理实一体化在工业机器人课程开发与应用的实践探究

汤波红

【摘 要】本文分析工业机器人课程教学中实施理实一体化教学模式的必要性，论述工业机器人理实一体化课程开发措施，以及工业机器人理实一体化教学模式应用，以促进学生的理论水平和实践能力得到同步提高，从而培养出高素质的应用技能型人才，满足企业发展对人才的需求。

【关键词】工业机器人  理实一体化  课程开发  专业技能

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）09B-0048-02

近年来，我国出现了劳动成本上升、劳动力结构短缺等问题，严重制约了现代制造产业的发展，在这种背景下，工业机器人应运而生。目前，我国在“工业 4.0”“中国制造 2025”等战略的指导下，工业机器人被广泛应用于各类企业的生成制造中，有效地减少了人为因素对产品质量的影响，同时也减弱了人力成本的提升。随着工业机器人的快速发展，相关产业也面临技术改造和转型升级的问题，对工业机器人的开发、安装、运行、操作、维护等专业人才的需求量也随之增加。因此，培养工业机器人专业应用型人才和技术型人才具有广阔的市场前景。但由于工业机器人专业具有极强的实践性，为此，工业机器人专业要实施“理实一体化”教学模式，使学生在学习过程中将理论与实践充分融合，提高学生的职业技能和职业素养，确保专业的育人效率和质量。

一、实施理实一体化教学模式的必要性

理实一体化教学是将理论教学与实践教学相融合的一种教学模式，使学生在实践过程中加深对专业知识的理解和掌握，同时，随着学生对理论知识理解的更加透彻和研究的更加深入，促进学生专业技能提升。理实一体化教学将“教”“学”“做”有机地结合起来，在提高教师综合素养与教学水平的同时，促进学生专业知识体系的优化、实际操作技能和研发水平的提升。

工业机器人专业是一门融合计算机技术、人工智能技术、传感技术、机械工程技术、自动控制技术等多学科领域的新兴专业，其核心课程主要有《现场总线技术及其应用》《机器人机械系统》《机器人控制技术》《工业机器人应用与编程》《工业机器人安装调试与维护》等。该专业面向现代装备制造业行业生产和管理的一线岗位，着重培养能从事工业机器人应用系统开发、操作、调试、安装、运行、维护、售后服务和管理的专业技能型人才。由于工业机器人的设备及应用系统升级换代速度比较快，采用传统理论教学的方式，无法满足工业机器人技术快速发展对专业人才的需求。

二、工业机器人理实一体化课程开发

（一）开发具有特色的校本教材和课程体系

工业机器人专业是一个新兴的专业，因此，要开展理实一体化教学模式，就必须全面优化现有课程教学体系。同时，专业教师要深入企业调研，与企业技术人员及相关专家共同研究工业机器人技术专业的核心岗位能力。然后按照学生学习规律及职业成长规律将课程体系分为三大模块：一是职业素养模块（基本素质模块、专业素质模块）;二是专业能力模块（基本技能模块、核心技能模块、特定技能模块）;三是发展能力模块（专业拓展模块、素质拓展模块）。实践教学环节包括电子技术实训、工业机器人操作与编程实训、工业机器人安装调试与维护实训、工业机器人工作站安装与调试实训等，旨在使学生通过实训与实习，掌握理论知识和熟练技能，促进学生专业能力提升。在确定了课程体系之后，围绕课程体系中的三大模块和实践教学编写新的校本教材，通过整合将工业机器人技能的操作分解到理论知识的学习中，让学生一边学习一边训练。

（二）组建专业的教师团队

在工业机器人专业课程中实施的理实一体化教学模式，对专业教师的理论水平、技能操作水平和职业素养都有较高的要求。为此，学校一方面，可以通过招聘的方式引进优秀师资力量，另一方面可以通过加强专业教师的培训，提高专业教师的专业水平。此外，还可以聘请一些与学校合作的企业的专家负责学生实践教学的指导和对专业教师的技能培训，以提升专业教师技能水平，便于更好地指导学生进行工业机器人学习。

（三）校企共建实训基地

理实一体化教学模式的实施，重点在于开展实践教学。为此，建设实训基地是前提。在实训基地内，根据工業机器人课程体系，为学生配置不同的设备、材料和场地。目前，学校主要打造四个实训基地：机器人技术应用与研发中心、机器人技术培训鉴定中心、工业机器人教学实训中心和青少年科普体验中心。为学生提供工业机器人虚拟与仿真、工业机器人焊接、工业机器人维护与应用等多个实训室。学校可与企业合作共同建设校外的实训基地，进而形成较为完备的实训体系，从而一次性满足学生工业机器人专业学习的需求。

三、工业机器人理实一体化教学模式应用

下面以《工业机器人的搬运与码垛》一课的教学为例，探讨一体化教学模式的具体应用。

（一）教学任务设计

搬运与码垛是工业机器人在企业生产与制造过程中的一个重要应用，在该环节中，运用工业机器人能更大程度地降低工人的劳动强度和提高生产效率。在该课的教学中采用理实一体化的教学模式，将学生作为学习的主体，采用“示教与再现”的方式进行教学。教师在讲授完基本知识后，引导学生在实训环节中解决在教学中出现的问题及工业机器人在搬运与码垛时出现的问题。

（二）教学任务示例

工业机器人在工作过程中需要先对其发出相应的指令，告诉其所需要完成的任务。如图 1 所示，在教学时，教师首先为学生示范操作，通过示教盒登录系统，设定工业机器人运行速度，然后让工业机器人从原点开始搬运工件。当运行到中间点 3 时，调整工件的角度，最后在中间点 4 进行放件。放件结束后，再次上升，到达中间点 6 时，切换双吸盘，然后继续上升。到达中间点 9 的位置时将工件盘摆正，到达 10 点以后放下工件盘，最后回到机械原点等待下一次搬运工件信号的到来。

教师示范结束后，学生按照教师的教学示例独立完成工业机器人搬运工件的操作，并记录下在操作过程中所遇到的编程、操作等问题。最后，教师对学生的实践操作结果进行总结分析。指出学生在操作过程中存在的问题，然后有针对性地引导学生通过互动讨论分析问题出现的原因，及时纠正学生的错误，帮助学生更好地巩固理论知识，提高操作技能。

在教学任务实施的过程中会出现诸多问题，比如学生无法独自完成程序编写、无法正确操作工业机器人、教师所教授的内容超出了学生的能力范围等，从而导致理实一体化教学效率降低。为了避免出现这些问题，教师应在课前充分了解学生的能力水平，将实践操作的内容细化到每一个理论知识点的学习中，化难为易、化繁为简，以利于学生自主完成学习任务。

理实一体化在工业机器人课程中的开发与应用，为学生搭建了一个以培养技能型、应用型人才为目的的课程体系，使学生全面学习和掌握工业机器人的知识与应用，提高分析和解决问题能力、动手能力和科研能力。

【参考文献】

[1]郭宜勇.“理实一体化”教学模式在技工院校的应用探究 ——以工业机器人应用与维护专业为例[J].职业，2016（36）

[2]王 超.高职院校工业机器人课程开发与教学任务设计[J].北京工业职业技术学院学报，2017（16）

[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）