新工科下“工业机器人技术与应用”课程项目化教学模式探索与实践

摘要：在新工科背景下，探索了“工业机器人技术与应用”课程的项目化教学模式。通过重构传统学科体系，以任务为核心，将学科知识和技能整合到任务情境中，设计了6个具体的学习情境，从基础到复杂逐步展开，以满足学生不同阶段的学习需求。课程以仿真和实操相结合的方式将任务情境与实践操作相结合，促进学生的学习兴趣和实践能力。在课程实施过程中，学生通过探索和实践不同的学习情境逐步提升对“工业机器人技术与应用”的理解和掌握，并培养团队合作精神和实践能力。最后，通过多种评价方式，对学生进行考核，以全面考察学生在工业机器人技术与应用领域的综合能力。

关键词：新工科工业机器人技术与应用项目化教学学科重构

ExplorationandPracticeofProject-BasedTeachingModefor“IndustrialRobotTechnologyandApplication”CourseUnderNewEngineering

ZHAOXu1YINJun2

1.HainanVocationalUniversityofScienceandTechnology，HaikouCity，HainanProvince，571126China;2.ZhejiangHangdaTechnologyDevelopmentCo.，Ltd.，HangzhouCity，ZhejiangProvince，310000China

Abstract：UnderthebackgroundofNewEngineering，theproject-basedteachingmodefor“IndustrialRobotTechnologyandApplication”coursehasbeenexplored.Byreconstructingthetraditionaldisciplinarysystemwithtasksasthecore，integratingdisciplinaryknowledgeandskillsintotaskcontexts，sixspecificlearningscenariosaredesigned，graduallyexpandingfrombasictocomplextomeetthelearningneedsofstudentsatdifferentstages.Thecoursecombinestaskscenarioswithpracticaloperationsthroughacombinationofsimulationandhands-onexperience，tostimulatestudents'interestinlearningandpracticalabilities.Duringthecourseimplementation，studentsgraduallyenhancetheirunderstandingandmasteryof“IndustrialRobotTechnologyandApplication”throughexploringandpracticingindifferentlearningscenarios，whilefosteringteamworkspiritandpracticalabilities.Finally，studentsarecomprehensivelyassessedthroughvariousevaluationmethodstocomprehensivelyevaluatetheircomprehensiveabilitiesinthefieldofindustrialrobottechnologyandapplications.

KeyWords：NewEngineering;IndustrialRobotTechnologyandApplication;Project-basedteaching;Disciplinereconstruction

随着新工科理念的兴起和工业4.0时代的到来，工业机器人技术作为先进制造业的重要组成部分，已经成为推动现代工业发展的关键力量之一[1]。截至2020年，全国已经超过700所高职院校成功申报了工业机器人技术专业[2]。在这样的背景下，“工业机器人技术与应用”课程的开设和教学模式的创新显得尤为重要。

随着科技的迅猛发展，工业机器人技术的应用领域日益拓展，不仅在传统制造业中有着广泛应用，而且在新兴领域如服务业、医疗保健、农业等也逐渐发挥着重要作用，因此，培养学生对工业机器人技术的理解和掌握已经成为现代工程教育中不可或缺的一环。然而，传统的课堂教学模式往往难以满足学生的实践需求和职业发展的要求[3]。因此，将“工业机器人技术与应用”课程引入项目化教学模式，有助于激发学生的学习兴趣、提高其动手能力和解决实际问题的能力，从而更好地适应未来工作的需求。

1重构传统学科体系

为适应产业发展，满足企业岗位需求，改革传统学科本位教学模式，建立“以任务为载体，由浅入深，仿真与实操并行”的课程方案。通过校企合作，构建面向企业真实环境的工作过程系统化课程教学模式，达到真学、真做和掌握真本领的目的。在职业分析和工作过程分析的基础上，对教学内容进行重新整合，转换为学习场，进而确定学习情境和任务。

项目化教学的主要特点是教师以典型的职业活动或企业工作为背景，按照学生的认知特点来设计教学项目任务，学生在教师的引导下完成并提交工作产品或服务成果[4]。教学团队首先对传统学科体系进行深入的重构，以任务为核心，将学科知识和技能整合到任务情境中，共设计六个学习情境，从基础到复杂逐步展开，以满足学生不同阶段的学习需求。这六个学习情境分别是固定轨迹编程仿真与实操、模拟激光雕刻仿真与实操、机器人搬运仿真与实操、机器人码垛仿真与实操、机器人弧焊仿真与实操和变位机弧焊仿真与实操。典型工作过程如图1所示，六个学习情境由易到难，技能水平逐步提高，可以让学生在“做中学、学中做”，最后达到“学会做”的效果。

