应用型本科机器人工程专业课程体系改革与探索

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　　 摘  要：结合岗位需求，对应用型本科机器人工程专业课程的设置和实践安排提出具体的改革措施，对机器人工程专业课程体系及实践教学方法和考核方式进行改革探索，改革成果在教学应用中取得了较好的效果，学生实践创新能力提升明显，激发了学生学习的主动性。
　　关键词：岗位需求;应用型人才;课程体系
　　中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）12-0041-03
　　 Abstract： Combining with the job requirements， this paper puts forward specific reform measures for the setting and practice arrangement of the applied undergraduate course of robotics engineering， explores the reform of the course system and practical teaching methods and assessment methods of robotics engineering specialty， and achieves good results in the teaching application of the reform results. The students' innovation ability is improved obviously， which stimulates the students' initiative in learning.
　　Keywords： job requirements; applied talents; course system
　　 引言
　　與研究型本科院校不同，应用型本科院校是专业培养现场工程师的教育机构，因此，培养过程应强调学生实践操作能力和社会需求的发展方向，以便培养出专业型、技术型、创新型人才。但从目前的现状来看，大多数应用型本科院校的教学重点仍放在理论知识上，实践教学学时和内容得不到保障，这与应用型本科人才培养目标不一致。所以，应用型本科院校当前应着重完善教学计划，调整人才培养的方案，以期为社会培养出专业性强、知识面精、技术精湛的人才。
　　机器人工程专业现场工程师培养应该立足产业服务地方。当前机器人产业在全国蓬勃发展，国家将工业机器人列为实现智能制造，推进工业强国进程的核心关键领域，但目前工业机器人应用型技能人才供给相对滞后，人才培养迫在眉睫。机器人工程专业应该抓住这个行业发展契机，围绕培养学生专业技能和创新能力开展，结合现代教育改革，逐步探索出新的教学计划，为学生创造出优越的能力培养方案，从而符合智能制造产业发展需求。
　　文章以工业机器人岗位需求为导向，以培养应用型人才为教育主线，阐述机器人工程专业人才培养课程体系的构建思路。
　　一、课程体系构建
　　工业机器人应用人才培养依赖于社会需求、职业需求和市场需求，企业需求是人才培养的正确导向。因此，建设课程体系过程中，要与企业需求相同步，合理搭配公共基础课、专业基础课、专业课以及实训课的比例。从而全方位提升学生的知识体系和能力水平。
　　在工业机器人的应用领域，主要涉及的岗位职责有：工业机器人的安装、调试、维修、系统集成等方面。工业机器人设计的专业知识广泛，主要以电气控制技术和机械设计为主。包括的专业课程有：电气控制与PLC应用、电气工程制图、机械CAD/CAM技术、液压气动技术、模具三维数字化设计等。另外，随着近年来国家大力发展智能制造业，一些新的技术领域不断涌现，例如机器视觉技术、3D打印技术等。工业机器人应用技术涉及面广，技术发展快。除了专业技能，拥有良好的职业素养也是企业考虑的重要因素，勇于拼搏的精神，良好的沟通能力，刻苦钻研的工作态度，成为支撑技能人才持续成长和发展的重要内在因素。
　　通过对工业机器人应用企业的调研，形成以工业机器人装调工程师、工业机器人电气集成工程师、工业机器人机械集成工程师等典型工作岗位为导向的专业课程体系（见图 1）。
　　 （一）公共基础课程模块
