工业机器人创新实践教学探索

□ 武汉 余秋月

创新二字分别蕴含着各自的内涵：新意味着始，也就是说造就的这个事物是前所未有的、全新的；另一个创意味着变，即是对某种事物进行的变革与再创造，这说明所创造的新事物（创新）是有所依托的，不是凭空而起的。创新能力是指一种遵循事物发展规律前提下，进行事物变革的能力。所以说创新不是随意构想的，不是天马行空的，而是一种有理可依的，有迹可循的造就新事物。

2015年我国提出“中国制造2025”，其以“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、以人为本”为基本方针。2018年，习近平在济南考察浪潮集团高端容错计算机生产基地时指出“发展是第一要务，人才是第一资源，创新是第一动力”。可见，创新是当代社会发展的重要推动力。因此，在高校教育教学探索过程中，学生创新意识、实践动手能力的培养，已经成为当前教学的核心目标。

工业机器人实践教学是工业机器人理论技术的重要环节，是工业机器人专业的必要基础课程。该课程的教学质量从侧面反映了该专业的教学水平。为了响应市场对工业机器人复合型人才的需求，我院开展工业机器人专业，并开设了工业机器人实践教学课程。本文结合目前我国机器人实践教学的现状，以及学校现有的实验设备，对该课程的实验教学进行创新型探索。

一、教学现状分析

1.机器人实践教学的重要性。“中国智能制造2025”的提出，使得机器人的应用越来越受到关注。随着科技的快速发展，工业机器人逐渐在多种行业从事生产应用，开始了制造业的转型与升级，从而出现了机器人替代人的热潮。由于工业机器人进行工业生产不仅降低成本，还具有显著提高生产效率、提高良品率、保证产品品质、增强生产柔性等优势，导致越来越多传统岗位逐渐被机器人代替。但与此同时，一些新型岗位（如全国机器人电气工程师、全国机械工程师、全国PLC工程师、全国售前工程师、机器人系统集成工程师、全国机器人应用工程师、全国机器人硬件工程师等）由此而生，使得工业机器人复合性人才供不应求。因此，高校应该高度重视工业机器人人才的培养，加强学生的实践动手能力和自主创新能力。目前，我国工业机器人实践教学还处于初级阶段，人才的培养方案还在探索。

2.当前教学内容的不足。当前工业机器人的实践教学还处于初级教学，教学内容较为基础。主要是以串联型六轴机器人系统为主要教学工具，从串联六轴机器人系统的基本组成，认识工业机器人的组成部分以及常用机器人系统的基本构成；从六轴机器人的本体结构、示教器的使用，了解机器人的关键参数和基本手动操作；从工业机器人基本指令的练习，完成基础指令验证。这样传统的验证性实践教学内容对于工业机器人的学习来说，其设计较为简单，且单一，不具有系统性。学生通过做这样的一些参数验证、指令验证实验，往往会因其实验内容过于简单机械而丧失学习动力。学生无法在这样的实践教学中体会到所学理论知识的实用性，会对这样的学习提出质疑，从而导致学生出现厌学的状态。

3.当前教学方法的不足。目前，工业机器人实验教学方法还比较传统，主要是以教师操作作为课堂主体，学生复制练习为课堂手段，即实验教师针对实验课程内容的安排，首先对相关理论知识进行回顾，然后分析该节课的课程内容并向学生演示本节课课程内容的具体操作，最后，学生按照老师的演示自行进行课程内容的练习与复制。这样的教学方法虽然降低了学生学习的难度，让学生更容易完成实验教学内容，但是也大大降低了学生学习的主动性，属于一种灌输性学习。在这样的复制教学方法下，学生开始养成对教师的依赖性，以及学习上的懒惰性，慢慢失去主动进行理论知识的复习习惯。很多学生开始觉得在上课时只需用手机拍下教师的演示过程就可以轻松完成实验内容，降低了学生的思考能力，导致学生经常出现知识仅于当节课堂上掌握，下课后就遗忘的问题。而且这种传统实验教学方法还导致学生只是机械的复制了该课堂内容，无法将知识灵活变通。

4.当前实验考核的不重视。当前实验考核在课程教学中往往不受到重视，重理论轻实践的思想在教育体系中还是存在，特别表现在实验考核部分。①考核机制上：部分课程考核机制会按照理论课程成绩、实验课程成绩以及学生平时表现成绩作为考核标准，这样的考核标准中实验课程成绩占比率通常不超过30%。有的课程考核中直接将实验考核划入平时表现成绩中，有的甚至直接取消。这样的考核机制的设置，让学生觉得实验课程学习的好坏并不会对他的课程成绩有影响，从而导致学生忽视实验教学的重要性。②考核形式上：目前实验课程的考核形式以实验报告书写为主，教师通过学生书写的实验报告给学生实验成绩，由于实验报告通常是让学生自己在课堂外完成，所以其并不能真实反映出学生的实验水平。这也是导致学生不重视实验实践教学的原因之一。

