牛祥永

摘要：在“工業(yè)機器人安裝與調(diào)試”學習領域課程開發(fā)過程中，確定該課程應使學生具備工業(yè)機器人安裝、工業(yè)機器人調(diào)試、工業(yè)機器人編程操控以及工業(yè)機器人檢修維護等能力。深入企業(yè)調(diào)研，明確典型工作崗位，分析課程所對應的典型工作任務；從高職學生的基本情況出發(fā)，對典型工作任務進行提煉形成行動領域；按行動領域所承載的知識、能力的相互關系構建學習領域；按照每個學習情境對應一個完整的工作過程的原則構建學習情境；最后按照“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”六步法實施教學。在教學過程中盡可能為學生提供類似企業(yè)的真實工作環(huán)境、國家或行業(yè)標準、任務單和計劃書等資料。

關鍵詞：高職；工業(yè)機器人安裝與調(diào)試；課程開發(fā)；學習情境

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）04-0086-05

工業(yè)機器人（Industrial Robots）簡稱IR，是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術制定的原則綱領行動。工業(yè)機器人具有高效、可靠的優(yōu)點，在自動化生產(chǎn)線中應用日益廣泛，如在汽車工業(yè)中完成焊接、搬運、噴涂和裝配等工作。此外，我國的民營企業(yè)也逐漸認識到了工業(yè)機器人的優(yōu)勢，對工業(yè)機器人的采用量逐年增加。但這些企業(yè)存在著裝機量不高、人才流動性強和培訓不到位等問題，因而對工業(yè)機器人應用維護人才需求較大和要求較高，高職院校有必要加強對這方面人才的培養(yǎng)力度。

課程開發(fā)原則和流程

（一）課程開發(fā)原則

作為臺州職業(yè)技術學院機電一體化技術專業(yè)的核心課程，“工業(yè)機器人安裝與調(diào)試”的開設原則是以企業(yè)實際需要為根本出發(fā)點，通過教師進入企業(yè)實地調(diào)研，總結典型工作任務，完成調(diào)研報告，最終確定工業(yè)機器人課程教學內(nèi)容及范圍。包括：工業(yè)機器人及柔性自動化生產(chǎn)線的安裝，辨識電器原理圖，根據(jù)需要編寫程序和調(diào)試代碼以及各種故障的診斷和維修。以項目化實訓為主線，以學生親歷實踐為導向，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的綜合職業(yè)能力。通過課程的學習，讓學生具備常規(guī)工業(yè)機器人及柔性自動化生產(chǎn)線安裝調(diào)試和故障診斷與維修能力，適應未來社會對工業(yè)機器人領域人才的需求。

（二）課程開發(fā)流程

“工業(yè)機器人安裝與調(diào)試”課程開發(fā)的整體流程包括：教師深入工業(yè)機器人研發(fā)或應用型企業(yè)調(diào)研，通過走訪、參觀、座談、研討等形式，了解與本課程相關人才的社會需求情況，相關行業(yè)對本課程開發(fā)的要求及企業(yè)的典型工作任務的信息，為確定課程定位，制定課程開發(fā)方案，培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求的高素質(zhì)技術技能型人才提供依據(jù)。從高職學生的實際情況出發(fā)，遵從學生認知規(guī)律，與企業(yè)實踐專家一起對典型工作任務進行提煉形成行動領域。按行動領域所承載的知識、能力的相互關系構建學習領域，制定出課程方案和課程標準。并在實踐專家指導下設計符合工作過程的學習情境。最后，按照六步法進行課程的實施和評價。整個課程開發(fā)流程如圖1所示。

