高職《工業機器人應用系統建模》課程改革研究與實踐

題園園

廣州工程技術職業學院（廣東省廣州市 510075）

1 引言

在致2015 世界機器人大會賀信中習近平總書記指出，隨著信息化、工業化不斷融合，以機器人科技為代表的智能產業蓬勃興起，成為現時代科技創新的一個重要標志，中國將機器人和智能制造納入了國家科技創新的優先重點領域。工業機器人技術專業對應主要就業崗位有：工業機器人系統操作員、工業機器人系統集成應用工程師和機器人系統維護工程師等。為了達成學習目標，本專業教師與機器人生產、系統集成及應用企業共同制定工業機器人應用人才培養目標，結合本專業就業崗位要求，將工業機器人應用系統設計與開發虛擬項目、仿真項目和真實項目融為一體。建設理實一體化實訓室、虛擬仿真車間和企業課堂，共同實施課程教學、共同進行教學評價[1-4]。將機器人1+X 職業資格標準融入教學內容，實行雙證書制度，構建實施“項目引領、崗位實境”工學結合人才培養模式。

《工業機器人應用系統建模》是工業機器人專業的核心課程，在傳統教學過程中教師多是將軟件的指令逐一進行講授，注重知識的完整性、系統性、規范性，教學中教師把自己從課本中“熟化”的知識通過講解、分析、做練習、練習講評等方式灌輸給學生，學生通過聽講、做筆記、記憶、背誦、理解、做練習、考試等方式來學習。課堂教和學的內容比較機械和死板，多數時間是教師在講，學生在聽，不時穿插一些提問，但對課堂氣氛多數沒有明顯的調節作用，課堂氣氛比較沉悶，整個教學過幾乎是封閉的[5-7]。對于這種教學方式，教師是主體角色，學生是被動接收知識，教師將大部分精力傾注在如何讓學生熟悉和掌握知識，常年累月，學生自主思維、創新思維、獨立思維都會遭到扼殺。

綜上所述,由于高職人才培養的特點,我院工業機器人應用系統建模課程改革中，根據專業技術領域和職業崗位對工業機器人應用系統建模課程的要求對課程體系與教學內容進行了改革，制作了新的課程標準，融“教、學、做”為一體，將理論與實訓融合于若干個項目中在實訓室完成集中完成教學，強化了學生職業能力培養，提高了整體的培養質量。

2 課程改革思路

本課程為《工業機器人應用系統建模》，積極對接工業機器人裝調崗位職業能力標準，以培養學生機器人工裝夾具、工作站模型設計與創建等能力為目標。以就業崗位為導向，以培養工業機器人系統集成能力為目標，結合工業機器人系統應用建模能力目標，從行業應用角度對本課程進行了知識體系構建為課程設計了五個項目。本次課程設計圍繞項目四工業機器人搬運碼垛工作站建模進行，按照認知規律，設置為建模認知分析、建模設計、裝配仿真三個環節，使學生逐步掌握工業機器人系統應用零件設計與裝配仿真技能，從而具備工業機器人裝調、結構設計和工業機器人工作站設計工程師等崗位的專業技能。

本次授課對象是職業院校工業機器人技術專業的學生，具備一定的二維草圖繪制能力和識圖能力。但對于機器人零件的三維造型設計、結構設計、運動仿真、產品優化以等方面的能力有待提高。大多數學生偏于“形象思維”的智力類型，喜好研究各種類型機器人結構模型。學生正處于頭腦中有初步模型構想，但還沒有掌握表達出模型的必要工具和技能，本課程可以讓學生建立起“構思到模型”、“模型再激發構思”的重要作用，提升學生創造性思維和三維設計能力。

本課程改革將圍繞工業機器人搬運碼垛工作站零部件建模與裝配的任務，將教學分為三大環節：分別為分析建模認知環節、建模設計環節和裝配仿真環節。每個部分包括理論探究和實踐應用，其中理論探究是設計基礎，包括創建工業機器人應用系統模型的具體步驟，完成工業機器人應用系統模型的裝配和仿真的方法技巧；實踐應用是目標，以工作過程為導向接收企業工單任務，解決實際設計問題改進設計模型結構，提升技能，形成探中學、用中學，理實一體化的教學模式。根據專業人才培養方案，結合崗位技能要求及學生特點，確定本次課程的教學目標和教學重難點。

表1

課程教學充分利用信息化、網絡化手段。教學過程運用雙平臺結合模式，職教云平臺和超星平臺為學生提供了優質的網絡教學資源。利用網絡教學平臺，學生可隨時使用手機和電腦進行課前課后的學習，拓展了學習的時間與空間。以學生為主體教學理念與多媒體等信息化手段相結合，看中做，做中學，邊理論，邊實踐，夯實基礎，強化重點。

