何建慧 章永华
（台州职业技术学院 浙江 台州 318000）
摘要：通过对企业实地走访，与企业实践专家深入访谈，确定“工业机器人安装与调试”课程的典型就业岗位、企业要求和岗位工作项目。从中提炼典型工作任务，并根据学生的认知规律和技能养成过程将典型工作任务转化为学习领域课程，再按照由易入难的原则构建符合教学要求的学习情境，每个学习情境都与一个完整的工作过程相对应，最后形成与高等职业教育改革相匹配的课程标准。通过基于行动导向的课程实施，最终实现课程教学的技能目标、知识目标和情感目标，培养符合企业需求的技术技能型人才。
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关键词 ：工学结合；工业机器人；安装与调试；课程标准
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）05-0101-04
工业机器人是一种高自动化的机电一体化设备，具有很高的技术附加值。在大规模工业制造过程中，如在汽车工业中完成搬运、焊接、喷涂和装配等工作过程中，工业机器人是替代人类完成重复性操作或危险性工作不可缺少的自动化装备。高职院校的核心任务之一是为相关企业培养急需的高技能应用型人才，要求课程教学和就业导向符合高职院校学生的特点。因此，探索开发适合高职院校工业机器人课程教学的课程标准迫在眉睫。
“工业机器人安装与调试”课程标准制定的依据
传统的工业机器人教学存在课程教学顺序安排不合理、脱离实际工程背景、忽视细节等问题。因此，对“工业机器人安装与调试”课程标准的重新制定需要考虑任务驱动、项目教学、理论实践结合、紧跟企业需求，真正体现工学结合的特点，以企业真实的工作任务或产品为载体来实施课程整体设计；坚持系统性原则、发展性原则和实用性原则；根据机电一体化技术专业的人才培养方案及本课程所承担的任务，确定课程的性质、地位和目标要求；通过职业分析与教学分析，以培养高技能应用型人才为目标，找准典型工作岗位的相关技术核心能力，确定“工业机器人安装与调试”课程标准的内容；并参照有关职业资格标准，改革课程的教学内容，最终完成突出职业能力培养课程标准的开发。
“工业机器人安装与调试”课程标准的具体内容
（一）课程性质
“工业机器人的安装与调试”是机电一体化技术专业的一门实践性很强的一体化课程，是工业机器人装配调试、操作维修、设备维护管理专业人才的技术基础。通过本课程的教学，学生能够了解工业机器人安装与调试的一般流程方法，具备从事工业机器人的安装、调试、操作、维护、维修的基本职业能力，同时为其他后续课程的学习打下基础。
（二）典型工作任务描述
工业机器人应用于生产遵循如下步骤：首先全面考虑并明确自动化的要求，包括提高劳动生产率、增加产量、减轻劳动强度、改善劳动条件等问题。接着制定工业机器人化条件和探讨使用工业机器人的条件。再对辅助作业和工业机器人性能进行标准化。然后设计工业机器人化作业系统方案，选择适宜的工业机器人系统评价指标。最后对整个方案进行详细设计和具体实施，包括工业机器人的安装、调试、检测维修和编程操作等几个方面。根据任务需要，在机器人技术手册和装配维修经验的帮助下进行工业机器人的安装与调试，对调试好的工业机器人应该按照工业机器人的国家验收规则验收。应使用通用工具来装配机器人，使用仪器仪表检测故障源，查找出故障原因并进行修复，要随时记录故障数据并存档。操作人员根据工业机器人执行的不同工作任务，在技术指导手册帮助下，在示教盒或用户端计算机上编写机器人执行程序，经编译调试成功后，通过通信电缆将程序下载到机器人主控单元。操作人员须密切注意机器人的工作动态，防止出现误差；机器人完成工作后，停止执行，关闭电源，记录机器人工作过程中的有效数据并存档；自觉保持安全作业，遵守“6S”的工作要求。
（三）学习和工作目标
课程的总体目标为学生以独立或小组合作的形式，通过教师指导或借助各种资料，制定工业机器人安装和调试作业计划，在规定时间内完成上述计划、实施、检查并进行评价反馈。在实施计划过程中，使用工具、设备和材料等要符合劳动安全和环境保护规定，对已完成的任务进行记录、存档和评价反馈。通过学习领域课程工作任务的完成，使学生了解工业机器人的分类、特点、组成、工作原理等基本理论和技术，掌握工业机器人的安装与调试的一般方法与流程，可根据实训需要或工作任务的不同进行工业机器人安装、调试与维护，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标；使学生达到理论联系实际、活学活用的基本目标，提高其实际应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，同时通过教学过程中的案例分析强化学生的职业道德意识和职业素质养成意识。具体目标可分为技能目标、知识目标和情感目标。
