《工業機器人機械維護》課程項目化教學改革探索

蔡紅健

摘要：針對《工業機器人機械維護》課程傳統教學的弊端，進行項目化教學改革，以學生為中心，以工作過程為導向，運用“六步法”開展教學，充分利用信息化教學手段，激發學生的學習興趣，改善學生的學習效果，提升學生的綜合能力和職業素養。

關鍵詞：工業機器人機械維護;項目化;教學改革

中圖分類號：G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0254-02

0? 引言

《工業機器人機械維護》是高職院校工業機器人技術專業的一門重要的必修課程，通過學習該課程，不僅要求學生掌握工業機器人相關的概念、原理及應用等理論知識，還要求學生具備一定的工業機器人機械維修與保養的技能水平。在傳統教學中，教師通常在課堂上借助PPT灌輸知識點，開設幾次相關實驗進行演示教學，由于教學內容缺乏吸引力，學生參與度低，很難達到教學目標。

項目化教學是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動[1]，與傳統教學相比，實現了教學主體由教師為中心轉變為學生為中心，教學內容由課本知識為中心轉變為項目任務為中心，教學形式由課堂講授為中心轉變為實際操作為中心[2]。本文將探討項目化教學在《工業機器人機械維護》課程中的實際應用，教學有效性得到了明顯提升。

1? 項目化教學設計

在《工業機器人機械維護》項目化教學改革前，該課程按學科體系設計，內容按章節編排，如圖1所示。

由于沒有設計工作任務，學生被動接受零散的知識點，學習效率低下，學習積極性不高，學生學完以后還是不會維護工業機器人。

鑒于此，筆者組建課程教學改革團隊，進行了項目化教學設計。選取“工業機器人”為載體，以工作過程為導向，用項目任務驅動教學。根據職業成長規律和學生的認知規律，同時，對照1+X工業機器人操作與運維職業技能等級標準，由易到難，由簡單到復雜，設計了“保養工業機器人”、“調試工業機器人”和“拆裝工業機器人”等3個學習情境，每個學習情境下又創設了2～3個工作任務，如圖2所示。

當完成總體設計后，還要對每個工作任務進行詳細設計，將各知識與技能點融入其中。

2? 項目化教學實施

在《工業機器人機械維護》課程實施過程中，必須充分利用各種信息化教學手段，才能保證項目化教學的順利開展。教學改革團隊依托“SPOC學院”和“金課坊”兩個教學平臺，同時利用KUKA機器人仿真模型、仿真軟件KUKA.OfficeLite和KUKA工業機器人進行項目化教學。每個工作任務的學習過程可分為課前準備、課中學習和課后拓展等三個階段，如圖3所示。

項目化教學的主體是學生，而教師則成為了項目任務的引導者和促進者。課前，學生領取任務單，在學習平臺上瀏覽課件，觀看微視頻，完成課前測試，同時初步確定任務實施方案。課中，學生在教師的引導下進一步明確任務，然后分組討論任務的實施方案，逐步完善方案。接著小組成員在組長的指揮下分工協作，共同完成任務。在任務實施過程中，還要記錄完成情況，檢查完成質量，分析完成結果。然后，分組匯報學習情況，分享學習成果，完成學習評價。課后，學生領取拓展任務單，在學習平臺上參與討論，撰寫和完善討論報告，實施拓展任務。學生在課前通過自主學習完成了知識準備，課中通過實施項目任務，達到知識內化的目的，課后完成拓展任務讓知識得到升華。下面以學習情境2“調試工業機器人”中的工作任務1“標定機器人零點”為例，闡述項目化教學的實施過程。

2.1 課前準備

教學改革團隊采用行動導向“六步法”[3]開展項目化教學，包括“資訊”、“計劃”、“決策”、“實施”、“檢查”和“評價”等6個教學環節。為了在線下課堂上能有更多的時間讓學生參與到項目實施中，課前的準備必不可少。教師利用信息化技術手段，在線上學習平臺中上傳相關教學課件、微視頻、練習題等學習資源。圖4展示了工作任務“標定機器人零點”在“SPOC學院”學習平臺上的教學資源。

學生登陸線上學習平臺，按照任務要求瀏覽課件，觀看微視頻，完成課前測試，然后開展討論，初定實施方案。這樣，課前就將“資訊”和“計劃”環節提前完成了，從而保證了線下課堂中其他環節的順利開展。

