基于OBE背景以工作崗位為導向的“工業(yè)機器人原理及應用”本科課程建設探索

王鵬 王晉鵬 王瑩 呂曉軍 李逸仙 李阿為 楊昆明

摘 要：工業(yè)機器人作為“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略中制造業(yè)轉型的突破口，今后幾年工業(yè)機器人的廣泛應用需要大量掌握工業(yè)機器人工作原理和實際應用技能的高技術人才。本文以工業(yè)機器人領域的崗位需求為基礎，分析了本專業(yè)領域所需人才的特點，構建了“工業(yè)機器人原理和應用”課程教學的總體構架以及圍繞課程開展的教學改革、資源建設及應用情況，總結了課程建設的創(chuàng)新點，通過課程建設從課程考核、學科競賽、教師教學三個方面取得了良好的效果，為日后應用型本科課程建設提供了參考依據(jù)。

關鍵詞：工作崗位；機器人原理及應用；課程建設

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

Abstract：As the breakthrough point of manufacturing transformation in the "made in China 2025" development strategy，the wide application of industrial robots in the next few years needs a large number of high-tech talents who master the working principle and practical application skills of industrial robots.Based on the job requirements in the field of industrial robot，this paper analyzes the characteristics of talents needed in this professional field，constructs the overall framework of the teaching of the course of "principles and applications of industrial robot"，as well as the teaching reform，resource construction and application around the course，and summarizes the innovation points of the course construction，Good results have been achieved in the three aspects of teacher teaching，which provides a reference for the future application-oriented undergraduate curriculum construction.

Keywords：post；Principle and application of robot；Curriculum construction

2014年，習近平總書記在中國兩院院士大會上提出：工業(yè)機器人有可能成為第三次工業(yè)革命的切入點。結合應用型本科院校機器人工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，深入現(xiàn)代化制造企業(yè)，充分調研工業(yè)機器人應用情況，對標“一流”課程申報指標體系，在此基礎上構建了機械學科背景下“工業(yè)機器人原理及應用”課程體系，為機械學科應用型本科機器人工程專業(yè)核心課程建設提供一種參考。

一、機器人工程專業(yè)人才需求及分析

在制造業(yè)轉型升級期，“智能制造”已成為制造業(yè)發(fā)展的新方向。工業(yè)機器人是現(xiàn)代化智能制造業(yè)中重要組成部分。據(jù)國際機器人聯(lián)合會數(shù)據(jù)，2009年至2015年間，中國工業(yè)機器人年均銷量復合增長率高達43%，已成為全球最大的工業(yè)機器人應用市場［1］。尤其是“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的提出，將工業(yè)機器人列為了實現(xiàn)智能制造，推進工業(yè)轉型升級進程的核心關鍵領域［2］。目前國內工業(yè)機器人制造水平不高，主要原因是缺乏“懂原理，會應用”的應用型人才。

在人才培養(yǎng)目標設計過程中，高等學校無法精準地以應用型人才的崗位需求為導向，主要表現(xiàn)為以下兩個方面：

（1）隨著國家制造業(yè)轉型，智能制造企業(yè)生產線隨之轉型，通過工業(yè)機器人的應用，“降成本，換效益”成為制造業(yè)的趨勢，在工業(yè)機器人應用領域的人才數(shù)量供需矛盾凸顯。在東北地區(qū)，建立了大量的高新產業(yè)園區(qū)，工業(yè)機器人保有量不斷增長，急需大量“懂原理，有技術”的應用型人才。但從目前來看，工業(yè)機器人應用型人才儲備不足，人才的短缺已成為制造業(yè)企業(yè)轉型發(fā)展的瓶頸問題［3］。

（2）目前，國內高校機器人工程專業(yè)從2016年首次獲批，專業(yè)人才培養(yǎng)處于起步階段，鑒于高校人才培養(yǎng)具有一定的周期性，因此專業(yè)人才緊缺［4］。目前，各企業(yè)從事機器人應用崗位人員主要由機械類、自動化類等相關專業(yè)人員通過短期培訓轉崗構成。