二、实验教学内容上的探索

1.基础性实验教学。基础性实验教学是在传统验证性实验的基础上，对学生理论知识进行引导式复习，更多地让学生熟练掌握工业机器人基本常用知识点。基础性实验教学内容具体如下：①走进工业机器人：让学生对工业机器人系统有一定的认识，并结合理论知识，掌握机器人的基本结构和基本性能。②工业机器人手动操作：结合理论课知识和现有实验设备，掌握工业机器人基坐标、关节坐标、工具坐标、用户坐标的定义和使用，熟悉工业机器人设备的基本操作，熟练手动控制机器人的运动。③工业机器人基本运动指令：熟练掌握工业机器人编程操作过程，深入理解基本运动指令的含义、变量设置、用法、区别。④工业机器人IO指令：熟练掌握工业机器人IO口设置，深入理解IO指令的含义与用法。

2.综合型实验教学。综合型实验教学是在基础性教学基础上进一步深入，通过典型的工业应用案例工艺分析，让学生自主运用基础性实验教学的知识点完成程序设计；然后，教师通过学生完成任务的结果，对典型工业机器人应用设计进行针对性的补充。下面为综合型实验设计的典型应用教学内容：①结合实际焊接要求的工业机器人绘图设计：以绘图练习模拟实际生产过程中的工业机器人焊接技术，理解焊接工艺要求，设计焊接方案，熟练掌握几种典型图形的焊接。②结合实际码垛要求的工业机器人搬运设计：了解实际搬运的工件尺寸以及搬运环境，利用实验室现有工件模拟典型环境下的工业机器人码垛。③创新型实验教学。创新型实验教学是指学生根据实验室所提供的所有设备，以及前面所学的知识，自主设计一种工业机器人应用场景，并说明理由。通过这样创新型实验教学内容的设计，给学生提供更多的自主学习空间。

三、实验教学方法上的探索

1.建立轮班制小组长模式。在实验教学过程中，允许学生四人自由组合成项目小组。教师仅提供基础的实践教学讲解和部分项目设计思路，学生各组成员根据项目自行分配任务，并轮流承担不同项目的负责小组长，并登记在册。该教学方法至少具有以下优点：一是教师更多地放手，让学生自主讨论、自主学习、相互督促学习，掌握工业机器人实验操作的关键技术；二是让每个学生都有担任负责人的机会，发现学生的团队领导能力和协作能力，并且有助于学生自主学习的激励，培养学生的责任感。

2.设立答疑环节。毕竟学生所掌握的知识程度是有限的，在自主学习过程中，必定会出现一些问题，因此教师必须主动参与到各小组的学习中去，给予学生适当的引导和答疑解惑。在每次项目课时结束前的30分钟，各组组长将其负责的项目向全班同学进行简单讲解，列出实验过程中遇到的各种问题，其他组员进行内容补充。教师在此过程中需对讲解内容进行指导，并对问题进行解答，并及时记录学生学习情况，用于后期考核部分内容。

四、实验考核方式上的探索

教师要从根本上重视实践教学，扩大实践教学考核在改课程上的考核百分比，从而引起学生对实验教学的关注；然后，要从考核方式上进行改革，变传统的实验报告书写评分为随堂实验测试环节。变单一报告评分机制为多种方式评分机制，即以平时课堂表现和随堂测试两个环节作为评分标准，课堂表现包含基础操作、领导能力、协作能力以及团队贡献率。通过这样的考核机制设置，增加学生学习的紧迫感，激励学生主动学习，主动帮助他人学习，并能够更加准确地反映出学生的综合学习水平。

本文对工业机器人实践教学进行了探讨和实践，主要针对现有教学现状、教学内容、教学方法以及考核方式上的不足进行了分析与探索，提出了具有综合性、创新性与系统性的实验教学方案。并经过实际的实验教学进行了验证，表明了该教学思路的可行性，增强了学生自主创新的能力，激发了他们团队领导、团队协作、团队互助的能力，锻炼了他们发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高了他们运用知识，创新应用的能力，让他们在今后的实践过程中能高效灵活地运用所学知识，成为具有专业素养的工业机器人人才。［武汉外语外事职业学院院级教学研究项目：工业机器人课程实践教学体系改革与研究（2018WYYBJY032）］