工业机器人课程教学设计——以工业机器人自动线装配与维护课程为例

工业机器人课程教学设计——以工业机器人自动线装配与维护课程为例

程鹏

重庆交通职业学院  重庆市  400712

摘要：新一轮科技革命和产业变革已经到来，在制造业智能化转型升级的大背景下，培养符合智能制造产业需求的工业机器人技术人才已成为高职教育改革的当务之急。工业机器人技术是一门包括工程数学、机械、电气、电子、自动化、传感器、计算机和通信技术等多技术领域的新型学科，其知识范围广、理论知识抽象、技能训练难度高，对教学提出了挑战。想要达到理想的教学效果，需要教师对专业的人才培养目标以及专业课程的整体定位、教学理念、具体课程的教学内容、考核评价有较为深刻的理解，并且依据学校现有的教学条件进行合理的教学设计。本文以工业机器人技术专业的工业机器人自动线装配与维护课程为例进行教学设计。

关键词：工业机器人；自动线；装配

一、课程定位与学情分析

（一）学生前置课程基础较为薄弱

在学习本课程前，学生需要学习较多的前置课程进行积累，专业课学科交叉性强，知识覆盖范围广，理论复杂，高职学生学习难度较大，而且很多学生到了大三，前面大一学过的知识（如工程数学、电工技术）很多都已忘记了，理论基础不够扎实，又进一步加深了理解课程的难度。学生感觉课程难度大，影响学习兴趣，从而学习动力不足，产生怠学情绪。需要通过教学设计帮助学生回忆前置知识、降低课程的理解难度，激发学生学习兴趣。

（二）学生理实脱节，知识不懂应用，实操不知原理

在教学过程中，学生常常处于“被动学习”的状态，讲解的理论知识只是“记住了”，而不能够应用在实际的问题上，对于课上讲授的实操技能也仅仅是“照着做”，而不能够理解为什么要这么做。这种学生“被动学会”的状态往往会造成教师认为自己“教懂了”，学生也认为自己“学会了”，但是当学生面对新的问题，需要独自分析解决时就显露了问题。学生的似懂非懂会导致其毕业后难以达到企业要求，影响学生的长期发展。需要通过教学设计锻炼学生理论联系实际、独立分析并解决问题的能力，将学生的被动学习状态转变为“主动学习”。

（三）学生操作不规范，设备风险大

工业机器人的操作必须严格按照相关规定进行，但是教师在有限的课时中难以对所有学生都做到足够的培训，由于学生对设备的熟悉程度不够，在实训过程中时常会由于人为操作不当而使设备出现各种故障或是不同程度的损坏。工业机器人设备价格昂贵，数量有限，设备故障又无法保证每一次都能及时维修，间接影响教学进度[4]。这需要通过教学设计规范学生操作，降低设备风险，同时充分利用信息化教学手段，降低教学对设备的依赖。

二、教学设计思路

（一）项目认知

项目认知环节主要通过播放视频动画、情境互动等方式向学生展示工业机器人在某工程项目上的实际应用，并向学生布置项目任务。学生在本环节可以了解项目内容在行业中的实际应用，相关技能适应于何种职业岗位。该教学环节可以有效地激发学生的学习兴趣，同时达到创设情境、布置项目、确定任务与问题的教学目的。

（二）知识研讨

知识研讨环节采用学生小组讨论为主、教师讲解演示为辅的方式来设计项目任务的解决方案，其中教师讲解演示的相关内容主要结合思政、专创、考证、行业标准等方面的内容，以引导为主。该教学环节可以有效地锻炼学生通过思考和利用已有的知识解决未知问题的能力，提高学生的表达能力，达到让学生自主学习的教学目标。

（三）实训活动

实训活动环节是在教师的监管下，学生按照任务的解决方案进行分工协作，具体作业包括机器人夹具设计、机械三维建模、机器人系统仿真设计、机械加工与装配、电气系统拆装与调试、撰写实训报告、小组方案修正讨论等多种形式。该教学环节可以锻炼学生项目协作能力及利用所学的知识和创新性思维解决实际项目问题的能力，达到让学生知行合一的教学目标。

（四）质量管理评价

质量管理评价是对教师教学质量与学生学习效果的评价环节，由过程评价与总体评价两部分加权构成。过程评价部分包括个人自评、小组成员互评与教师考评（情境对话）；客观部分以考试、实训报告、项目成果交付（企业评价）和项目答辩等方式进行考核。

三、教学实施

（一）教学实施方法

教学实施整体分为“课前、课中、课后”三个阶段。

在课前，教师将与课程相关的视频、案例资料、PPT、网络资源、课前作业等信息资源通过课程群发布给全体学生。学生在线上自学并完成课前作业。课前作业由客观题构成，学生在线上提交课前作业后系统会自行统计学生的回答情况，课前作业主要是用来督促学生学习并摸底学生知识掌握情况。

在课中，教师采用创建情境、任务驱动、行动导向的教学策略，将项目进行简要说明，将学生进行分组并布置任务，任务中包含了需要学生掌握的知识或技能模块（由于教学项目普遍涉及工业机器人机械电气结构、系统布局、功能设计及离线编程仿真等较多方面的知识，故将项目按照不同的知识或技能模块分成不同的子任务进行教学活动可以达到较好的教学效果）。学生小组在完成项目和任务的过程中会遇到提前设置的需要掌握的知识终点以及需要攻克的技能难点。利用这些问题点，教师可以在课中引导学生小组按照“信息收集—计划—决策—实施—检验—评估”六步完成自主学习和协作学习过程。

（二）具体教学过程

以本课程的项目1任务3为例。教师课前在课程群向学生提供工业机器人进行激光切割作业的相关图片和视频，以及Solidworks和RobotStudio的复习资料（学生在前序课程中已经学习过软件的使用），并在线上测试学生是否能够回答激光切割作业中的工艺要求问题。

在课中，首先对工业机器人激光切割项目进行介绍，然后向学生展示平面路径离线规划的项目任务、给学生分组并分发活页讲义（讲义的主要作用是给学生提供完成项目任务的相关线索）。学生听取项目介绍后，在教师的引导下分组讨论，学习讲义，制定解决方案，分工协作（三维建模、程序调试和撰写报告），并形成项目成果（仿真效果）；最后通过成果展示和项目评价来检验和评估学习过程。

课后教师将课后作业和拓展任务（曲面路径离线规划）上传至课程群，批改作业，完成该项目任务的教学过程。

结束语

本文从课程定位、设计思路、教学内容、实施方法、考核评价五方面完成了工业机器人自动线装配与维护课程的教学设计。通过分析课程特点、结合学生的理论基础、基于工业机器人的实际工程应用场景、设计教学项目载体、利用行动导向教学法解决了本课程“为什么学、学什么、怎么学”的问题。在实践教学中，学生通过本课程的学习与训练，较好地锻炼了工业机器人自动线装配与维护的相关技能，达到了让学生自主学习、协作学习的教学目标，学生在建构知识网络的过程中，自学能力、操作技能和综合素质都得到了大幅度提升，说明该教学设计取得了较好的课程效果。

参考文献

[1]蔡泽寰，肖兆武，蔡保.高职制造类专业人才培养要素优化探析——基于“中国制造2025”视域[J].中国高教研究，2017(2):106-110.

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[3]牛祥永.高职“工业机器人安装与调试”课程开发和实践[J].职业教育研究，2014(4):86-90.

[4]汪甜.高职院校工业机器人工作站综合实训课程的教学研究[J].发明与创新（职业教育），2019(5):37.

[5]叶晖，管小清.工业机器人实操与应用技巧（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2018.