| 标题 | “工业机器人工作站系统集成”课程教学与实践 |
| 范文 | 薛文奎 周斌 摘要：该文以职业能力培养为主线，分析 “工业机器人工作站系统集成工程师” 岗位的工作任务，并整合工业机器人不同行业企业的典型应用，确定以工业机器人搬运、点焊、弧焊、自动生产线等多个项目教学项目，探索“工业机器人工作站系统集成”课程教学与改革。课改后，提高学生动手能力和学习的积极性。 关键词：工业机器人；职业能力；课程建设；项目教学；学习积极性 中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）23-0127-02 “工业机器人工作站系统集成”是工业机器人技术专业的核心课程，工业机器人工作站系统集成是一门跨多个学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容，该课程的核心技能是工业机器人的工作站的设计、调试和维护应用技能，满足工业机器人及系统的安装、调试、运行、维护以及工业机器人产品销售及售后服务等岗位群的需要。 1 课程基本信息 《工业机器人工作站系统集成》属于工业机器人技术专业所开设的专业必修课程，开设于第四学期，共108课时，其中理实一体课程80课时，5学分；实训28课时，1学分。 2 课程目标与定位 （1）专业人才培养目标 工业机器人技术专业的人才培养目标是：培养从事工业机器人工作站的现场编程、调试维护、系统集成等工作，具有职业岗位（群）所需的基础知识及专业技能、具有较强综合职业能力的高端技术技能型专门人才。 （2）专业典型工作岗位 本专业的典型工作岗位，包括工业机器人现场编程、工业机器人系统集成工程师、工业机器人系统维护。 “工业机器人工作站系统集成”课程的目标与定位基于专业人才培养目标，满足工业机器人应用相关岗位所需的职业能力。 （3）课程定位 “工业机器人工作站系统集成”课程在专业课程体系中属于专业专项能力课程。其前导课程有“工业机器人技术基础”、“工业自动线PLC控制”、“工业机器人现场编程”等，学生在这些课程中，学习工业机器人的基本知识、自动化控制技术、机器人程序编制等知识，为 “工业机器人工作站系统集成”课程的学习奠定了基础。 同时本课程为 “毕业设计”、“顶岗实习”等后续课程服务。 （4）课程教学目标 包括知识目标、能力目标和素质目标。 知识目标：熟悉和掌握工业机器人典型工作站的构成、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。 能力目标：能选择工业机器人以及工作站的外围设备；能设计工业机器人与外围设备的接口电路以及控制程序。 素质目标：具有良好的职业素质、分析与决策能力、团队合作能力等。 整体来说，就是通过本课程的学习，能够胜任工业机器人工作站系统设计和调试岗位的工作。 3 课程总体设计 （1）结构设计和内容选取 通过分析 “工业机器人工作站系统集成工程师” 岗位的工作任务，并整合工业机器人不同行业企业的典型应用，确定以工业机器人搬运、点焊、弧焊、自动生产线等4个项目教学项目以及工业机器人搬运工作站系统集成实训。80课时的理实一体化课程中各项目的任务内容及课时分配如图1所示。 在理实一体化课程结束后，安排1周共28课时的工业机器人搬运工作站系统集成实训，将系统集成课程中学习的知识点，在实训中进行集中应用。每个项目内容的设置都是根据学生认知规律，按照“认识、分析、设计”能力递进精心组织的，教学中以项目任务为载体，以学生为主体，理论与实践紧密结合，激发学生学习兴趣。通过工业机器人四个典型工作站的学习，掌握工业机器人应用所需要的知识和能力。 （2）课程教学条件 校内实训基地：依据课程教学项目，与企业合作建设了“安川工业机器人实训室”和“自动化仿真实训室”二个校内实训基地，利用实验室的实验设备，可以进行工业机器人编程、操作；工业机器人工作站控制系统的连接、调试、保养与维护；机器人工作站系统仿真等实训任务。 校外实训基地：同时以厂中校的形式，在企业内部建立校外实训基地，学生可以在这些企业进行机器人系统安装调试等岗位的顶岗实习，巩固所学知识。 教材建设：与安川电机、亚龙科技等企业共同开发《工业机器人工作站系统集成》十二五职业教育国家规划教材，已正式出版。并将工业机器人生产企业的各类技术手册作为辅助教材。 师资条件：通过课程建设锻炼了一批校内专职教师和企业兼职教师，其中高级职称3人、中级职称5人，双师型教师5人。兼职教师在工业机器人应用领域有着丰富的工作经验。课程开发与教学由专职教师与兼职教师共同承担。 （3）教学模式 教学设计理念：在整个教学过程中始终贯彻基于工作过程的教学理念，将相关知识和技能融入到每一个任务中，实现“理论知识与实践技能结合、教室与实训室结合、学习与工作结合”的三结合。 教学过程：每一个工作任务通过任务书发布、资料查询、知识辅导、技能训练、任务考核等教学过程来组织实施。 教学方法与教学手段：在教学实施过程中，以学生为主体，把课堂交给学生，采用引导法、分组讨论法、情境法等教学方法，充分利用教学课件、技术资料、实训设备、课程资源库等教学资源，激发学生的学习积极性。 （4）课程评价 课程评价，包括学习效果评价和教学效果评价。其中对学生的学习效果评价注重过程考核，包括学习态度、任务完成情况等。理实一体化课程中过程考核比重占50%，期末理论考试占50%；实训课程全程采用过程考核。