2课程内容设计

课程内容设计是教学中的重要环节。通过采用项目化教学模式，重新设计“工业机器人技术与应用”课程内容，以确保学生在学习过程中综合掌握工业机器人的手动操纵、工具更换、参数配置、I/O通信、复杂轨迹规划、示教编程等关键能力。

2.1项目化学习情境设计

在“工业机器人技术与应用”课程中，项目化学习情境设计是确保学生在学习过程中贴近实际工作场景的重要手段，这些学习情境不仅是课程内容的载体，也是学生理解、掌握和应用知识的平台。

为了达到这一目标，每个情境都对应一个实际项目。这些项目不仅涵盖了工业机器人技术的基础知识，还涉及机器人在不同工业应用中的具体操作。例如：在第一个学习情境固定轨迹编程仿真与实操中，学生将学习工具坐标系与工件坐标系的标定、ABB机器人基本运动指令，以及如何编程使机器人执行直线轨迹、圆弧轨迹和曲线轨迹的运动，通过仿真软件模拟和实际操练，学生可以掌握工业机器人手动操纵和基本编程操作的技能。

2.2学习目标和任务设计

每个学习情境都设定了明确的学习目标、任务和技能要求，以确保学生在完成每个情境时都面临一定的挑战和难度，促进他们的学习动力和成长。学习目标包括掌握基础操作技能、理解相关理论知识、应用技术解决问题等。任务则根据实际工业项目设计。

例如：在模拟激光雕刻仿真与实操情境中，学生将模拟机器人的激光雕刻任务，包括工具更换、路径规划、I/O通信、编程等操作，并通过实操加深理解。

2.3与实际应用场景的结合

项目化学习情境设计的核心是与实际应用场景的结合，在课程设计中，教学团队会选择与工业界紧密相关的应用场景作为学习情境的背景，确保学生所学的知识和技能能够直接应用于实际工作中。

例如：在变位机弧焊仿真与实操情境中，教学团队设置了一个类似工业焊接车间的场景，通过仿真软件，学生利用虚拟变位机模拟不同角度和位置的焊接需求，帮助学生更好地理解和掌握焊接工艺的多样性和实际应用。随后进行实际操作验证，从而全面掌握变位机弧焊技术的应用和操作技巧。

另外，教学团队也会邀请相关行业专家或企业代表参与课程设计，提供实际应用场景中的案例和问题，以确保课程内容与工业实践紧密结合，为学生提供更具有挑战性和实用性的学习体验。

2.4教学资源和支持

为了有效实施课程设计，教师团队开发了在线教育课件、多媒体资料和实践案例，以满足学生在学习过程中的多样化需求，为学生提供了更加灵活和便捷的学习方式。同时，教学团队还会定期组织师生交流会，邀请相关行业专家进行技术指导，帮助学生更好地理解工业机器人技术的前沿发展和实际应用。通过这种方式，学生不仅能够获得专业的技术支持，还能够与行业专家进行面对面的交流，了解行业的最新动态和需求。

3课程实施

3.1课程启动阶段

课程实施过程是将设计好的项目化教学模式转化为现实教学活动的关键步骤，其顺利执行对于学生的学习效果至关重要。在此过程中，教师和学生共同参与，通过一系列有序的步骤，逐渐深入探索和实践课程设计的任务情境。在课程启动阶段，教师需清晰地向学生介绍课程目标、任务情境和项目要求，以确立学习的框架和目标；同时，教师还需明确学生们分组的方式，并就团队合作的重要性进行阐述，从而确立学生在团队合作中的角色和责任，建立起合作的氛围。

3.2学习情境的展开

课程的实施将进入到学习情境的展开阶段，每个学习情境的展开都是按照预先设计好的学习路径和任务进行的。在每个学习情境中，学生将利用仿真软件进行虚拟实践，模拟真实工作场景中的操作过程，通过实践操作巩固学习内容。在每个学习情境中，学生将不仅是个体学习者，他们将在团队合作的氛围中相互学习、交流和探讨，这种团队合作能够促进跨学科知识的融合与共享，使学生不仅能够掌握本学科的知识，还能了解和应用其它相关学科的知识，提升综合解决问题的能力。

下面，以学习情境三机器人搬运仿真与实操为例来阐述课程实施过程，其教学组织架构如图2所示。首先，进行搬运仿真项目制作，学生利用RobotStudio软件建模功能搭建搬运工作站，利用Smart组件创建动态搬运工具，并规划搬运路径，创建工具坐标系和工件坐标系，设置机器人I/O信号以控制机器人对工件的抓取和释放。随后，学生利用虚拟示教器进行编程，并进行仿真调试，确保机器人在虚拟环境中能够顺利完成搬运任务。完成仿真项目制作后，学生进入实训室进行机器人实操。按照典型工作过程，学生首先安装吸盘工具，然后规划搬运路径与目标点，设定坐标系，并配置机器人I/O信号；接着，学生利用示教器进行编程调试，逐步调整参数以确保机器人能够准确和稳定地完成搬运动作；最后，学生将机器人切换到自动运行模式，让机器人通过程序自动运行完成搬运任务。学生通过真机操作可巩固在仿真环境中学到的技能，并将其应用于实践中。

