高職《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建?！氛n程改革研究與實(shí)踐

題園園

廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院（廣東省廣州市 510075）

1 引言

在致2015 世界機(jī)器人大會(huì)賀信中習(xí)近平總書記指出，隨著信息化、工業(yè)化不斷融合，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，成為現(xiàn)時(shí)代科技創(chuàng)新的一個(gè)重要標(biāo)志，中國(guó)將機(jī)器人和智能制造納入了國(guó)家科技創(chuàng)新的優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)對(duì)應(yīng)主要就業(yè)崗位有：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用工程師和機(jī)器人系統(tǒng)維護(hù)工程師等。為了達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，本專業(yè)教師與機(jī)器人生產(chǎn)、系統(tǒng)集成及應(yīng)用企業(yè)共同制定工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合本專業(yè)就業(yè)崗位要求，將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)虛擬項(xiàng)目、仿真項(xiàng)目和真實(shí)項(xiàng)目融為一體。建設(shè)理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室、虛擬仿真車間和企業(yè)課堂，共同實(shí)施課程教學(xué)、共同進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)[1-4]。將機(jī)器人1+X 職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)融入教學(xué)內(nèi)容，實(shí)行雙證書制度，構(gòu)建實(shí)施“項(xiàng)目引領(lǐng)、崗位實(shí)境”工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式。

《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建?！肥枪I(yè)機(jī)器人專業(yè)的核心課程，在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中教師多是將軟件的指令逐一進(jìn)行講授，注重知識(shí)的完整性、系統(tǒng)性、規(guī)范性，教學(xué)中教師把自己從課本中“熟化”的知識(shí)通過(guò)講解、分析、做練習(xí)、練習(xí)講評(píng)等方式灌輸給學(xué)生，學(xué)生通過(guò)聽講、做筆記、記憶、背誦、理解、做練習(xí)、考試等方式來(lái)學(xué)習(xí)。課堂教和學(xué)的內(nèi)容比較機(jī)械和死板，多數(shù)時(shí)間是教師在講，學(xué)生在聽，不時(shí)穿插一些提問(wèn)，但對(duì)課堂氣氛多數(shù)沒(méi)有明顯的調(diào)節(jié)作用，課堂氣氛比較沉悶，整個(gè)教學(xué)過(guò)幾乎是封閉的[5-7]。對(duì)于這種教學(xué)方式，教師是主體角色，學(xué)生是被動(dòng)接收知識(shí)，教師將大部分精力傾注在如何讓學(xué)生熟悉和掌握知識(shí)，常年累月，學(xué)生自主思維、創(chuàng)新思維、獨(dú)立思維都會(huì)遭到扼殺。

綜上所述,由于高職人才培養(yǎng)的特點(diǎn),我院工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模課程改革中，根據(jù)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模課程的要求對(duì)課程體系與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，制作了新的課程標(biāo)準(zhǔn)，融“教、學(xué)、做”為一體，將理論與實(shí)訓(xùn)融合于若干個(gè)項(xiàng)目中在實(shí)訓(xùn)室完成集中完成教學(xué)，強(qiáng)化了學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)，提高了整體的培養(yǎng)質(zhì)量。

2 課程改革思路

本課程為《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模》，積極對(duì)接工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)崗位職業(yè)能力標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生機(jī)器人工裝夾具、工作站模型設(shè)計(jì)與創(chuàng)建等能力為目標(biāo)。以就業(yè)崗位為導(dǎo)向，以培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成能力為目標(biāo)，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用建模能力目標(biāo)，從行業(yè)應(yīng)用角度對(duì)本課程進(jìn)行了知識(shí)體系構(gòu)建為課程設(shè)計(jì)了五個(gè)項(xiàng)目。本次課程設(shè)計(jì)圍繞項(xiàng)目四工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)碼垛工作站建模進(jìn)行，按照認(rèn)知規(guī)律，設(shè)置為建模認(rèn)知分析、建模設(shè)計(jì)、裝配仿真三個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生逐步掌握工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用零件設(shè)計(jì)與裝配仿真技能，從而具備工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工業(yè)機(jī)器人工作站設(shè)計(jì)工程師等崗位的專業(yè)技能。

