新工科背景下的汽車工業機器人技術實訓教學方法研究

摘 要：新工科背景下，汽車工業的智能化轉型對工業機器人人才的培養提出了更高要求。作為新工科教育的重要組成部分，實訓教學在提升學生實踐能力與技術素養中扮演著關鍵角色。然而，當前實訓教學中存在理論與實踐脫節、教學方法單一以及資源配置不足等問題，難以滿足行業對復合型工程技術人才的需求。通過引入案例教學、任務驅動項目、仿真平臺支持和校企融合實踐等創新教學方法，可有效彌補傳統教學中的不足，推動學生知識、能力與素養的全面提升，從而實現理論與實踐的有機結合，助力新工科教育目標的達成。

關鍵詞：新工科 汽車工業 工業機器人技術 實訓教學 教學方法創新

隨著新工科教育理念的深入實施，工程教育正逐步向跨學科融合、實踐導向和產教協同的方向轉變，為智能制造產業的發展提供強大的人才支撐。汽車工業作為國家經濟的重要支柱產業，正在經歷從傳統制造向智能制造的轉型，其中工業機器人技術已成為推動生產效率提升和技術創新的重要手段。這一變革對工程技術人才提出了更高的要求，學生不僅需要具備扎實的理論知識，還必須掌握靈活的技術應用能力和創新實踐能力。

1 新工科背景下的教育需求

1.1 新工科內涵

新工科是服務于國家重大需求和科技創新發展的新型工程教育理念，旨在應對新興產業和技術變革對工程人才提出的多元化需求。與傳統工科注重單一學科知識的培養不同，新工科強調學科交叉融合和知識體系的拓展，聚焦于實踐能力、創新意識以及跨學科合作能力的提升[1]。通過深化產教融合，推動教育改革，新工科致力于打造適應智能化、信息化、綠色化發展需求的復合型工程技術人才。這一教育模式不僅注重理論知識的體系化學習，更重視實踐導向的教學設計，以確保學生能夠在復雜的技術背景中靈活應對實際挑戰。新工科的提出和實施是我國工程教育走向高質量、國際化的重要標志，也是推動產業升級和經濟高質量發展的關鍵舉措。

1.2 人才需求分析

汽車工業的智能化和工業機器人技術的廣泛應用對工程技術人才提出了全新的能力要求。現代工業機器人涉及復雜的技術領域，包括自動化控制、人工智能、機械設計等多學科交叉內容，學生需要具備跨領域的知識整合能力和技術創新能力。企業不僅關注學生的專業理論水平，更重視其實踐操作技能和解決復雜問題的能力[2]。此外，智能制造環境中的協作需求使得團隊合作和溝通能力成為企業選擇人才的重要標準。在這一背景下，傳統培養模式難以滿足現代工業對高素質工程技術人才的要求。培養既懂理論又會實踐，既能獨立操作又能協作創新的復合型人才，是當前教育改革的核心目標，也是推動新興產業發展的基礎保障。

1.3 實訓教學定位

實訓教學在新工科教育中具有不可替代的重要地位，是學生將理論知識轉化為實踐能力的關鍵環節。以實踐為導向的實訓教學強調在真實或模擬環境中完成任務，通過解決復雜的技術問題，使學生的工程素養得到全面提升。在汽車工業機器人技術領域，實訓教學不僅是對學生技術能力的鍛煉，也是培養其創新意識、問題解決能力以及適應現代工業需求的重要方式。同時，實訓教學在彌補傳統課堂教學不足方面發揮了重要作用，它能讓學生直面工程實際中存在的問題，增強對知識應用的理解和對技術前沿的把握。

2 汽車工業機器人技術特點及實訓教學現狀

2.1 汽車工業機器人技術特點

2.1.1 應用領域

工業機器人技術在汽車工業中具有廣泛的應用，涵蓋了焊接、噴涂、裝配、搬運等多個關鍵生產環節。這些環節對精度和效率的要求極高，工業機器人憑借其可編程性和自動化操作能力，能夠滿足現代汽車制造對高質量和大規模生產的需求[3]。在車身焊接中，機器人通過多軸聯動和精確定位，完成復雜的焊接任務；在噴涂環節，機器人以其穩定性和一致性，實現高效、均勻的涂裝效果；在裝配和搬運過程中，機器人憑借強大的靈活性和重復精度，確保了各部件的高效組裝和物料輸送。這些應用不僅提高了生產效率，還顯著降低了人工操作中的誤差和安全風險，成為推動汽車工業智能化發展的重要驅動力。

2.1.2 技術需求

工業機器人技術的應用對從業者提出了多方面的能力要求，涵蓋編程能力、操作技能和系統維護等多個領域。在機器人編程中，操作人員需熟悉多軸運動控制、路徑規劃以及生產任務的自動化設置，確保機器人能夠高效執行復雜任務。操作方面，要求從業者能夠精準掌握機器人各類參數的調整與實時監控，以應對生產過程中可能出現的技術挑戰。同時，工業機器人的正常運行離不開對系統的日常維護和故障診斷能力，這需要技術人員具備較強的分析能力和問題解決能力。此外，隨著人工智能與機器人技術的深度融合，從業者還需不斷學習新興技術，掌握人機協作、智能感知等前沿技能，以適應快速發展的智能制造環境[4]。

