行动导向下高校工业机器人课程教学研究

许凌

摘要：现代高校为了培养符合行业需求标准的工科人才，需要根据企业工作岗位进行深入分析，了解企业生产运营状况以及岗位需求。以高校工业机器人课程教学为例，专业要以岗位工作任务为中心，构建出应用性、实践性较强的工业机器人课程。本文首先分析了高校工业机器人课程教学的现状，分析了工业机器人课程实施行动导向法教学的具体对策，从而为高校工业机器人课程高效开展提供建议。

关键词：工业机器人;行动导向;课程设计

现阶段，中国正处于高速发展的关键时期，这使得各个行业都开始出现了升级和转型。在“中国制造2025”背景下，我国传统的制造行业无论是在效率还是精密度都很难满足新时代的要求，而机器人凭借着高精密度以及高工作效率的特征拥有大好的应用前景。机器人参与到工业生产存在着效率高、误差小、时间短、低成本等诸多优点，因此，机器人生产代替人力劳作是企业发展必然趋势。在工业机器人不断发展并且投入到生产实践中，工业机器人行业暴露出来了一个比较棘手的问题，那就是相关研发、制造领域人才短缺的问题。为此，许多高校为了适应行业的发展，纷纷开设工业机器人课程。

一、工业机器人课程教学现状

（一）教学方法过于传统

从现阶段高校工业机器人课程教学方法来看，良好的教学方法可以显著提升课程教学效果。但是通过对高校工业机器人课程教学情况来看，教师在课程教学方法上仍然采用较为传统的教学方法，即以教师为中心，采取讲授式和演授式的方法来为学生们传授知识。虽然教师在授课的时候会采用多媒体，但也仅仅是为了播放课件，并没有将现代信息技术的效果真正發挥出来。

（二）教学偏离应用，理论脱离实践

工业机器人课程相比于其他课程是比较烦琐的，既需要学生掌握扎实的理论知识，还需要掌握相应的实践操作技能，这样学生才可以在毕业之后适应工作岗位的需求。但实际情况是教师在课程内容上为学生们安排了比例较高的理论课程，实践课程内容相对较少，并不能够真正满足学生动手实践能力培养的需求。目前，企业对于不同类型工业机器人应用、维护以及保养的内容比较关注，因此相关人才需求量比较大。但是目前高校工业机器人课程存在较为明显的理论与应用脱节的情况，具体表现为教材更新速度慢、实践型课程课时较少、实训设备更新速度慢等。科技的发展是日新月异的，如果学生的课程只局限于版本比较旧的教材并且没有机会接触真实的企业生产，学生的思维模式很容易僵化，对其毕业后从事工作十分不利。

（三）师生互动较少，课堂缺乏活力

目前，高校工业机器人课程教学仍然以教师讲、学生听的模式，这种模式无疑会导致师生之间沟通、互动的机会比较少，进而导致课堂教学缺乏气氛。学生们的学习热情、学习效率都比较低。基于此，教师应该在课堂教学中应该注重师生、生生间的多元化互动，鼓励学生们积极参与到课堂活动之中，比如项目互动、任务互动等。

（四）缺少过程性评价，学生自我评价能力薄弱

考核是教学非常重要的一个阶段。在常规评价中，教师大多数只会通过理论考试这一种方法来评价学生，这种考核方式只能够考察学生们理论知识掌握程度，但是并不能考察学生的实操技能掌握程度，因此考核结果势必会存在着一定的片面性。虽然新一轮教育改革，教师开始注重过程性评价，但是也仅仅局限在学生的课堂态度、作业完成情况、学生回答问题情况，这样的教学评价是没有办法凸显出学生职业能力的。除此之外，学生们的自我评价意识比较弱，不能够准确了解自己的优势、劣势。

二、基于行动导向的工业机器人课程教学研究

（一）课程目标

教师在设置课程教学目标的时候，需要了解企业对于工业机器人人才的需求，然后从企业的角度以及学生的认知特点来确定工业机器人课程目标。工业机器人课程目标应该至少包括以下内容：具有扎实的工业机器人理论知识以及实践技能;数量掌握工业机器人的安装、调试、操作、维护、保养等应用技能;具备自主学习、团结协作、深度思考、爱岗敬业的职业素养。

（二）典型工作任务归纳

通过对工业机器人工作岗位的调查以及相关企业技术人员的访谈，了解了企业对于工业机器人工作岗位的需求，并且明确了不同项目所对应的典型工作任务。

比如，在“工业机器人安装调试”项目中，对应了下列工作任务：1.检查安装场地和机器人的运动范围;2.工业机器人本体的安装;3.工业机器人控制柜的安装;4.工业机器人电气部分的连接;5.简单编写各种工作模式下的调试程序。

（三）设计学习任务

为了达到高校工业机器人课程与岗位需求的统一，教师需要结合学生对专业的认知程度以及企业普遍的岗位能力需求，设置循序渐进的课程开展体系。课程体系可以分步骤设置教学任务，笔者设置的课程任务包括以下方面。

任务一：认识工业机器人

首先带领学生熟知“工业机器人”的概念，即“工业机器人是被广泛用于工业生产中的多功能机械手以及高灵活度的机器装置，可以依靠自身控制系统实现工业领域的加工制造项目”;其次利用教室多媒体播放器为学生展示工业机器人的图片案例以及机器人工作视频，帮助学生形成对工业机器人的基础认知。

