《工业机器人操作与编程》课程一体化教学实践
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摘 要：针对工业机器人专业办学时间短，教学资源缺乏，“教、学、做”一体化实施困难等问题，本文以高职工业机器人技术专业核心课程《工业机器人操作与编程》为例，进行了有效探索与实践，校企合作设计了教学项目，采用虚实一体化教学模式，最大化利用了实训设备，取得良好的教学效果。
关键词：工业机器人 一体化教学 项目引领 校企合作
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（c）-0224-02
Abstract： The specialty of industrial robot appears in polytechnic only in recent years. Teaching resources is insufficient and it is difficult in implementing the integration of "teaching， learning and doing". The article takes the core course "Industrial Robot Operation and Programming" of industrial robotic as an example， exploring and practicing. Teaching projects are designed， the virtual and real integrated teaching mode are put to use. The results show training equipment can be maximized utilized and good teaching results are achieved.
Key Words： Industrial robot; Integrated teaching; Project leading; School-enterprise cooperation
工业机器人技术专业是随着中国实施制造强国战略应运而生的新兴高职专业，目前全国有超过300所高职院校都已开设该专业，部分开设时间较早的院校已经有了少量毕业生。工业机器人专业主要是培养在生产一线从事工业机器人及其相关机电设备的安装、编程、调试、运行维护和设备管理的高端技术技能型人才[1]。因为专业开设时间不长，知识结构比较新，相关教学设备也欠缺，课程的教学资源不足，学生培养质量也不能得到很好保障，有的学生毕业时对于工业机器人内部基本结构不了解，机器人基本编程操作也难以完成，极大影响了社会对专业学生知识技能的认可度，把企业生产项目融入教学中，开发设计核心专业课程资源，采用“教、学、做”一体化模式，是解决问题的有效手段[2-3]。
1 一体化教学存在的问题
高职学生自身的特点决定了难以采用普通大学的教学模式，“教学做”一体化是当前被学生认可的行之有效的教学模式。以我校工业机器人专业的核心专业课程《工业机器人操作与编程》来说，当前实施一体化教学存在下列问题[4-5]。
（1）缺少实施一体化教学的教材。
工业机器人技术专业相对较新，当前市场上的机器人操作和编程教材多是由个个厂家的设备说明书扩充和改编而来，内容没有按照项目式教学的要求组织，体现不出以学生为中心、以生产项目为中心和以实际经验为中心的转变。这种教材既不利于教师的项目式教学，又不利于学生课后的复习学习。
（2）缺少实施一体化教学的师资。
本科院校机器人工程专业几乎和高职院校工业机器人技术专业同步开设，已经毕业学生数量不多，高职院校缺少科班出身的工业机器人专业教师。当前高职院校教授工业机器人专业的教师多是由机械工程、电子信息和自动化等专业的师资转过来的，自身缺少工业机器人项目工程经验，难以实施项目引领的一体化教学。在企业里，工程师项目经验丰富，但企业对机器人工程师需求量非常大，待遇也高，高职院校当前的收入水平吸引不了合适的企业工程技术人员来学校教学。这就造成了当前适合工业机器人专业教学教师的不足。
（3）缺少实施一体化教学的实训条件。
高职院校经过多年扩招，在校生人数连年都创新高，实训设备投入有限，相对比较紧张。工业机器人操作与编程的实训教学设备昂贵，动辄几十万元一套，实训损耗和后期維护费用高，设备占用的场地也大，再加上专业办学时间不长，大部分高职院校在场地和设备方面都存在严重不足，远远不能满足一体化教学的要求。实训场地和实训设备缺乏，一些学校只能压缩实训课的课时，学生实践技能的培养就会大打折扣。
2 一体化教学实施