教学效果评价采用学生评价、专家评价等形式，来综合评价教师的教学效果。这是校外专家、校内督导以及学生的评价结果。 4 单元教学设计 下面以任务“工业机器人搬运工作站的系统设计”为例，阐述单元教学的过程。 （1）工作任务：本单元的工作任务是设计工业机器人搬运工作站硬件控制系统和软件系统，并进行系统调试。 （2）教学目标：本单元的教学目标就是让学生能够设计工业机器人与外部设备的接口电路和程序，能够解决在调试过程中出现的问题。 （3）重点与难点：本单元教学的重点和难点是工业机器人与PLC的接口信号配置和电路设计以及程序的设计。 （4）学情分析：经过前期的学习，学生已经熟悉了机器人搬运工作站的构成，掌握了机器人控制的要点，渴望了解究竟是如何控制机器人运行的，喜欢实践操作，不爱长时间听老师讲课。 针对这样的学情，我们采取了相应的应对措施。 课前网上发布任务书，加强课前预习；在教学过程中充分利用视频、图片、实训设备等课程资源，采用针对性的教学方法；课中加强过程考核，提高学生的学习积极性。 （5）教学过程 单元的教学过程包括6个阶段。 1-复习与预习（20分钟）：采用鼓励教学法，选取学生由学生对上次课的内容进行总结，对本次课的任务内容进行叙述，提出问题及解决方案；教师对其进行点评。 2-任务分析（5分钟）：采用引导法，教师对工作任务进行分析，明确工作任务要求。 3-知识讲解（65分钟）：利用实训设备以及视频、图片等教学手段，采用案例教学法、引导法等教学方法，分析工业机器人搬运工作站的硬件电路和运行程序，让学生掌握机器人搬运工作站的硬件系统的配置和控制程序的特点。 通过视频，演示搬运工作站的工作过程，让学生了解工作站是怎样运行的。利用图片和现场观摩，重点分析工业机器人搬运工作站的接口信号配置以及电路连接。利用图片和现场演示，重点分析工业机器人外部控制程序设计的思路以及特点。 4-方案制定（45分钟）：在教师的指导下，学生分组讨论，制定机器人搬运工作站的控制方案，并阐述其方案的合理性，组织学生讨论、点评。通过方案制定，使学生掌握机器人工作站控制方案制定的方法。 5-方案实施 （270分钟） ：采用分组教学法、讨论法、引导法等教学方法，指导学生按照制定的控制方案，进行工作站硬件系统和软件系统设计，并进行调试；在实施过程中教师对学生的设计进行检查、点评，指导学生进行系统调试。 6-考核评价（45分钟）：采用鼓励教学法，组织学生对本次课程的任务完成情况进行分组考核并进行总结，布置作业及下一次课程的任务。 5 课程建设展望 （1） 课程建设成效 经过课程建设取得了一定的成果。在学生学习成效方面，通过本课程的学习，学生基本掌握了机器人工作站系统集成技术，调动了学习兴趣，为顶岗实习等后续课程奠定基础。 2011年被列为国家骨干院校工业机器人技术专业重点建设课程，2014年，通过国家高职骨干院校建设验收。 课程教材被选为“十二五”职业教育国家规划教材，以及江苏省高等学校重点教材立项。 2013年，《机器人焊接系统安装调试》获得全国机械职业教育实践性教学成果二等奖。 （2） 课程特色 课程通过多年的建设，形成了自己的特色：包括基于“项目引领，岗位实境”的项目课程以及国家级资源库的资源支撑。 （3） 存在问题及改进措施 在课程建设过程中，还存在着一些问题与不足： 一是课程教学资源需要进一步完善。将依托2014年国家职业教育工业机器人技术专业教学资源库的建设，进一步开发与课程相关的视频、动画、图片、案例等教学资源，并进行整合，提高教学资源的相互融合，方便教师教学、学生学习使用。 二是教学、实训项目需要进一步优化。加强与企业合作，进一步完善教学项目，开发更加符合工业机器人技术发展的实训项目。 6 结束语 “工业机器人工作站系统集成”课程的改革使学生的学习积极性通过项目载体被激发了出来；学生的学习能力在自主学习中得到了充分的锻炼；学生分析问题解决问题的能力在具体的工业机器人工作站控制系统的设计中得到了提高，学到了许多过去课堂学不到的经验性的知识；并且培养了学生的团结协作精神、与人沟通的能力，养成了较好的工作习惯。 参考文献： [1]王小亮.高中通用技术课程中项目引导教学模式的研究[D].江苏：南京师范大学，2011. [2]周雪.初中机器人教学中的合作活动设计[D].上海：华东师范大学，2008. [3]孙媛媛.中小学机器人人课程的研究与开发[D].北京：首都师范大学，2011：3-4. [4]王益，张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术，2007（11）. [5]王益.STS教育视野下的机器人教育问题研究[D].浙江：浙江师范大学教师教育学院.2007：7-8. [6]朱清智，张毅. “PLC控制系统的设计、安装与运行维护”课程教学与实践[J].山东工业技术， 2015（17）：196-197. [7] 宋耀华，张怡典. 《PLC控制系统设计与安装调试》课程建设实践与总结[J].九江职业技术学院学报， 2013（4）：28-29. [8] 韦瑞录. PLC控制系统设计安装与调试精品课程建设探索[J].广西教育C：职业与高等教育版， 2012（12）：79-80. |
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