行動導向下高校工業機器人課程教學研究

許凌

摘要：現代高校為了培養符合行業需求標準的工科人才，需要根據企業工作崗位進行深入分析，了解企業生產運營狀況以及崗位需求。以高校工業機器人課程教學為例，專業要以崗位工作任務為中心，構建出應用性、實踐性較強的工業機器人課程。本文首先分析了高校工業機器人課程教學的現狀，分析了工業機器人課程實施行動導向法教學的具體對策，從而為高校工業機器人課程高效開展提供建議。

關鍵詞：工業機器人;行動導向;課程設計

現階段，中國正處于高速發展的關鍵時期，這使得各個行業都開始出現了升級和轉型。在“中國制造2025”背景下，我國傳統的制造行業無論是在效率還是精密度都很難滿足新時代的要求，而機器人憑借著高精密度以及高工作效率的特征擁有大好的應用前景。機器人參與到工業生產存在著效率高、誤差小、時間短、低成本等諸多優點，因此，機器人生產代替人力勞作是企業發展必然趨勢。在工業機器人不斷發展并且投入到生產實踐中，工業機器人行業暴露出來了一個比較棘手的問題，那就是相關研發、制造領域人才短缺的問題。為此，許多高校為了適應行業的發展，紛紛開設工業機器人課程。

一、工業機器人課程教學現狀

（一）教學方法過于傳統

從現階段高校工業機器人課程教學方法來看，良好的教學方法可以顯著提升課程教學效果。但是通過對高校工業機器人課程教學情況來看，教師在課程教學方法上仍然采用較為傳統的教學方法，即以教師為中心，采取講授式和演授式的方法來為學生們傳授知識。雖然教師在授課的時候會采用多媒體，但也僅僅是為了播放課件，并沒有將現代信息技術的效果真正發揮出來。

（二）教學偏離應用，理論脫離實踐

工業機器人課程相比于其他課程是比較煩瑣的，既需要學生掌握扎實的理論知識，還需要掌握相應的實踐操作技能，這樣學生才可以在畢業之后適應工作崗位的需求。但實際情況是教師在課程內容上為學生們安排了比例較高的理論課程，實踐課程內容相對較少，并不能夠真正滿足學生動手實踐能力培養的需求。目前，企業對于不同類型工業機器人應用、維護以及保養的內容比較關注，因此相關人才需求量比較大。但是目前高校工業機器人課程存在較為明顯的理論與應用脫節的情況，具體表現為教材更新速度慢、實踐型課程課時較少、實訓設備更新速度慢等?？萍嫉陌l展是日新月異的，如果學生的課程只局限于版本比較舊的教材并且沒有機會接觸真實的企業生產，學生的思維模式很容易僵化，對其畢業后從事工作十分不利。

（三）師生互動較少，課堂缺乏活力

目前，高校工業機器人課程教學仍然以教師講、學生聽的模式，這種模式無疑會導致師生之間溝通、互動的機會比較少，進而導致課堂教學缺乏氣氛。學生們的學習熱情、學習效率都比較低?；诖?，教師應該在課堂教學中應該注重師生、生生間的多元化互動，鼓勵學生們積極參與到課堂活動之中，比如項目互動、任務互動等。

（四）缺少過程性評價，學生自我評價能力薄弱

考核是教學非常重要的一個階段。在常規評價中，教師大多數只會通過理論考試這一種方法來評價學生，這種考核方式只能夠考察學生們理論知識掌握程度，但是并不能考察學生的實操技能掌握程度，因此考核結果勢必會存在著一定的片面性。雖然新一輪教育改革，教師開始注重過程性評價，但是也僅僅局限在學生的課堂態度、作業完成情況、學生回答問題情況，這樣的教學評價是沒有辦法凸顯出學生職業能力的。除此之外，學生們的自我評價意識比較弱，不能夠準確了解自己的優勢、劣勢。

二、基于行動導向的工業機器人課程教學研究

（一）課程目標

教師在設置課程教學目標的時候，需要了解企業對于工業機器人人才的需求，然后從企業的角度以及學生的認知特點來確定工業機器人課程目標。工業機器人課程目標應該至少包括以下內容：具有扎實的工業機器人理論知識以及實踐技能;數量掌握工業機器人的安裝、調試、操作、維護、保養等應用技能;具備自主學習、團結協作、深度思考、愛崗敬業的職業素養。

（二）典型工作任務歸納

通過對工業機器人工作崗位的調查以及相關企業技術人員的訪談，了解了企業對于工業機器人工作崗位的需求，并且明確了不同項目所對應的典型工作任務。

比如，在“工業機器人安裝調試”項目中，對應了下列工作任務：1.檢查安裝場地和機器人的運動范圍;2.工業機器人本體的安裝;3.工業機器人控制柜的安裝;4.工業機器人電氣部分的連接;5.簡單編寫各種工作模式下的調試程序。

（三）設計學習任務

為了達到高校工業機器人課程與崗位需求的統一，教師需要結合學生對專業的認知程度以及企業普遍的崗位能力需求，設置循序漸進的課程開展體系。課程體系可以分步驟設置教學任務，筆者設置的課程任務包括以下方面。

任務一：認識工業機器人

首先帶領學生熟知“工業機器人”的概念，即“工業機器人是被廣泛用于工業生產中的多功能機械手以及高靈活度的機器裝置，可以依靠自身控制系統實現工業領域的加工制造項目”;其次利用教室多媒體播放器為學生展示工業機器人的圖片案例以及機器人工作視頻，幫助學生形成對工業機器人的基礎認知。