技能目标 能够根据任务需要查阅相关资料；能够正确阅读工业机器人部件装配图、零件图和技术文件，进行机械部件装配；能够正确阅读工业机器人的电气原理图、电气安装图，完成电气装配；能够编写适用于不同工作任务的工业机器人调试程序；能够使用工业机器人安装与调试常用的机械工具、电子工具和相关仪器仪表；能够及时详细地记录工业机器人安装与调试过程的工作日记、总结工作经验以供日后使用；能够检测和处理工业机器人的各种常见故障，并做相应检查维修工作记录；能够在工作过程中使用相关专业英语进行简单的交流。
知识目标 了解工业机器人技术的基本概念和基本理论；了解工业机器人系统的组成及工作原理；学会商业谈判、合同签订、根据技术要求设计工作计划和行动方案方法；学会与工业机器人有关的英语；学会根据工业机器人的机械结构制定机械和电器元件的拆装顺序；掌握气动元件、传感器、电动元件、PLC装置在工业机器人中的作用并绘制相应的电路图；掌握工业机器人的模块化组装、调试、控制与维护的基本方法；掌握工业机器人编程语言，编写较简单的调试程序；掌握工业机器人常见故障诊断和维护方法。
情感目标 养成积极思考问题、主动学习的习惯；培养良好的团队合作精神，乐于助人；培养良好的职业道德以及安全、环保、成本和质量意识；养成勇于克服困难的精神，具有较强的忍耐力；养成及时完成阶段性工作任务的习惯，“今日事、今日毕”。
（四）学习和工作内容
学习和工作内容包括工作对象、工具材料、工作方法以及劳动组织四个方面。
工作对象 包括需完成的工业机器人安装调试合同或任务单；安装调试工、操作员、质检员、项目经理；安装与调试专用工具、技术手册、待安装的机构模块、电气和电路元器件领用；待安装工业机器人的部件检查与安装；简易辅助结构的自制；工业机器人安装与调试的可靠性、安全性和效率；安装调试记录单及工作总结的填写并存档；维修工作的研讨。
工具材料 包括教材、学生工作页、工业机器人技术手册、安装手册和相关资料；工业机器人安装与调试的工作规范；工业机器人的编程工具；电子电气仪器仪表、五金工具；工业机器人程序调试仿真编辑软件。
工作方法 与客户、领导商谈工业机器人安装与调试内容，并签订合同或作记录；项目组讨论、分解任务、明确目标、制订完成工作计划，确定必要的专用工具和设备；根据已有的机构模块、电气模块、电路模块和相应的配套设备和工具材料安装与调试工业机器人，向项目经理反馈必要的进度和遇到的问题并作记录；安装完毕后，进行自检、互检或质检员检验安装质量；最后交付使用。
劳动组织 由项目组经理根据合同和项目要求向组内成员下发工业机器人安装与调试任务单；确定任务后到材料及备件仓库领取材料及配件；独立或合作完成作业内容；完工自检后视情况将完成的各个模块交组内质检员或项目经理检验；对于不合格的安装由组内原任务接受人进行整改。
（五）学习情境设计
图1为“工业机器人安装与调试”学习情境设计方案。根据学生学习的认知规律，将该课程学习情境设计为积木式机器人、关节（直角坐标）机器人和柔性生产线，每个学习情境对应若干子任务。积木式机器人安装与调试学习情境的设置主旨在于引导学生进入机器人世界，提高学习兴趣，激发自主思考和解决问题的潜能，熟悉机器人涉及的基础知识和概念，达到温故知新的目的。关节（直角坐标）机器人安装与调试学习情境以日本安川公司的六自由度工业机械臂MOTOMAN及其控制柜为背景，模拟企业提出的抓取运动范围内指定位置的工件，并自行设计合理的末端执行机构的工作任务，该学习情境的重点在于关节机器人的运动学和动力学控制以及路径规划问题。柔性生产线安装和调试可以实现企业一台工业机械臂同时控制三台数控加工中心自动上下料工作任务，包括供料单元、防护单元、输送单元、加工单元、视觉单元以及生产线的整体安装调试，其核心在于工业机器人与数控加工中心的通讯问题。每个学习情境都模拟企业工作项目，并遵循由易入难的过程。
（六）学习组织形式
采用多媒体教学和实践教学相结合的教学方法，践行“做中学、做中教”的新理念。本课程学习活动的设计以积木式机器人、关节（直角坐标）机器人、柔性生产线实训设备为依托，课程内容的教学要求必须以学生自主学习为主，教师的讲授、点评、指导为辅。为保证学习活动的顺利开展，要求教师事先为学生布置学习任务，提供必要的学习资料，教师必须要求学生先期预习，在课堂上采取集中讲授、问题研讨等多种形式解决相关问题，在实训环节采取分组方式，分派各组的工作任务，实行有效的分工与合作，共同完成学习任务。课程教学根据项目管理的要求来实施，教师担任课程教学项目经理，系部按项目管理的要求进行课程项目教学的监控与管理。
（七）学业评价
