE理論的“厚基礎(chǔ)、寬口徑”目標(biāo)指導(dǎo)下，強(qiáng)調(diào)理論的應(yīng)用性與技術(shù)的先進(jìn)性。依托廣州瑞松北斗科技有限公司、上海塔普公司、西安吉利汽車有限公司的校企合作優(yōu)勢，緊密聯(lián)系現(xiàn)代智能制造的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，引入設(shè)計(jì)案例，突出教學(xué)的實(shí)用性。積極探尋全新的課程實(shí)施過程，在課程的實(shí)施上探尋教、學(xué)、做一體化模式，基于工作過程進(jìn)行教學(xué)模式設(shè)計(jì)。案例教學(xué)如圖1所示。

經(jīng)過前期建設(shè)，充分運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紙質(zhì)教材與電子教材的結(jié)合，構(gòu)建了集文字與圖片、虛擬與現(xiàn)實(shí)等多種媒體素材為一體的立體化教學(xué)系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場視頻如圖2所示，虛擬制造視頻如圖3所示。進(jìn)而，提高了學(xué)生理論學(xué)習(xí)的興趣。

（四）課程的建設(shè)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）德育為先、能力為重、全面發(fā)展的教育理念得到普遍認(rèn)同，課程組始終圍繞立德樹人根本任務(wù)，將“課程思政”引入課堂教學(xué)，堅(jiān)持貫徹習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話，深刻挖掘《機(jī)器人原理及應(yīng)用》蘊(yùn)含的政治元素，將“課程思政”引入專業(yè)教育，構(gòu)建協(xié)同、有效、有力的思政教育大格局。

構(gòu)建“三全育人”的課程體系，在進(jìn)行專業(yè)教育的同時(shí)，提高了學(xué)生的思想政治道德素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)教書與育人相統(tǒng)一，“知識傳授”與“價(jià)值引領(lǐng)”相統(tǒng)一。

（2）學(xué)生參與課堂討論的積極性有效提高。教學(xué)手段上采用了任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)，運(yùn)用多媒體教學(xué)法，講練結(jié)合實(shí)物，打破了課堂沉默狀態(tài)，煥發(fā)了課堂生機(jī)活力，較好地發(fā)揮了線下課堂教學(xué)主陣地、主渠道、主戰(zhàn)場的作用。

（3）為了提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，在本門課程的教學(xué)中進(jìn)行了基于學(xué)科競賽和能力證書雙驅(qū)動的“理實(shí)”一體化教學(xué)改革。主要改革措施包括：①在課堂教學(xué)中以“1+X”證書制度中的知識點(diǎn)要求為主線，為后期學(xué)生考取能力證書提供扎實(shí)的基礎(chǔ)知識。②將部分理論課時(shí)安排在實(shí)驗(yàn)室完成，以實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備為例講解相關(guān)理論知識，提高學(xué)生對知識的掌握程度。③在課堂教學(xué)中采用雨課堂等現(xiàn)代化工具進(jìn)行教學(xué)，提升教學(xué)效果。④積極鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)科競賽。

三、“機(jī)器人原理和應(yīng)用”課程建設(shè)效果

（一）堅(jiān)持工程案例教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量

對近兩學(xué)年本課程考核卷面成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2018—2019學(xué)年兩個(gè)教學(xué)班不及格人數(shù)11人，平均不及格率百分之17，2019—2020學(xué)年兩個(gè)教學(xué)班不及格人數(shù)僅3人，平均不及格率為4.4%，課程考核合格率顯著提升，考核成績圖如圖4所示。

（二）堅(jiān)持學(xué)科競賽驅(qū)動教學(xué)，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量

近兩年，本專業(yè)學(xué)生在各類學(xué)科技能競賽中屢獲大獎，先后在中國工程機(jī)器人大賽暨國際公開賽中獲得國家級一等獎11項(xiàng)，二等獎7項(xiàng)，三等獎9項(xiàng)，在全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽陜西賽區(qū)獲得省級二等獎1項(xiàng)，第九屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽陜西賽區(qū)獲得省級二等獎1項(xiàng)，第四屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲得省級三等獎1項(xiàng)，學(xué)生獲獎證書。

（三）堅(jiān)持教學(xué)模式創(chuàng)新，獲得學(xué)生好評

2018—2019學(xué)年兩個(gè)教學(xué)班，參與評教學(xué)生51人，評教平均得分99.61；2019—2020學(xué)年兩個(gè)教學(xué)班，參與評教學(xué)生31人，評教平均得分99.94。課程團(tuán)隊(duì)持續(xù)進(jìn)行課程教學(xué)模式改革，通過改革創(chuàng)新，課程負(fù)責(zé)人王鵬分別在2018年和2020年獲得兩次教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀獎；團(tuán)隊(duì)教師王瑩獲2020年校級課堂創(chuàng)新大賽一等獎，深受學(xué)生好評。

結(jié)語

我國制造業(yè)正處于傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)應(yīng)堅(jiān)持服務(wù)地方、輻射全國的原則，參考OBE教育理念，以崗位需求為向?qū)?，注重學(xué)生應(yīng)用型能力的培養(yǎng)，進(jìn)行專業(yè)核心課程建設(shè)。本文在企業(yè)調(diào)研、對標(biāo)一流的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了機(jī)械學(xué)科背景下的課程體系，為機(jī)械學(xué)科應(yīng)用型本科機(jī)器人工程專業(yè)核心課程建設(shè)提供一種參考。

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［4］孔繁敏.建設(shè)應(yīng)用型大學(xué)之路［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2006.

基金支持：陜西省高等教育學(xué)會高等教育科學(xué)研究項(xiàng)目：基于OBE理念的應(yīng)用型本科機(jī)器人工程專業(yè)核心課程混合式教學(xué)模式研究（項(xiàng)目編號：XGH21235）；西安航空學(xué)院校級新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目：基于“1+X”證書制度下人才培養(yǎng)模式研究——以機(jī)器人工程專業(yè)為例（項(xiàng)目編號：21XGK1003）；陜西省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度一般課題：OBE工程教育理念下面向機(jī)器人專業(yè)的機(jī)械基礎(chǔ)類課程改革研究（項(xiàng)目編號：SGH21Y0249）

作者簡介：王鵬（1983— ），男，漢族，陜西西安人，碩士，副教授，研究方向：高速銑削表面技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)。