　　主要培养学生从事机器人行业的基本素质和基础专业知识，为学生的职业发展和终身学习打下牢固的基础。同时，开设创新创业指导课程，帮助学生制定合理的职业生涯规划。
　　课程包括高等数学、大学英语、大学物理、中国特色社会主义理论体系概论、职业规划等。需要注意的是，公共基础课的开设除了满足本科层次要求之外，还要具有应用型特色，例如要能服务于应用型人才的培养。
　　（二）基本技能课程模块
　　基本技能模块是整个课程体系重要的组成部分，是学生学习专业方向课的支撑。机器人工程专业作为一个综合性强的专业，涉及到C语言程序设计，电路，PLC控制技术，液压与气动技术，传感器技术，机器人机械基础，MATLAB应用与实践等基础课程。以上课程可分为机械类、电气类、控制类及程序类，基本涵盖机电专业基础课程，但在内容设计上围绕工业机器人展开。通过该环节系列课程的学习学生可以掌握工业机器人及其工作站的机械结构、电气原理及控制方式，打牢专业基础。值得注意的是，在学习这些课程时，不能按照传统的学科基础课来学，而应该体现应用型本科教育的特色，以理论知识为主，突出内容的应用性。
　　（三）专业方向课程模块
　　专业方向课设置主要依据不同的岗位职责划分，通过专业方向课的学习，学生可以有针对性的在一个领域深入学习，工作后能快速适应岗位要求。
　　应用型课程体系要紧跟社会技术发展步伐。为了准确定位专业方向，机器人工程专业邀请多家工业机器人应用相关企业代表商讨专业方向课程建设，例如春兰集团，金石机器人常州股份有限公司等。听取企业未来几年对工业机器人人才的岗位要求，能力要求。结合我校教学条件，确定了三个专业方向：工业机器人装调、工业机器人电气集成、工业机器人机械集成。 　　方向一：工业机器人装调
　　针对工业机器人应用集成项目安装调试和自动化生产线维修维护，不仅要掌握工业机器人的操作编程、自动化生产线常用的元器件、电工接线、电气相关原理及PLC基础等知识，还需要掌握工业机器人相关的应用调试，包含外围自动化、PLC高级应用、机器人离线编程、集成系统仿真、机器人视觉、机器人电气与机械维护维修和综合性项目调试技能。
　　课程包括：电气控制与PLC应用、机器视觉技术及应用、机器人操作与基础编程、机器人维护维修。
　　方向二：工业机器人电气集成
　　针对工业机器人应用集成项目电气部分，除了常规的电气系统控制、PLC控制外，还需要掌握工业机器人的控制原理、集成系统仿真、机器人离线编程、机器人高级编程、机器人视觉应用以及集成项目电气控制系统设计方法;设计流程、工艺流程与相关规范;电气控制功能实现;电气控制系统电路图;整理生产清单及采购件清单;EPLAN电气绘图使用。
　　课程包括：电气控制与PLC应用、机器视觉技术及应用、机器人操作与基础编程、集成项目电气设计。
　　方向三：工业机器人机械集成
　　针对机器人自动化生产线集成项目方案设计、总体设计及机械结构设计，包含机器人项目可行性评估，方案拟定，技术交流，工装夹具及辅助设备设计，工业机器人选型，外围结构设计，项目仿真验证，以及项目零部件生产图纸、BOM清单等设计。
　　课程包括：机械CAD/CAM技术、模具三维数字化设计、生产线系统仿真、集成项目方案设计。
　　职业素养培育要贯穿整个课程体系。通过公共基础课程模块的学习，培养学生树立正确的人生观价值观。在基本技能课程模块中，采用实践教学方法，小组成员共同完成一个项目，在此过程中，培养了学生独立性、责任心、职业精神和职业道德。在专业方向课程模块中，融入对应的岗位规范，模拟企业管理方式，塑造学生良好的操作习惯，更快适应企业工作岗位要求。
　　二、实践教学环节设计
　　机器人工程专业作为应用性非常强的专业，实践教学环节必须得到足够的重视。传统的本科教育重视理论知识的传授，实践教学占整个教学课时的10%。如此少的实践时间不能充分发挥培养学生的实践能力和创造能力，也不利于学生多样化发展。在机器人工程专业的课程体系中，增加实践教学的课时，特别像电气控制与PLC，机器人技术与应用等应用性非常强的课程，实践教学课时占总课时的45%左右。课堂上边讲边练，学生能够通过实践加深对理论知识的理解，学生学习热情高涨。
