秦 婧

(蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學院,江蘇 太倉 215400)

0 引言

“中國制造2025”將工業(yè)機器人列為十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一,在高職院校開設(shè)工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)是應市場的需要,更是高職教育面向未來,為“中國制造2025”國家發(fā)展戰(zhàn)略提供技術(shù)技能人才支撐的重要舉措[1-2]。依據(jù)《國家職業(yè)教育改革方案》(職教20條)“運用現(xiàn)代信息技術(shù)改進教學方式方法,推進虛擬工廠等網(wǎng)絡(luò)學習空間建設(shè)和普遍應用” 的要求,構(gòu)建“兩性一度”(即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度)的工業(yè)機器人編程技術(shù)數(shù)字孿生教學資源,打造“工業(yè)機器人編程與調(diào)試”金課。

1 工業(yè)機器人專業(yè)課程現(xiàn)狀

工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)投入巨大,用于教學的一臺多自由度工業(yè)機器人就需要十幾萬元,且實訓設(shè)備維護成本高,大多數(shù)院校存在實訓設(shè)備數(shù)量難以滿足實訓教學需要的問題。但工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)跟其他實踐性很強的高職制造類專業(yè)不一樣,因為其本身的信息技術(shù)性特點,在缺少相應硬件條件支持下,可用仿真虛擬教學、VR 教學等技術(shù)手段來彌補硬件臺套數(shù)量不夠的問題,同樣能使課堂教學形式更加豐富有效。Robotstudio是ABB公司開發(fā)的機器人仿真軟件,是當前在工業(yè)機器人專業(yè)課程中應用廣泛的軟件平臺。

目前國內(nèi)一些高職院校基于上述平臺開發(fā)了一些實訓項目,采用案例教學法授課,但均存在以下問題。案例之間相互獨立,知識技能點分散,缺乏系統(tǒng)性；案例的選取達不到工程應用要求的深度,使學生對知識技能點體會比較淺薄,不夠深刻,滿足不了實際企業(yè)對人才的要求；同時忽略了配套的信息化教學資源的建設(shè),課程案例選取缺乏“高階性”。

當前,在大部分院校開設(shè)的工業(yè)機器人課程中,往往將工業(yè)機器人的離線編程與實踐操作作為兩門課程分開教授,但從提高課程教學效率和學生課程獲得感角度出發(fā)將二者整合化一,才能使學生對知識點的感知、理解、鞏固與運用融為一體,能在較短時間內(nèi)使記憶得到強化,有效地促進學生主動地參與學習[3]。這個過程需要在數(shù)字孿生仿真資源建設(shè)、教學方法等方面具備一定“創(chuàng)新性”。

總之,承載知識、技能的高職課程教學資源開發(fā),容易受專業(yè)課程體系、課程教學載體、課堂教學技術(shù)手段的約束,作為面向兩化融合的工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè),如何更好地將信息化技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬技術(shù)高效應用在其專業(yè)課程教學資源開發(fā)中,這是一個十分緊迫卻又具有“挑戰(zhàn)度”的難題。

2 對標“兩性一度”,打造“工業(yè)機器人編程與調(diào)試”金課

從當前工業(yè)機器人專業(yè)課程現(xiàn)狀出發(fā),依據(jù)“兩性一度”標準,以“工業(yè)機器人編程與調(diào)試”為例,從課程內(nèi)容、教學方法、資源建設(shè)及考核標準幾個方面分析金課建設(shè)之路。

(1)打造“對應職業(yè)技能”“呼應職業(yè)標準”的具有“高階性”的案例庫?！肮I(yè)機器人編程與調(diào)試”是工業(yè)機器人專業(yè)的核心課程,課程將工業(yè)機器人離線編程與現(xiàn)場調(diào)試結(jié)合,培養(yǎng)具備從事工業(yè)機器人現(xiàn)場編程與調(diào)試維護等工作的專業(yè)技能。該課程為理實一體化課程,采用項目驅(qū)動式教學,這就要求凝練企業(yè)真實項目,打造“對應職業(yè)技能”“呼應職業(yè)標準”的具有“高階性”的案例庫。課程團隊主要做了以下工作:深入企業(yè)生產(chǎn)線,了解基于客制化需求的靈活性生產(chǎn)模式,實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計自動化優(yōu)化決策的智能生產(chǎn)典型工作案例；走訪各高校和機器人展會,借鑒在線編程的經(jīng)驗及應用場景,打造工業(yè)機器人編程技術(shù)仿真案例；對標參考“工業(yè)機器人編程1+X證書”、高級職業(yè)資格證書的離線仿真編程案例；分層、分段、全方位凝練,建設(shè)案例資源庫。經(jīng)過一段時間案例搜集、素材整理,整合優(yōu)化,將課程分為5個項目:基礎(chǔ)工作站、搬運工作站、碼垛工作站、涂膠工作站、壓鑄工作站。這些項目均為工業(yè)機器人1+X考證或工廠典型應用案例。按照由淺入深的原則提煉并碎片化知識點,以此組織教學內(nèi)容,體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化課程和系統(tǒng)化設(shè)計。

以《項目一:基礎(chǔ)工作站》為例,如表1所示,該項目作為首個授課內(nèi)容,主要使學生充分認識工業(yè)機器人,在此基礎(chǔ)上能夠進行簡單的機器人運動操作,初步掌握Robotstudio軟件的離線仿真功能,了解數(shù)字孿生的概念,為后續(xù)項目做鋪墊。

