邱旋 王偉 李皓 黃晶 吳興高

摘要：工業(yè)機器人綜合實訓是機器人工程專業(yè)實踐教學體系中的重要一環(huán)，本文運用項目式教學法對工業(yè)機器人綜合實訓的教學內(nèi)容進行了改革與實踐，結(jié)合現(xiàn)有設備，利用具體項目將課程中的知識點串聯(lián)起來，學習目的性強，學生知識掌握較好，提高了學生的動手能力及工程應用能力。

Abstract： Comprehensive Training of industrial robot is an important link in the practical teaching system of robot engineering specialty. In this paper， project-based teaching method is used to reform and practice the teaching content of comprehensive training of industrial robot， using specific items to link up the knowledge points in the course， the purpose of learning is strong， the students have a good grasp of knowledge， and improve the students'practical ability and engineering application ability.

關鍵詞：實踐教學體系;項目式教學法;改革實踐

Key words： practice teaching system;project-based teaching method;reform and practice

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0249-03

0? 引言

《工業(yè)機器人綜合實訓》是機器人工程專業(yè)的專業(yè)課程，是實踐性、操作性和工程性都很強的專業(yè)核心課。課程集電子、信息、視覺、自動控制、數(shù)控技術于一體，一般在綜合學習工業(yè)機器人技術、工業(yè)機器人示教編程與調(diào)試、工業(yè)機器人離線編程與仿真、工業(yè)機器人視覺技術等專業(yè)課程基礎之后開設。課程主要培養(yǎng)學生具備較強的實踐動手能力、學習能力和技術創(chuàng)新能力，以適應企業(yè)技術不斷更新的需要，為學生畢業(yè)后從事工業(yè)機器人專業(yè)相關工作打下必要的實踐基礎。

1? 項目化教學

項目化教學法，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。教師安排課題任務，以項目的形式交給學生。在此期間，教師提出明確的項目任務，在教師的指導下，學生以小組協(xié)作的方式制定計劃，共同完成較為完整的作品。項目在完成時學生可以個人或團隊形式進行自我評估，接受教師以及學生的考評，從而激發(fā)學生的學習動機，促進學生積極主動的學習能力。

項目化教學模式圍繞項目開展教學工作，合理整合書本知識和學生所需掌握的技術，以工程項目為核心，滿足了學生的學習心理。此外，項目化教學模式有利于培養(yǎng)學生的團隊意識，有利于促進學生深度探索。另外，項目化教學模式還利于教師掌握學生對知識的掌握情況。該教學模式打破了原來的課程量化標準，充分發(fā)揮了學生的主體作用，由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹角?，拓寬了評價學生學習成果的標準，提升了學生解決實際問題的水平。采用項目化教學，學生能夠完全參與教學活動，充分融入教學的各個環(huán)節(jié)，從最初的提出問題到最終的獲得答案，教師只是在扮演“導演”的角色。其次，以項目為載體。按照課程內(nèi)容設計相應的任務，包括具體的工程案例、具體的工程問題等，學生根據(jù)自己收集的相關材料，回答教師在上課前提出的問題，使學生在做“任務”的同時，學到理論知識。再次，以實踐為導向。學生完成教師布置的任務，需要經(jīng)過多個環(huán)節(jié)，并且各個環(huán)節(jié)分別含有不同的理論知識，要保證學生在實踐的過程中獲取知識，并隨著任務的不斷深入，提高知識應用能力。通過完成階段性的小目標，最終達到整個教學過程的總目標。各個教學環(huán)節(jié)緊密相連，把握好整體節(jié)奏，引導學生緊跟教學進度。

2? 課程教學現(xiàn)狀

工業(yè)機器人綜合實訓為集中實踐課程，教學周數(shù)為3周。目前3周的教學內(nèi)容設計包含以下教學內(nèi)容：博途PLC編程訓練（4天），觸摸屏組態(tài)畫面設計（2天），PLC與機器人通訊（1天），寫字機器人工作站離線仿真設計（3天），寫字機器人實操（2天，）工業(yè)機器人視覺（3天），共15天。項目內(nèi)容如表1所示。

從以上教學內(nèi)容可以看出，課程只是單獨對某個知識點的講授與練習，側(cè)重的是知識的講授，各知識點之間聯(lián)系不大，從目前的教學效果來看，不是很理想，對學生實踐動手能力鍛煉不足。

3? 項目化教學改革方案研究

針對傳統(tǒng)教學中存在的問題，結(jié)合OBE教學理念，對工業(yè)機器人綜合實訓的項目化教學方案進行了研究和設計。首先是企業(yè)人才需求分析，學校的主要職能之一是為社會、為企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、技能型人才，企業(yè)的人才需求是學校課程設置、課程內(nèi)容選擇、課程設計、課程實施的依據(jù)。為針對性地提高學生的崗位勝任能力，首要任務是進行企業(yè)人才需求分析。本課程的授課對象是機器人工程專業(yè)的學生，為掌握企業(yè)對員工知識、能力、素養(yǎng)等方面的新需求，探索企業(yè)用人新標準，本課程實施前采用問卷調(diào)研和訪談交流的形式，對機器人相關企業(yè)的最新崗位需求進行了研究分析。結(jié)果顯示，企業(yè)提到了對員工現(xiàn)場設備調(diào)試、PLC編程能力、機器人與其他設備通訊能力的需求，尤其是視覺技術的使用。