二、以工作崗位為導向的“機器人原理和應用”人才培養(yǎng)課程的建設

我校的校企合作單位有廣州瑞松北斗科技有限公司、吉利西安汽車有限公司等。通過對以制造業(yè)為背景工業(yè)機器人應用的企業(yè)進行調研，總結出工業(yè)機器人應用相關崗位大致有9種，結合我校專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，本專業(yè)培養(yǎng)的崗位有以下三個：工業(yè)機器人夾具設計；工業(yè)機器人編程；工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成。以崗位為向導，針對智能生產過程，本專業(yè)的畢業(yè)生應當具備以下三個能力要求：機械結構分析與設計的能力、工業(yè)機器人編程與控制的能力、工業(yè)機器人系統(tǒng)與集成的能力。

（一）構建“機器人原理和應用”人才培養(yǎng)課程的指導思想

西安航空學院是一所應用型本科院校，結合學校辦學定位，2017年機器人工程專業(yè)首次招生。通過相關產業(yè)鏈的調研，形成以工業(yè)機器人應用為特征，以上述三個工作崗位為導向，以崗位具備能力為核心，從專業(yè)知識和應用能力培養(yǎng)兩方面構建課程。工業(yè)機器人原理應用涉及的力學、機械基礎、控制技術、檢測技術、氣動技術等跨專業(yè)的知識體系，課程構建應圍繞這幾個方面開展，課程構建過程中應將傳統(tǒng)課程內容與工業(yè)機器人應用涉及的知識點充分結合，形成針對性強的跨專業(yè)的知識體系，為后續(xù)深入學習提供支撐。

（二）“機器人原理和應用”課程目標

本課程目標分為知識目標與素質目標。知識目標包括：能夠熟悉工業(yè)機器人的發(fā)展和一般組成，運用所學專業(yè)知識針對工業(yè)機器人工程技術問題進行提煉和分析，為智能產線的集成打下基礎；能夠運用工程數(shù)學基本知識用于表達工業(yè)機器人運動學問題和軌跡規(guī)劃問題，并能求解，為產線中工業(yè)機器人的應用打下基礎。素質目標包括：學生在機器人工程專業(yè)實踐的背景下，具有跟蹤機器人工程領域前沿、發(fā)展趨勢的能力，能恪守專業(yè)領域的技術標準和行業(yè)準則，完成機器人工程技術人員科技報國的使命擔當和社會責任，針對個人和專業(yè)發(fā)展需求，養(yǎng)成終身學習的習慣。

（三）課程教學改革、資源建設及應用情況

優(yōu)化調整教學內容，邀請企業(yè)專家和兄弟院校專家按照行業(yè)標準和企業(yè)需求制定課程大綱。以現(xiàn)代智能制造企業(yè)能力需求和培養(yǎng)方案后續(xù)課程為基礎，將課程內容構建為4大模塊：工業(yè)機器人基礎知識模塊、工業(yè)機器人分析模塊、工業(yè)機器人控制模塊、智能生產線工業(yè)機器人應用模塊。在課程學習的同時達到信息獲取能力、良好職業(yè)行為、團結協(xié)作精神、自我學習能力的素質目標。

通過課程案例化、專題化探索，在OBE理論的“厚基礎、寬口徑”目標指導下，強調理論的應用性與技術的先進性。依托廣州瑞松北斗科技有限公司、上海塔普公司、西安吉利汽車有限公司的校企合作優(yōu)勢，緊密聯(lián)系現(xiàn)代智能制造的產業(yè)優(yōu)勢，引入設計案例，突出教學的實用性。積極探尋全新的課程實施過程，在課程的實施上探尋教、學、做一體化模式，基于工作過程進行教學模式設計。案例教學如圖1所示。

經(jīng)過前期建設，充分運用先進技術，實現(xiàn)了紙質教材與電子教材的結合，構建了集文字與圖片、虛擬與現(xiàn)實等多種媒體素材為一體的立體化教學系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場視頻如圖2所示，虛擬制造視頻如圖3所示。進而，提高了學生理論學習的興趣。

（四）課程的建設創(chuàng)新點

（1）德育為先、能力為重、全面發(fā)展的教育理念得到普遍認同，課程組始終圍繞立德樹人根本任務，將“課程思政”引入課堂教學，堅持貫徹習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話，深刻挖掘《機器人原理及應用》蘊含的政治元素，將“課程思政”引入專業(yè)教育，構建協(xié)同、有效、有力的思政教育大格局。

