基于典型工作任务的“机器人应用与维护”课程设计与实践

曹鲁辉

摘   要：典型工作任务作为职业工作中的具体工作和典型工作，对于职业教育在指导课程教学中有非常重要的意义。本文主要探讨基于典型工作任务在“机器人应用与维护”专业课程设计与实践中的理念与思路，教学过程的实施，以及课程实施的成效等，希望能提升职业教育专业学科的教学效果。

关键词：典型工作任务;机器人;课程设计;课程实践

1  典型工作任务的内涵、特点和应用

典型工作任务是职业行动中的具体工作领域，它反映职业工作的内容和形式，以及该任务在整个职业中的意义、功能和作用[ 1 ]。

典型工作任务在学习者各个阶段呈现出不同的任务和特点。从初学者到专家，关注的任务会从职业定向性任务、程序性任务、蕴含问题的特殊任务最后到无法预测结果的任务。而典型工作任务的特点也从外部活动指导下的任务、基于规律的系统化行动过渡到知识指导下的行动和理论与经验共同导出的行动。而伴随着这一系列演进变化，知识学习范围也从定向和概括性知识、关联性知识拓展到具体与功能性知识和学科系统化深入知识。

职业教育和专业教育的任务是为青年人走入工作世界奠定基础，也就是说，学习的内容是工作，通过工作实现学习。而我们培养学生的实践知识是敏感的背景情境范式，具有交际性和前瞻性。成功职业学习的条件：明确任务、获取信息、制定计划、作出决策、实施计划、检查控制、评定反馈，其实也是类似于在实施建筑行业中的 PDCA（计划-执行-核查-行动）全过程流程控制的模式，这些正是典型工作任务在实践教学中的应用。

2  课程设置的理念及思路

工业机器人现场编程是基于传感器技术和电气控制技术的机器人专业核心课程。为了适应机器人编程的需要，例如工业机器人应用系统的集成，安装和调试，课程主要讲授机器人的系统构成、示教系统的使用、程序指令等知识，综合运用气动技术、伺服电机驱动、运动与控制等技术，为机器人的基本操作和应用、机器人编程和系统维护开发方法和功能。同时，机器人现场编程也是一门非常实用的课程。熟悉机器人的常用指令及相关参数设置，提高分析和解决问题的能力。

2.1  行业专家指导，校企合作共建课程

充分利用厦门航天思而特机器人技术有限公司的技术和行业优势，建立了一支由校内骨干教师及企业一线机器人应用调试维护工程师共同组成的“机器人应用维护”课程开发团队。骨干教师参与企业生产，充分与一线生产人员交流，获得实际生产经验。

2.2  以学生为中心，强调实践能力

通过重构生产现场的设备为学生提供贴合实际的生产环境。同时充分利用现有立体化资源如教学就业平台，包括学徒宝教学资源，3D模拟生产软件，机器人配套RobotStudio软件，强化学生综合实践动手能力，规范操作流程，强化职业素养，全面提升学习效率和成效。

2.3  以企业现场典型工作环节和工作任务为基础，重构教学内容

教学内容要充分考虑生产实际，以企业生产典型环节为样板，同时推动教学内容企业化、实战化。通过完成企业若干典型工作环节和任务，基本掌握本专业或者本行业的重点知识和技能。教学内容或者课程以典型工作任務和环节为参照，重构实践教学。培养学生学习即生产，典型即重点的理念。

2.4  构建机器人应用与维护专业课程体系

基于专业基础课程，多媒体教学平台是辅助手段，专业学习领域核心课程体系如表 1 所示，专业领域主干课程如表2所示

3  教学环节（流程）的具体实施（以机器人应用与维护为例）

3.1  工作岗位分析

由现场工程师、调试技师等组成实践专家研讨会。实践专家研讨会是一种综合的职业分析方法，基于从“初学者到专家”的专业能力发展的典型工作任务分析。研讨会不是描述工作，而是寻找相应职位的优秀实践专家。选择实践专家范围从优秀技术工人到有丰富实践工作经验的班组长和车间主任。其目的是以典型的工作任务形式描述职业工作，为职业教育课程体系的设计提供实证依据。典型的工作任务可以，全面地描述专业工作，从而确定职业教育的培养目标和课程体系[ 2 ]。

3.2  工作内容分析

机器人分拣与装配是“机器人现场编程”重要的工作内容之一，也是机器人现场应用技术的关键技术。通过“机器人分拣装配”典型任务，掌握一定的信号识别检测编程PLC联调技术，为后续机器人现场安装调试、PLC调试以及柔性加工制造系统奠定基础.

