高职《工业机器人应用系统建模》课程改革研究与实践

题园园

广州工程技术职业学院（广东省广州市 510075）

1 引言

在致2015 世界机器人大会贺信中习近平总书记指出，随着信息化、工业化不断融合，以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的一个重要标志，中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域。工业机器人技术专业对应主要就业岗位有：工业机器人系统操作员、工业机器人系统集成应用工程师和机器人系统维护工程师等。为了达成学习目标，本专业教师与机器人生产、系统集成及应用企业共同制定工业机器人应用人才培养目标，结合本专业就业岗位要求，将工业机器人应用系统设计与开发虚拟项目、仿真项目和真实项目融为一体。建设理实一体化实训室、虚拟仿真车间和企业课堂，共同实施课程教学、共同进行教学评价[1-4]。将机器人1+X 职业资格标准融入教学内容，实行双证书制度，构建实施“项目引领、岗位实境”工学结合人才培养模式。

《工业机器人应用系统建模》是工业机器人专业的核心课程，在传统教学过程中教师多是将软件的指令逐一进行讲授，注重知识的完整性、系统性、规范性，教学中教师把自己从课本中“熟化”的知识通过讲解、分析、做练习、练习讲评等方式灌输给学生，学生通过听讲、做笔记、记忆、背诵、理解、做练习、考试等方式来学习。课堂教和学的内容比较机械和死板，多数时间是教师在讲，学生在听，不时穿插一些提问，但对课堂气氛多数没有明显的调节作用，课堂气氛比较沉闷，整个教学过几乎是封闭的[5-7]。对于这种教学方式，教师是主体角色，学生是被动接收知识，教师将大部分精力倾注在如何让学生熟悉和掌握知识，常年累月，学生自主思维、创新思维、独立思维都会遭到扼杀。

综上所述,由于高职人才培养的特点,我院工业机器人应用系统建模课程改革中，根据专业技术领域和职业岗位对工业机器人应用系统建模课程的要求对课程体系与教学内容进行了改革，制作了新的课程标准，融“教、学、做”为一体，将理论与实训融合于若干个项目中在实训室完成集中完成教学，强化了学生职业能力培养，提高了整体的培养质量。

2 课程改革思路

本课程为《工业机器人应用系统建模》，积极对接工业机器人装调岗位职业能力标准，以培养学生机器人工装夹具、工作站模型设计与创建等能力为目标。以就业岗位为导向，以培养工业机器人系统集成能力为目标，结合工业机器人系统应用建模能力目标，从行业应用角度对本课程进行了知识体系构建为课程设计了五个项目。本次课程设计围绕项目四工业机器人搬运码垛工作站建模进行，按照认知规律，设置为建模认知分析、建模设计、装配仿真三个环节，使学生逐步掌握工业机器人系统应用零件设计与装配仿真技能，从而具备工业机器人装调、结构设计和工业机器人工作站设计工程师等岗位的专业技能。

本次授课对象是职业院校工业机器人技术专业的学生，具备一定的二维草图绘制能力和识图能力。但对于机器人零件的三维造型设计、结构设计、运动仿真、产品优化以等方面的能力有待提高。大多数学生偏于“形象思维”的智力类型，喜好研究各种类型机器人结构模型。学生正处于头脑中有初步模型构想，但还没有掌握表达出模型的必要工具和技能，本课程可以让学生建立起“构思到模型”、“模型再激发构思”的重要作用，提升学生创造性思维和三维设计能力。

本课程改革将围绕工业机器人搬运码垛工作站零部件建模与装配的任务，将教学分为三大环节：分别为分析建模认知环节、建模设计环节和装配仿真环节。每个部分包括理论探究和实践应用，其中理论探究是设计基础，包括创建工业机器人应用系统模型的具体步骤，完成工业机器人应用系统模型的装配和仿真的方法技巧；实践应用是目标，以工作过程为导向接收企业工单任务，解决实际设计问题改进设计模型结构，提升技能，形成探中学、用中学，理实一体化的教学模式。根据专业人才培养方案，结合岗位技能要求及学生特点，确定本次课程的教学目标和教学重难点。

表1

课程教学充分利用信息化、网络化手段。教学过程运用双平台结合模式，职教云平台和超星平台为学生提供了优质的网络教学资源。利用网络教学平台，学生可随时使用手机和电脑进行课前课后的学习，拓展了学习的时间与空间。以学生为主体教学理念与多媒体等信息化手段相结合，看中做，做中学，边理论，边实践，夯实基础，强化重点。

