基于“交互课堂”理念的工业机器人实践教学思考

黄鹏程

【摘要】随着产业升级，工业机器人领域人才缺口日趋扩大，如何适应现阶段制造企业对人才的需求，提高毕业生工业机器人综合应用能力，成为当前高职院校积极探索和推进的教学课题。本文分析了当前高职院校在工业机器人课程的实践教学过程中存在的问题，针对性地提出引入“交互课堂”的教学理念，阐述了以“交互”为核心的工业机器人实践教学方法，分析了教学开展过程中可能存在的问题，并且提出了解决方案。

【关键词】工业机器人 实践教学 交互课堂

【基金项目】省级教改课题（kg2015651）。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0244-02

随着产业升级及集约化程度的提高，制造业设备自动化和柔性化程度也在不断提升，工业机器人技术在制造业中的应用日趋广泛。据调查，全国范围内工业机器人领域人才年需求量达41万人，年毕业生数为20.8万人，年度缺口20万人，缺口量巨大。高职教育作为培养高素质技能型人才的前沿阵地，如何适应以自动化设备加工为主的高端先进制造企业对人才的需求，提高毕业生工业机器人综合应用能力，成为当前高职院校积极探索和推进的教学课题。

一、工业机器人实践教学存在的问题

为了迎合制造业的发展趋势，培养工业机器人领域人才，高职院校均已开设工业机器人相关的理论与实践课程，但现阶段工业机器人课程教学，尤其是实践教学环节，普遍存在以下问题：（1）课程项目任务与企业生产实际脱轨，成为“空中楼阁”；（2）项目难度未呈现出阶梯化的分层教学；（3）分组教学没有切实解决“个别同学做、其余同学看”的问题。以上问题导致了毕业生工业机器人综合应用能力较弱，不得不从事一些技术含量较低的工作岗位，最终造成毕业生工作档次、工作薪酬下降，职业发展前途受限等严重后果。

二、基于“交互设计”概念的“交互课堂”

针对现阶段工业机器人实践教学存在的上述问题，为了提升学生工业机器人综合应用能力，提高高素质技能型人培养质量，提高毕业生对于“机器换人”趋势的适应能力，提出以“交互设计”的概念引领工业机器人课程的教学，以“交互课堂”的方式改变目前实践教学中存在的不足。

交互设计是一种目标导向设计，所有的工作内容都是围绕着用户行为去设计的，是通过设计用户的行为，让用户更方便更有效率地去完成产品业务目标，获得愉快的用户体验。而“交互课堂”则是以“交互设计”的概念为基础的课堂教学模式，包括了教师与企业交互教学项目、与学生交互教学层次，教学组与组之间交互操作能力，组内组长与组员交互责任分工等涵盖教学各个方面的交互。

三、基于“交互课堂”的工业机器人实践教学方法

针对现阶段工业机器人实践教学中存在的问题，引入“交互课堂”，具体的教学方法有以下三点：

1.教学内容“上下左右”四方位交互，实现难易结合、教学企业兼顾

“上下交互”是指项目应包括难度阶梯式的子任务。对于一般同学，只需其掌握相关设备的基础操作技巧和操作原理；对于较为优秀的同学，在此基础上，增加部分有一定难度的、综合性的训练项目，培养其综合应用能力，使其在面对不同设备时，能快速分析出其操作原理，缩短这类学生就业后的学习期和适应期。“左右交互”则是指教学内容应充分考虑企业生产实际，将实际生产中涉及到的技术技能纳入教学项目中，使学有余力的学生能体会到企业生产与学生教学的不同，以便其工作后能尽早适应工作岗位。以“焊接机器人”项目为例，项目中学习的焊接图形应遵循 “点、线”、“规则二维图形”、“不规则二维图形” 、“规则三维图形”、“不规则三维图形”，最终是“企业中的复杂焊接图形”的难度顺序。而在不同难度中，均插入企业实际的焊接图形，以供学生学习和练习。

2.摒弃“看似面面俱到、实则顾此失彼”的教学现状，针对学生的接受能力和学习兴趣，分组教学，实现与学生的“交互”

