项目式教学在工业机器人专业教学改革中的应用

李 智 陈 帆 胡 菡 杨 帆

(武汉软件工程职业学院 湖北 武汉：430205)

1 教学改革背景

1.1 行业发展需求

2015年，武汉市在制定“十三五”规划的过程中，明确将智能制造、信息技术、生命健康作为重点发展的三大产业领域。在智能制造产业方面，重点布局智能机器人、高端数控机床、增材制造等领域，打造全国重要的智能装备研发制造产业集群，推动人工智能技术突破发展，加快智能家居、智能汽车、智能船舶、无人机等产业发展。武汉软件工程职业学院作为市属高校，基于服务地方经济、为区域发展培养高技能人才的办学理念，在机械工程学院机械制造与自动化专业的基础上开设了工业机器人专业。

1.2 现有教学模式中存在的问题

工业机器人专业的核心课程包括传感检测技术、PLC应用技术、电机与拖动、工业机器人技术、工业机器人离线编程、机器人拆装等。这些专业课程在近几年已经完成了理实一体化教学的初步改革，实现了专业核心课程进实训室这一目标。但是，在课程教学上，仍以理论知识讲解为主，再通过现场辅以实训设备进行知识点分析，最后让学生动手实践。这种理实一体化的教学模式较“理论+实验”的教学模式在教学效果上有了比较明显的提高。但受限于设备台套数不足，并不能完全实施基于工作任务的项目式教学，考核方式上也以理论考试或者有限的技能考试成绩为最终评价结果，从而导致了理论联系实际的深度和广度还不够。

另外，装备制造产业发展日新月异，随着工业互联网的发展，云计算、大数据等先进技术快速融入装备制造业中，使产品更新周期逐渐加快，产品科技含量逐渐提高。这些在一定程度上使得专业课程教学内容落后于行业发展，学生培养和社会需求有一定脱节，学生掌握的专业知识与技能往往还没有等到毕业就已经落后于行业发展。

为了持续提高教学质量，让学生在有限的时间里更加牢固地掌握专业核心技能，缩小人才培养与企业需求之间的差距，工业机器人专业借助优质校建设契机，以武汉市智能制造公共实训平台作为硬件支撑，深化教学改革，实施基于工作任务的项目式教学改革。

2 项目式教学改革的必要性

2.1 满足区域产业升级对人才的需求

智能制造产业的不断发展对高技能人才的需求将不断增大，要求呈现新变化。智能制造产业升级不是简单地用机器设备替代产业工人，而是对传统制造方式的改造。未来对智能技术研发、智能设备改造、智能装备操作以及智能监测管控等方面的新型人力资源需求巨大。据调研分析，目前武汉有3万多家工厂，特别是汽车、装备制造、电子信息等一批优势产业中对以工业机器人为核心的智能制造技术和装备的需求量大，“几乎100%的企业都需要机器换人。”同时，原有技术工人不能满足现代化设备的技术要求，只有掌握工业机器人技术、网络技术、工业自动化技术、人工智能等领域的智能制造技术的技能人才才能支撑智能制造业和装备制造业的智能化升级。

2.2 优质校建设要求

工业机器人专业是机械行指委《高等职业教育创新发展行动计划(2015-2018年)》中骨干专业建设项目之一。在骨干专业建设方案中，人才培养模式、教学模式等改革是专业建设中验收的重点。通过教学改革提升教学质量，在仿真的实际生产环境中锻炼、提升学生职业及岗位能力，培养学生的职业规范，在职业意识的引导下，促进规范职业行为习惯的养成，缩小人才培养与企业实际需求之间的差距，努力做到毕业即可就业，帮助企业降低人力资源培养成本。

2.3 提高教师综合能力

工业机器人的核心课程融合了多个学科的知识，涉及到相当多前沿领域的技术。因此，对参与教改的教师有着较高的要求：教师应具备多学科知识背景、较强的动手能力和指导学生对新事物进行探索实践的能力[1]。通过项目式教学改革，教师既要了解企业生产流程和最新技术装备，还要对课程体系进行研究，设计符合于企业实际需求的、基于工作过程的任务。将企业中的前沿技术工艺融入到理论、实践教学中去。这样，教师既能关注最前沿技术，又能锻炼自身教科研综合能力。通过项目式教学改革，让教师主动创新，寻求各种合理的、有效的途径提升教学质量，提高学生技术技能水平。

2.4 提升学生学习积极性

传统教学模式形式都比较单一，注重理论知识传授，学生主动学习的积极性较低。通过实施项目式教学改革，将知识点融入到一个个难度适中的任务中，按照知识点由易到难、技术能力逐渐递升的学习规律，设置各个任务的先后顺序，使学生在完成与企业实际岗位工作内容相近的任务中获得成就感和满足感，提升学生自信心，逐步培养学生主动地去提高自身的专业核心能力。

3 项目式教学改革实施方案

3.1 教学改革的实施对象及时间

项目式教学法要求专业课教师按照课程教学目标安排设计相关的以工业机器人为核心的项目，利用项目对学生实行“教、学、做合一”的学习和实践培训，提高学生学习自主性，激发学习兴趣和热情，培养创新思维、发散思维，培养出符合国家和社会发展需求的人才[2]。工业机器人核心课程具有创新性、探索性、实践性与开放性，高度契合项目式教学法的设计理念，因此教学改革试点时间段以工业机器人专业大二两个学期和大三上学期为主。这一阶段，所有课程不再以单独课程教学的模式进行，而是以项目为主线将各个课程贯穿于其中，这样无疑是加大了教学准备工作量，也对学生的自主学习能力提出了更高的要求。