構建“三全育人”的課程體系，在進行專業(yè)教育的同時，提高了學生的思想政治道德素質，實現(xiàn)教書與育人相統(tǒng)一，“知識傳授”與“價值引領”相統(tǒng)一。

（2）學生參與課堂討論的積極性有效提高。教學手段上采用了任務驅動法教學，運用多媒體教學法，講練結合實物，打破了課堂沉默狀態(tài)，煥發(fā)了課堂生機活力，較好地發(fā)揮了線下課堂教學主陣地、主渠道、主戰(zhàn)場的作用。

（3）為了提高學生的實際應用能力，在本門課程的教學中進行了基于學科競賽和能力證書雙驅動的“理實”一體化教學改革。主要改革措施包括：①在課堂教學中以“1+X”證書制度中的知識點要求為主線，為后期學生考取能力證書提供扎實的基礎知識。②將部分理論課時安排在實驗室完成，以實驗室中的設備為例講解相關理論知識，提高學生對知識的掌握程度。③在課堂教學中采用雨課堂等現(xiàn)代化工具進行教學，提升教學效果。④積極鼓勵學生參加學科競賽。

三、“機器人原理和應用”課程建設效果

（一）堅持工程案例教學模式，提高教學質量

對近兩學年本課程考核卷面成績進行統(tǒng)計，2018—2019學年兩個教學班不及格人數(shù)11人，平均不及格率百分之17，2019—2020學年兩個教學班不及格人數(shù)僅3人，平均不及格率為4.4%，課程考核合格率顯著提升，考核成績圖如圖4所示。

（二）堅持學科競賽驅動教學，提高應用型人才培養(yǎng)質量

近兩年，本專業(yè)學生在各類學科技能競賽中屢獲大獎，先后在中國工程機器人大賽暨國際公開賽中獲得國家級一等獎11項，二等獎7項，三等獎9項，在全國大學生工程訓練綜合能力競賽陜西賽區(qū)獲得省級二等獎1項，第九屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽陜西賽區(qū)獲得省級二等獎1項，第四屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲得省級三等獎1項，學生獲獎證書。

（三）堅持教學模式創(chuàng)新，獲得學生好評

2018—2019學年兩個教學班，參與評教學生51人，評教平均得分99.61；2019—2020學年兩個教學班，參與評教學生31人，評教平均得分99.94。課程團隊持續(xù)進行課程教學模式改革，通過改革創(chuàng)新，課程負責人王鵬分別在2018年和2020年獲得兩次教學質量優(yōu)秀獎；團隊教師王瑩獲2020年校級課堂創(chuàng)新大賽一等獎，深受學生好評。

結語

我國制造業(yè)正處于傳統(tǒng)制造向智能制造轉型升級的關鍵時期，應用型本科人才培養(yǎng)應堅持服務地方、輻射全國的原則，參考OBE教育理念，以崗位需求為向導，注重學生應用型能力的培養(yǎng)，進行專業(yè)核心課程建設。本文在企業(yè)調研、對標一流的基礎上，構建了機械學科背景下的課程體系，為機械學科應用型本科機器人工程專業(yè)核心課程建設提供一種參考。

參考文獻：

［1］芮明杰.“工業(yè)4.0”：新一代智能化生產方式［J］.世界科學，2014（05）：19-20.

［2］周海銀.高等教育如何適應“中國制造2025”［J］.山東師范大學學報（人文社會科學版），2015，60（04）：119-124.

［3］姚鋼.智能制造背景下高職工業(yè)機器人專業(yè)人才培養(yǎng)體系的構建［J］.科技視界，2016（24）：43-44+59.

［4］孔繁敏.建設應用型大學之路［M］.北京：北京大學出版社，2006.

基金支持：陜西省高等教育學會高等教育科學研究項目：基于OBE理念的應用型本科機器人工程專業(yè)核心課程混合式教學模式研究（項目編號：XGH21235）；西安航空學院校級新工科研究與實踐項目：基于“1+X”證書制度下人才培養(yǎng)模式研究——以機器人工程專業(yè)為例（項目編號：21XGK1003）；陜西省教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度一般課題：OBE工程教育理念下面向機器人專業(yè)的機械基礎類課程改革研究（項目編號：SGH21Y0249）

作者簡介：王鵬（1983— ），男，漢族，陜西西安人，碩士，副教授，研究方向：高速銑削表面技術與工業(yè)機器人運動學。