課程開發(fā)過程

（一）企業(yè)調(diào)研

交通運輸裝備制造業(yè)與特色裝備制造業(yè)是臺州市兩大傳統(tǒng)優(yōu)勢主導產(chǎn)業(yè)。臺州地區(qū)現(xiàn)有汽車、摩托車及配件生產(chǎn)企業(yè)3 000多家，不乏吉利、吉奧、錢江等汽車行業(yè)知名龍頭企業(yè)。我們利用假期先后走訪了溫嶺市風云機器人有限公司、浙江安露清洗機有限公司、吉利集團、浙江吉奧汽車有限公司等企業(yè)。了解就業(yè)崗位的主要工作任務，企業(yè)對高職從事工業(yè)機器人及自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試工作畢業(yè)生的專業(yè)技能、社會能力和職業(yè)素養(yǎng)的具體要求，并與企業(yè)實踐專家探討工業(yè)機器人及自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程開設的有關情況。首先，我們擬定了調(diào)研方案，選定樣本為企業(yè)經(jīng)理、一線的維修工、車間和部門領導以及畢業(yè)生等，采取訪談和問卷調(diào)研相結合的方式。擬定調(diào)研方案之后，調(diào)研與工業(yè)機器人安裝調(diào)試及維修有關崗位，包括崗位名稱、級別、人數(shù)、崗位職責，然后了解所有這些崗位畢業(yè)生是如何在崗位之間調(diào)動的，以此獲得畢業(yè)生崗位升遷的一般路線圖。獲得具體崗位之后，確定畢業(yè)生在這個崗位上從事的具體工作項目，在此基礎上，再一次向企業(yè)和畢業(yè)生征詢意見，重點了解對學生職業(yè)素質(zhì)和社會能力培養(yǎng)的具體要求，了解畢業(yè)生對擬開設課程知識學習的具體建議。主要形成四項調(diào)研成果：該課程培養(yǎng)的學生典型就業(yè)崗位、課程培養(yǎng)目標，企業(yè)要求和崗位工作項目。

典型工作崗位分析 通過調(diào)查分析確定工業(yè)機器人及自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試典型工作崗位包括：工業(yè)機器人及柔性自動化生產(chǎn)線操作工、維修工、電氣工程師、編程調(diào)試工程師、自動化生產(chǎn)線班組長、車間主任或項目經(jīng)理。

課程培養(yǎng)目標 以就業(yè)為導向確定課程培養(yǎng)目標：學生以獨立或小組合作的形式，通過教師指導或借助各種資料，制定工業(yè)機器人的安裝和調(diào)試作業(yè)計劃，在規(guī)定時間內(nèi)完成上述計劃、實施、檢查并進行評價反饋。在實施計劃的過程中，使用工具、設備和材料等要符合勞動安全和環(huán)境保護規(guī)定，對已完成的任務進行記錄、存檔和評價反饋。

企業(yè)要求 通過調(diào)研，歸納出企業(yè)對工業(yè)機器人及自動化生產(chǎn)線安調(diào)和維修人員的要求是：要具有良好的職業(yè)態(tài)度；具備各種常用工具和專用工具使用技能；具備一定的電工知識，熟識常見的電氣線路圖；能夠掌握工業(yè)機器人行業(yè)前沿技術知識動態(tài)；對設備具有保養(yǎng)、操作、維護能力；對專用維修檢測儀器的數(shù)據(jù)能夠分析，能夠運用數(shù)據(jù)流分析判斷故障產(chǎn)生的原因，能夠制定相應的維修計劃并實施，能夠向領導匯報情況；具有一定的寫作能力與獲取信息的能力；具有團結協(xié)作、組織協(xié)調(diào)能力和繼續(xù)學習能力；了解工業(yè)機器人及自動化生產(chǎn)線整體和各模塊的工作原理，了解各個模塊間的通訊，能夠具備根據(jù)任務的簡單變化修改相應控制程序的能力。

崗位工作項目 企業(yè)調(diào)查顯示，工業(yè)機器人安裝和調(diào)試人員主要從事的工作包括新建生產(chǎn)線的安裝和調(diào)試、定期維護和保養(yǎng)、綜合故障診斷和維修、生產(chǎn)線功能的擴展和研發(fā)、生產(chǎn)線質(zhì)量控制和檢驗等。endprint

（二）典型工作任務描述

在企業(yè)實地走訪調(diào)研基礎上，提煉“工業(yè)機器人安裝與調(diào)試”典型工作任務，如下頁表1所示。

（三）崗位能力分析

通過崗位分析，“工業(yè)機器人安裝與調(diào)試”課程應培養(yǎng)學生三方面的能力，即知識能力、社會能力和方法能力。

知識能力 了解工業(yè)機器人技術的基本概念和基本理論；了解工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成及工作原理；學會商業(yè)談判、合同簽訂并根據(jù)技術要求設計工作計劃和行動方案的方法；學會與工業(yè)機器人有關的英語；學會根據(jù)工業(yè)機器人的機械結構，制定機械和電器元件的拆裝順序；掌握氣動元件、傳感器、電動元件、PLC裝置在工業(yè)機器人中的作用并繪制相應的電路圖；掌握工業(yè)機器人的模塊化組裝、調(diào)試、控制與維護的基本方法；掌握工業(yè)機器人的編程語言，編寫較簡單的調(diào)試程序；掌握工業(yè)機器人常見故障診斷和維護方法。