任务二：工业机器人的整体系统组成、工作原理及基本功能

学生初步认识工业机器人后得知，机器人的初始状态是比较单一的，其工作程序也比较简单。例如1961年约瑟夫·恩格尔贝格与乔治·德沃尔利用伺服电机灵感创造了世界上第一台工业机器人，仅仅用于将汽车零件摆放到传送带。21世纪高新技术不断发展并创新，工业机器人制造系统更加复杂，其功能也更加多样化。此部分课程可以采用课堂文本知识普及和实训课程操作相结合的方式，为学生详细讲解工业机器人的系统构成和工作方式。在实训课程开展过程中可以采用“分组实验”的方式，争取每位学生都有上手操作的机会。

任务三：工业机器人机械结构的认识

工业机器人的机械结构是比较复杂的，首先是机械设计部分，需要有整体的设计思路，即：所设计的机器人应用在哪个领域——需要完成哪些工作任务——是否设置拓展任务——绘制机器人图纸——细化所需要的零件和尺寸——工业机器人组装。不同工业机械手臂工作内容相当多样化，其结构也不尽相同，但是大体上工作原理是一致的。对于此部分内容的讲解，笔者预留在实验室实训教学部分，以实验室现有的机器人为例展开讲解，并举一反三，深化学生的理解。

任务三：工业机器人电气部分的认识

目前应用于工业生产领域的机器人基本上都是通过电气装置带动工作。机器人设计制作完成后只是一个没有动力的躯壳，需要连接PCL机械控制系统进行工作程序设定，启动电源后机器人才可以进行任务操作。因此电气部分是学生不可或缺的学习内容。CAD绘图、可编程控制系统、计算机程序设计、机械组装等构成了工业机器人课程的整个体系，在课程讲解中缺一不可。

（四）创设学习情境

学习情境的设计是课程开发的关键环节，创设与企业设备流程一致的学习情境有利于学生更快融入工作氛围，对学生未来职业能力的培养是相当重要的。高校一线教师将大部分工作精力投入到了课堂理论教学中，在实践操作课程教学中存在短板。因此笔者建议教师要组织团队定期走访企业，参观并参与工业企业实际生产流程，将真实经验带入课堂，对学生的专业知识以及课外见识的增长大有益处。

三、案例展示

行动导向教学的实施流程主要是以项目为载体，并分阶段进行课程教学目标设置。将教学计划贯穿于整个学期的教学体系之中，分步骤有条不紊地进行教学实践。

（一）设置教学目标

教学目标是保证课程教学顺利进行的导向因素，只有教学目标明确才能保证课程讲解顺利进行。课程教学目标的设定不是凭空想象的，需要教师充分掌握学生的理解与接受能力，将专业的重点与难点进行细分，确保学生能够透彻理解知识点。

（三）教学过程

1.实训教学阶段

在进行工業机器人焊接实训教学前，教师必须告知学生本次课程的学习目标，只有目标明确学生才能知道每一阶段的任务。其次布置本次项目的具体任务和发放任务书、学习资料、操作手册等资料，其具体任务为：根据焊接机器人工作站，查阅相关资料，将工作站的每部分结构名称及功能填入表格。实训课程开展期间教师可以将学生进行分组，并规定需要完成的任务，以小组计分的方式激励学生积极完成任务。对于基础能力比较薄弱的小组，教师可以预留出时间进行专项指导，争取班级学生都具备相应的实践操作能力。

2.计划阶段

各小组展示、解读本组的工作计划，教师和学生共同讨论、分析，找出方案中存在的问题，分析问题将会带来哪些不良的影响，并提出解决问题的方法，以得出更加科学的实施计划。教师根据各小组制定的工作计划，对各小组进行点评。综合各小组的工作计划，形成完善的计划方案并公示，正确引导各小组学生对工作计划的修改。学生根据师生讨论的结果，对本组的工作计划进一步修改完善。

3.实施阶段

学生通过观察机器人焊接工作站并查阅工作站相关的手册，确定其结构组成以及各部分的功能并填写记录表。

4.评价阶段

各小组进行作品展示，学生根据任务完成的情况进行自我评价、小组内组外互评并填写自评表和互评表。教师根据学生任务完成的情况和任务过程中的表现，进行全面的评价，总结学生存在的问题，并提出改进的方法。

四、结语

通过实践教学总结发现，当前高校工业机器人教学与企业生产实践要求存在着很大偏差，主要原因在于，高校教育普遍重视理论而忽视实践教学，其次在于课程教学内容难以跟随企业发展步伐，缺乏创新。对于毕业学生而言，会导致其实习期间的工作能力难以适应岗位需求，这对毕业学生的心理打击是比较大的。本次论文笔者就当前工业机器人课程教学存在的短板进行了系列分析，并结合当前工作形态提出了课程改革建议。高校工业机器人教学方式必须紧随时代的发展不断更新，同时，新理论的诞生是反复实践的结果，高校教师要积极投入一线的工业生产当中，探索一条符合学校与学生实际情况的创新型教学之路。

参考文献：

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