“工业机器人应用技术”课程教学改革探索与实践*——以“中国太空站灵活的机器人手臂展科技实力”为案例

温成卓 ，刘 红 ，郑 虎 ，赵艳妮

（云南机电职业技术学院，云南 昆明 650203）

全面落实全国高校思想政治工作会议及教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》（教高〔2020〕3 号）的要求，把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量[1]。构建“三全育人”的思政工作新格局，将课程思政充分与学院“双高”建设深度融合，强化课程育人导向，鼓励学校积极开展“课程思政”示范课程和典型案例评选工作。基于此，课题组以“工业机器人应用技术”课程为例，深入挖掘课程所蕴含的思想政治育人元素和所承载的德育功能，围绕全面提高人才培养能力这一核心点，围绕政治认同、家国情怀、文化素养、道德修养等重点优化课程思政内容供给[2-4]。以社会主义核心价值观和中华优秀传统文化教育为灵魂和主线，以专业知识、技能为载体，达到知识传授、能力培养、价值塑造“三位一体”的教学目标，打造专业教育与思政教育的协同效应，实现专业课程与思政课程同向同行的育人格局[5-7]。

1 课程介绍

“工业机器人应用技术”课程是工业机器人技术专业的一门专业核心课程，是在相关专业课程学完后的一门综合性理实一体化课程，是一门跨多个学科的综合性技术课程，涉及自动化控制、计算机、传感器、电子技术、PLC 控制技术和机械工程等多种学科的内容。本课程的先导课程有“电工电子技术及应用”“电气控制与PLC”“机电设备控制基础”“机械设计基础”“机电设备故障诊断与维修”等，经过这几门课程的学习，学生已具备一定的机械机构基础、电气电子元件识别和使用、机电设备控制、PLC 编程等能力。本课程旨在培养学生动手操作工业机器人，利用仿真软件对机器人动作进行编程仿真，结合PLC 控制、智能视觉系统完成机器手臂在现代智能工业生产线中的复杂动作任务的能力，使学生能够将所学到的相关专业知识贯通运用，掌握普遍工业机器人的基本操作。通过在教学过程中引入思想政治育人元素，培养学生的职业道德意识和职业素质养成意识以及创新思维能力，培养学生的爱国主义情怀，建立“四个自信”，增强“四个意识”，做到“两个维护”。

2 教学设计

本课程以工业机器人常用的技术原理与应用知识为载体，按基于工作过程的项目化教学思路进行设计，根据课程的知识和技能点设计6 个教学项目，深入分析每个教学项目的特点，设计和挖掘合理的思想政治育人元素融入到教学过程中，突出学生为主体，启发学生善于观察、自主思考，提高学生观察、判断、分析与解决问题的能力。通过课程思政教育，培养学生自主学习、团结协作、认真负责的职业素养，坚定学生理想信念，切实提升立德树人的成效[8-11]。“工业机器人应用技术”课程教学整体设计如表1所示。

3 教学实施

以项目五“工业机器人在线编程与调试”为例，以“中国太空站灵活的机器人手臂展科技实力”为主题的课程教学实施过程如下。

3.1 学情分析

高职院校学生具有较为鲜明的自身特点，其思想较为成熟，易于接受新鲜事物，课堂表现活跃，但是学习积极性、主动性不够，对于实践性教学内容更为感兴趣。通过前面的学习内容，学生已经熟悉掌握了工业机器人的基本操作、编程语言和编程标准格式，但还无法实现让机器人按编好的程序自动运行和在线调试。

3.2 案例介绍

观看展示中国太空站机械臂先进水平的视频，增强学生们对我国科技实力提升的国家认同感和爱国情怀，通过对视频中关键技术的解读，让学生对工业机器人技术和应用产生浓厚的学习兴趣，进而引出工业机器人编程与调试课堂教学内容的讲解。以视频中太空站机械手臂搬运、连接、安装太空舱的工作过程为示例，设置“机器人装配物料、搬运成品入库”的工业机器人在线编程与调试章节项目任务。将任务细化分工到各个小组，各小组学习工业机器人在线编程与调试的教学内容，完成各自任务，并通过分工协作的方式，组合完成整个项目的大任务。在完成项目过程中，锻炼学生自主学习能力、严谨治学的编程能力、团队合作能力和竞争意识。项目总结阶段，教师介绍中国“航天四老”等老一辈航天领军人物的事迹，总结本次项目任务的完成情况，通过老一辈航天领军人物的事迹，鼓舞和培养学生勇于克服困难、不畏艰险、砥砺前行的精神。

3.3 教学实施过程

教学实施过程注重思想政治育人元素与教学内容的无缝对接，注重时事热点话题的思政要素提炼和转换。在教学环节中，充分利用网络云课堂平台开展信息化教学，采取“课前咨询预习，课中导学汇报，课后巩固拓展”方式全方位开展教学活动。

