“焊接機器人編程與應用”課堂革命研究與實踐

孫登科

摘 要：以“焊接機器人編程與應用”課程為例， 對接焊接機器人操作員崗位能力需求，重構課程教學內容， 將企業難題分解轉換為教學案例，并將項目蘊含的新技術、新規范等有機融入教學內容，展開項目化教學，實現崗課賽證融通，提高了課程的教學質量。

關鍵詞：機器人編程 崗位能力 課堂革命 項目化教學

1 引言

國家“十四五規劃”在“深入實施制造強國戰略”篇章明確提出了“推動制造業優化升級”的遠景目標，機器人焊接技術是焊接生產走向智能化的核心。對接焊接機器人操作員崗位能力需求，依據國家高等職業學校專業教學標準、人才培養方案、課程標準等，參照金磚國家職業技能大賽“焊接機器人編程、操作與維護”賽項技術規程、“1+X”焊接機器人編程與維護職業技能等級證書認證標準，基于工作過程重構《焊接機器人編程與應用》課程教學內容，實現崗課賽證融通。以橋梁支架直線焊縫生產工藝編制等四個項目為載體由易到難實施項目化教學。本教學項目源于國家級協同創新中心承擔的國內某重型工程機械龍頭企業“挖掘機箱式斗桿機器人焊接工藝編制”技術難題，由雙導師教學團隊（技能大師擔任企業導師、雙師型教師擔任學業導師）進行分析、分解轉換為教學案例，并將項目蘊含的新技術、新規范等有機融入教學內容，基于箱式斗桿機器人焊接工作過程將本項目分解為8個教學任務展開項目化教學。

2 課堂革命解決的問題

本課程立足崗位能力需求，依托國家級協同創新中心，優選中心承擔的橫向課題，對接國家專業教學標準、人才培養方案，參考職業技能大賽賽項規程、“1+X”職業技能等級證書認證標準等要求，由校企雙導師教學團隊分析分解橫向課題中蘊含的機器人焊接圓弧焊縫、T型接頭焊接等8個典型工作任務，轉化為教學項目，融入“感悟工匠精神，捍衛質量安全，立志技能報國”的思政主題，按照“真崗實境，循環遞進”的教學模式，依托國家級教學資源庫、機器人虛擬仿真系統、實時投屏等信息化教學資源和技術，校企雙導師組織教學，以產品檢驗、技能大賽、1+X證書等標準為評價體系開展評價，實現校企“雙元育人”， 服務區域裝備制造業轉型升級，培養高素質復合型技術技能人才。

3 課堂革命實施

3.1 總體教學安排

將“挖掘機箱式斗桿機器人焊接工藝編制”技術難題轉化為“焊接機器人箱式斗桿焊縫的編程與焊接”教學項目，融入新規范、賽證考點及勞動教育等內容，依據箱式斗桿焊縫的機器人編程與焊接工作流程，按焊前準備（坐標系設置與應用）、軌跡示教、編程與焊接、焊后檢測（缺陷分析）劃分為8個任務。如圖1所示。

3.2 具體教學實施

1.校企協同，融入真實項目，循環遞進開展教學活動

本項目8個任務基于企業生產過程，按照課前自主探究、課中五步引導、課后分層拓展三個階段，通過“導任務、識動作、練操作、究難題、談體會”五步組織教學。如圖2

第一階段：課前——自主探究

課前，學生利用云課堂平臺完成課前測試，自學微課《大國工匠盧仁峰獨手焊俠為國鑄劍》，培養嚴謹求實的學習態度。教師根據在線測試結果，了解學生學習情況，調整教學實施方案。

第二階段：課中——五步引導

課中，雙師型教師、企業專家和學生基于企業工作真實情境，按照任務流程和難度，完成“管板接頭機器人虛擬編程、管板接頭機器人軌跡示教編程、機器人焊接工藝設置及焊接”三個子任務，按照“識動作-練操作-究難題”循環遞進，以“管板接頭機器人虛擬編程”子任務為例，如下：

