高職“工業機器人技術應用”課程教學改革實踐

王水發 陳天炎

[摘 要] 主要分析了我國工業機器人技術應用的人才需求特點和傳統的工業機器人技術應用課程的教學困境，根據高職院校的特點和本校“工業機器人技術應用”課程的教學情況，利用改進翻轉課堂、理實一體、虛實結合、過程性考核等教學方法，提高學生的學習積極性和主動性，為高職工業機器人課程的教學提供借鑒，與校企生產應用緊密銜接，具有一定的現實意義。

[關 鍵 詞] 高職院校；工業機器人；教學改革

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）30-0012-02

隨著德國“工業4.0”概念的提出和“中國制造2025”等國家戰略的開展，工業機器人產業面臨井噴式發展，眾多企業迫切需要轉型升級，轉換生產方式也迫切需要大量專業技術技能型人才來提供保障，預計2025年工業機器人銷量將達到26萬臺，保有量達到180萬臺[1]，而目前相應的人才儲備大多數是從傳統的機電一體化技術專業和電氣自動化專業經過后期的企業再培訓而成，不僅給企業和社會增加了很多的成本，而且在數量和質量上都遠遠滿足不了社會的需求，特別是具有工業機器技術應用的技術技能型人才。近幾年很多高職院校開始開設工業機器人專業。因此，為不斷提升工業機器人專業技能訓練教學效果，對其相關的核心課程進行教學研究具有非常重要的實際意義。

本文將圍繞如何提高工業機器人技術應用課程技能訓練效果展開研究，對當前課程教學中存在的問題進行分析，結合高職院校的特點和本校“工業機器人技術應用”課程的教學情況，提出一些有效的教學內容和方式，提高學生的技能教學效果。

一、傳統教學問題

（一）教學內容不適合高職院校學生

傳統的工業機器人課程主要教授工業機器人的運動學和動力學等理論知識，涉及很多數學理論公式的計算，側重于理論教學，實踐教學缺乏[2]；而高職院校學生學習基礎相較于本科院校基礎較差、學習主動性和積極性也不高，如果教學內容還是以這種枯燥的理論知識為主，將嚴重影響學生的學習積極性，不利于高職類學生的學習。

（二）理論和實踐不能有效結合

傳統的理論教學和實踐教學在時間上獨立分開，高職學生缺乏主動性，很少有人在課前課后進行預習和復習，往往兩節實踐課就要花一節課復習上節課內容，實踐教學效果較差。

（三）教學實踐設備嚴重不足

工業機器人實訓設備是昂貴的，一套實訓設備動不動就十幾萬、幾十萬。而學校的辦學經費有限，大多數院校現有的實訓設備遠遠無法滿足一個教學標準班（50人）的實踐教學要求[3]，但高職院校是以培養技術型人才為主要目標，工業現場對工業機器人操作者的應用能力要求很高，缺乏實踐很難達到預期的培養目標。

（四）缺乏良好的教學考核方式

課程的考核評估是學生最關心的環節，良好的考核方式有利于提高學生的學習積極性，從而提高教學效果，很多學校的考核方式主要集中在課堂考勤、平時作業、實驗報告和期末的理論考試，缺乏過程性的有效考核，這將導致平時的實踐實訓效果大打折扣，達不到預期的目的。

（五）教師缺乏專業的技能實踐經驗

工業機器人技術應用課程是一門交叉學科，正朝著智能化、模塊化和系統化的方向發展[4]。高職專業教師不僅需要深厚的工業機器人專業理論知識，同時也應該具有一定的實際操作工藝應用經驗，但目前工業機器人產業大力發展，嚴重缺乏這樣的專業教師，所以在工程教育與產業需求上依然存在脫節現象，人才培養跟不上產業發展的節奏。

二、教學改革與實踐

（一）優化教學內容

為了更加適應高職學生的特點，我們重新編排了“工業機器人技術應用”課程的教學內容，刪除了繁瑣的公式推導部分，偏重于基本概念和基本規律，在內容的選擇上盡可能地反映國內外近年來在工業機器人理論研究和生產應用方面的成果；在結構編排上循序漸進，遵循學生的認知規律，結合學校KUKA工業機器人實訓工作站，將教學內容劃分為多個實訓任務，編寫成《工業機器人技術應用實訓任務工作單》，明確任務的教學目標、教學內容，如圖1所示。各任務之間既存在聯系又相互獨立，以任務驅動為導向，可以使學生在完成任務過程中更能理解工業機器人的基礎知識和操作技巧。

（二）改進“翻轉課堂”的教學模式

所謂的“翻轉課堂”教學模式，其實是相對于傳統的教學模式而言的，即教師先把學生需要學習的內容錄制成微課，并發布到互聯網上；學生在上課前可以通過網絡在家中或課外觀看教學微課視頻，視頻可以重復播放，方便做學習內容的記錄。在課堂上，師生可以進行互動交流，并完成課堂作業練習[5]。這種教學方式可以使自覺性強的學生養成良好的自我管理能力和自主學習習慣，提高學習效率；而自覺性不強的學生，則會因為自己不學，而導致學習直接脫節，這樣很容易造成學生的兩極分化。

因此，我們將制作的微課放到網絡上，只是方便學生預習和復習，課堂上還會再講解演示。并將實際操作的部分也錄制成視頻，做成二維碼的形式，貼在實訓平臺上，解決實操課上因人數太多，學生看不清老師示范操作過程的問題。也方便因設備不足，實訓課上還沒輪到操作的學生觀看，提高實訓效率。

（三）“理—虛—實”的教學方式

工業機器人技術應用是一門操作性很強的專業課程，在設計思路上充分體現一體化，即理論與實踐內容一體化、知識傳授與動手訓練場地一體化、理論與實踐教師為一人的“一體化”。為達到較好的教學效果，我們將KUKA機器人示教器界面通過信息化手段投影到大屏幕上，方便教學，如圖2所示。同時利用RobotArt離線仿真軟件（也可利用KUKA自己開發的KUKA.Sim Pro和KUKA.OfficeLite），先在離線仿真軟件上仿真操作，等操作熟悉了或編寫的程序在軟件上仿真正確了，再到實際的設備中操作驗證。這既可以讓學生學習工業機器人離線仿真軟件的應用，又能解決學生實際操作設備數量不足等問題，提高學生學習效果和操作安全性。工業機器人的離線仿真平臺如圖3所示。目前，也有半實物仿真平臺，即示教器是真實的，而機器人本體操作平臺是虛擬仿真的，這個平臺成本較低，適用于平時的學生訓練操作。