理虛實一體化教學在《工業機器人編程與操作》課程中的應用研究

帥佳慧 韓偉芳

摘?要：本文以高職工業機器人專業課《工業機器人編程與操作》為例，在企業人才需求、課程特點以及教學現狀分析的基礎上，對傳統的機器人專業課程教學模式進行革新研究，將“理虛實一體化”教學方式應用于《工業機器人編程與操作》課程，建立以ABB工業機器人的實際應用為主線的課程教學體系，突出了實踐能力與創新能力的培養思路，為培養工業機器人技能應用型人才提供教學參考。

關鍵詞：工業機器人;理虛實一體化;教學模式;人才培養

一、研究背景

隨著智能制造產業的飛速發展，傳統制造業走向自動化生產，這與工業機器人技術的發展有著密不可分的關系。《中國制造2025》強國戰略中提到，要著重發展數控機床以及機器人等產業，預估到2025年，我國各大企業中需要的工業機器人應用技術人才將達到30萬[1]。為了適應市場的人才需求，我國各大高校開設了機器人專業，而機器人專業的核心專業課便是《工業機器人編程與操作》課程。該課程針對其工作崗位要求，培養學生對工業機器人現場編程以及調試維護的實際操作能力，為以后從事工業機器人領域相關工作奠定基礎。

二、《工業機器人編程與操作》課程教學分析

（一）企業人才需求分析

隨著智能裝備行業快速發展，傳統的制造業不斷改進，工業生產線應用了越來越多的工業機器人替代工業生產線的一線工人實現自動化生產，降低人工成本，提高工作效率。根據調研分析，各行各業大量需要工業機器人現場編程、生產線維護、安裝調試以及售后服務等專業人才[2]。高等職業院校最初將工業機器人專業課程納入機電專業體系教學，現在變為獨立設置一個專業，開展對口專業教學，對于機器人專業的學生開展更全面的系統培訓，提高他們的專業技能，為企業提供更多的機器人應用技術人才。

（二）課程特點分析

《工業機器人編程與操作》課程是工業機器人專業必修的專業核心課程，工業機器人組成的自動化生產線設備已經發展成自動化裝備制造的主流。本課程的先導課程為《機械設計基礎》，《傳感器技術》，《液壓與氣動技術》，《工業機器人技術基礎》等[3]。通過對先導課程的學習奠定本課程的基礎知識和專業技能，通過本課程的繼續學習培養學生初步掌握機器人編程操作與安裝調試方法。

（三）課程教學現狀分析

《工業機器人編程與操作》課程在以往的教學方法中，由于實訓條件的欠缺，理論課與操作課一般是分開上的。這種教學方法會導致實際操作的技能訓練無法得到實時的理論引導，而理論知識也無法與生產實際相結合，從而導致了學生的技能掌握不到位。隨著教學方法不斷革新，教學設備不斷完善，提出了很多新的教學方法，如“項目式教學”、“做中學”一體化等新型的教學方法[4]。但考慮到機器人設備價格昂貴，受到設備數量、品種以及后期維護費用等方面的限制，所以提出將“項目式教學”、“做中學”和虛擬軟件仿真等教學方法結合形成“理虛實一體化”教學方法，充分發揮各自的優點。

三、“理虛實”一體化教學方法的設計

“理虛實”一體化教學方法在理論課講授中引入虛擬仿真教學，通過計算機虛擬仿真軟件熟悉機器人實際操作內容，并加固對所學知識的了解，熟練后在通過現場設備進行實際操作練習。針對《工業機器人編程與操作》課程，以“項目引導”、“理論講解”、“虛擬仿真”、“實體操作”和“展示與評價”五個環節開展“理虛實一體化”教學實踐，如右圖所示是“理虛實”一體化教學過程。

“理虛實”一體化教學過程圖

（1）在“項目引導”環節，以工業機器人編程操作能力的培養為核心，以ABB機器人應用具體案例設計為載體，以工業機器人技術領域職業崗位能力培養為目標選取編排教學內容，課程內容以涂膠裝配、搬運、碼垛、焊接等實際項目設計教學內容。

（2）在“理論講解”環節，因為選取企業中實際項目作為教學內容，其必定是各種知識點的綜合應用，對于初學者來說，很難一次性的圓滿完成。因此，教師需根據自身理論實踐結合能力，對實踐項目內容進行知識分解與儲備學習。

（3）在“虛擬仿真”環節借助ROBOTSTUDIO虛擬仿真軟件實驗平臺，根據分解任務進行仿真操作并展示課程仿真結果，讓學生對課程項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的練習任務。

（4）在“實體操作”環節，教師在課程中起到引導、咨詢和指點的作用。教師利用理論實踐結合能力對任務進行分析解讀，將任務分解成知識點和操作規范，指導學生實際操作機器人設備完成任務，提醒學生觀察實驗現象、尋找操作規律，并幫助總結歸納知識點。

（5）在“展示與評價”環節，學生完成虛擬仿真搭建與實際操作機器人設備等任務后，向老師和同學展示實驗成果，并根據項目完成情況和學習過程主觀表現完成教師評價與組內互評。

四、結論

“理虛實”一體化教學可以引導學生通過虛擬仿真軟件操作、實際設備操作與理論課知識相互聯系，使理論知識學習、虛擬軟件仿真和實際設備操作互相促進、相輔相融。“理虛實”一體化教學突破了理論和實踐分離的分段式教學模式，可以整合理論講解、虛擬模擬操作以及實際動手操作訓練，真正實現了做中學的教學理念，創新教學方法，改進教學質量，提高學生技能操作能力。

參考文獻：

[1]呂世霞，楊屏，陳淥漪.基于工業機器人技術的工業40人才需求探究[J].辦公自動化，2017（24）：34-36.

[2]蔣慶斌，陳小艷，周斌.工業機器人行業人才需求與高職院校專業設置分析研究[J].職業技術教育，2018，39（2）：27-30.

[3]許紅巖.高職《工業機器人編程與調試》課程標準設計[J].課程教育研究，2018（46）：210.

[4]焦勇.“混合式理實一體化”教學模式探索與實踐[J].船舶職業教育，2018，6，30（02）：56-58.

作者簡介：帥佳慧（1992-），女，四川樂山人，全日制碩士，保定職業技術學院專任教師，研究方向：自動化類;韓偉芳（1978-），女，河北保定人，碩士，保定職業技術學院工程師，研究方向：自動化類。