理虚实一体化教学在《工业机器人编程与操作》课程中的应用研究

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　　摘 要：本文以高职工业机器人专业课《工业机器人编程与操作》为例，在企业人才需求、课程特点以及教学现状分析的基础上，对传统的机器人专业课程教学模式进行革新研究，将“理虚实一体化”教学方式应用于《工业机器人编程与操作》课程，建立以ABB工业机器人的实际应用为主线的课程教学体系，突出了实践能力与创新能力的培养思路，为培养工业机器人技能应用型人才提供教学参考。
　　关键词：工业机器人;理虚实一体化;教学模式;人才培养
　　一、研究背景
　　随着智能制造产业的飞速发展，传统制造业走向自动化生产，这与工业机器人技术的发展有着密不可分的关系。《中国制造2025》强国战略中提到，要着重发展数控机床以及机器人等产业，预估到2025年，我国各大企业中需要的工业机器人应用技术人才将达到30万[1]。为了适应市场的人才需求，我国各大高校开设了机器人专业，而机器人专业的核心专业课便是《工业机器人编程与操作》课程。该课程针对其工作岗位要求，培养学生对工业机器人现场编程以及调试维护的实际操作能力，为以后从事工业机器人领域相关工作奠定基础。
　　二、《工业机器人编程与操作》课程教学分析
　　（一）企业人才需求分析
　　随着智能装备行业快速发展，传统的制造业不断改进，工业生产线应用了越来越多的工业机器人替代工业生产线的一线工人实现自动化生产，降低人工成本，提高工作效率。根据调研分析，各行各业大量需要工业机器人现场编程、生产线维护、安装调试以及售后服务等专业人才[2]。高等职业院校最初将工业机器人专业课程纳入机电专业体系教学，现在变为独立设置一个专业，开展对口专业教学，对于机器人专业的学生开展更全面的系统培训，提高他们的专业技能，为企业提供更多的机器人应用技术人才。
　　（二）课程特点分析
　　《工业机器人编程与操作》课程是工业机器人专业必修的专业核心课程，工业机器人组成的自动化生产线设备已经发展成自动化装备制造的主流。本课程的先导课程为《机械设计基础》，《传感器技术》，《液压与气动技术》，《工业机器人技术基础》等[3]。通过对先导课程的学习奠定本课程的基础知识和专业技能，通过本课程的继续学习培养学生初步掌握机器人编程操作与安装调试方法。
　　（三）课程教学现状分析
　　《工业机器人编程与操作》课程在以往的教学方法中，由于实训条件的欠缺，理论课与操作课一般是分开上的。这种教学方法会导致实际操作的技能训练无法得到实时的理论引导，而理论知识也无法与生产实际相结合，从而导致了学生的技能掌握不到位。随着教学方法不断革新，教学设备不断完善，提出了很多新的教学方法，如“项目式教学”、“做中学”一体化等新型的教学方法[4]。但考虑到机器人设备价格昂贵，受到设备数量、品种以及后期维护费用等方面的限制，所以提出将“项目式教学”、“做中学”和虚拟软件仿真等教学方法结合形成“理虚实一体化”教学方法，充分发挥各自的优点。
　　三、“理虚实”一体化教学方法的设计
　　“理虚实”一体化教学方法在理论课讲授中引入虚拟仿真教学，通过计算机虚拟仿真软件熟悉机器人实际操作内容，并加固对所学知识的了解，熟练后在通过现场设备进行实际操作练习。针对《工业机器人编程与操作》课程，以“项目引导”、“理论讲解”、“虚拟仿真”、“实体操作”和“展示与评价”五个环节开展“理虚实一体化”教学实践，如右图所示是“理虚实”一体化教学过程。
　　
　　“理虚实”一体化教学过程图
　　（1）在“项目引导”环节，以工业机器人编程操作能力的培养为核心，以ABB机器人应用具体案例设计为载体，以工业机器人技术领域职业岗位能力培养为目标选取编排教学内容，课程内容以涂胶装配、搬运、码垛、焊接等实际项目设计教学内容。
　　（2）在“理论讲解”环节，因为选取企业中实际项目作为教学内容，其必定是各种知识点的综合应用，对于初学者来说，很难一次性的圆满完成。因此，教师需根据自身理论实践结合能力，对实践项目内容进行知识分解与储备学习。
　　（3）在“虚拟仿真”环节借助ROBOTSTUDIO虚拟仿真软件实验平台，根据分解任务进行仿真操作并展示课程仿真结果，让学生对课程项目有一个直观的认识，然后再布置具体的练习任务。
　　（4）在“实体操作”环节，教师在课程中起到引导、咨询和指点的作用。教师利用理论实践结合能力对任务进行分析解读，将任务分解成知识点和操作规范，指导学生实际操作机器人设备完成任务，提醒学生观察实验现象、寻找操作规律，并帮助总结归纳知识点。
　　（5）在“展示与评价”环节，学生完成虚拟仿真搭建与实际操作机器人设备等任务后，向老师和同学展示实验成果，并根据项目完成情况和学习过程主观表现完成教师评价与组内互评。
　　四、结论
　　“理虚实”一体化教学可以引导学生通过虚拟仿真软件操作、实际设备操作与理论课知识相互联系，使理论知识学习、虚拟软件仿真和实际设备操作互相促进、相辅相融。“理虚实”一体化教学突破了理论和实践分离的分段式教学模式，可以整合理论讲解、虚拟模拟操作以及实际动手操作训练，真正实现了做中学的教学理念，创新教学方法，改进教学质量，提高学生技能操作能力。
　　参考文献：
　　[1]吕世霞，杨屏，陈渌漪.基于工业机器人技术的工業40人才需求探究[J].办公自动化，2017（24）：34-36.
　　[2]蒋庆斌，陈小艳，周斌.工业机器人行业人才需求与高职院校专业设置分析研究[J].职业技术教育，2018，39（2）：27-30.
　　[3]许红岩.高职《工业机器人编程与调试》课程标准设计[J].课程教育研究，2018（46）：210.
　　[4]焦勇.“混合式理实一体化”教学模式探索与实践[J].船舶职业教育，2018，6，30（02）：56-58.
　　作者简介：帅佳慧（1992-），女，四川乐山人，全日制硕士，保定职业技术学院专任教师，研究方向：自动化类;韩伟芳（1978-），女，河北保定人，硕士，保定职业技术学院工程师，研究方向：自动化类。
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