2.2 實訓教學現狀分析

2.2.1 教學內容方面

實訓教學內容的設計往往偏重理論知識的鞏固，實踐性和實操性明顯不足，難以滿足學生對復雜技術技能的掌握需求。部分教學內容注重基礎性、標準化的技能訓練，缺乏對實際生產環境中綜合能力的培養。學生在實訓中學習的內容相對碎片化，無法系統地掌握工業機器人技術的全流程操作與集成能力。同時，教學內容更新滯后于行業技術的快速發展，特別是在智能化、柔性化生產需求的背景下，內容設計未能充分體現新興技術與產業前沿的動態變化，這種滯后性直接影響了學生的就業競爭力和崗位適應性。

2.2.2 教學方法方面

教學方法單一是當前實訓教學的一大問題，傳統的以“教師講解+學生模仿”為主的方式難以激發學生的主動性和創新思維。實踐中，教師在教學中更多關注技能的規范化操作，忽視了對學生個性化問題解決能力的引導。教學模式缺乏互動性與啟發性，學生的角色偏向被動接受者，而非主動探索者。同時，由于課程目標未能與教學方法緊密結合，學生在實訓中缺乏深度參與感與問題意識，難以實現理論知識與實踐能力的有機結合，這種方式制約了學生的綜合能力發展[5]。

2.2.3 資源與環境方面

實訓資源不足是制約教學效果的重要因素，尤其是工業機器人相關的教學設備無法滿足學生的訓練需求。一些學校設備老化或型號落后，難以模擬現代工業生產中的實際場景。此外，實訓場地的環境設計缺乏靈活性與多樣性，不能適應不同類型任務的教學需求。教學資源的分配與利用效率不高，使得實訓過程常因資源短缺而被迫簡化或流于形式。同時，在產教融合背景下，與企業共建的實訓基地未能充分發揮作用，資源共享程度較低，缺乏真實的生產環境支持，進一步削弱了學生對行業實際需求的感知和適應能力。

3 新工科背景下的實訓教學方法探索

3.1 案例導入教學，深化技術理解

案例導入教學通過引入真實或模擬的工業案例，將理論知識與實際應用場景有機結合，幫助學生更直觀地理解技術原理和操作流程。這種方法能夠將抽象的技術概念轉化為具體的問題情境，激發學生的學習興趣，同時培養其分析問題和解決問題的能力。

在實訓教學的實踐中，教師可以結合汽車工業機器人噴涂作業的案例，通過場景設置和任務分解引導學生參與學習。在教學的開始階段，教師首先展示噴涂機器人的運行視頻，并配合生產工藝圖和參數表，向學生講解噴涂過程中常見的問題，如涂層不均勻、噴涂角度不足等技術難點。隨后，教師根據案例情境設計實訓任務，要求學生依據噴涂工藝需求，對機器人噴槍的運動路徑和角度進行規劃，并通過仿真軟件驗證路徑的合理性。在這一過程中，教師重點引導學生分析實際生產中噴涂質量與參數調節的關系，逐步培養其對技術原理的深刻理解。完成仿真階段后，學生進入實操環節，依托實驗室中的噴涂機器人設備，在實際操作中調整噴槍的工作參數并優化噴涂路徑。通過反復實踐，學生不僅能夠驗證案例中的問題與解決方案，還能加深對噴涂機器人控制系統的認知。最后，教師組織學生進行討論和總結，引導其反思操作中可能存在的優化空間，例如路徑規劃與涂層厚度控制之間的平衡，從而進一步提高其技術應用能力和創新意識。

3.2 任務驅動項目，強化實踐能力

任務驅動項目以具體的任務為核心，引導學生在完成任務的過程中主動學習和實踐。通過設置明確的目標和情境，學生需要整合理論知識與實踐技能，解決實際問題，最終實現從知識獲取到能力提升的轉變。

在實訓教學的實踐中，教師可以設計一項以汽車工業機器人裝配操作為核心的任務，引導學生完成一個機器人組裝模塊的編程與測試。任務開始時，教師應提供必要的背景信息，例如機器人在工業生產中裝配零部件的具體要求，包括裝配精度、時間效率和安全性等，同時明確任務目標，例如完成某種零部件的精準裝配，并確保操作的高效性和安全性。在任務實施階段，學生需要分析任務需求并制定工作計劃，包括選擇裝配路徑、設定機器人的運動參數以及優化流程設計。為了增強任務的真實性，教師可以利用仿真軟件模擬實際生產環境，讓學生在虛擬場景中先完成路徑規劃和裝配流程的初步設計。隨后，學生進入實操環節，通過實際的工業機器人設備完成裝配任務。在操作過程中，教師可以提供技術支持，引導學生對設備參數進行調整，確保機器人動作的準確性和流暢性。在任務完成后，教師應組織小組進行結果分析和反思，例如裝配效率是否達到要求、裝配過程是否符合安全規范，以及如何進一步優化機器人操作的精準性和靈活性。通過這一實踐，學生不僅能夠掌握機器人裝配技術，還能夠在任務解決的過程中提升自身的實踐能力和創新意識，為適應復雜工業環境做好充分準備。任務驅動項目的實施使學生從“學會”到“會學”，在實踐中真正實現能力的成長。