针对“教、学、做”一体化教学模式在工业机器人技术专业实施的困难，我院工业机器人教学团队通过走访调研机器人企业和行业协会，与学生座谈等方式，在专业核心课程《工业机器人操作与编程》做了一体化教学的实践，取得不错的效果。
2.1 校企合作模式改革
学校注重校企深度合作，巨轮智能装备股份有限公司投入2000万元与学校合作共建机器人学院，企业全方位参与工业机器人技术专业建设的全过程，校企深度融合，实行“混合所有制”办学。机器人学院与广东省机器人协会、中山市包装印刷协会等行业协会建立良好合作关系，在专业人才培养方案、课程体系建设等方面得到多方位的指导。学校建立了一套鼓励专任教师下企业实践的管理办法，对于没有企业工作经历的教师，平均每年至少有2个月的企业实践经历才能完成年度考核，实践经历可以根据规定折算成一定教学工作量，对于青年教师有一定的吸引力，形成专任教师下企业的长效机制。 2.2 项目式教学内容设计
机器人学院依托行业协会和地方机器人龙头企业，以职业能力为基准共同确立工业机器人技术专业人才培养目标，编写了人才培养方案、课程体系和课程标准。来源于企业实际生产任务的项目是实施一体化教学的关键。以《工业机器人操作与编程》为例，校企专家合作共同设计了机器人示教器认知、复杂焊接轨迹跟踪、视觉分拣工件、机器人码垛、哑铃抛光打磨、机床上下料和AVG物料运送七个教学项目，每个项目包含2～4个工作任务，教学内容设计如图1所示。
采用项目式教学能提高学生的学习兴趣，学生在开始学习这门课程时就充分了解了这门课程主要教授的内容，课程学习完成后能掌握哪些知识点，对应于企业的生产任务和生产岗位是哪些，七个教学项目完成后，大部分学生都能熟练掌握机器人的编程，能根据工作任务编制对应的程序，课程教学取得良好效果。
校企合作在项目设计初期就编写了项目式校本教材，考虑到高职院校师资薄弱的问题，合作企业利用暑期教师顶岗实习期间派出资深工程师带领顶岗教师完成所有教学项目，并在课程开设首个学期作为实训助理教师和授课教师一起完成整个学期的教学任务，使得学校教师在1-2个学期内就快速成长为能独立完成项目式教学的双师素质教师。
2.3 一体化教学实训条件建设
实训设备和实训场地建设是制约一体化教学实施的重要障碍，机器人设备价格昂贵，占用空间大，短期内难以有效解决。我院教学团队通过走访企业调研，决定采用以虚拟教学设备为主，企业真实生产设备为辅的虚实一体化实训设备。虚拟设备主要由机器人虚拟软件、台式机电脑外加示教器构成，这套机器人仿真实训设备可以完成《工业机器人操作与编程》课程中除了AVG物料运送之外的所有項目。虚拟仿真设备占地少，耗材损耗小，能完成大部分教学项目，教学团队根据已有的实训经费额度又采购了3套企业生产用的机器人综合实训工作站作为虚拟仿真设备有效补充。
教学任务执行过程中，学生2～3人分为一个小组，先以小组为单位在虚拟仿真设备上完成教学项目，经过教师检查登记后才能操作真实的机器人综合实训工作站，这既保证了实训时间，又大大降低了学生初次操作机器人发生碰撞、极限位卡死等误操作概率。AVG物料运送项目是课程最后的考核项目，学生以小组为单位在真实的机器人系统中完成考核。经过一个学期的教学尝试，这种以项目设计为引领的虚实一体教学模式适合《工业机器人操作与编程》课程的教学，学生在整个学期学习中都能保持浓厚的学习兴趣，真实设备与虚拟仿真设备交互操作也能激发各个小组之间的竞争意识，达到了预期教学效果。
3 结语
理论教学是实践教学的基础，实践教学是理论教学的延伸，只有理论与实践有机结合，通过教学做一体化的模式体现出来才是培养高层次技术技能型应用人才的有效途径。《工业机器人操作与编程》课程通过机器人虚实一体教学设备，实践项目引领的“教、学、做”一体化教学体现以学生为中心的教学思路，取得良好教学效果，教学团队后续计划继续建设课程网络教学资源，探索采用反转课堂教学模式进一步激发学生学习兴趣，提高学习的效率。
参考文献
[1] 唐万鹏，张元，唐明军.高等职业院校工业机器人专业人才培养创新研究[J].中国职业技术教育，2019（4）：77-82.
[2] 林雪冬，孙建.基于虚拟仿真技术的电气控制与PLC教学改革实践研究[J].科技创新导报，2019（17）：236-238.
[3] 李婷婷，赵越，王晓冬，等.核辐射探测课程理论与实验一体化教学模式探索[J].教育教学论坛，2019（33）：145-146.
[4] 邱葭菲.“活力”课堂：基于“学做一体”的高职理实一体化教学实践[J].中国职业技术教育，2019（2）：15-18.
[5] 魏宏波，王玮，高红卫，等.数控技术理实一体化教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2018（9）：124-126.
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