2.2 課中學習

在線下課堂中，教師首先選取課前測試中出錯率較高的題目，回答學生課前學習中的疑問，從而進一步明確本次課的具體任務：“采用帶負載校正法，標定機器人零點”。在“決策”環節中，分組討論零點標定的實施方案，在教師的引導下逐步完善方案。

由于零點標定的操作具有一定的危險性，使用的零點標定裝置是精密儀器，價格較高，因此在“實施”任務前，需要再次強調人身安全與設備安全。由于工位大小的限制，零點標定的操作需要分組進行。教師演示A1軸的零點標定，其余軸的標定由現場學生獨立完成。班級其他學生可通過“云視頻”觀看現場零點標定的情況，還可以在“金課坊”討論平臺上與現場同學互動。

在“檢查”環節中，不僅需要檢查零點標定動作的規范性，還要引導學生檢查零點標定數據的合理性。通過查看零點標定的日志文件Mastery.log和RDC卡中的CAL文件中的數據，比較標定過程中記錄的數據，分析數據的一致性和工具負載對各軸的影響程度。當零點標定完成后，組織小組匯報，分享學習成果，鍛煉學生的溝通表達能力。

在“評價”環節中，教師課前在“金課坊”學習平臺中建立評價體系，如圖5所示。本任務的評價維度有“制定實施方案”、“零點標定實操”和“小組成果匯報”等3個，分別占30%、40%和30%。評價方式有“組間互評”、“組內互評”、“自評”和“師評”等4個，分別占20%、20%、20%和40%。在評價的過程中做到公平、公開與公正。

2.3 課后拓展

為了鞏固與升華課前和課中所學的知識，課后的拓展環節也必不可少。教師在“金課坊”中布置拓展任務，學生在學習平臺上針對“‘帶偏量’和‘無偏量’的負載校正的區別與應用場合”、“單一負載時能否采用偏量學習”等課題開展討論，撰寫討論報告，根據教師的反饋意見逐步完善討論報告。學有余力的學生在教師的指導下，探討高精度機器人的零點標定。

3? 項目化教學成效

充分利用“SPOC學院”和“金課坊”等線上教學平臺，發布任務單、課件、微視頻、練習題等豐富多樣的教學資源，激發了學生的學習興趣，提高了線下課堂的效率。另外，利用“云視頻”實時傳遞現場實施任務的工作場景，利用學習平臺開展組間互動，既拓展了教學空間，又延伸了教學時間。這些信息化教學手段的應用，為項目化教學的順利開展提供了有力保障。采用項目化教學，學生帶著任務學習，學習興趣濃厚，學習效果好。學生在完成項目任務的同時，真正掌握了工業機器人專業知識與技能，增強了分析問題和解決問題的能力，進一步提升了人際交往能力和溝通表達能力。在項目化教學實施過程中，還將思政元素潛移默化地融入課堂的每個環節，引導學生形成積極的人生觀和價值觀。通過小組討論，相互溝通合作，共同完成一項學習任務，從而培養學生的團隊協作精神。在保養、調試與拆裝工業機器人的每個細節中追求卓越，逐步培養學生的嚴謹細致、精益求精的大國工匠精神。通過客觀公正的互評環節，鍛煉學生誠實守信的品格。

4? 結語

以生為本的教學理念為項目化教學改革指明了方向，信息技術的廣泛應用為項目化教學鋪平了道路。教學改革團隊運用項目化教學方法，在《工業機器人機械維護》課程的教學中進行了有益探索。學生的學習任務明確，學習積極性高。通過課前自學、課中實踐和課后拓展等環節的學習體驗，不僅有效獲取了工業機器人專業知識，提高了維護工業機器人技能水平，而且學生的方法能力、社會能力和職業素養得到了提升，學習效果明顯改善。

參考文獻：

[1]高美紅.論項目教學法在機器人技術實訓中的應用研究[J].職業，2009（11）：98.

[2]胡靜，姜銀浩.以“學生為中心”的項目化實踐教學體系的改革[J].設計，2019（13）：106-108.

[3]易艷明，石婷.德國行動導向教學理論基礎、組織模式與設計原則再分析[J].中國職業技術教育，2016（27）：57-65.