工业机器人工作站仿真课程工学一体化教学实践

苏士超

[摘           要]  随着产业升级和职业教育改革，形成了面向企业面向产业的工学一体化教学模式。该教学模式旨在帮助受教育者更好地适应企业需求。通过工业机器人工作站仿真课程教学实践，探索了工学一体化教学模式在中职学生中的应用。基于培训包式工学一体化思路，围绕工业机器人工作站仿真课程资源建设，探讨“知识、技能、社会能力”等职业能力融入课程资源开发中，以培养学生的职业能力和扩展未来发展空间。

[关    键   词]  工学一体化;教学资源建设;机器人工作站

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                     [文章编号]  2096-0603（2021）02-0228-02

一、引言

近年来，随着国家制造业取得长足的进步，国家推进产业升级，智能制造2025等战略，职业技术的更新换代，明显快于职业教育。职业教育如不能及时调整教学理念、教学模式、教学方法，就不能培养出适应产业升级需求的技能人才。

工学一体化教学模式是一种融合工作和学习的教学模式，旨在让学生“学中做，做中学”。近年来，广泛应用于职业教育。工学一体化的教学模式具有理论与技能相融合，学习与工作两个过程相融合，学生所学、企业所用、教师所教三者融合等特点，在受教育者对所学知识技能及时消化方面具有优势。受到越来越多职业院校的推崇。

机器人工作站是以工业机器人为核心，配套相应周边的设备如输送带、夹具、变位机等。在工业企业中，当新建单台或多台机器人组成的工作站或生产线时，为缩短生产工期，避免返工，节省成本等，需要运用仿真技术对工业机器人工作站系统进行仿真设计。通常工作站仿真主要工作流程包括：工作站外围模型导入、工作站布局、smart组件的创建、工作站逻辑创建、IO信号仿真、轨迹编程。仿真结果可验证项目的可行性。

（一）课程概况

工业机器人工作站仿真课程包含搬运、装配、焊接、打磨、喷涂工作站仿真五个学习任务。学习任务来源于课改小组对厦门周边工业机器人行业企业的调研和专家座谈会产生的企业典型工作任务。

企业熟练的技术人员完成这些典型工作站的仿真设计，平均耗时4～6个小时。由于学生要完成这些工作，需要学习机器人虚拟仿真技术的知识，如机器人示教编程、工作站建模与布局、工作站逻辑设置等，故学习任务的时间设置为26～36学时。课堂按照工学一体化六步法，以学生为主体，自主学习，自主检测，自我总结，在完成工作作品中，完成学习任务。

（二）工学一体化的教学模式

工学一体化的教学模式具有以下几个特点。

1.教学方式：工作与学习结合为一体化。

2.教学模式：采用行动导向法。

3.教学内容：学习任务来源企业典型工作的任务。

4.教学形式：根据任务的不同形式进行多样化教学。

5.教学场所：多区域设置，仿真企业工作室。

6.学习材料：不限于教材，为工作页、作业指导书、企业表单、设备说明书、网络资源、软件帮助栏等。

7.课堂角色：教师提供充足的学习资源，课堂以学生为主，先学会的学生亦可充当辅助教师。学生自我定位为企业的准员工像演员，教师可能是客户可能是企业导师像导演。

8.评价模式：教师、学生、组长三者结合，知识、技能、社会能力结合的多元化评价。注重自我总结和成果展示。

从职业教育的发展来看，工学一体化是职业教育改革的大方向这点是明确的。但工学一体化推行的过程中，仍然有不少阻力，从以上工学一体化的特点看，这一教学模式比传统模式需要更多的教学资源和教学平台。所有问题主要集中在教学平台和教学资源方面。工业机器人应用与维护是一个新专业，受传统教学模式束缚较少，实训平台可按工学一体化进行设置。

二、资源准备

（一）学生学习资源

本课程采用培训包式的工学一体化教学模式，按照企业工作流程设计学习活动，每个学习活动根据鱼骨图产生的目标要求设置学习资源。在这些学习资源的基础上整理出带有引导性问题的工作页。信息化工具如蓝墨云可用于课前微课发布和课后作业、学生作品提交。

1.项目技术规格书是指需方采购的产品、服务、材料必须满足需方生产工艺要求的技术文件，包括验证这些要求得到满足的程序的书面规定。与用户需求书应该是同一概念的技术文件。工业机器人工作站技术规格书包括两部分：第一部分工作站概况，包括工作站的组成、用途等;第二部分工作站技术参数，包括工作站的节拍、负荷、精度、达到能力等技术指标。技术规格书的篇幅通常在1～3页。学生通过技术规格书的撰写，理解工业机器人工作站組成和性能参数。

