工業機器人工作站仿真課程工學一體化教學實踐

蘇士超

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著產業升級和職業教育改革，形成了面向企業面向產業的工學一體化教學模式。該教學模式旨在幫助受教育者更好地適應企業需求。通過工業機器人工作站仿真課程教學實踐，探索了工學一體化教學模式在中職學生中的應用。基于培訓包式工學一體化思路，圍繞工業機器人工作站仿真課程資源建設，探討“知識、技能、社會能力”等職業能力融入課程資源開發中，以培養學生的職業能力和擴展未來發展空間。

[關? ? 鍵? ?詞]? 工學一體化;教學資源建設;機器人工作站

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2021）02-0228-02

一、引言

近年來，隨著國家制造業取得長足的進步，國家推進產業升級，智能制造2025等戰略，職業技術的更新換代，明顯快于職業教育。職業教育如不能及時調整教學理念、教學模式、教學方法，就不能培養出適應產業升級需求的技能人才。

工學一體化教學模式是一種融合工作和學習的教學模式，旨在讓學生“學中做，做中學”。近年來，廣泛應用于職業教育。工學一體化的教學模式具有理論與技能相融合，學習與工作兩個過程相融合，學生所學、企業所用、教師所教三者融合等特點，在受教育者對所學知識技能及時消化方面具有優勢。受到越來越多職業院校的推崇。

機器人工作站是以工業機器人為核心，配套相應周邊的設備如輸送帶、夾具、變位機等。在工業企業中，當新建單臺或多臺機器人組成的工作站或生產線時，為縮短生產工期，避免返工，節省成本等，需要運用仿真技術對工業機器人工作站系統進行仿真設計。通常工作站仿真主要工作流程包括：工作站外圍模型導入、工作站布局、smart組件的創建、工作站邏輯創建、IO信號仿真、軌跡編程。仿真結果可驗證項目的可行性。

（一）課程概況

工業機器人工作站仿真課程包含搬運、裝配、焊接、打磨、噴涂工作站仿真五個學習任務。學習任務來源于課改小組對廈門周邊工業機器人行業企業的調研和專家座談會產生的企業典型工作任務。

企業熟練的技術人員完成這些典型工作站的仿真設計，平均耗時4～6個小時。由于學生要完成這些工作，需要學習機器人虛擬仿真技術的知識，如機器人示教編程、工作站建模與布局、工作站邏輯設置等，故學習任務的時間設置為26～36學時。課堂按照工學一體化六步法，以學生為主體，自主學習，自主檢測，自我總結，在完成工作作品中，完成學習任務。

（二）工學一體化的教學模式

工學一體化的教學模式具有以下幾個特點。

1.教學方式：工作與學習結合為一體化。

2.教學模式：采用行動導向法。

3.教學內容：學習任務來源企業典型工作的任務。

4.教學形式：根據任務的不同形式進行多樣化教學。

5.教學場所：多區域設置，仿真企業工作室。

6.學習材料：不限于教材，為工作頁、作業指導書、企業表單、設備說明書、網絡資源、軟件幫助欄等。

7.課堂角色：教師提供充足的學習資源，課堂以學生為主，先學會的學生亦可充當輔助教師。學生自我定位為企業的準員工像演員，教師可能是客戶可能是企業導師像導演。

8.評價模式：教師、學生、組長三者結合，知識、技能、社會能力結合的多元化評價。注重自我總結和成果展示。

從職業教育的發展來看，工學一體化是職業教育改革的大方向這點是明確的。但工學一體化推行的過程中，仍然有不少阻力，從以上工學一體化的特點看，這一教學模式比傳統模式需要更多的教學資源和教學平臺。所有問題主要集中在教學平臺和教學資源方面。工業機器人應用與維護是一個新專業，受傳統教學模式束縛較少，實訓平臺可按工學一體化進行設置。

二、資源準備

（一）學生學習資源

本課程采用培訓包式的工學一體化教學模式，按照企業工作流程設計學習活動，每個學習活動根據魚骨圖產生的目標要求設置學習資源。在這些學習資源的基礎上整理出帶有引導性問題的工作頁。信息化工具如藍墨云可用于課前微課發布和課后作業、學生作品提交。

1.項目技術規格書是指需方采購的產品、服務、材料必須滿足需方生產工藝要求的技術文件，包括驗證這些要求得到滿足的程序的書面規定。與用戶需求書應該是同一概念的技術文件。工業機器人工作站技術規格書包括兩部分：第一部分工作站概況，包括工作站的組成、用途等;第二部分工作站技術參數，包括工作站的節拍、負荷、精度、達到能力等技術指標。技術規格書的篇幅通常在1～3頁。學生通過技術規格書的撰寫，理解工業機器人工作站組成和性能參數。