在授课的同时，还会挖掘思政元素，将思政元素融入到课程里，例如，由传统搬运靠人工到搬运智能化的转变，这就是典型的工匠精神——精益求精，尽职尽责，耐心执着，追求突破，追求革新。高校课程的思政建设是至关重要的，因为它直接关系到培养何种品质的人、如何进行人才培养，以及为谁培养人这一立德树人的根本问题[5]。思政教育在课程中扮演着不可或缺的角色。

3.3线上和线下相结合

本课程采用线上和线下相结合的教学模式，这种方法有助于改变传统的课堂教学模式，不再是简单的教师单向传授知识。通过线上和线下结合，教师与学生之间建立了双向沟通的机制，可以及时地进行互动和反馈[6]，这样的闭环机制使得教学变得更加灵活多样，能够更好地满足学生的学习需求。在线教学将通过视频讲座、实时互动和在线讨论等方式进行，同时提供相关文字材料、练习题、案例分析等多种形式的学习资源，以满足不同学生的学习偏好和需求。

在课程实施过程中，学生将通过探索和实践不同的学习情境逐步提升对“工业机器人技术与应用”的理解和掌握，并培养团队合作精神和实践能力。教师则通过指导和支持引导学生充分发挥个人潜能，实现知识与技能的整合和应用，从而达到项目化教学模式的预期效果。

4课程评价

本课程主要通过3种方式对学生进行考核评价，旨在综合考察学生在工业机器人技术与应用领域的理论知识掌握、实践操作能力、问题解决能力及团队合作能力等方面的表现，以确保他们在课程学习过程中达到预期的学习目标和能力水平。

第一，采用综合项目评价的考核方式。将学生分成小组，每个小组负责完成一个机器人应用项目。项目内容既包括仿真设计和实际操作，学生需要在项目中展示他们的团队合作能力、问题解决能力及对工业机器人技术的综合运用能力。评价标准包括项目的完成质量、实际操作的准确性、团队合作的效率等。

第二，采用实践技能考核的方式。通过设立一系列与工业机器人技术相关的实操任务，如工具更换、路径规划、编程调试等，对每一位学生的实际操作技能进行考核。此外，也可让学生记录和总结实际操作过程中的经验和教训，以便评估他们对于实践技能的理解和掌握程度。

第三，采用口头答辩的考核方式。学生就所完成的项目和实操任务进行展示并讲解，通过口头答辩，可评估学生对于课程内容的理解深度、表达能力和思维逻辑能力。此外，还可以邀请相关专业人士或企业代表参与评审，提供专业性的意见和建议，以保证评价的客观性和准确性。

综上所述，本课程通过采用多种课程评价方式可有效考察学生在工业机器人技术与应用领域的综合能力，促进其全面发展和职业能力的提升。

5结语

本研究旨在探索与实践新工科背景下的“工业机器人技术与应用”课程项目化教学模式，并取得了一定的成效。通过对传统学科体系的重构和任务情境的设计，学生在课程学习过程中得以全面发展，培养了工业机器人领域的综合应用能力和实践操作技能，希望为相关领域的教育教学实践提供借鉴与参考。

参考文献

[1]李胤昌.基于工作站和仿真平台的教学改革与实践研究：以“工业机器人应用技术”课程为例[J].工业和信息化教育，2020（6）：65-68，74.

[2]朱强，张宇，张冰洁，等.虚实一体化工业机器人仿真课程开发与实践[J].科技与创新，2022（4）：132-134，137.

[3]苏建美，尚宇梅，武珊珊，等.项目化教学与地方应用型高校的深度融合问题研究及对策分析[J].科技资讯，2022，20（13）：172-174，188.

[4]谭翀，宋猛.场景赋能下高职思政课项目化教学改革的新机遇[J].中国职业技术教育，2023（20）：32-37.

[5]朱洪雷，代慧，桑治国，等.“互联网+”背景下“校企协同、四位一体”教学模式改革探索：以“工业机器人技术综合应用”课程思政为例[J].职业技术，2022，21（1）：104-108.

[6]张冬冬，武新章，刘辉，等.线上线下混合式教学辅助模式探究与实践[J].电气电子教学学报，2024，46（1）：16-20.