3.2 教学改革的专业人才培养目标

原有的人才培养目标“面向智能制造装备、制造及工业自动化行业领域，培养掌握机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业知识和技术，从事工业机器人设备的运行维护、编程调试、安装维修、销售客服以及工业机器人自动化系统安装调试、运行维护及管理等工作的技术技能型人才。”

根据《武汉市 “十三五”规划》和《武汉市建设“中国制造2025”试点示范城市实施方案》，学校在“十三五”规划中，将先进装备制造专业群作为重点发展的五大专业集群之一。据此，教学改革将现有的人才培养目标修改为“掌握以工业机器人为核心的智能制造与检测、设备安装与调试、设备信息化管理与维护等基础知识，具备智能制造工艺设计、智能制造设备安装调试、智能制造设备信息化管理与维护等能力且计算机辅助设计与管理能力突出的高素质技术技能人才。”

3.3 教学内容改革及项目任务设置

根据教学大纲的要求和企业对人才培养的需求，围绕修改后的人才培养目标设计教学任务，以设备安装调试、维护与管理等技术技能为核心内容，开展项目式教学，见表1。

第一阶段：专业核心能力培养

以工业机器人单体为载体，按照工业机器人安装、调试、维护、管理等工作流程，设计了11个工作任务，内容涵盖了机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等。

第二阶段：专业核心能力提升

以工业机器人自动化单元为载体，按照工业机器人自动化单元的工业机器人夹具的安装调试、智能视觉系统的调试与应用、工业机器人编程与调试、总控单元运行与应用等工作流程，设计了8个工作任务，内容涵盖了机械、智能识别、智能控制、传感器、设备信息化管理等。

第三阶段：专业核心技能综合应用

以智能产线平台为载体(见图1)，按照智能产线设施规划与设计，智能产线安装与调试，智能产线系统运营、管理与维护等工作流程，设计了7个工作任务，内容涵盖了智能制造、智能控制、工业机器人、电气自动化、数控加工、测控、维修等。

表1 工业机器人专业项目式教学任务制定表

续表1

图1 智能产线平台

3.4 项目式教学的组织及实施

项目式教学与传统教学最大的区别在于不再以教师为主体进行讲授，而是以项目为驱动、学生为主体，通过自主学习和教师指导相结合的方式完成相应的任务或项目以达到学习和实践的目的。通过这种学习方式，可以培养和锻炼学生自主学习、团队合作、开拓创新的能力。因此，在教学组织和实施上，教师和学生要定位好自己的角色，从项目制定到任务分配，从资料查阅到内容讲授，从完成过程到考评总结，每一个阶段的实施和记录都决定着项目式教学效果的好坏。

在项目完成过程中，以小组为单位，每组3-5人，推选组长一名，组长与组员协商分配每个人的工作任务，各组组长要协助教师检查组员每天工作任务的完成情况，参与考核。

课前，组长要督促组员自主学习教师准备的教材、视频、网络资料；教师对相关要点和安全注意事项进行讲解。

课中，组长要和组员一起设计任务实施计划，完善任务流程，通过完成任务掌握该项目应具备的技能；教师在学生完成任务的过程中进行巡视和指导，对个别同学出现的问题进行引导，对大多数同学出现的共性问题进行集中讲解。

课后，组长要组织组员对每个工作任务的完成情况进行总结，形成每天的总结报告；教师要对当天的完成情况和出现的问题进行总结，及时调整进度，并做好阶段性考核记录。

3.5 项目式教学的过程考核及验收

项目式教学的考核也与传统教学的考核有很大的区别。传统教学的考核多以考试成绩和平时成绩相结合为主，对于理论教学而言这种考核方式是很实用的。但作为以过程考核为主、检验学生技能掌握程度的项目式教学，这种考核方式就不能全面地反映学生的学习效果了。因此，根据项目式教学自身的特点制定相应的考核方式才能客观全面地反映这种教学过程的教学效果。结合工业机器人专业的特点和制定的项目可以将考核成绩分为三部分：阶段性任务成绩、实训报告成绩和技能考核成绩，其中以技能考核为主。在技能考核中，每个任务结束都有一次考核，考核通过之后才能进行下一个任务的学习。在分数评定上分自评、互评和教师评三种。自评是让学生自己给自己打分，有利于让学生正确意识到自身的优点与缺点，为下个项目积累经验；学生互评，客观公正，有利于让学生发现别人的长处与短处，取其精华、去其糟粕，不断提高自身的操作水平；让老师评价学生，有利于了解学生对项目中涉及的知识点与专业技术的掌握程度，并据此不断设计出新的项目以服务于教学。

4 结语

项目式教学法是一种较为成熟的教学模式，但在工业机器人这样的新兴专业上应用还处于尝试阶段。因为工业机器人专业涉及的学科较多，既要有较扎实的理论知识又要有较强的实践动手能力，这对教师和学生都提出了很高的要求。教师团队通过前期深入企业调研，在制定出符合教学大纲的项目的同时，还要求项目所涉及的任务既要具有教学操作性又要覆盖面广、贴近实际生产，能将理论和实践结合起来。通过这种项目式教学模式，学生在完成这些项目任务的过程中，能通过自学、教师引导和团队协作，将所学理论知识付诸实践，并从中培养和提升自身的职业素养。

[1] 容爱琼.“项目式”强化训练的机器人实验教学方法[J]．教育教学论坛，2016,7(28)：268-269．

[2] 马志敏.项目式教学在《工业机器人技术》课程中的技术应用[J]．教育现代化，2016,9(26)：230-235．