2.項目技術方案書是工業機器人系統集成商根據技術規格書為用戶提供解決方案，是在明確了可以滿足用戶的產品加工需求后，對項目的細節方面進行設計。方案書完成后經內部審定和客戶審定，必要時在方案書的基礎上簽訂技術協議書備忘。工作站項目技術方案通常包括項目概況、設備清單、設備布置圖、工藝流程圖、橫道圖（控制項目進度）、驗收標準、售后服務、技術資料交付等。項目技術方案書的篇幅通常在10～30頁。

3.程序編寫規范是企業制度性文件，也稱作SOP標準作業指導書。用于對作業流程、作業方法、作業條件加以規范并貫徹執行使之標準化，提高過程質量。標準作業指導書是企業長期技術積累形成的制度性文件。由于工作站仿真主要工作是編程，所以稱為程序編寫規范。

4.工學一體化教學模式以過程考核為主，但是大班上課，教師難以對每個學生有清晰的了解，所有終結性考核必不可少。工業機器人工作站仿真采用半虛擬的實訓設備，和很多實訓類課程一樣，沒辦法人手1套設備。故教師考核以分組實操為準，分為兩組，一組學生從教師領取考核任務書和評價表進行實訓考核;另外一組撰寫個人總結，組長做小組總結匯報PPT。個人總結包括對項目的認識、項目實施過程好的方面，存在的不足，對小組和教師的建議。小組總結包括項目完成情況、小組分工和組員貢獻度、優點和不足分析、今后如何改進。

（二）教師教學資源

教師教學資源包括教學設計、教案、多媒體課件、微課等。

工學一體化的教學設計是以學習任務為單位進行設計的，它包含一體化課程描述、教學對象分析、知識技能與工作要求、教學活動策劃、學習工作站、評價考核等。工學一體化教學設計的核心是知識技能與工作要求分析魚骨圖和教學活動策劃表。教學策劃具體明確了教學步驟、教學子活動，每個步驟學習的內容和評價方法。

三、教學實踐過程的幾點思考

（一）學生興趣方面

技校學生普遍對學習熱情不高，學習缺乏目標，熱衷于游戲，無心學習。技校學生普遍家境一般，父母忙于生計，對學生沒有及時督促，學生從小沒有養成良好的習慣。但是他們出生在數字化時代，對新事物和新理念容易接受，追求個性，追求時尚。興趣是最好的老師，工學一體化教學模式要注重角色扮演、情景模擬等方法的應用，增強課堂趣味性;團隊協作、團隊競賽等;作品展示、經驗分享等環節，增強學生的成就感。通過幾個方面，培養學生的學習興趣。

（二）資源應用方面

資源包的建設包括教師的教學。在資源應用方面，教師應充分激發學生的主觀能動性，鼓勵學生自主學習，找到解決問題的辦法，自主構建知識體系。教學資源包是基于學習任務建設的，知識相對比較零散，所有傳統的教材作為輔助參考書籍仍然必不可少。工學一體化教學模式的資源包具有很強的引導性和知識應用性，但是部分學生基礎比較差，自學能力比較差，解決實際問題的能力比較差，必要時直接給案例或模板，或教師示范效果會更好。

（三）教學過程

教學過程中既要考慮工作場景，又要考慮學生學習，在制訂計劃階段和組織實施階段如果沒有及時儲備知識，導致任務超出學生經驗和專業知識，會讓學生積極性降低，容易導致兩極分化。課堂節奏應考慮學生學習效能，允許學生試錯，學生根據自己制訂的計劃掌控學習的過程。工學一體化教學模式，教師應按學生的經驗和興趣，引導學生參與課堂。引導學生自我管理，小組通過一起討論工作任務、分配學習任務、協調工作過程、展示成果等學習過程，讓學生在團隊中成長，體驗責任與擔當。

四、結語

工學一體化教學模式融合了工、學、考，多樣化的教學形式，豐富的學習資源，能夠激發學生的學習興趣。它打破學習與工作的界限，引入工作實際場景的教學模式，更受用人企業的歡迎。學生在課堂學的不只是知識，還有專業技能、職業能力、企業的制度、行業的標準等。實踐證明這種模式能夠提高職業教育，受教育者的推崇。

參考文獻：

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編輯 曾彥慧