3.3  学情分析

学生需要有一定的电气控制及PLC、机器人基础编程、传感器技术的基础知识。要求学生可以进行机器人的基本编程，能够熟练运用PLC编程联调技术操作。

3.4  教学目标分析

根据机器人专业课程和相关关键岗位特点，结合学生具体情况，制定教学目标。

3.4.1  知识与能力目标

掌握机器人的基本知识，机器人控制、编程等操作技巧，掌握机器人工作站的安装和调试，可以阅读机器人设备的结构安装和电气原理图，可以完成由变频器，PLC和GOT组成的自动控制系统，能够使用机器人工作站的操作和维护的基本功能编写工业机器人程序和调试优化，能够调试、操作和维护机器人工作站周围的自动控制设备。

3.4.2  实践与能效

使学生通过分组协作，自评互评总结等方式优化程序，并通过示教演示检验程序正确优化。通过完成典型的工作任务，培养学生专业能力。

3.4.3  职业道德目标

树立安全第一的意识，严格执行操作规范。培养学生对工作的使命感和责任感，同时坚守职业道德和操作规范，强化职业素养。

3.5  教学方法分析

3.5.1  教学环节的设计

主要采用“交替互动式”的教学模式，强调教师理论与实际一体化，交替实践学习。教师可以采用各种教学方法，如项目教学、任务驱动、网络资源教学平台、小组讨论、情境教学等教学方法，整合到整个教学的实施过程中。

3.5.2  学习方法的指导

通过观看视频，熟悉流程图、子任务子程序和其他学习活动，学生之间形成紧密的团队协作学习模式，教师起引导作用。教师更好地渗透到课堂教学中指导。

3.6  教学媒体、资源和环境分析

包括PLC集成学习室，气动和液压综合训练室，机器人综合训练室，机器人离线编程培训室，学徒宝等教学就业平台。

3.7  教学环节的实施

3.7.1  教学准备和情境导入

教师准备机器人PCB异形插件安装视频，同时根据典型项目要求，制作项目任务书。教学设计的目的是以任务书的形式介绍，以便学生提前仔细查阅任务书要求，避免被动学习，实现团队整体准备的目标。教师提醒学生注意以下三点：（1）分拣装配动作流程;（2）PLC如何联调;（3）触摸屏如何与PLC通讯。教师打乱电子PCB异形片的顺序，由各小组独立操作。

3.7.2  提供指导

教师指导学生到学徒宝资源平台中查找所需的信息和知识，播放分拣装配的动画视频，并进行小结。学生根据任务书中的要求去查找、自学所需的信息和知识。

3.7.3  制定计划

教师引导学生采用“任务驱动”的方法来开发“机器人应用和维护”的基本步骤。具体操作如下：（1）教师提出任务并向学生提供相关材料，利用动画和视频资源激发学生积极工作;（2）学生必须精通操作和记忆操作过程。

3.7.4  计划决策

教学设计的目的是通过教师的计划阐明任务要求和过程。重点是培养学生规范操作，用手和大脑的能力。通过示范教学法，指导学生操作要领，一方面能使学生明确任务明细，提高专业技术水平;另一方面，学生也接受培训，严格遵守操作程序，并制定严谨的逻辑判断。

3.7.5  实施计划

依据计划，分组分步骤实施计划细则。首先对学生分组，明确各小组成员角色任务，其次根据制定的操作规范流程，对任务进行分解。最后各个成员完成各自任务。

3.7.6  检查核实

教师指导各个小组自检、小组互检，并对各个小组实施完成情况、规范执行情况进行任务检查。该设计的主要目的是通过学生自检互检，了解和熟悉操作全过程，找出问题产生的原因以及改进的措施，以便及时整改。

3.7.7  评价反馈

教师采用过程性评价和评分细则表格式评价，再次强化学生规范操作实施的重要性。这项设计的目的是通过自检互检，使学生之间可以相互学习、相互促进、明确自己的不足，为下一步练习奠定基础。

4  课程实施的成效

基于典型的工作任务，“机器人应用与维护”相对于传统实践教学有比较突出的特点，通过实践达到了以下成效：（1）通过分析关键典型工作环节，强化职业能力，重组了“机器人应用与维护”课程架构;（2）在分析典型任务的基础上，加强能力培养，实践“示范、学习、运行”的综合教学模式;（3）将“学习任务”与“工作任務”相结合，有效整合平台学习教学资源;（4）整合专业标准，建立综合评价体系;（5）基于工作能力设计“机器人应用与维护”课程的内容结构，实现学生专业能力的培养。

参考文献：

[1]邹亚强，史庭足.基于典型工作任务的“汽车故障诊断技术”课程设计与实施[J].职教通讯，2013（9）.

[2]杨兰，王谦.工学结合一体化课程开发探讨[J].科技风，2010（12）：25.