在学业考核方法上，注重全面考察学生的学习状况，启发学生的学习兴趣，激励学生学习热情，促进学生可持续发展。对学生学习的评价，既要关注学生知识与技能的理解和掌握，更要关注他们情感与态度的形成和发展；既要关注学生学习的结果，更要关注他们在学习过程中的变化和发展。评价的手段和形式应多样化，将过程评价与结果评价相结合，定性评价与定量评价相结合，充分关注学生的个性差异，发挥评价的启发激励作用，增强学生的自信心，提高学生的实际应用技能。教师要善于利用评价反馈的大量信息，适时调整和改善教学过程。
注重对学生学习过程的评价 对学生学习过程的评价，包括参与讨论的积极态度、自信心、实际操作技能、合作交流意识，以及独立思考的能力、创新思维能力等方面，如是否积极主动地参与讨论和分析；是否敢于表述自己的想法，对自己的观点是否自信；是否积极认真地参与模拟实践和应用实践；是否敢于尝试从不同角度思考问题，有独到的见解；能否理解他人的思路，并在与小组成员合作交流中得到启发与进步；是否有认真反思自己思考过程的意识等。
恰当评价学生的理论知识与实际操作技能 本课程强调对理论知识的应用，在评价学生学习效果时，要侧重实践能力的考察。在参与课堂讨论的质量、分析能力、对新知识的接受和消化能力、学习迁移能力等多方面，与基础理论知识考核结合评价学生的学习效果。
重视对学生的启发 对学生进行启发式教学。每个模块知识点的教学，通过设置的工作任务内容和学习过程，从管理者或信息使用者的角度提出问题，启发学生思考、分析、判断，最后教师加以归纳、总结。在学生思考和分析时，教师要注重引导和提示。最终达到学生“独立（或换位）思考——分析、推理、选择——归纳整理、深刻理解——吸收创新”逐层递进的能力目标。
评价手段和形式 本课程学生学业评价突出阶段评价、目标评价、理论与实践一体化评价，关注评价的多元性。学生学业评价以过程评价为主，结果评价为辅；重点考察学生通过阶段性学习得到的学习成果，成果表现为完成安装与调试后的工业机器人系统；对工业机器人相关理论概念的理解、收获与体会，以及工作态度等方面。学生学业评价采取学习小组互评、小组内部互评、学生自评、教师评价（评价实习实训报告、学生完成的项目情况）等方式，形成学业综合评价成绩。评价分数占总成绩比重的40%。另外，聘请企业工程技术人员作为兼职教师参与对学生学业的评价，评价分数占总成绩比重的20%。工业机器人安装与调试完成后的鉴定作为课程成果考核，分数占总成绩比重的40%。
“工业机器人安装与调试”课程标准的实施与总结
（一）实施模式
本课程在实施的时候，采用“教学做”一体化的教学模式，即理论实践一体化的教学方法。传统的教学模式“教、学串联，理、训脱节”，无法融讲教、学习、实训于一体，造成学生对知识的理解机械僵化、动手能力差。而本课程实施过程中坚持教师的主导作用，充分发挥学生的主体作用，让学生在“做中学”，学以致用，调动学生学习积极性。同时，本课程的学习场所不是普通的多媒体教室，而是能将理论实践融为一体的一体化教室，教师可以传授和辅导知识，学生可以咨询或自己查阅学习所需资料，并直接动手完成任务，做到知识活学活用，真实体验企业的工作情境，使“教学做”成为一项并行工程。
（二）实施场所
本课程的教学场所是工业机器人学训一体化实训室。该实训室是机电一体化技术专业重点实训室，承担着工业机器人认识，机械结构、控制系统的认识，示教编程和再现控制操作训练、坐标系、关节运动轨迹规划和控制、搬运装配实验、整体协作运行、故障诊断与维修等实训任务。实训室不但配备相关的机器人，而且也配置常用的机械装配工具、电气工具、部分修制设备，如图2所示。
（三）实施效果
通过对实施新课程标准前后两届机电一体化技术专业大三学生的情况对比分析，发现随着教学改革的不断深入，教学质量稳步提高。按照传统课程教学设计，学生的该课程成绩考核一次通过率仅为81%，不及格学生中90%对学习这门课没兴趣，比较厌烦枯燥的理论讲授。在新课程标准实施之后，授课班级的全体43名学生，该课程成绩考核一次通过者40人，通过率为93%。对班级学生事后问卷调研显示：95%的学生称工学结合课程让他们学完后很有成就感；83%的学生认为学习该课程的兴趣得到提升，发现问题、解决问题的能力得以提高，创新精神得到了锻炼。在学完这门课之后，有三名优秀学生直接进入教师科研团队中，承担其他科研项目的软硬件设计任务；连续两届在浙江省高职院校“机器人”项目技能大赛暨全国职业院校技能大赛选拔赛荣获三等奖，同时在全国赛中取得三等奖的佳绩；参加浙江省飞思卡尔智能车竞赛获得高职组第一名。有四名学生申请浙江省大学生科技创新项目获立项，并在有关核心期刊上发表了与之相关的科研论文1篇，申请专利1项。
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（责任编辑：谢良才）