“智改数转”背景下工业机器人技术专业课程教学改革与实践

摘 要：随着现代制造类企业的发展，社会迫切需要更多高技能人才。但是，当前部分职业学校学生的理论知识和实践技能水平与企业实际需求还有一定差距。如何提高教学质量，有效培养学生各方面的能力，是教师需要认真思考的问题。文章阐述了目前工业机器人技术专业课程教学中存在的问题和解决方法，并对工业机器人技术专业课程教学改革和实践进行了探讨。

关键词：“智改数转”；工业机器人技术；教学改革

基金项目：本文系第五期江苏省职业教育教学改革研究课题“中职校活页式教材开发与应用研究”（课题编号：ZYB201）的阶段性研究成果。

作者简介：诸晓涛（1986—），男，江苏省锡山中等专业学校。

根据《深化新时代教育评价改革总体方案》和《国家职业教育改革实施方案》的要求，工业机器人技术专业课程的人才培养目标、知识体系、培养方案、教学内容等都需要进行相应调整。工业机器人技术课程是中职学校机电类专业的核心课程之一，主要教学目的是让学生掌握工业机器人系统组成和典型应用的相关知识，以及培养操作、调试、编程、维护等方面的能力，对提高学生分析和解决实际问题的能力具有重要作用。工业机器人在我国制造业中发挥着重要作用，但目前工业机器人技术专业优秀人才较少。从工业机器人技术专业发展前景来看，未来企业对工业机器人技术人才的需求量会越来越大，对学校的人才培养要求也会越来越高，因此，我们要提高学校的人才培养质量。

工业机器人作为制造业的重要装备，在我国智能制造领域中占据着重要的地位，工业机器人技术人才培养的质量直接影响着智能制造产业的发展。随着“智改数转”的发展，各地区越来越重视制造业高技能人才的培养，同时企业也对高技能人才培养提出了新要求，如何根据当前职业学校学生实际情况合理构建课程教学体系和教学方法已成为一个亟须解决的问题［1］。

一、课程的定位及课程教学目标

工业机器人技术课程是机电类专业的核心课程，也是智能制造相关专业的重要技术技能课，它对学生专业知识及职业技能的培养有着重要作用。

（一）准确定位培养目标

通过本课程的学习，学生将掌握工业机器人基本知识和常用工业机器人操作技能，了解工业机器人设备选型与安装、工业机器人运动控制系统配置与调试、工业机器人操作与维护、工业机器人编程及示教等知识和技能，为今后从事工业机器人技术应用、设备维护及管理工作奠定基础。通过本课程的学习，学生将具备以下能力：（1）掌握与本专业相关的工控系统和编程方法；（2）具备工业机器人设备选型和安装调试技能；（3）具备设备管理能力；（4）具备设备故障排查与故障诊断能力。为实现以上教学目标，针对本课程，笔者结合以学生为中心的教学理念，对课堂教学模式进行了改革［2］。

（二）优化教学内容与方法

在教学内容上，我们根据“重基础、宽口径、强能力、高素质”的要求，遵循“教、学、做”一体化设计思路，结合工作过程系统化的原则设计课程内容；在教学方法上，充分利用多媒体技术、虚拟现实技术等技术手段辅助教学，以提升学生的学习积极性和参与度；在考核方法上，充分利用线上线下混合式考核方式，以提升學生学习积极性和综合素质。

（三）加强职业素养的融合教育

随着“智改数转”的发展，与工业机器人相关的行业对人才的要求也发生了变化，其不仅要求人才的技术过硬，还要求人才有较好的职业素养和职业道德。为此，结合当前职业学校学生实际情况，我们建立了“三个一”（专业基础+职业素养+专业技能）工业机器人技术课程教学体系，具体如下。

第一个“一”是指将专业基础与行业标准相结合。工业机器人技术专业课程主要学习工业机器人系统及集成应用、工业机器人编程与控制、机器人相关传感器等内容，其中涉及的行业标准是本专业课程教学的基础。

第二个“一”是指将职业素养融入教学环节中。在“智改数转”的背景下，学生应具有良好的职业素养、敬业精神及较强的团队协作能力。为此，我们将职业素养融入课堂教学中，同时重视专业技能竞赛，鼓励学生积极参加职业技能竞赛活动。