表1 基礎(chǔ)工作站知識碎片一覽

同時規(guī)范案例編寫標準,每個案例都包含教學目的與用途、課程理論知識、工程背景、相關(guān)附件、問題提出、解決方案、關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容,具有較高的完整性[4]。

(2)推行數(shù)字孿生仿真資源,以工作頁為指導,采用“先虛后實”的教學方法體現(xiàn)課程“創(chuàng)新性”。近年來,一些高職院校為了解決工業(yè)機器人課程實訓條件不足的現(xiàn)狀,紛紛利用機器人仿真軟件進行虛擬實操。但是對于工業(yè)機器人這一實用性很強的技術(shù)來說,如果不動手操作真實設(shè)備,一切都是紙上談兵[5]。課程團隊經(jīng)過一段時間的教學實踐,提出了基于數(shù)字孿生,以工作頁為指導,“先虛后實”的教學方式。

數(shù)字孿生指按照實際生產(chǎn)環(huán)境完成包括外圍設(shè)備在內(nèi)的工作站整體運行空間,進而利用仿真過程來反映實際物理模型的全生命周期過程。課程所用數(shù)字孿生資源工作站如圖1所示。

圖1 數(shù)字孿生工作站

在教學準備過程中,教師將數(shù)組孿生資源包、理論知識點講解視頻、任務(wù)仿真實現(xiàn)過程視頻、PPT等上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(超星學習通、雨課堂等),下發(fā)任務(wù)工作頁。在準備過程中,除要保證線上資源精準對標任務(wù)點以外,還要增加資源的廣度和深度,有一定的冗余,并在工作頁中有所體現(xiàn),以滿足不同層次學生的學習需求。

課前“線上虛擬仿真”,學生按照工作頁上的要求,進行課程學習及虛擬仿真實驗；教師答疑、監(jiān)督學生線上學習情況,對不同學習者進行不同方式的引導,使其保持學習的積極性和思考的深入性,側(cè)重點在于學生對知識點的掌握。課中“線下課堂實操”,教師組織學生依照工作頁要求將仿真實驗中的離線程序?qū)胫翆嶓w機器人上進行運行驗證,側(cè)重操作技能及常見故障排除。課后任務(wù)總結(jié),學有余力同學可以繼續(xù)拓展任務(wù)。以工作頁為指導,采用“線上仿真,線下實操”相結(jié)合的教學方法,將仿真技術(shù)和實踐教學有效融合,“先虛后實”拓展教學內(nèi)容寬度和深度；將線上線下結(jié)合,延伸實踐教學的時間和空間,切實提升了實踐教學的質(zhì)量和水平,同樣適用于PLC、工業(yè)通信等工業(yè)機器人專業(yè)課程的教學。

(3)改進考核評價機制,多種考核方式相結(jié)合,實現(xiàn)對學生知識和能力全方位多角度的考察,體現(xiàn)課程“挑戰(zhàn)度”?？己嗽u價是教學過程中的重要一環(huán),建立多維度的考核評價體系、多樣化的考核評價方式、細致入微的考核評價細則是建設(shè)金課的必修課?！肮I(yè)機器人編程與調(diào)試”課程以項目為單位進行“線上線下”相結(jié)合的形成性考核。

線上學習以學生自主學習為主,因此線上考核重點在于針對學情進行量化管理。線上學習的考核分為任務(wù)學習與拓展學習兩項[6]。任務(wù)學習為必做項,占比80%,以考核任務(wù)成果和在線學習情況為主,包括基礎(chǔ)分數(shù)及考核分數(shù)兩部分,該部分成績每周統(tǒng)計一次；拓展學習為選做項,占比20%,以教師借助社區(qū)開展互動交流與協(xié)作學習等行為產(chǎn)生的學習積分為主,每10個積分累計轉(zhuǎn)換成績1分,最高折合20分,該部分成績每個學習項目統(tǒng)計一次。具體考核明細如表2所示。

表2 “工業(yè)機器人編程與調(diào)試”線上考核明細

線下考核重點在于考核學生課堂任務(wù)完成及相應知識技能點的掌握情況,因此不同任務(wù)考核內(nèi)容應有所不同,考核過程需體現(xiàn)出任務(wù)實施過程中每個知識技能點,并給出考核標準。如表3所示,為搬運工作站中《任務(wù)一:碼垛工作站布局》的任務(wù)考核細則。該考核表對學生任務(wù)完成情況進行全方位評估,教師可以根據(jù)細化的數(shù)據(jù)對學生進行針對性指導,為個性化教學提供了數(shù)據(jù)支撐。

表3 碼垛工作站布局線下任務(wù)評價

3 結(jié)語

從金課建設(shè)背景出發(fā),依據(jù)“兩性一度”標準,“工業(yè)機器人編程與調(diào)試”課程團隊迎合行業(yè)應用,提煉“1+X”考證內(nèi)容,組合優(yōu)化形成“高階性”案例庫；探索“先虛后實”,線上線下結(jié)合的“創(chuàng)新性”教學方式；改進考核評價機制,提高課程“挑戰(zhàn)度”。

“工業(yè)機器人編程與調(diào)試”金課建設(shè)過程中經(jīng)歷3輪的教學實踐,學生對課程滿意度調(diào)查從78.4%上升至98%,學生參加“1+X”工業(yè)機器人應用編程初級考證通過率由52%上升至81%,教學研究的探索取得顯性成效,教師的業(yè)務(wù)水平也有了很大的提高。以此為基礎(chǔ),融合技能競賽、行業(yè)需求,探索“分層、多段”式人才培養(yǎng)和教學方法是課程團隊繼續(xù)努力的方向。