工業機器人課程教學設計
作者：張卓 張程
來源：《高教學刊》2021年第26期
摘 要：針對高職院校工業機器人技術專業核心課程工業機器人自動線裝配與維護的尚存問題，提出課程教學改革措施。根據培養目標以及課程定位，基于工業機器人實際工程案例設計教學載體，通過分組完成項目任務的方式進行教學實施，充分發揮建構主義“問題為中心，學生為主體”的思路，強化學生的自主學習、協作學習和解決實際問題的能力。教學設計綜合考慮了學生學情與實際教學條件，充分利用信息化教學手段，取得了較好的課程效果。
關鍵詞：工業機器人;教學設計;建構主義;行動導向
中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）26-0131-04
Abstract： In view of the existing problems in the core cour Industrial Robot Automatic Line Asmbly and Maintenance in higher vocational colleges， the teaching reform measures are propod. According to the training objectives and cour orientation， the teaching carrier is designed bad on the actual engineering cas of industrial robots. The teaching implementation is carried out by grouping the projects and sub tasks. The idea of "problem as centered and student as capital" in the anchored teac
hing method of constructivism is brought into full play to strengthen the students' ability of autonomous learning， cooperative learning and solving practical problems. The teaching design comprehensively considers the students' learning situation and the actual teaching conditions， makes full u of the information-bad teaching means， and achieves good cour effect.
Keywords： industrial robot; instructional design; constructivism; action oriented
新一輪科技革命和產業變革已經到來，在制造業智能化轉型升級的大背景下，培養符合智能制造產業需求的工業機器人技術人才已成為高職教育改革的當務之急[1]。工業機器人技術是一門包括工程數學、機械、電氣、電子、自動化、傳感器、計算機和通信技術等多技術領域的新型學科[2]，其知識范圍廣、理論知識抽象、技能訓練難度高，對教學提出了挑戰。想要達到理想的教學效果，需要教師對專業的人才培養目標以及專業課程的整體定位、教學理念、具體課程的教學內容、考核評價有較為深刻的理解，并且依據學?，F有的教學條件進行合理的教學設計[3]。本文以工業機器人技術專業的工業機器人自動線裝配與維護課程為例進行教學設計。
一、課程定位與學情分析
工業機器人自動線裝配與維護課程（以下簡稱“本課程”）是工業機器人技術專業必修的核心課程之一。內容上主要包含了工業機器人本體、工業機器人工作站以及工業機器人自動線的功能設計、系統裝調與維護，是工業機器人技術專業人才培養過程中重要的實戰環節。本課程是工業機器人離線編程與仿真和工業機器人現場編程課程的后續進階（兩門前置課程主要教學生RobotStudio軟件的使用方法和工業機器人的基本操作方法），設置本課程的主要目的在于提升學生的技能層次，引導學生將所學的理論知識和實操技能與實際工業機器人系統結合起來，對機器人結構、外部電氣設備以及自動線系統達到真正理解，而非局限于簡單操作的水平上。
通過實際教學與調研反饋，作者發現本課程教學目前主要存在以下幾方面問題。
（一）學生前置課程基礎較為薄弱
在學習本課程前，學生需要學習較多的前置課程進行積累，專業課學科交叉性強，知識覆蓋范圍廣，理論復雜，高職學生學習難度較大，而且很多學生到了大三，前面大一學
過的知識（如工程數學、電工技術）很多都已忘記了，理論基礎不夠扎實，又進一步加深了理解課程的難度。學生感覺課程難度大，影響學習興趣，從而學習動力不足，產生怠學情緒。需要通過教學設計幫助學生回憶前置知識、降低課程的理解難度，激發學生學習興趣。
（二）學生理實脫節，知識不懂應用，實操不知原理
在教學過程中，學生常常處于“被動學習”的狀態，講解的理論知識只是“記住了”，而不能夠應用在實際的問題上，對于課上講授的實操技能也僅僅是“照著做”，而不能夠理解為什么要這么做。這種學生“被動學會”的狀態往往會造成教師認為自己“教懂了”，學生也認為自己“學會了”，但是當學生面對新的問題，需要獨自分析解決時就顯露了問題。學生的似懂非懂會導致其畢業后難以達到企業要求，影響學生的長期發展。需要通過教學設計鍛煉學生理論聯系實際、獨立分析并解決問題的能力，將學生的被動學習狀態轉變為“主動學習”。
（三）學生操作不規范，設備風險大
工業機器人的操作必須嚴格按照相關規定進行，但是教師在有限的課時中難以對所有學生都做到足夠的培訓，由于學生對設備的熟悉程度不夠，在實訓過程中時常會由于人為操作不當而使設備出現各種故障或是不同程度的損壞。工業機器人設備價格昂貴，數量有限，設備故障又無法保證每一次都能及時維修，間接影響教學進度[4]。這需要通過教學設計規范學生操作，降低設備風險，同時充分利用信息化教學手段，降低教學對設備的依賴。
二、教學設計思路
為了達到理想的教學效果，針對高職學生學情，秉承建構主義理念，基于拋錨式教學模式，根據工業機器人實際工程應用設計“教學項目”作為教學單元，采用“雙元制”行動導向作為主要教學手段，結合線上視頻學習、知識研討、軟件仿真演示、實操訓練、報告與答辯等方法進行教學。本課程以提升學生的具體實操技能和解決問題的能力為基本教學目標，以學生自行建構工業機器人相關知識體系為最終目的，根據各教學單元的任務特點設置相應的知識重點或技能難點，采取分小組共同協作的方式進行項目作業。一個完整的教學單元包含項目認知、知識研討、實訓活動和質量管理評價四個環節。
（一）項目認知
項目認知環節主要通過播放視頻動畫、情境互動等方式向學生展示工業機器人在某工程項目上的實際應用，并向學生布置項目任務。學生在本環節可以了解項目內容在行業中的實際應用，相關技能適應于何種職業崗位。該教學環節可以有效地激發學生的學習興趣，同時達到創設情境、布置項目、確定任務與問題的教學目的。
（二）知識研討
知識研討環節采用學生小組討論為主、教師講解演示為輔的方式來設計項目任務的解決方案，其中教師講解演示的相關內容主要結合思政、專創、考證、行業標準等方面的內容，以引導為主。該教學環節可以有效地鍛煉學生通過思考和利用已有的知識解決未知問題的能力，提高學生的表達能力，達到讓學生自主學習的教學目標。
（三）實訓活動
實訓活動環節是在教師的監管下，學生按照任務的解決方案進行分工協作，具體作業包括機器人夾具設計、機械三維建模、機器人系統仿真設計、機械加工與裝配、電氣系統
拆裝與調試、撰寫實訓報告、小組方案修正討論等多種形式。該教學環節可以鍛煉學生項目協作能力及利用所學的知識和創新性思維解決實際項目問題的能力，達到讓學生知行合一的教學目標。
（四）質量管理評價
質量管理評價是對教師教學質量與學生學習效果的評價環節，由過程評價與總體評價兩部分加權構成。過程評價部分包括個人自評、小組成員互評與教師考評（情境對話）;客觀部分以考試、實訓報告、項目成果交付（企業評價）和項目答辯等方式進行考核。
三、教學內容
本課程采用項目式行動導向的方式進行教學。教學項目從工業機器人實際工程應用場景出發，綜合考慮工業機器人技能競賽國賽設備功能、工業機器人“1+X”相關證書標準以及前置課程的相關理論知識與技能訓練內容進行設置。具體教學設計包括如下內容。
項目一：工業機器人本體功能設計、系統裝調與維護項目（工業機器人激光切割項目應用）（12學時）