從校、企、生三個方面對學生進行綜合評價。學校方面，教師對評價數據進行分類匯總；企業方面，根據學生的設計作品是否符合生產工藝要求評分；學生方面，根據自評、互評表進行評分。

3 課程標準及教學內容

《工業機器人應用系統建?！肥枪I機器人技術專業的核心課程。本課程主要培養學生在工業機器人系統設計與建模等方面的能力，使學生通過課程的學習掌握工業機器人典型應用建模建立、設計、仿真的基本方法。本課程打破了傳統的以軟件命令構建課程內容的思路，基于工程實踐來構建課程體系，根據企業一線具體的工作任務來劃分教學專題。

《工業機器人應用系統建?！氛n程在設計教學思路和理念時，采用基于項目任務驅動的課程教學模式，以工業機器人典型建模案例為載體。依據工業機器人技術專業群對應的崗位群所需的知識和技能水平要求，分析崗位群對應的工作過程，將教學過程與工作過程結合起來，分模塊設置整個課程內容，遵循學生認知規律，提高學生專業技能和創新能力。課程對接工業機器人操作調整工職業技能標準，結合工業機器人技術應用系統建模能力目標，對本課程進行了知識體系重構，按照工業機器人典型應用為課程設計了五個項目。根據課程教學內容，安排72 學時教學活動，其中理論學時0，實踐學時72。具體教學安排如表2。

表2 教學內容及學時安排

教學內容的設計運用任務驅動法，布置項目建模任務，引導學生抓住機器人結構建模的要點，激發學習興趣，再順勢提出問題，引導學生進一步使用軟件進行建模，探究建模方法，教師演示重點難點等關鍵部分，幫助學生達成學習目標。這樣的方式相對于單純枯燥的軟件演示教學，學生更有興趣。課程教學堅持以學生為中心，學生發揮主體作用。利用網絡教學平臺，學生可課前課后的學習，拓展了學習的時間與空間；利用微課、仿真技術等知識，提高學生的學習自主性。

在教學過程中，考慮到內容較為抽象，學生難于理解，對于教學難點借助豐富的信息化手段和資源，輔助學生探究學習，強化重點、易化難點，利用信息化手段及時反饋學生提出的問題，不受時間、距離的影響幫助學生完成學習任務。在學習評價上，信息化手段可進行學生學習行為全過程記錄和挖掘分析，便于開展智能評測與反饋是否達到教學目標。教學內容的結構采用了按照工程實踐工作任務的來源的性質來劃分知識模塊，既能培養各個模塊的不同的處理設計任務的能力，又能結合實際案例來提高綜合運用系統建模的技能，教學內容根據新技術的發展和進步不斷更新，進而滿足行業、企業對技能型人才的社會需要。

4 教學效果

工業機器人應用系統建模課程現已在我院進行了課程改革實踐，實施理論實踐教學一體化以來,主要有以下幾大優點：

（1）課程中采用了教學CAI 軟件，應用虛擬現實技術，交互性好，兼容性強，全面應用到課堂教學，實時交互功能設計，增加了學習的趣味性。

（2）基于虛擬現實技術構建的齒輪油泵虛擬裝配系統和立體表達虛擬現實學習系統等資源除了作為課堂教學的有效補充，還被廣泛用于工程實訓等實踐性環節。虛擬現實技術應用充分體現了學習模式和方法手段的創新。交互學習平臺有效地幫助和促進學生的自主學習；拓展了傳統教學模式，形成了以網絡為載體、以支持網上自主學習或虛擬學習為主要特征的多維化教學模式。

（3）各種專題學習網站應用于學生課下研究性、自主性學習過程，取得很好的效果。展現了國家級精品課程建設優勢。專題學習網站切實反映了本課程的教學特點和內在規律，以共享、開放和多維化為特色，以校內外師生和社會學習者為共同服務對象，實現基于網絡的教學服務與教學管理功能，并通過師資隊伍、歷史沿革等模塊，間接而有效地傳達了我們的教學理念和育人思想。

（4）大量制作精美的課程資源素材庫，實現了網絡資源共享，方便學習者在線觀看和下載。

課程從內容、教學方法與手段、教學考核進行了充分的課程改革，課程團隊經過對珠江三角洲地區相關行業、企業進行充分調研，認真分析各專業的崗位技能要求，構建基于工程實踐、與企業生產一線相適應的課程體系。適應工業機器人技術專業的1+X 證書制度試點要求，對接工業機器人裝調職業技能等級標準。以工作過程為導向，教學融入企業，教師深入企業聚焦崗位典型工作任務，及時對接企業新技術新規范，及時更新專業知識，積累實踐技能，使學生在校內的學習技能與行業企業無縫對接，提升學生職業能力。