3.3 仿真平臺支持，優化實訓資源

仿真平臺支持通過虛擬現實技術模擬真實工業場景，為學生提供低風險、高效率的實踐環境。這種方式彌補了傳統實訓中設備不足、操作受限的難題，同時讓學生能夠反復試驗并觀察操作效果。在仿真平臺中完成的任務不僅能夠加深學生對技術原理的理解，還可以幫助他們培養系統分析和優化能力，為實際操作奠定堅實基礎。

在實訓教學的實踐中，以機器人焊接為例，教師可以創設仿真任務，在平臺中搭建一個完整的虛擬場景，包括車身焊接工位、機器人設備以及焊接工藝流程，并為學生明確任務目標，如焊接路徑的優化和焊點質量的提升。在任務實施階段，教師通過引導學生觀察機器人焊接的虛擬運行過程，提出關鍵性問題，例如如何調整焊接參數以保證涂層均勻性，幫助學生明確探索方向。當學生在任務中遇到問題時，教師及時提供技術指導，例如解釋參數設定對焊接質量的影響，或建議優化路徑規劃的方法。在仿真任務結束后，教師組織學生分析平臺生成的操作數據報告，引導其對焊接質量和效率進行綜合評價，發現其中的優化空間。此外，教師還通過小組討論或反饋環節，鼓勵學生分享不同的解決思路，進一步激發創新意識。通過教師的全程支持與指導，仿真平臺教學不僅讓學生深入理解了焊接技術的操作邏輯，還提升了其在復雜技術任務中的自主學習和解決問題的能力。

3.4 校企融合實踐，搭建成長橋梁

校企融合實踐通過將學校的教學資源與企業的實際生產環境相結合，為學生提供真實的技術操作場景和行業需求感知。通過參與企業生產任務，學生能夠在實踐中掌握先進技術、了解行業規范，同時提升自身的職業素養和崗位適應能力。

在校企融合實踐中，企業可以提供生產車間或工作站作為實踐場地，與學校共同制定針對性的教學任務。學生在實際生產場景中，需要參與工業機器人設備的安裝、調試與操作，完成例如汽車零部件的自動化裝配任務。在實踐開始前，教師應與企業技術人員共同對任務流程進行詳細解讀，明確工作目標和操作規范。學生分組后進入車間，在企業導師的指導下開展實際操作，教師則負責全程觀察和技術問題的解答，幫助學生將理論知識應用于具體操作中。在裝配任務過程中，學生需要完成包括機器人路徑規劃、裝配參數設定以及效率優化的多環節任務，同時記錄每一步的關鍵數據。完成任務后，企業技術人員會根據實際生產效果進行評價，指出學生在操作中的問題與改進方向。教師隨后組織學生回到教室，通過反思環節與同伴分享經驗，結合企業導師的反饋優化技術流程。在整個過程中，學生不僅能夠深刻體驗工業生產的實際需求，還能通過企業導師與教師的聯合指導，全面提升技術能力與職業素養。

4 結語

新工科背景下，汽車工業機器人技術的實訓教學需要在理論與實踐的融合中尋求突破，以培養適應產業需求的高素質工程人才為目標。通過案例導入、任務驅動、仿真支持與校企融合等創新教學方法，不僅有效彌補了傳統教學的不足，也為學生提供了更為豐富的學習體驗和實踐機會。這些方法以學生為中心，注重激發學習興趣、提升實踐能力和培養創新思維，為智能制造領域的人才培養奠定了堅實基礎。未來，在教育理念不斷深化和產業技術持續升級的背景下，實訓教學需進一步加強與行業發展的聯動，不斷探索更為科學和高效的教學模式，為實現新工科教育的最終目標注入更多活力與可能性。

基金項目：江西省教育廳基礎教育研究課題“中職‘崗課賽證思’融通人才培養模式的實踐研究——以工業機器人技術應用專業為例”（項目編號：JJZH2024-0306，主持人：李健瑤）。

參考文獻：

[1]朱千鋒.基于“1+X”證書制度的工業機器人技術專業人才核心技能培養路徑[J].汽車畫刊，2024（11）：161-163.

[2]何樹洋，關海，彭冬偉，等.基于GSK＿IMCD的汽車發動機缸蓋機加產線設計與虛擬調試[J].機電工程技術，2024，53（11）：313-318.

[3]肖瀟，李健瑤.汽車智能生產中工業機器人技術及其應用實踐[J].專用汽車，2024（11）：100-102.

[4]閻相伊，許佳音，董建，等.基于3D視覺的機器人免示教作業軌跡規劃方法及應用技術研究[J].工程機械，2024，55（11）：1-4+236.

[5]董武連.工業機器人在汽車儀表臺生產中的應用[J].內燃機與配件，2024（21）：63-65.