项目化教学在工业机器人工作站系统集成设计课程中的应用研究

叶帅宏 罗嗣林 叶丹西

[摘           要]  随着智能制造技术的发展，工业机器人的应用越来越广泛。工业机器人工作站系统集成设计课程作为智能控制技术专业的重要课程，具有非常强的专业性和实用性，知识内容涉及人工智能、计算机、自动控制等多门学科的内容，但是当前阶段，高职院校的教学模式通常以理论教学为主，而在实践操作方面的教学安排较少，尤其是当知识点涉及数学公式时， 内容抽象，学生反映不明白所学的内容，无法将所学的知识应用到实际工作中，存在着课程理论知识与实践应用之间脱节的现象。对此，针对项目化教学在工业机器人工作站系统集成设计中的应用展开了研究。

[关    键   词]  项目化教学;工业机器人工作站系统集成设计;应用研究

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2020）07-0160-02

随着社会经济与科学技术的快速发展，工业机器人技术达到了一个新的高度，这也是一个国家在制造业方面的实际水平的一种体现，在生产制造业的整个领域当中都占据着极为重要的地位。工业机器人工作站系统集成设计课程系统地讲解了工业机器人技术，目前高职院校把这门课程作为智能控制技术专业的重要课程，在授课时通常以理论教学为主，教师按照教学大纲要求，将理论知识传授给学生，学生根据教师在课堂上所教的理论知识进行学习。由于理论授课乏味，导致学生反映不明白所学的内容，无法将所学的知识应用到实际工作中，存在着课程理论知识与实践应用之间脱节的现象[1-3]。为此，研究提出将项目化教学方法应用于工业机器人工作站系统集成设计课程的教学中，提升该课程的课堂教学效果。该方法采用“项目引导、任务驱动”的形式将实践项目贯穿于课程教学的始终，将理论知识和实践应用相结合来激发学生学习工业機器人技术的积极性。通过项目化教学法教师能够依据教学目标进行教学项目的设计，进而实现对每个项目实施一体化的教学，促使学生能够有效地提升学习的主动性和积极性，最终实现培养高技能型人才的重要目的。

一、高职院校在工业机器人工作站系统集成设计教学中的具体现状

在高职院校中工业机器人工作站系统集成设计这门课程属于智能控制技术专业中的重要课程，涵盖了众多理论知识与基础技术，比如计算机、人工智能、机械工程、电子技术等方面的应用。这些教学内容普遍具有的显著特点，就是具有非常强的理论性。职业院校在培养工业机器人技术人才的时候，必须要实现对工业机器人的安装技术、调试技术以及维护技术进行掌握的目标，可见在实际教学中对实践性课程的要求是比较多的，这样其与理论性课程学习的内容是存在一定矛盾的。由于理论课程部分的教学内容是较为抽象的，所以单纯地对学生开展理论部分的教学，难以使学生将理论知识与操作实践之间建立起联系，更加难以实现举一反三的教学效果。与此同时，学生在学习理论知识的时候也处于被动地位，在实际学习的过程中主动性、积极性等方面都较为缺乏，进而产生出较为强烈的厌学情绪。工业机器人工作站系统集成设计在实际学习时涉及的学科知识是比较多的，学生只有积极自主地对相关知识进行学习与综合运用，才能够对相关知识与技能进行充分的掌握。

二、项目化教学法在工业机器人工作站系统集成设计课程中的具体流程

（一）在设置教学项目任务时需要结合相应的教学目标实施

在实施教学项目任务设定时，教师应该事先对该课程的知识目标、能力目标和素质目标进行研究，以培养学生的创新意识、实践动手能力和综合素质，为此，基于工业机器人技术工程实际，结合学校实际条件，将课程需要运用的理论与实践知识相结合，适当地引入工业机器人相关的国家标准，为课程的教学提供方向。同时教师需要掌握学情，设计的教学项目任务需与学生当前的理论知识水平和实践能力相结合。当教学任务设计好之后，需要对教学计划实施合理化的安排，并将学习任务通过信息化手段（例如云班课等）下发到学生手中。

（二）针对项目任务的实施制订出具体的计划

由于学生个体体现出来的水平不同，比如兴趣爱好、技能知识等方面都存在着差异性，所以在实施相关计划设置的时候，需要能够与学生的实际水平相结合。项目任务计划采用循序渐进的讲述方法，由教师编写项目任务作业指导书，细化教学步骤，将每个教学知识点贯穿在项目任务作业指导书中，保证处于各个水平层次的学生能够按照作业指导书中的项目任务要求来学习和实践，进而更合理地实施教学。在具体实施计划的过程中，可以事先列出需要的相关知识点和项目任务完成形式，例如明确项目任务是个人任务还是团体任务，如果是团体任务，必须对小组成员、成员职责等方面进行明确。另外，还需要列出相关项目的实施计划时间表。

（三）教学项目任务的实施及项目复盘

通过分析“工业机器人技术工程师”岗位的技能要求，结合工业机器人在不同行业的应用情况，确定七个实践项目，即工业机器人系统集成实践项目、搬运工作站实践项目、机械模块设计实践项目、工件检测模块实践项目、控制模块设计实践项目、工作站系统功能集成开发实践项目和焊接机器人系统集成设计实践项目，根据学生的认知规律，按照“认识、分析、设计”递进设置实践项目内容。在教学实施过程中以项目任务为载体，通过作业指导书的形式，以学生自学为主体，把课堂交给学生，学生根据教师课前编写好的作业指导书来实现任务的分步完成。在项目化实践过程中，需要调动学生的积极性和主动性，充分利用现有的实训设备、课程资源库等教学资料，激发学生的潜能，提高学生对工业机器人系统的综合认识。