3.3.1 课前咨询

开课前一天，教师在云课堂中上传思政视频和相关学习资料，并发布课前预习作业。学生通过云课堂客户端查看课前预习作业，自主观看思政视频和学习设备资料并完成课前作业，撰写观后感。资源内容包括中国太空站机器人手臂自动运行完成复杂任务的视频和工业机器人在编程及调试的微课视频。

3.3.2 课中课堂引入

首先，利用云课堂进行签到，规范学生时间意识。教师播放中国太空站机器人手臂自动运行完成复杂任务的视频，通过云课堂抽查学生谈观后感。在太空环境使用机器人手臂完成空间站外的操作任务，大大降低了人为操作的危险，提高了工作效率。进而抛出问题：如何让机器人手臂能够自动完成复杂的运动？引出本节的授课内容：工业机器人在线编程与调试。学生汇报思政视频观后感，汇报作业完成情况，每组汇报都要总结，提出优点和不足。

3.3.3 课中教学内容讲解

教师通过PPT、微课视频等方式讲解机器人系统控制关系，演示工业机器人的通信设置、在线编程、示教器找点、在线调试的操作方法。学生理解机器人系统控制关系，记录操作技能步骤，学习系统内部控制关系有助于理解和掌握知识和技能点。

3.3.4 课中任务布置和任务学习

教师将本节任务分解为三个子任务，分别为机器人装配物料、机器人运送成品工件、机器人入库工件。在云课堂中下达任务书和任务学习资料，学生接收任务并以小组的形式学习任务资料，并完成任务书中内容，准备好汇报资料。

3.3.5 课中分组任务汇报

学生分组汇报设计程序和任务注意事项。教师听取每组汇报，总结汇报内容，对学生任务汇报情况进行评价。教师根据总体任务的控制要求向各组提出分任务衔接要求，各组相互协作完成“机器人装配物料、搬运成品入库”在线编程和调试的总体任务程序设置。

3.3.6 课中任务实施与实操

学生分组完成操作任务，并协作完成分组任务的衔接和“机器人装配物料、搬运成品入库”的总体任务，其他组完成课堂测试作业，在操作过程中发挥团队合作、精益求精的工匠精神。教师指导实操，现场填写项目考核表，纠正错误操作，进行课堂测试答疑，考核学生操作过程中知识、能力和素质目标的完成情况。

3.3.7 课中任务总结和评价

教师总结任务完成情况，评价各组在完成任务过程中的优良表现，讲解钱学森及“航天四老”的航天事迹，剖析在物质条件和生活条件极度贫乏的环境下，科学家们以国家利益为重作出的突出贡献，激发学生的爱国主义精神和工匠精神，升华课程主题。学生分组总结任务收获，完成组内互评环节。

3.3.8 课后新任务布置

教师在云课堂中上传“大国重器-智造先锋”视频和下节课“工业机器人与视觉系统通信”学习资料，发布新课程任务。学生课后巩固本节课程知识，拓展学习相关知识并接受新任务，搜集学习新任务资料，做好下节分组汇报工作。

4 课程案例教学效果

1）学生通过观看中国太空站机器人手臂自动运行完成复杂任务的视频，对中国的科技实力羡慕不已，产生了极大的民族自豪感。对本次教学内容“工业机器人在线编程与调试”产生了浓厚的学习兴趣。

2）学生通过课前资料学习和课上汇报环节，能够初步掌握本节知识点，锻炼了自主学习能力、对资料的总结归纳能力及语言表达能力。

3）教师将演示实操设备和操作设备微课视频相结合，学生能够更加直观和有效地了解操作的基本步骤和注意事项，印象更加深刻。

4）利用云课堂平台，完成提交作业统计、课堂汇报、任务评价等教学环节，记录学生课程数据，课程评价更加多元化、合理化。

5）通过教师分享的钱学森及“航天四老”的航天事迹，剖析在物质条件和生活条件极度贫乏的环境下，科学家们以国家利益为重作出的突出贡献，激发了学生的爱国主义精神和工匠精神，升华了课程主题。

5 结语

对“工业机器人应用技术”课程进行课程教学改革，根据课程的6 个教学项目，设计与教学项目相关的思想政治育人元素，并合理地渗透在教学过程中。在项目化课堂教学过程中，学生能够顺利完成学习任务，知识目标、能力目标能够达成，并得到能力提升。课堂思政要素的融入使素质目标得以实现，激发了学生的爱国情怀和对科学文化知识的追求与渴望，培养了治学严谨、敢于挑战的科学精神和一丝不苟、精益求精的工匠精神。同时，也提高了教师的课程思政教学能力和思政素养，为相关课程的改革提供了参考。