第三个“一”是指将专业技能融入实践操作中。首先，学校与企业签署了战略合作协议，建立了校内和校外实训基地。实训基地是依托于企业生产设备，在具有丰富实践经验的专业人员的带领下，对学员进行实践训练的基地。校内实训基地会对企业员工开放，为企业新员工进行理论知识的培训；而企业实训基地会对学校的专业教师开放，让相关教师能深入了解企业中的最新生产设备，从而有效提升教学实效。

二、基于工作过程的课程教学内容改革

由于工业机器人技术课程面向的工作岗位对学生的技能要求较高，如工业机器人系统运维员（机器人操作员）需要具备电气控制系统维护、工业机器人编程与应用、故障分析与排除、生产管理等多项技能，因此，课程改革应基于工作过程来构建知识体系［3］，并重点围绕这些核心能力，将一些碎片化的知识点进行整合，使之转化为一个具有内在联系的整体。工业机器人技术课程通常采用项目化教学方式，我们以职业活动为导向，以项目任务为载体，以工作任务完成为目标，基于工业机器人系统集成应用、典型故障分析与排除和生产管理等，设计了相应的教学内容。我们将工业机器人技术应用课程内容分为5个学习领域：工业机器人系统集成应用、工业机器人典型故障分析与排除、工业机器人生产管理、工业机器人安装与调试以及工业机器人系统维护。不同的学习领域对应不同的学习目标，根据各学习领域内容的特点，学生可以选择对应的学习载体。

根据“智改数转”的发展要求和职业学校教育教学改革的要求，笔者重点研究了基于工作过程和工作任务分析的知识体系，依据行业标准和职业能力发展要求对课程内容进行了整合，形成了以能力培养为目标的教学内容。根据工业机器人技术课程特点，笔者将教学内容分为六个模块：（1）机器人运动学和动力学；（2）机械臂末端定位与控制；（3）工业机器人程序设计；（4）工业机器人编程；（5）人机交互与示教系统；（6）系统调试与维修。这六个模块涉及大量的专业技术知识，如运动学、动力学、机械臂控制、程序设计等，因此，教师在授课时要按照工作过程和学习项目的要求对每个模块的教学进行设计，形成以“工业机器人作业过程”为中心的教学内容体系，这样能使每个模块之间形成层层递进的关系，让学生将专业知识和技能应用到实践中，解决工作中遇到的实际问题。

虽然这门课程的内容具有很强的综合性，但是每一章节的知识点都是相对独立的，因此，教师在教学时，要对课程内容进行合理规划，找出能够将所有章节都联系起来的主线，将每一个知识点的前因后果都梳理清楚。首先，教师可从机械专业学生比较熟悉的机械结构开始，在对机器人三大组件之间的关系进行解释的基础上，教学机器人的控制系统和环境感觉技术；接着，对于机器人运动学，由于其具有很强的理论性，学习难度较大，教师可按照由浅到深的思路教学，以保证学生能够快速、准确地掌握其核心知识；最后，教师可对机器人程序设计进行说明，让学生对机器人的操控有更深层次的理解。值得注意的是，在讲授各个章节的时候，教师可以适当地引入相关知识的最新成果，这样不仅可以拓宽学生的知识面，还可以激发他们的学习兴趣。

