理實一體化在工業(yè)機器人課程開發(fā)與應(yīng)用的實踐探究

湯波紅

【摘 要】本文分析工業(yè)機器人課程教學中實施理實一體化教學模式的必要性，論述工業(yè)機器人理實一體化課程開發(fā)措施，以及工業(yè)機器人理實一體化教學模式應(yīng)用，以促進學生的理論水平和實踐能力得到同步提高，從而培養(yǎng)出高素質(zhì)的應(yīng)用技能型人才，滿足企業(yè)發(fā)展對人才的需求。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人? 理實一體化? 課程開發(fā)? 專業(yè)技能

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）09B-0048-02

近年來，我國出現(xiàn)了勞動成本上升、勞動力結(jié)構(gòu)短缺等問題，嚴重制約了現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在這種背景下，工業(yè)機器人應(yīng)運而生。目前，我國在“工業(yè) 4.0”“中國制造 2025”等戰(zhàn)略的指導下，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于各類企業(yè)的生成制造中，有效地減少了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，同時也減弱了人力成本的提升。隨著工業(yè)機器人的快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也面臨技術(shù)改造和轉(zhuǎn)型升級的問題，對工業(yè)機器人的開發(fā)、安裝、運行、操作、維護等專業(yè)人才的需求量也隨之增加。因此，培養(yǎng)工業(yè)機器人專業(yè)應(yīng)用型人才和技術(shù)型人才具有廣闊的市場前景。但由于工業(yè)機器人專業(yè)具有極強的實踐性，為此，工業(yè)機器人專業(yè)要實施“理實一體化”教學模式，使學生在學習過程中將理論與實踐充分融合，提高學生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，確保專業(yè)的育人效率和質(zhì)量。

一、實施理實一體化教學模式的必要性

理實一體化教學是將理論教學與實踐教學相融合的一種教學模式，使學生在實踐過程中加深對專業(yè)知識的理解和掌握，同時，隨著學生對理論知識理解的更加透徹和研究的更加深入，促進學生專業(yè)技能提升。理實一體化教學將“教”“學”“做”有機地結(jié)合起來，在提高教師綜合素養(yǎng)與教學水平的同時，促進學生專業(yè)知識體系的優(yōu)化、實際操作技能和研發(fā)水平的提升。

工業(yè)機器人專業(yè)是一門融合計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)、機械工程技術(shù)、自動控制技術(shù)等多學科領(lǐng)域的新興專業(yè)，其核心課程主要有《現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》《機器人機械系統(tǒng)》《機器人控制技術(shù)》《工業(yè)機器人應(yīng)用與編程》《工業(yè)機器人安裝調(diào)試與維護》等。該專業(yè)面向現(xiàn)代裝備制造業(yè)行業(yè)生產(chǎn)和管理的一線崗位，著重培養(yǎng)能從事工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、操作、調(diào)試、安裝、運行、維護、售后服務(wù)和管理的專業(yè)技能型人才。由于工業(yè)機器人的設(shè)備及應(yīng)用系統(tǒng)升級換代速度比較快，采用傳統(tǒng)理論教學的方式，無法滿足工業(yè)機器人技術(shù)快速發(fā)展對專業(yè)人才的需求。

二、工業(yè)機器人理實一體化課程開發(fā)

（一）開發(fā)具有特色的校本教材和課程體系

工業(yè)機器人專業(yè)是一個新興的專業(yè)，因此，要開展理實一體化教學模式，就必須全面優(yōu)化現(xiàn)有課程教學體系。同時，專業(yè)教師要深入企業(yè)調(diào)研，與企業(yè)技術(shù)人員及相關(guān)專家共同研究工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的核心崗位能力。然后按照學生學習規(guī)律及職業(yè)成長規(guī)律將課程體系分為三大模塊：一是職業(yè)素養(yǎng)模塊（基本素質(zhì)模塊、專業(yè)素質(zhì)模塊）;二是專業(yè)能力模塊（基本技能模塊、核心技能模塊、特定技能模塊）;三是發(fā)展能力模塊（專業(yè)拓展模塊、素質(zhì)拓展模塊）。實踐教學環(huán)節(jié)包括電子技術(shù)實訓、工業(yè)機器人操作與編程實訓、工業(yè)機器人安裝調(diào)試與維護實訓、工業(yè)機器人工作站安裝與調(diào)試實訓等，旨在使學生通過實訓與實習，掌握理論知識和熟練技能，促進學生專業(yè)能力提升。在確定了課程體系之后，圍繞課程體系中的三大模塊和實踐教學編寫新的校本教材，通過整合將工業(yè)機器人技能的操作分解到理論知識的學習中，讓學生一邊學習一邊訓練。