　　除了要提升实践环节的比例以外，还要优化教学内容。针对工业机器人在不同行业中的应用，我院智能制造中心提供了对应的实践平台，包括：工业机器人码垛工作站平台，工业机器人焊接工作站平台，工业机器人打磨工作站平台，使我们的人才培养更有针对性。考虑到技术的进步，行业的变化，对这三个平台不能满足的实践要求，我們通过开设MATLAB仿真课程来弥补不足。同时，在综合实验、课程设计等教学环节中，要求大部分题目以项目化的方式呈现，以项目成果确定课程成绩，培养了学生的“工程意识、工程能力、工程素质”。
　　除基本的实践教学环节以外，学校每年组织学生参加国家级和省级的高水平科技竞赛，例如挑战杯、恩智浦杯智能车大赛等科技活动，给学生提供一个高水平竞技的机会。通过参加科技竞赛活动，学生开阔了视野，学习了最新的技术，同时也培养学生分析问题，解决问题的能力。
　　三、教学方法改革
　　机器人工程专业课程内容综合性强，结合了电气控制、机电一体化、通信等专业知识。如果按照传统的“填鸭式”教学方法，会使学生负担过重，打击学习积极性。因此，应采用科学的教学方法和现代化的教学手段。以学生为中心，通过具体项目引导学生探究，启发学生思考，在师生互动的过程中，学生对所学理论知识有了深刻的理解，同时也达到培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。
　　以工业机器人控制课程为例，课程采用了项目驱动教学法和理虚实一体化教学法开展教学活动。首先把学生分成4-5人的小组，先让每个小组观看和分析机器人控制系统的组成和原理，然后调试机器人完成预设功能，同时，指导每个小组各负责一台机器人，每组布置不同的任务。对于实验平台满足不了的功能，在robotstudio软件上搭建虚拟仿真平台，模拟机器人的运动状态。
　　在项目的内容设计上借鉴CDIO 理念，根据项目内容的难易程度，氛围基础型、提高型和创新型，按照递进式的方式来安排。同时，不同类型的项目占所有项目的比重也不同，三种类型占所有项目比例分别为65%，20%，15%。如果学生仅完成了基础型的项目，那么最终成绩只有65分，如果希望获得更多分数，只有向更综合的实践项目发起挑战。
　　充分利用在线课程上的资源，激发学习兴趣，提高教学效率。例如，《工业机器人应用技术基础》这门课程的在线课程中包含了工业机器人在宝马汽车生产线上的应用视频，使学生对工业机器人应用技术有直观的认识。另外，学生通过在线课程提前学习上课内容，课堂上可以有更多的时间和教师、同学讨论。
　　四、加强教师队伍建设，培养“双师型”教师人才
　　拥有掌握熟练专业技能的“双师型”教师人才，是应用性人才培养的必要条件。因此，学院逐步培养或引进机器人工程技术领域“双师型”教师。鼓励教师到企业内部参观和培训，使教师的教学理念紧跟企业发展方向。首先、学院开展假期访问工程师计划，要求青年教师每年深入企业承担岗位职责时间为不低于6周，注重产教相容， 为学校应用技术型人才培养提供保障。另外，我院2017年3位教师取得了全国机械行业首届工业机器人职业技能竞赛裁判员资格，2018年20位教师参加了全国“智能制造与工业机器人技术”专业骨干教师暑期培训班。通过这一系列的培训活动，让学院教师能够全面学习掌握工业机器人相关专业知识;并结合工业机器人实际工程案例，掌握工业机器人应用技术、工业机器人实践教学方法，提高教师基于工业机器人系统的教学能力。
　　五、实训基地建设
　　我校早于2016年便提出机器人专业集群的建设目标并启动机器人平台建设工作。智能制造技术中心作为平台建设的重要内容，是我校机器人专业集群的主要实践平台。该中心2017年入选教育部“互联网+中国制造2025”产教融合创新基地试点项目。中心内配备有ABB工业机器人基础教学工作站、机器人虚拟仿真中心、机器人工艺实训中心 、机器人智能产线等高端实训装备，通过“理-虚-实”一体化培养，可实现学生和参培人员专业能力的阶梯式成长和提升。
　　六、结束语
　　在专业课程体系的构建过程中，以岗位职责为导向，对专业方向课进行了详细论证，明确了3个专业方向。课程结构方面，加强实践课程课时的比例。课程内容方面，大力实施项目化教学，在培养学生扎实的理论基础的同时，重点培养学生动手能力和创新能力，再辅以现代的教育手段，利用好在线课程。以此来帮助学生实现更为实用的专业性技能教育，帮助我国培养出高技能、高能力、高素质的机器人工程专业人才，推动我国在机器人应用领域的进步。
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