2.项目技术方案书是工业机器人系统集成商根据技术规格书为用户提供解决方案，是在明确了可以满足用户的产品加工需求后，对项目的细节方面进行设计。方案书完成后经内部审定和客户审定，必要时在方案书的基础上签订技术协议书备忘。工作站项目技术方案通常包括项目概况、设备清单、设备布置图、工艺流程图、横道图（控制项目进度）、验收标准、售后服务、技术资料交付等。项目技术方案书的篇幅通常在10～30页。

3.程序编写规范是企业制度性文件，也称作SOP标准作业指导书。用于对作业流程、作业方法、作业条件加以规范并贯彻执行使之标准化，提高过程质量。标准作业指导书是企业长期技术积累形成的制度性文件。由于工作站仿真主要工作是编程，所以称为程序编写规范。

4.工学一体化教学模式以过程考核为主，但是大班上课，教师难以对每个学生有清晰的了解，所有终结性考核必不可少。工业机器人工作站仿真采用半虚拟的实训设备，和很多实训类课程一样，没办法人手1套设备。故教师考核以分组实操为准，分为两组，一组学生从教师领取考核任务书和评价表进行实训考核;另外一组撰写个人总结，组长做小组总结汇报PPT。个人总结包括对项目的认识、项目实施过程好的方面，存在的不足，对小组和教师的建议。小组总结包括项目完成情况、小组分工和组员贡献度、优点和不足分析、今后如何改进。

（二）教师教学资源

教师教学资源包括教学设计、教案、多媒体课件、微课等。

工学一体化的教学设计是以学习任务为单位进行设计的，它包含一体化课程描述、教学对象分析、知识技能与工作要求、教学活动策划、学习工作站、评价考核等。工学一体化教学设计的核心是知识技能与工作要求分析鱼骨图和教学活动策划表。教学策划具体明确了教学步骤、教学子活动，每个步骤学习的内容和评价方法。

三、教学实践过程的几点思考

（一）学生兴趣方面

技校学生普遍对学习热情不高，学习缺乏目标，热衷于游戏，无心学习。技校学生普遍家境一般，父母忙于生计，对学生没有及时督促，学生从小没有养成良好的习惯。但是他们出生在数字化时代，对新事物和新理念容易接受，追求个性，追求时尚。兴趣是最好的老师，工学一体化教学模式要注重角色扮演、情景模拟等方法的应用，增强课堂趣味性;团队协作、团队竞赛等;作品展示、经验分享等环节，增强学生的成就感。通过几个方面，培养学生的学习兴趣。

（二）资源应用方面

资源包的建设包括教师的教学。在资源应用方面，教师应充分激发学生的主观能动性，鼓励学生自主学习，找到解决问题的办法，自主构建知识体系。教学资源包是基于学习任务建设的，知识相对比较零散，所有传统的教材作为辅助参考书籍仍然必不可少。工学一体化教学模式的资源包具有很强的引导性和知识应用性，但是部分学生基础比较差，自学能力比较差，解决实际问题的能力比较差，必要时直接给案例或模板，或教师示范效果会更好。

（三）教学过程

教学过程中既要考虑工作场景，又要考虑学生学习，在制订计划阶段和组织实施阶段如果没有及时储备知识，导致任务超出学生经验和专业知识，会让学生积极性降低，容易导致两极分化。课堂节奏应考虑学生学习效能，允许学生试错，学生根据自己制订的计划掌控学习的过程。工学一体化教学模式，教师应按学生的经验和兴趣，引导学生参与课堂。引导学生自我管理，小组通過一起讨论工作任务、分配学习任务、协调工作过程、展示成果等学习过程，让学生在团队中成长，体验责任与担当。

四、结语

工学一体化教学模式融合了工、学、考，多样化的教学形式，丰富的学习资源，能够激发学生的学习兴趣。它打破学习与工作的界限，引入工作实际场景的教学模式，更受用人企业的欢迎。学生在课堂学的不只是知识，还有专业技能、职业能力、企业的制度、行业的标准等。实践证明这种模式能够提高职业教育，受教育者的推崇。

参考文献：

[1]温立全，吴继坚.培训包式工学一体化教学模式的探索实践[J].职业教育研究，2013（11）.

[2]邓恒俊，胡蕊，黄凌凌.教学资源包在工学一体化教学中的运用[J].职业，2017（9）.

[3]柴鑫.《照明线路安装与检修》课程工学一体化教学实践[J].科学与财富，2017（18）.

[4]王谷平，王东.浅谈一体化教学工作页开发[J].教育科研，2015（2）.

编辑 曾彦慧