任務二：工業機器人的整體系統組成、工作原理及基本功能

學生初步認識工業機器人后得知，機器人的初始狀態是比較單一的，其工作程序也比較簡單。例如1961年約瑟夫·恩格爾貝格與喬治·德沃爾利用伺服電機靈感創造了世界上第一臺工業機器人，僅僅用于將汽車零件擺放到傳送帶。21世紀高新技術不斷發展并創新，工業機器人制造系統更加復雜，其功能也更加多樣化。此部分課程可以采用課堂文本知識普及和實訓課程操作相結合的方式，為學生詳細講解工業機器人的系統構成和工作方式。在實訓課程開展過程中可以采用“分組實驗”的方式，爭取每位學生都有上手操作的機會。

任務三：工業機器人機械結構的認識

工業機器人的機械結構是比較復雜的，首先是機械設計部分，需要有整體的設計思路，即：所設計的機器人應用在哪個領域——需要完成哪些工作任務——是否設置拓展任務——繪制機器人圖紙——細化所需要的零件和尺寸——工業機器人組裝。不同工業機械手臂工作內容相當多樣化，其結構也不盡相同，但是大體上工作原理是一致的。對于此部分內容的講解，筆者預留在實驗室實訓教學部分，以實驗室現有的機器人為例展開講解，并舉一反三，深化學生的理解。

任務三：工業機器人電氣部分的認識

目前應用于工業生產領域的機器人基本上都是通過電氣裝置帶動工作。機器人設計制作完成后只是一個沒有動力的軀殼，需要連接PCL機械控制系統進行工作程序設定，啟動電源后機器人才可以進行任務操作。因此電氣部分是學生不可或缺的學習內容。CAD繪圖、可編程控制系統、計算機程序設計、機械組裝等構成了工業機器人課程的整個體系，在課程講解中缺一不可。

（四）創設學習情境

學習情境的設計是課程開發的關鍵環節，創設與企業設備流程一致的學習情境有利于學生更快融入工作氛圍，對學生未來職業能力的培養是相當重要的。高校一線教師將大部分工作精力投入到了課堂理論教學中，在實踐操作課程教學中存在短板。因此筆者建議教師要組織團隊定期走訪企業，參觀并參與工業企業實際生產流程，將真實經驗帶入課堂，對學生的專業知識以及課外見識的增長大有益處。

三、案例展示

行動導向教學的實施流程主要是以項目為載體，并分階段進行課程教學目標設置。將教學計劃貫穿于整個學期的教學體系之中，分步驟有條不紊地進行教學實踐。

（一）設置教學目標

教學目標是保證課程教學順利進行的導向因素，只有教學目標明確才能保證課程講解順利進行。課程教學目標的設定不是憑空想象的，需要教師充分掌握學生的理解與接受能力，將專業的重點與難點進行細分，確保學生能夠透徹理解知識點。

（三）教學過程

1.實訓教學階段

在進行工業機器人焊接實訓教學前，教師必須告知學生本次課程的學習目標，只有目標明確學生才能知道每一階段的任務。其次布置本次項目的具體任務和發放任務書、學習資料、操作手冊等資料，其具體任務為：根據焊接機器人工作站，查閱相關資料，將工作站的每部分結構名稱及功能填入表格。實訓課程開展期間教師可以將學生進行分組，并規定需要完成的任務，以小組計分的方式激勵學生積極完成任務。對于基礎能力比較薄弱的小組，教師可以預留出時間進行專項指導，爭取班級學生都具備相應的實踐操作能力。

2.計劃階段

各小組展示、解讀本組的工作計劃，教師和學生共同討論、分析，找出方案中存在的問題，分析問題將會帶來哪些不良的影響，并提出解決問題的方法，以得出更加科學的實施計劃。教師根據各小組制定的工作計劃，對各小組進行點評。綜合各小組的工作計劃，形成完善的計劃方案并公示，正確引導各小組學生對工作計劃的修改。學生根據師生討論的結果，對本組的工作計劃進一步修改完善。

3.實施階段

學生通過觀察機器人焊接工作站并查閱工作站相關的手冊，確定其結構組成以及各部分的功能并填寫記錄表。

4.評價階段

各小組進行作品展示，學生根據任務完成的情況進行自我評價、小組內組外互評并填寫自評表和互評表。教師根據學生任務完成的情況和任務過程中的表現，進行全面的評價，總結學生存在的問題，并提出改進的方法。

四、結語

通過實踐教學總結發現，當前高校工業機器人教學與企業生產實踐要求存在著很大偏差，主要原因在于，高校教育普遍重視理論而忽視實踐教學，其次在于課程教學內容難以跟隨企業發展步伐，缺乏創新。對于畢業學生而言，會導致其實習期間的工作能力難以適應崗位需求，這對畢業學生的心理打擊是比較大的。本次論文筆者就當前工業機器人課程教學存在的短板進行了系列分析，并結合當前工作形態提出了課程改革建議。高校工業機器人教學方式必須緊隨時代的發展不斷更新，同時，新理論的誕生是反復實踐的結果，高校教師要積極投入一線的工業生產當中，探索一條符合學校與學生實際情況的創新型教學之路。

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