王水發(fā) 陳天炎

[摘 要] 主要分析了我國工業(yè)機器人技術應用的人才需求特點和傳統(tǒng)的工業(yè)機器人技術應用課程的教學困境，根據(jù)高職院校的特點和本?！肮I(yè)機器人技術應用”課程的教學情況，利用改進翻轉課堂、理實一體、虛實結合、過程性考核等教學方法，提高學生的學習積極性和主動性，為高職工業(yè)機器人課程的教學提供借鑒，與校企生產(chǎn)應用緊密銜接，具有一定的現(xiàn)實意義。

[關 鍵 詞] 高職院校；工業(yè)機器人；教學改革

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）30-0012-02

隨著德國“工業(yè)4.0”概念的提出和“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的開展，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)面臨井噴式發(fā)展，眾多企業(yè)迫切需要轉型升級，轉換生產(chǎn)方式也迫切需要大量專業(yè)技術技能型人才來提供保障，預計2025年工業(yè)機器人銷量將達到26萬臺，保有量達到180萬臺[1]，而目前相應的人才儲備大多數(shù)是從傳統(tǒng)的機電一體化技術專業(yè)和電氣自動化專業(yè)經(jīng)過后期的企業(yè)再培訓而成，不僅給企業(yè)和社會增加了很多的成本，而且在數(shù)量和質量上都遠遠滿足不了社會的需求，特別是具有工業(yè)機器技術應用的技術技能型人才。近幾年很多高職院校開始開設工業(yè)機器人專業(yè)。因此，為不斷提升工業(yè)機器人專業(yè)技能訓練教學效果，對其相關的核心課程進行教學研究具有非常重要的實際意義。

本文將圍繞如何提高工業(yè)機器人技術應用課程技能訓練效果展開研究，對當前課程教學中存在的問題進行分析，結合高職院校的特點和本?！肮I(yè)機器人技術應用”課程的教學情況，提出一些有效的教學內容和方式，提高學生的技能教學效果。

一、傳統(tǒng)教學問題

（一）教學內容不適合高職院校學生

傳統(tǒng)的工業(yè)機器人課程主要教授工業(yè)機器人的運動學和動力學等理論知識，涉及很多數(shù)學理論公式的計算，側重于理論教學，實踐教學缺乏[2]；而高職院校學生學習基礎相較于本科院?；A較差、學習主動性和積極性也不高，如果教學內容還是以這種枯燥的理論知識為主，將嚴重影響學生的學習積極性，不利于高職類學生的學習。

（二）理論和實踐不能有效結合

傳統(tǒng)的理論教學和實踐教學在時間上獨立分開，高職學生缺乏主動性，很少有人在課前課后進行預習和復習，往往兩節(jié)實踐課就要花一節(jié)課復習上節(jié)課內容，實踐教學效果較差。

（三）教學實踐設備嚴重不足

工業(yè)機器人實訓設備是昂貴的，一套實訓設備動不動就十幾萬、幾十萬。而學校的辦學經(jīng)費有限，大多數(shù)院?，F(xiàn)有的實訓設備遠遠無法滿足一個教學標準班（50人）的實踐教學要求[3]，但高職院校是以培養(yǎng)技術型人才為主要目標，工業(yè)現(xiàn)場對工業(yè)機器人操作者的應用能力要求很高，缺乏實踐很難達到預期的培養(yǎng)目標。

（四）缺乏良好的教學考核方式

課程的考核評估是學生最關心的環(huán)節(jié)，良好的考核方式有利于提高學生的學習積極性，從而提高教學效果，很多學校的考核方式主要集中在課堂考勤、平時作業(yè)、實驗報告和期末的理論考試，缺乏過程性的有效考核，這將導致平時的實踐實訓效果大打折扣，達不到預期的目的。

（五）教師缺乏專業(yè)的技能實踐經(jīng)驗

工業(yè)機器人技術應用課程是一門交叉學科，正朝著智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展[4]。高職專業(yè)教師不僅需要深厚的工業(yè)機器人專業(yè)理論知識，同時也應該具有一定的實際操作工藝應用經(jīng)驗，但目前工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，嚴重缺乏這樣的專業(yè)教師，所以在工程教育與產(chǎn)業(yè)需求上依然存在脫節(jié)現(xiàn)象，人才培養(yǎng)跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的節(jié)奏。

二、教學改革與實踐

（一）優(yōu)化教學內容

為了更加適應高職學生的特點，我們重新編排了“工業(yè)機器人技術應用”課程的教學內容，刪除了繁瑣的公式推導部分，偏重于基本概念和基本規(guī)律，在內容的選擇上盡可能地反映國內外近年來在工業(yè)機器人理論研究和生產(chǎn)應用方面的成果；在結構編排上循序漸進，遵循學生的認知規(guī)律，結合學校KUKA工業(yè)機器人實訓工作站，將教學內容劃分為多個實訓任務，編寫成《工業(yè)機器人技術應用實訓任務工作單》，明確任務的教學目標、教學內容，如圖1所示。各任務之間既存在聯(lián)系又相互獨立，以任務驅動為導向，可以使學生在完成任務過程中更能理解工業(yè)機器人的基礎知識和操作技巧。

（二）改進“翻轉課堂”的教學模式

所謂的“翻轉課堂”教學模式，其實是相對于傳統(tǒng)的教學模式而言的，即教師先把學生需要學習的內容錄制成微課，并發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上；學生在上課前可以通過網(wǎng)絡在家中或課外觀看教學微課視頻，視頻可以重復播放，方便做學習內容的記錄。在課堂上，師生可以進行互動交流，并完成課堂作業(yè)練習[5]。這種教學方式可以使自覺性強的學生養(yǎng)成良好的自我管理能力和自主學習習慣，提高學習效率；而自覺性不強的學生，則會因為自己不學，而導致學習直接脫節(jié)，這樣很容易造成學生的兩極分化。

因此，我們將制作的微課放到網(wǎng)絡上，只是方便學生預習和復習，課堂上還會再講解演示。并將實際操作的部分也錄制成視頻，做成二維碼的形式，貼在實訓平臺上，解決實操課上因人數(shù)太多，學生看不清老師示范操作過程的問題。也方便因設備不足，實訓課上還沒輪到操作的學生觀看，提高實訓效率。

（三）“理—虛—實”的教學方式

工業(yè)機器人技術應用是一門操作性很強的專業(yè)課程，在設計思路上充分體現(xiàn)一體化，即理論與實踐內容一體化、知識傳授與動手訓練場地一體化、理論與實踐教師為一人的“一體化”。為達到較好的教學效果，我們將KUKA機器人示教器界面通過信息化手段投影到大屏幕上，方便教學，如圖2所示。同時利用RobotArt離線仿真軟件（也可利用KUKA自己開發(fā)的KUKA.Sim Pro和KUKA.OfficeLite），先在離線仿真軟件上仿真操作，等操作熟悉了或編寫的程序在軟件上仿真正確了，再到實際的設備中操作驗證。這既可以讓學生學習工業(yè)機器人離線仿真軟件的應用，又能解決學生實際操作設備數(shù)量不足等問題，提高學生學習效果和操作安全性。工業(yè)機器人的離線仿真平臺如圖3所示。目前，也有半實物仿真平臺，即示教器是真實的，而機器人本體操作平臺是虛擬仿真的，這個平臺成本較低，適用于平時的學生訓練操作。