4? 項目式教學法在工業(yè)機器人綜合實訓教學改革的應用

我?，F(xiàn)有工業(yè)機器人綜合實驗臺，如圖1所示，包含單工業(yè)機器人、基礎教學模組、搬運碼垛出庫模組、視覺跟蹤模組，結(jié)合我們現(xiàn)有的設備，可將設計PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目設計;機器人搬運碼垛工作站虛擬仿真設計;基于視覺的機器人搬運碼垛項目綜合調(diào)試;根據(jù)企業(yè)崗位對知識、技能、素養(yǎng)方面的要求，設計了3個具有難易程度遞進關系的教學項目作為工業(yè)機器人綜合實訓的教學內(nèi)容。首先由三軸機械手出庫單元將物料放置到上料傳送帶，再由工業(yè)機器人拾取放置到視覺跟蹤模組，視覺跟蹤模組模擬物料加工過程，最后再由機器人拾取放置到下料傳送帶，三軸機械手進行入庫。

具體項目名稱與內(nèi)容見表2所示，通過表2所示的項目將常規(guī)教學中的相關知識點都涵蓋了，而且加強了學生實踐動手能力的培養(yǎng)。

5? 實施過程

以“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目設計”為例，項目式教學分以下幾步實施：任務提出、任務目標、相關知識、任務分析、任務制作。

任務提出：博途1200PLC編程所涉及的知識點較多，比如開關量的控制、模擬量的控制、實物接線、運動控制指令的用法、觸摸屏畫面的設計、PLC與外部設備的通訊等，結(jié)合現(xiàn)有實驗設備設計PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目將涵蓋以上全部知識點，學生通過這一實際項目的練習，就能夠熟練運用西門子1200PLC進行一些工程應用。

任務目標：此項目教學的目標是讓學生了解西門子S7-1200硬件接線，熟悉博途軟件的使用，能使用S7-1200PLC進行開關量、模擬量的控制;掌握運動控制指令的用法，以及軸配置組態(tài)方法;掌握S7-1200PLC與其他設備通訊方法;掌握觸摸屏畫面制作方法;能利用S7-1200PLC編寫三軸機械手搬運出庫單元控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)三軸機械手從出庫單元的多個工位為機器人拾取放置物料;并針對三軸機械手搬運出庫單元項目設計人機界面的程序。

相關知識：掌握西門子1200PLC軸配置方法以及運動指令的使用方法，熟悉PLC與步進驅(qū)動器、步進電機的接線方法，通過控制程序的編寫及設備調(diào)試，逐步掌握PLC控制步進電機順序控制程序的一般寫法。

任務分析：

在工業(yè)機器人綜合實訓中，工業(yè)機器人作為項目的執(zhí)行單元，工業(yè)相機及傳送帶等都是機器人工作站的周邊設備，而PLC作為整個工作站的核心控制單元將工業(yè)機器人及周邊設備聯(lián)系起來，因此PLC部分的教學內(nèi)容非常重要，在三軸機械手出庫單元項目中既涉及到控制各個軸的步進電機，又涉及到與機器人的通訊。在之前的實訓教學中，僅是對PLC的基礎知識點以及相關編程指令進行了訓練及實物練習，沒有采用項目化教學選擇一個綜合性的任務將各知識點串聯(lián)起來，學生認識不夠，效果不佳。

“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元”項目應當作為一個大項目，里面也是由步進驅(qū)動器、步進電機的接線，博途軟件中軸配置方法，運動控制指令的運用，人機界面的設計以及與機器人通訊組成。教師在講解此部分時，先讓學生在實物上熟悉單軸步進電機如何接線與編程控制，然后在設備上進行三軸出庫單元的練習，完成為機器人上料的任務，從而利用一個具體項目任務將各個知識點串聯(lián)起來，起到強化作用，實踐證明采用此種項目式教學法效果較好，學生帶著項目任務去學習，目的性強，印象深刻，掌握的知識點也比較好。

項目制作：前期通過對“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元”項目進行了詳細的分析，但為了熟練掌握技能，還需進行實踐操作，可對“PLC控制三軸機械手搬運出庫單元項目”的任務要求稍作改動，即每個出庫工位不一樣，每個學生的任務均不相同，讓學生自行編寫程序，要求三軸機械手要準確的拾取物料并放到傳送帶上，為機器人上料，并在設備上驗證結(jié)果，完成指定的搬運出庫項目任務。

6? 工業(yè)機器人綜合實訓課程實施過程考核

工業(yè)機器人綜合實訓課程的考核可按照以上設計的3個項目分別進行考核，每個項目的考核分為理論考核、過程評價和技能鑒定三項，理論考核主要是基礎理論知識的掌握，過程評價主要是每位學生在項目制作過程中的實操表現(xiàn);技能鑒定主要是每位學生對項目技能掌握情況的考查，能否獨立完成項目的設計任務，項目任務完成的效果功能如何。課程考核理論考核占25%，過程評價占35%，技能鑒定占40%。

7? 結(jié)論

工業(yè)機器人綜合實訓是機器人工程專業(yè)實踐教學體系中重要的一環(huán)，通過項目式教學法結(jié)合現(xiàn)有設備對工業(yè)機器人綜合實訓的教學內(nèi)容進行了改革與實踐，利用具體項目將課程中的知識點串聯(lián)起來，學習目的性強，學生知識掌握較好，提高了學生的動手能力及工程應用能力，大力推進了我校機器人工程專業(yè)實踐教學體系的改革。

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