在学生完成项目化实践后，每位学生需通过项目总结等方式完成项目实施过程的复盘，由教师对每位学生的项目完成情况进行点评，同时了解学生在项目化教学中掌握了哪些知识，缺少了哪些技能等，从而发现教学项目设计的不足之处，促使教师不断改进和完善项目化教学内容，形成教学闭环。

（四）建立项目任务评价体系

建立合理的项目任务评价体系有利于发挥学生学习的主动性和积极性，教师在完成一项教学项目的时候应及时对其完成的教学效果进行评估与总结，找出造成结果差异的原因，奖励或表扬优秀的学生。项目评价体系手段可灵活多样，例如可以实行企业考评、学生互评等方式，并通过云班课教学平台实施评价体系的运行和数据统计等功能。

三、项目化教学法在工业机器人工作站系统集成设计课堂中的应用研究

（一）结合教学目标实施项目任务的设置

工业机器人工作站系统集成设计课程的教学目标，主要是熟悉和掌握工业机器人典型工作站的系统集成、工业机器人的技术参数以及工业机器人与外围设备的接口技术，学生通过本课程的学习，能够胜任工业机器人的安装、调试和维护岗位，能够分析客户对工业机器人的需求，能够根据客户的需求选择工业机器人，能够掌握工业机器人的编程技术，并具备发现问题、解决问题的逻辑分析能力。以上的这些教学目标，就是工业机器人工作站系统集成设计项目的主要任务。

（二）针对项目任务制订出具体的计划

根据学生认知规律，按照“认识、分析、设计”递进设置实践项目内容，将七个实践项目分解成二十六个小项目，并针对性地制订出具体计划，对相关的资料进行查阅，全面收集机器人系统集成技术、机器人维护技术、机器人安装调试技术等与工程实际相关的资料。通过整理收集的相关资料，编写二十六个小项目的作业指导书，将教学知识内容贯穿在作业指导书中。在编写项目任务作业指导书的过程中，需要注意对相关任务的导入以及对时间的合理化分配，以保证学生能够从整体上了解项目任务设计的思路，循序渐进地掌握项目任务中的每个知识点。

（三）教學任务项目的具体实施及项目复盘

在教学任务项目具体实施的过程中，教师在其中发挥着重要的引导作用。在完成相关教学任务的时候，需要综合考虑学生个体体现出来的水平差异，采用循序渐进的讲述方法细化任务步骤，同时能够对学生的积极性进行调动，为此在实际教学中需要设置趣味性环节，动手体验环节，让学生感兴趣，让学生主动学，比如针对“工业机器人末端执行器的设计思路是什么？”这一项目进行教学时，教师首先将教学项目分解为四个分任务，即结构形式的选择、抓取方式的选择、驱动方式的选择和其他技术要求，然后再将四个分任务再细化，每个分任务分成五个小步骤，比如将“结构形式的选择”细化成五个小步骤，即结构选型的几个要素、抓取工件的分析、末端执行器的选择、末端执行器的比较、末端执行器方案的选择。在教学期间，让学生体验运用实训室的ABB机器人末端执行器来夹持产品。当然，有些任务可以让学生自行进行分组来具体讨论，相关的讨论结果可以以电子文档的形式记录下来，将其作为小组项目具体执行的成果，相关资料归档备用，由教师对每位学生或每个团队的项目完成情况进行点评，以便了解学生在项目化教学中掌握了哪些知识，缺少了哪些技能等学情信息，从而发现教学项目设计的不足之处，促使教师不断改进和完善项目化教学内容，形成工业机器人工作站系统集成设计课程的教学闭环。

（四）建立教学项目任务评价体系并实施评估

高职院校的教师完成一项教学项目的时候，需要及时对其完成的教学效果进行评估与总结，为此需建立教学项目任务评价体系，可采用多种方法，比如考核学生对课堂项目化任务的完成情况，考核学生实操实训室设备的熟练程度等。采用基于云班课教学平台实施项目化任务评价体系的建立、运行和数据统计，例如在云班课平台上发布“工业机器人末端执行器的设计思路是什么？”这一项目化任务时，可以设置这一任务的总分值为100分，具体评价过程可以设置为自我评价、学生相互评价、教师评分等方式，评分比例与教学目标相结合，待学生完成项目任务后，通过云班课平台上传项目完成资料，再由学生和教师打分评价，最后得到最终的评价体系成绩，作为工业机器人工作站系统集成设计课程平时成绩的组成部分。

总而言之，项目化教学法对高职院校而言，是培养工业机器人技术人才的重要途径，通过将项目化教学法应用于工业机器人工作站系统集成设计课程，运用云班课教学平台，将实践项目贯穿于课程教学的始终，有利于将理论知识和实践应用相结合，激发学生学习工业机器人技术的积极性。

在实施项目化过程中，学生通过实践的过程产生一定程度的成就感，促使其不断地去学习新知识，形成一个良性循环;教师通过项目化复盘，发现教学项目设计的不足之处，促使其不断改进和完善项目化教学内容，形成教学课程闭环设计，在后续的教学中学生能够有效地提升学习的主动性和积极性，最终达到培养高技能型人才的重要目的。

参考文献：

[1]汪甜.高职院校工业机器人工作站综合实训课程的教学研究[J].发明与创新（职业教育），2019（5）：37.

[2]赵翔.项目导向教学法在工业机器人技术课程中的应用[J].广西教育，2018（30）：121-122.

[3]刘徽.试论中职工业机器人技术课程中项目导向教学法的应用[J].中外企业家，2018（20）：154-155.

◎编辑 原琳娜