本次授課對(duì)象是職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，具備一定的二維草圖繪制能力和識(shí)圖能力。但對(duì)于機(jī)器人零件的三維造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真、產(chǎn)品優(yōu)化以等方面的能力有待提高。大多數(shù)學(xué)生偏于“形象思維”的智力類型，喜好研究各種類型機(jī)器人結(jié)構(gòu)模型。學(xué)生正處于頭腦中有初步模型構(gòu)想，但還沒(méi)有掌握表達(dá)出模型的必要工具和技能，本課程可以讓學(xué)生建立起“構(gòu)思到模型”、“模型再激發(fā)構(gòu)思”的重要作用，提升學(xué)生創(chuàng)造性思維和三維設(shè)計(jì)能力。

本課程改革將圍繞工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)碼垛工作站零部件建模與裝配的任務(wù)，將教學(xué)分為三大環(huán)節(jié)：分別為分析建模認(rèn)知環(huán)節(jié)、建模設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和裝配仿真環(huán)節(jié)。每個(gè)部分包括理論探究和實(shí)踐應(yīng)用，其中理論探究是設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，包括創(chuàng)建工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)模型的具體步驟，完成工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)模型的裝配和仿真的方法技巧；實(shí)踐應(yīng)用是目標(biāo)，以工作過(guò)程為導(dǎo)向接收企業(yè)工單任務(wù)，解決實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題改進(jìn)設(shè)計(jì)模型結(jié)構(gòu)，提升技能，形成探中學(xué)、用中學(xué)，理實(shí)一體化的教學(xué)模式。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，結(jié)合崗位技能要求及學(xué)生特點(diǎn)，確定本次課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)。

表1

課程教學(xué)充分利用信息化、網(wǎng)絡(luò)化手段。教學(xué)過(guò)程運(yùn)用雙平臺(tái)結(jié)合模式，職教云平臺(tái)和超星平臺(tái)為學(xué)生提供了優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可隨時(shí)使用手機(jī)和電腦進(jìn)行課前課后的學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間。以學(xué)生為主體教學(xué)理念與多媒體等信息化手段相結(jié)合，看中做，做中學(xué)，邊理論，邊實(shí)踐，夯實(shí)基礎(chǔ)，強(qiáng)化重點(diǎn)。

從校、企、生三個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。學(xué)校方面，教師對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總；企業(yè)方面，根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)作品是否符合生產(chǎn)工藝要求評(píng)分；學(xué)生方面，根據(jù)自評(píng)、互評(píng)表進(jìn)行評(píng)分。

3 課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)內(nèi)容

《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模》是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的核心課程。本課程主要培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模等方面的能力，使學(xué)生通過(guò)課程的學(xué)習(xí)掌握工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用建模建立、設(shè)計(jì)、仿真的基本方法。本課程打破了傳統(tǒng)的以軟件命令構(gòu)建課程內(nèi)容的思路，基于工程實(shí)踐來(lái)構(gòu)建課程體系，根據(jù)企業(yè)一線具體的工作任務(wù)來(lái)劃分教學(xué)專題。

《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模》課程在設(shè)計(jì)教學(xué)思路和理念時(shí)，采用基于項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)模式，以工業(yè)機(jī)器人典型建模案例為載體。依據(jù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)群對(duì)應(yīng)的崗位群所需的知識(shí)和技能水平要求，分析崗位群對(duì)應(yīng)的工作過(guò)程，將教學(xué)過(guò)程與工作過(guò)程結(jié)合起來(lái)，分模塊設(shè)置整個(gè)課程內(nèi)容，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，提高學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。課程對(duì)接工業(yè)機(jī)器人操作調(diào)整工職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)建模能力目標(biāo)，對(duì)本課程進(jìn)行了知識(shí)體系重構(gòu)，按照工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用為課程設(shè)計(jì)了五個(gè)項(xiàng)目。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，安排72 學(xué)時(shí)教學(xué)活動(dòng)，其中理論學(xué)時(shí)0，實(shí)踐學(xué)時(shí)72。具體教學(xué)安排如表2。