从校、企、生三个方面对学生进行综合评价。学校方面，教师对评价数据进行分类汇总；企业方面，根据学生的设计作品是否符合生产工艺要求评分；学生方面，根据自评、互评表进行评分。

3 课程标准及教学内容

《工业机器人应用系统建模》是工业机器人技术专业的核心课程。本课程主要培养学生在工业机器人系统设计与建模等方面的能力，使学生通过课程的学习掌握工业机器人典型应用建模建立、设计、仿真的基本方法。本课程打破了传统的以软件命令构建课程内容的思路，基于工程实践来构建课程体系，根据企业一线具体的工作任务来划分教学专题。

《工业机器人应用系统建模》课程在设计教学思路和理念时，采用基于项目任务驱动的课程教学模式，以工业机器人典型建模案例为载体。依据工业机器人技术专业群对应的岗位群所需的知识和技能水平要求，分析岗位群对应的工作过程，将教学过程与工作过程结合起来，分模块设置整个课程内容，遵循学生认知规律，提高学生专业技能和创新能力。课程对接工业机器人操作调整工职业技能标准，结合工业机器人技术应用系统建模能力目标，对本课程进行了知识体系重构，按照工业机器人典型应用为课程设计了五个项目。根据课程教学内容，安排72 学时教学活动，其中理论学时0，实践学时72。具体教学安排如表2。

表2 教学内容及学时安排

教学内容的设计运用任务驱动法，布置项目建模任务，引导学生抓住机器人结构建模的要点，激发学习兴趣，再顺势提出问题，引导学生进一步使用软件进行建模，探究建模方法，教师演示重点难点等关键部分，帮助学生达成学习目标。这样的方式相对于单纯枯燥的软件演示教学，学生更有兴趣。课程教学坚持以学生为中心，学生发挥主体作用。利用网络教学平台，学生可课前课后的学习，拓展了学习的时间与空间；利用微课、仿真技术等知识，提高学生的学习自主性。

在教学过程中，考虑到内容较为抽象，学生难于理解，对于教学难点借助丰富的信息化手段和资源，辅助学生探究学习，强化重点、易化难点，利用信息化手段及时反馈学生提出的问题，不受时间、距离的影响帮助学生完成学习任务。在学习评价上，信息化手段可进行学生学习行为全过程记录和挖掘分析，便于开展智能评测与反馈是否达到教学目标。教学内容的结构采用了按照工程实践工作任务的来源的性质来划分知识模块，既能培养各个模块的不同的处理设计任务的能力，又能结合实际案例来提高综合运用系统建模的技能，教学内容根据新技术的发展和进步不断更新，进而满足行业、企业对技能型人才的社会需要。

4 教学效果

工业机器人应用系统建模课程现已在我院进行了课程改革实践，实施理论实践教学一体化以来,主要有以下几大优点：

（1）课程中采用了教学CAI 软件，应用虚拟现实技术，交互性好，兼容性强，全面应用到课堂教学，实时交互功能设计，增加了学习的趣味性。

（2）基于虚拟现实技术构建的齿轮油泵虚拟装配系统和立体表达虚拟现实学习系统等资源除了作为课堂教学的有效补充，还被广泛用于工程实训等实践性环节。虚拟现实技术应用充分体现了学习模式和方法手段的创新。交互学习平台有效地帮助和促进学生的自主学习；拓展了传统教学模式，形成了以网络为载体、以支持网上自主学习或虚拟学习为主要特征的多维化教学模式。

（3）各种专题学习网站应用于学生课下研究性、自主性学习过程，取得很好的效果。展现了国家级精品课程建设优势。专题学习网站切实反映了本课程的教学特点和内在规律，以共享、开放和多维化为特色，以校内外师生和社会学习者为共同服务对象，实现基于网络的教学服务与教学管理功能，并通过师资队伍、历史沿革等模块，间接而有效地传达了我们的教学理念和育人思想。

（4）大量制作精美的课程资源素材库，实现了网络资源共享，方便学习者在线观看和下载。

课程从内容、教学方法与手段、教学考核进行了充分的课程改革，课程团队经过对珠江三角洲地区相关行业、企业进行充分调研，认真分析各专业的岗位技能要求，构建基于工程实践、与企业生产一线相适应的课程体系。适应工业机器人技术专业的1+X 证书制度试点要求，对接工业机器人装调职业技能等级标准。以工作过程为导向，教学融入企业，教师深入企业聚焦岗位典型工作任务，及时对接企业新技术新规范，及时更新专业知识，积累实践技能，使学生在校内的学习技能与行业企业无缝对接，提升学生职业能力。