●導任務教師通過播放焊接操作視頻，布置本次課任務：箱式斗桿機器人管板接頭焊接。各小組成員分析管板件任務圖紙及實物，明確本節課任務。

●識動作教師針對挖掘機箱式斗桿焊縫特點，完成虛擬編程操作系統環境設置，載入焊接件模型，演示示教步驟，引導學生跟練，完成考核評價表。

●練操作學生消化和吸收教師講解的重點，進行軟件環境和坐標系統設置，焊接件模型加載，完成管板接頭虛擬編程操作訓練，撰寫學生工作手冊，為后續焊接機器人在線編程和焊接打下基礎。

究難題為快速解決學生操作難題，設置小組間虛擬仿真編程操作競賽，組內成員完成操作，檢驗正確即為通過。該方法迅速提高課堂趣味性、增強小組凝聚力，強化訓練、夯實技能。

談體會在“識動作-練操作-究難題”循環遞進結束后，教師以學生操作中出現的問題及解決方法為切入點，點評各小組訓練中的亮點與需要改進的地方，總結本次課重難點完成情況，布置課后作業。

第三階段：課后——分層拓展

學生查漏補缺，完成拓展任務“焊接機器人在挖掘機回轉支撐座焊接中的應用”，鞏固強化管板圓弧編程與焊接技能，積極參與志愿活動，用焊接專業技能解決福利院家具損壞等問題，服務社會。教師收集管板接頭焊縫缺陷素材，形成斗桿焊縫缺陷案例庫。

2.虛實結合，活用教學資源，突破重點難點

以任務5為例，課前基于云平臺學習數據分析學生認知與實操水平，確定焊縫軌跡優化為教學難點，采用焊接機器人虛擬仿真系統開展教學，使學生全方位體驗管板組合件焊縫軌跡編程與行進，通過實操演練讓學生真實體驗焊槍角度、行走角及位置的參數選擇，使學生更直觀的理解管板組合件焊縫軌跡優化要點，有效突破教學難點，同時提升學生的創新思維與焊接技能。

3.監測整改，校企多方參與，全過程綜合評價

以學生、教師、企業專家為評價主體，通過云平臺實時監測學生課前學習進度、課中參與程度、課后拓展能力等數據；依據行業企業標準、全國焊接機器人操作競賽技術規程評分標準、1+X焊接機器人編程與維護職業技能等級標準對學生操作過程和實訓作品進行教師評價、學生互評、專家點評。通過全過程綜合評價促使學生多看、多練、多想、多評，促進教師針對性選擇和調整教學策略，開展分層分類教學。

4 課堂革命實施效果

4.1 理論成績大幅提升，知識目標有效達成

通過云平臺學習數據表明：學生簽到率、課前課后任務完成度等參與度指標顯著提高，機器人坐標系設置、軌跡示教操作等均在90分以上，與上屆學生縱向對比學生成績明顯提升，知識目標有效達成。如圖3

4.2 適崗能力顯著增強，技能目標有效達成

該項目基于企業一線真實產品的機器人焊接過程，讓學生在實崗實操訓練中，沉浸式體驗焊接生產、產品檢測和交付情境，增強崗位適應能力。根據企業導師和雙師型教師對學生操作過程和焊接件綜合評價發現：學生能正確選用機器人坐標系，熟練完成箱式斗桿的焊接編程、軌跡示教和焊接生產，并進行產品缺陷檢驗分析。

4.3 潛心傳承工匠精神，素養目標有效達成

學生勞動值日情況良好，積極參與實訓操作任務，秉承工匠精神和勞動精神，精益求精，順利完成箱式斗桿焊接任務，落實企業7s管理理念，提升職業素養，通過課后參與志愿活動，錘煉技能，堅定信仰，樹立使命在心、責任在肩、擔當在行的思想，完成從技能成才到技能報國的蛻變。

5 結束語

本文以“焊接機器人編程與應用”課程為例，依托國家級協同創新中心，將項目庫中企業技術項目做深入的分析、分解，開發教學項目，依托焊接生產性實訓基地，由校企雙導師指導按照焊接生產準備、執行和驗收過程組織教學，用產品檢測標準、大賽評分標準等開展作品驗收與評價，為學生提供沉浸式學習情境，根據教學需求確定“識動作-練操作-究難題”的循環次數，遞進式培養學生職業技能，促進教學目標的有效達成，并形成了“融-悟-用”分層融入的課程思政方法和建設了箱式斗桿焊縫缺陷教學案例庫，教學效果提升明顯。

參考文獻：

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