表2 教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，布置項(xiàng)目建模任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生抓住機(jī)器人結(jié)構(gòu)建模的要點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，再順勢(shì)提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步使用軟件進(jìn)行建模，探究建模方法，教師演示重點(diǎn)難點(diǎn)等關(guān)鍵部分，幫助學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。這樣的方式相對(duì)于單純枯燥的軟件演示教學(xué)，學(xué)生更有興趣。課程教學(xué)堅(jiān)持以學(xué)生為中心，學(xué)生發(fā)揮主體作用。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可課前課后的學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間；利用微課、仿真技術(shù)等知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

在教學(xué)過(guò)程中，考慮到內(nèi)容較為抽象，學(xué)生難于理解，對(duì)于教學(xué)難點(diǎn)借助豐富的信息化手段和資源，輔助學(xué)生探究學(xué)習(xí)，強(qiáng)化重點(diǎn)、易化難點(diǎn)，利用信息化手段及時(shí)反饋學(xué)生提出的問(wèn)題，不受時(shí)間、距離的影響幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)上，信息化手段可進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)行為全過(guò)程記錄和挖掘分析，便于開展智能評(píng)測(cè)與反饋是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)采用了按照工程實(shí)踐工作任務(wù)的來(lái)源的性質(zhì)來(lái)劃分知識(shí)模塊，既能培養(yǎng)各個(gè)模塊的不同的處理設(shè)計(jì)任務(wù)的能力，又能結(jié)合實(shí)際案例來(lái)提高綜合運(yùn)用系統(tǒng)建模的技能，教學(xué)內(nèi)容根據(jù)新技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步不斷更新，進(jìn)而滿足行業(yè)、企業(yè)對(duì)技能型人才的社會(huì)需要。

4 教學(xué)效果

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模課程現(xiàn)已在我院進(jìn)行了課程改革實(shí)踐，實(shí)施理論實(shí)踐教學(xué)一體化以來(lái),主要有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：

（1）課程中采用了教學(xué)CAI 軟件，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，交互性好，兼容性強(qiáng)，全面應(yīng)用到課堂教學(xué)，實(shí)時(shí)交互功能設(shè)計(jì)，增加了學(xué)習(xí)的趣味性。

（2）基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的齒輪油泵虛擬裝配系統(tǒng)和立體表達(dá)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)等資源除了作為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，還被廣泛用于工程實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用充分體現(xiàn)了學(xué)習(xí)模式和方法手段的創(chuàng)新。交互學(xué)習(xí)平臺(tái)有效地幫助和促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)；拓展了傳統(tǒng)教學(xué)模式，形成了以網(wǎng)絡(luò)為載體、以支持網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)或虛擬學(xué)習(xí)為主要特征的多維化教學(xué)模式。

（3）各種專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站應(yīng)用于學(xué)生課下研究性、自主性學(xué)習(xí)過(guò)程，取得很好的效果。展現(xiàn)了國(guó)家級(jí)精品課程建設(shè)優(yōu)勢(shì)。專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站切實(shí)反映了本課程的教學(xué)特點(diǎn)和內(nèi)在規(guī)律，以共享、開放和多維化為特色，以校內(nèi)外師生和社會(huì)學(xué)習(xí)者為共同服務(wù)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)服務(wù)與教學(xué)管理功能，并通過(guò)師資隊(duì)伍、歷史沿革等模塊，間接而有效地傳達(dá)了我們的教學(xué)理念和育人思想。

（4）大量制作精美的課程資源素材庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源共享，方便學(xué)習(xí)者在線觀看和下載。

課程從內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、教學(xué)考核進(jìn)行了充分的課程改革，課程團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)對(duì)珠江三角洲地區(qū)相關(guān)行業(yè)、企業(yè)進(jìn)行充分調(diào)研，認(rèn)真分析各專業(yè)的崗位技能要求，構(gòu)建基于工程實(shí)踐、與企業(yè)生產(chǎn)一線相適應(yīng)的課程體系。適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的1+X 證書制度試點(diǎn)要求，對(duì)接工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。以工作過(guò)程為導(dǎo)向，教學(xué)融入企業(yè)，教師深入企業(yè)聚焦崗位典型工作任務(wù)，及時(shí)對(duì)接企業(yè)新技術(shù)新規(guī)范，及時(shí)更新專業(yè)知識(shí)，積累實(shí)踐技能，使學(xué)生在校內(nèi)的學(xué)習(xí)技能與行業(yè)企業(yè)無(wú)縫對(duì)接，提升學(xué)生職業(yè)能力。