三、基于网络平台的教学手段创新

为保障教学效果，教师在教学本课程时可采用项目式教学法，将工业机器人相关知识和技能划分为若干个项目，引导学生学习。每个项目均包含几个任务，每个任务又可以按具体情况分为多个小项目。项目式教学法要求学生在完成每一个任务后对知识进行总结和评价，发现问题、解决问题，通过不断地训练，提升学生各方面的能力。同时，教师可以将“以学生为主体，教师为主导”的教学理念和“做中学”的教学方法相结合，使教学过程更加接近真实的工作过程。教师应采用理论和实践相结合的模式，根据实际需要，以学生为主体制订学习计划，明确任务分配、时间安排等内容。教师在运用“项目引导”的方法进行教学时，要根据学生的知识水平和学习能力，将其分为若干小组。具体实施步骤如下：（1）开发信息化的课程资源，让学生自主学习。本课程的内容庞杂，概念抽象，教师可利用现有的网络教学平台，创设以学生为中心的教学环境。一方面，教师要将传统的“一支粉笔、一张嘴”的授课方式转变为“多支粉笔、多张嘴”的授课方式；另一方面，教师要构建在线课程，实现线上线下混合式教学，让学生课前通过网络平台自主学习。（2）利用仿真软件开展实践教学［4］。以“机器人技术实训”为例，在理论课程教学前，教师可让学生通过仿真软件进行系统装配、功能调试和故障排除等方面的虚拟实训，这样不仅可以有效提高学生的动手能力，还能提高学生解决实际问题的能力。（3）采用理论和实践相结合的教学方法。在理论授课中，教师可依托仿真软件引导学生进行系统装配和功能调试；在实践中，教师可以真实工程项目为案例，以学生为主体，辅助学生完成相应的操作步骤。（4）引入人工智能教学手段。工业机器人技术应用与维护课程中有许多典型零件加工方法，对于部分零件加工的原理及注意事项，教师可以采用录制视频和制作微课的方式进行讲解和示范。

四、专业教师队伍的能力培养

第一，专业教师参与专业群创建。从2021年开始，我校本专业的教师队伍在不断地进行改革和创新，积极参加专业认证，申报高水平专业群建设项目，积极申请专项经费，为课程的实践和创新提供了保障。

第二，专业教师积极参与教学改革。要想有效发展工业机器人技术课程，我们就必须持续地提升专业教师的职业技能，提高教师的教学水平。同时，我们还要将该课程与现实生活中的生产应用联系起来，搜集并及时更新工业机器人的典型应用案例，持续改进教学内容和教学方法。为此，教师应积极参与职业技能培训，参与技能竞赛，多与企业进行“产、学、研”等形式的合作，以开阔自己的眼界。

第三，专业教师参与顶岗实习。本专业学生的实训一般是在企业中进行的，但部分教师缺乏行业经验，难以对学生进行细化指导。为了提高教师的教学水平和实践技能，我们通过企业顶岗、学校培训等形式提高了教师的业务能力，并组织教师参加了校企合作实践。

第四，專业教师与企业技术骨干双向互师式共同成长。我们邀请了具有丰富经验的企业技术骨干到学校担任兼职教师，将企业典型案例引入课堂，与学生共同进行项目研发。这些措施有效提高了教师的实践能力、创新能力。

结语

“智改数转”背景下，职业教育教学改革面临着新的挑战。本文分析了当前职业教育面临的主要问题，并结合“智改数转”背景下企业人才需求的转变，提出了工业机器人技术课程教学改革思路和措施。同时，本文结合课程教学改革实践，介绍了工业机器人课程教学改革实施过程中的一些问题及解决方案。

实践表明，进行课程教学改革，提高了学生学习的主动性、积极性和创造性，培养了学生的创新思维和解决问题的能力。与此同时，本课程的教学改革也有效提升了专业教师的专业素养和教学能力。在后续工作中，我们将围绕智能制造技术人才培养目标和学科目录调整后工业机器人技术专业人才培养方案展开深入研究，在课程改革的基础上，探索结合工学交替、项目驱动等教学模式展开教学的路径，完成工业机器人课程标准建设、教材编写与推广和教学资源库建设等工作。

［参考文献］

［1］黄亦薇. 中小制造企业“智改数转”过程中的问题与对策分析［J］. 中小企业管理与科技，2023（2）：61-63.

［2］沈晔超，葛勇. “1+X”证书制度背景下“工业机器人应用编程”课程教学改革与实践［J］. 南方农机，2022，53（20）：186-188.

［3］张丽. 人工智能《工业机器人操作与编程》课程教学实践改革探寻［J］. 数据，2021（11）：158-160.

［4］李敏. 基于工作站和数字化平台的课程教学改革与实践：以高职《工业机器人技术》课程为例［J］. 电子元器件与信息技术，2021，5（7）：160-162.