考虑到工业机器人操作原理的相似性及企业机器人设备应用的局限性，大部分学生只需完全掌握一类工业机器人的操作技巧，即可通过短时间的培训，完成对其余设备的触类旁通。在实际教学中，让学生根据自身水平、兴趣选择不同的“核心项目”，而其余项目则作为“附加项目”。因此，不同教学组的“核心项目”不同，其教学重点也有所区别。由于“核心项目”是学生按照兴趣自由选取的，在学习过程中，也能充分调动学生的学习积极性和学习热情。例如：某位同学选择焊接机器人作为其“核心项目”，在教学中，将这位同学归为“焊接机器人小组”，焊接机器人的操作技巧和操作原理则使其重点的教学内容，搬运机器人、码垛机器人和视觉识别等内容是在其完全掌握焊接机器人操作技巧的基础上，再进行进一步的教学。

3.改革考核评价方法，以“核心项目考核”为基础分，“附加项目考核”为加分项，注重组内成员分工协作，提高考核有效性

考虑到不同项目组的“核心项目”有所区别，在考核过程中，将其“核心项目”的教学内容作为其考核成绩的基础分，而“附加项目”则作为加分项目。因此，学生必须首先通过自选的“核心项目”考核，如该学生想在最终考核上获得更高分数，则需在“附加项目”考核中有所斩获。除此之外，课程考核将采用过程和结果相结合的考核方式，不仅注重对任务实施结果，更注重组内成员分工完成部分的评价。内容主要是考勤情况、任务完成情况、组长对于任务的分配情况和组员子任务完成情况进行评价。改变目前项目化教学结果往往只停留在结果的情况，相比以往评价更具可信度。

四、开展基于“交互课堂”的工业机器人实践教学需要解决的关键问题及解决方法

开展基于“交互课堂”的工业机器人实践教学过程中仍存在几个关键问题：

1.将企业生产实际的过程模拟到教学项目中，保证两者的一致性

实践教学项目中子任务的设置尽可能贴近企业生产实际。以焊接机器人实践教学为例，学生学习的大都是 “三角形、四边形”等规则图形的编程方法。但是在企业的生产实际中，上述图形几乎不会出现。因此，开展深入企业的调研，选择企业焊接中出现较多的图形，并类似的图形合并，引入到教学项目中，让学生在平时的学习实践中就完成企业的焊接任务。合理的选择企业项目，使其既与企业生产实际保持一致，又符合课堂教学的实际需求。

2.将项目子任务按难易区分，满足不同层次学生的需求

教学项目的设置应从下至上，难易交错，同时不同项目组同一层次任务应确保处于同一难度水平。以焊接机器人实践教学为例，子任务的设置应从最基础的“点、线、面”，提升至“三角形、四边形”等规则图形的绘制任务，进而到与企业相一致的“二维图形”的绘制，最后到完全与生产实际相同的“三维图形”。同时，不同任务组之间的难易程度如何控制在同一水平上，以及其设置循序渐进，从易至难匀速变化，不出现大幅度的难度跳跃。

3.合理分配组内成员的子任务，使所有同学都有事做，能做事

本类实践教学课程实施过程中采取学生分组进行，每个任务组的基本教学任务存在一定的差异，在分组过程中，不仅应考虑学生自身的水平和兴趣，还需考虑组内成员的搭配，以防出现一整组学生的能力均较低，无法完成既定的教学任务。同时，需要从具体小组项目分工、成员项目考核、课堂教学监控、项目实施不同阶段教师课堂教学与考核的有效衔接、学生指导等细节着手解决不同项目实施进度的学生分组管理和课堂有效组织的问题。

五、结语

本文结合制造业产业和工业机器人发展现状，探讨了现阶段高职院校工业机器人课程的实践教学环节中存在的问题，提出“交互课堂”的教学理念，根据学生的接受能力和学习兴趣，让学生自主选择课程的核心内容，同时在项目中穿插进企业实际生产项目，针对性的培养学生工业机器人应用能力。交互课堂式的教学模式需授课教师在教学和实践过程中不断探索、改进和完善，把产业对人才的技术能力需求贯穿于机器人人才培养的全过程。

参考文献：

[1]朱友银.在高职院校实践教学中加强以科研项目为载体的“第二课堂”建设的思考[J].课程教育研究，2004（23）.

[2]程仙国，孙慧平，李占涛.《工业机器人技术》课程教学改革与实践[J].宁波工程学院学报，2015（27），4.

[3]周宇，陈一峰，张晶.高职院校《工业机器人技术》课程教学改革的探索[J]. 武汉船舶职业技术学院学报，2012（1）.

[4]周光礼，黄容霞.教学改革如何制度化[J].高等工程教育研究，2012（5）.

[5]徐燕.基于“创意项目”工作过程的“Flash动画设计”课程教学改革与实践[J].职教通讯，2016（6）.