社會能力 養(yǎng)成積極思考問題、主動學習的習慣；培養(yǎng)良好的團隊合作精神，樂于助人；培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和規(guī)范、安全、環(huán)保、成本和質(zhì)量意識；養(yǎng)成勇于克服困難的精神，具有較強的忍耐力；養(yǎng)成及時完成階段性工作任務的習慣。

方法能力 能夠根據(jù)任務需要查閱相關資料、制定工作計劃的能力，解決實際問題的能力，獨立學習新知識、新技術的能力，評估總結工作結果的能力；能夠正確閱讀工業(yè)機器人部件裝配圖、零件圖和技術文件，進行機械部件裝配；能夠正確閱讀工業(yè)機器人的電氣原理圖、電氣安裝圖，完成電氣裝配；能夠編寫適用于不同工作任務的工業(yè)機器人調(diào)試程序；能夠使用工業(yè)機器人安裝與調(diào)試常用的機械工具，電子工具和相關儀器儀表；能夠及時詳細地記錄工業(yè)機器人安裝與調(diào)試過程的工作日記、總結工作經(jīng)驗以供日后使用；能夠檢測和處理工業(yè)機器人的各種常見故障，并作相應檢查維修工作記錄；能夠在工作過程中使用相關專業(yè)英語進行簡單的交流。

（四）學習情境設計

學習情境是在典型工作任務基礎之上，由專任教師和企業(yè)專家共同開發(fā)設計用于教學的“情形”和“環(huán)境”，是對典型工作任務進行教學化處理的結果。德萊弗斯（S E Dreyfus）等人研究發(fā)現(xiàn)：“人的職業(yè)成長遵循從初學者到專家的邏輯發(fā)展規(guī)律，其發(fā)展過程分為初學者、高級初學者、有能力者、熟練者和專家五個階段”。職業(yè)教育教學的根本任務是通過一定科學合理的方法把初學者帶入更高級的階段。因此，對于教學情境的選擇和設計應充分考慮上述因素，以工作任務為導向，符合職業(yè)發(fā)展過程和學生認知規(guī)律，突出職業(yè)能力訓練，使學生掌握工業(yè)機器人安裝和調(diào)試的核心技能。通過前期企業(yè)調(diào)研，得到了企業(yè)工業(yè)機器人安裝和調(diào)試的典型工作任務，對典型工作任務進行提煉后形成行動領域從而構建相應的學習領域。

臺州職業(yè)技術學院機電一體化技術專業(yè)學生在學習“工業(yè)機器人安裝和調(diào)試”課程之前已經(jīng)具備一定的機械設計、液壓和氣動技術、PLC編程以及常見電機及其控制方法的基礎，但是缺少對機器人的認知。故在設計學習情境時以積木式機器人為載體，先安排16課時讓學生對原有知識進行溫故知新，同時了解工業(yè)機器人的相關定義，了解企業(yè)自動化生產(chǎn)線改造的過程和方法，學習機器人安裝和調(diào)試的基本原理、手段和方法，提高學生學習興趣和探索新知識的熱情。然后，從關節(jié)（直角坐標）兩種典型的工業(yè)機器人入手（應用場合包括焊接、噴涂、搬運、立體倉庫等），作為進階情境，實現(xiàn)工業(yè)機器人基本的空間定位和目標識別功能，學會根據(jù)任務需要設計末端執(zhí)行機構的方法。最后，以關節(jié)機器人為核心的柔性生產(chǎn)線作為高級學習情境，該情境又細分為七個子任務，即供料單元安裝和調(diào)試、防護單元安裝和調(diào)試、輸送單元安裝和調(diào)試、加工單元安裝和調(diào)試、視覺單元安裝和調(diào)試、生產(chǎn)線的整體聯(lián)調(diào)以及故障診斷和維修維護。最終實現(xiàn)由一部工業(yè)機器人和其他部件構成的柔性制造系統(tǒng)能同時監(jiān)管三臺加工中心的加工任務，并實施自動上下料及相關的自動化模式。

PLC與機器人控制器、加工中心的嵌入控制實現(xiàn)獨立總線控制，并運用觸摸屏及相應模塊實現(xiàn)顯示、控制、操作于一體的應用。電氣控制與機器人操作分布在不同的區(qū)域，實現(xiàn)控制與操作分開。完成必要的設備改造和基礎設施修造工作。提供自動化的零件料倉和其他輔助機械手，直至加工中心區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無人車間。