（二）組建專業(yè)的教師團隊

在工業(yè)機器人專業(yè)課程中實施的理實一體化教學模式，對專業(yè)教師的理論水平、技能操作水平和職業(yè)素養(yǎng)都有較高的要求。為此，學校一方面，可以通過招聘的方式引進優(yōu)秀師資力量，另一方面可以通過加強專業(yè)教師的培訓，提高專業(yè)教師的專業(yè)水平。此外，還可以聘請一些與學校合作的企業(yè)的專家負責學生實踐教學的指導和對專業(yè)教師的技能培訓，以提升專業(yè)教師技能水平，便于更好地指導學生進行工業(yè)機器人學習。

（三）校企共建實訓基地

理實一體化教學模式的實施，重點在于開展實踐教學。為此，建設(shè)實訓基地是前提。在實訓基地內(nèi)，根據(jù)工業(yè)機器人課程體系，為學生配置不同的設(shè)備、材料和場地。目前，學校主要打造四個實訓基地：機器人技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)中心、機器人技術(shù)培訓鑒定中心、工業(yè)機器人教學實訓中心和青少年科普體驗中心。為學生提供工業(yè)機器人虛擬與仿真、工業(yè)機器人焊接、工業(yè)機器人維護與應(yīng)用等多個實訓室。學校可與企業(yè)合作共同建設(shè)校外的實訓基地，進而形成較為完備的實訓體系，從而一次性滿足學生工業(yè)機器人專業(yè)學習的需求。

三、工業(yè)機器人理實一體化教學模式應(yīng)用

下面以《工業(yè)機器人的搬運與碼垛》一課的教學為例，探討一體化教學模式的具體應(yīng)用。

（一）教學任務(wù)設(shè)計

搬運與碼垛是工業(yè)機器人在企業(yè)生產(chǎn)與制造過程中的一個重要應(yīng)用，在該環(huán)節(jié)中，運用工業(yè)機器人能更大程度地降低工人的勞動強度和提高生產(chǎn)效率。在該課的教學中采用理實一體化的教學模式，將學生作為學習的主體，采用“示教與再現(xiàn)”的方式進行教學。教師在講授完基本知識后，引導學生在實訓環(huán)節(jié)中解決在教學中出現(xiàn)的問題及工業(yè)機器人在搬運與碼垛時出現(xiàn)的問題。

（二）教學任務(wù)示例

工業(yè)機器人在工作過程中需要先對其發(fā)出相應(yīng)的指令，告訴其所需要完成的任務(wù)。如圖 1 所示，在教學時，教師首先為學生示范操作，通過示教盒登錄系統(tǒng)，設(shè)定工業(yè)機器人運行速度，然后讓工業(yè)機器人從原點開始搬運工件。當運行到中間點 3 時，調(diào)整工件的角度，最后在中間點 4 進行放件。放件結(jié)束后，再次上升，到達中間點 6 時，切換雙吸盤，然后繼續(xù)上升。到達中間點 9 的位置時將工件盤擺正，到達 10 點以后放下工件盤，最后回到機械原點等待下一次搬運工件信號的到來。

教師示范結(jié)束后，學生按照教師的教學示例獨立完成工業(yè)機器人搬運工件的操作，并記錄下在操作過程中所遇到的編程、操作等問題。最后，教師對學生的實踐操作結(jié)果進行總結(jié)分析。指出學生在操作過程中存在的問題，然后有針對性地引導學生通過互動討論分析問題出現(xiàn)的原因，及時糾正學生的錯誤，幫助學生更好地鞏固理論知識，提高操作技能。

在教學任務(wù)實施的過程中會出現(xiàn)諸多問題，比如學生無法獨自完成程序編寫、無法正確操作工業(yè)機器人、教師所教授的內(nèi)容超出了學生的能力范圍等，從而導致理實一體化教學效率降低。為了避免出現(xiàn)這些問題，教師應(yīng)在課前充分了解學生的能力水平，將實踐操作的內(nèi)容細化到每一個理論知識點的學習中，化難為易、化繁為簡，以利于學生自主完成學習任務(wù)。

理實一體化在工業(yè)機器人課程中的開發(fā)與應(yīng)用，為學生搭建了一個以培養(yǎng)技能型、應(yīng)用型人才為目的的課程體系，使學生全面學習和掌握工業(yè)機器人的知識與應(yīng)用，提高分析和解決問題能力、動手能力和科研能力。

【參考文獻】

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