基于工作過程的學習情境設計充分體現(xiàn)了從初學者到專家的邏輯發(fā)展規(guī)律，具體學習情境設計如圖2所示。

課程教學實施

“工業(yè)機器人安裝與調(diào)試”課程的實施遵循項目教學、任務驅(qū)動，理論教學和實踐教學一體，以及做中學原則。以工作過程為導向，以培養(yǎng)學生的技能和綜合職業(yè)素質(zhì)為核心。每個學習情境都按照“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”六步法實施教學。在教學實施過程中，除了融入企業(yè)元素的學訓一體化的工業(yè)機器人實踐性教學基地，滿足技能訓練的要求外，還提供必要的資源，包括學生工作頁、學習指南、課程參考書、廠家提供的安裝和調(diào)試說明書和手冊以及常見故障診斷維護方法、多媒體教學資料等。其中，學生工作頁中融入任務單、資訊單、案例單、信息單、計劃單、決策單、實施單、檢查評價單和教學反饋單等欄目。以工業(yè)機器人機械結構的裝調(diào)教學為例加以說明，其實施過程如表2所示。

在整個實施過程中，我們遇到并成功解決了三個問題：（1）設備數(shù)量難以滿足教學需求的問題。由于工業(yè)機器人及其柔性生產(chǎn)線價格昂貴，因此，能夠提供給學生實訓的設備數(shù)量相當有限，這就需要解決僧多粥少的局面。通過合理安排實訓項目，學生分組輪換等手段解決。如學生在進行工業(yè)機器人電氣系統(tǒng)的安裝和調(diào)試項目時，可將該項目分為電氣元件的識別、電源模塊的安裝和調(diào)試、驅(qū)動模塊的安裝和調(diào)試、控制模塊的安裝和調(diào)試，將學生分組后在這四個子任務中輪換。另外，可通過購買其他類型的機器人輔助教學設備分擔壓力。（2）設備保修和教學實施的問題。在實施工業(yè)機器人及柔性生產(chǎn)線故障診斷和維修維護任務時，為了使學生深入理解掌握維護維修的方法，必須全面了解工業(yè)機器人及配套設備的結構，包括外部可見的和內(nèi)部不可見部分，如內(nèi)部傳動機構、減速系統(tǒng)等構造。受工業(yè)機器人廠家的保養(yǎng)準則限制以及笨重的零部件給檢測造成的潛在風險，對于內(nèi)部結構往往以圖片講解為主，學生無法獲得直觀的體驗?？蓮亩质袌霾少徯瓮蛳嗨菩吞柕墓I(yè)機器人給學生拆裝，幫助其了解工業(yè)機器人的內(nèi)部結構和維護相關知識?；蛘咭牍I(yè)機器人模擬軟件構建虛擬的工作環(huán)境輔助教學。（3）社會評價無法貫穿學期教學過程的問題。本課程不是傳授單一技能，而是在學完了各相關專業(yè)課的基礎上，用工業(yè)機器人安裝與調(diào)試這個載體，將其進行綜合。所以，評價體系應該圍繞各相關專業(yè)知識和技能的綜合運用水平，使學生明確感受到對一個系統(tǒng)的掌握和成就感。教學評價采取多種方式，包括自我評價、學生評價、教師評價和社會評價，同時設計了相應的評價表，以更好地反饋教學信息，指導教學質(zhì)量不斷改進。在以上四種評價中，當屬社會評價比較難以實施，兼職教師授課的時間有限，無法自始至終貫穿整個學期的教學過程。我們通過遠程視頻聯(lián)接的方法，讓兼職教師參與指導學生的工作過程，參與學生成果的評價。學生亦可由視頻系統(tǒng)向兼職教師提問，隨時進行交流。

以工業(yè)關節(jié)機器人為核心的柔性生產(chǎn)線的安裝和調(diào)試課程在高職院校中開設和實施為數(shù)不多，可借鑒的經(jīng)驗甚少。我們立足臺州，服務地方經(jīng)濟，通過前期大量企業(yè)實地走訪調(diào)研、與企業(yè)實踐專家和課程開發(fā)專家一起制定了切實可行符合高職院校學生認知規(guī)律的課程標準，開發(fā)了基于工作過程、任務驅(qū)動的學習情境，并在課程實施過程中靈活調(diào)整，及時更新、補充、修改教學內(nèi)容，實現(xiàn)課程的動態(tài)反饋，完成課程內(nèi)容的閉環(huán)控制。通過課程學習，學生取得了多項實質(zhì)性成果。

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（責任編輯：謝良才）endprint