摘要：在新工科背景下，探索了“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課程的項(xiàng)目化教學(xué)模式。通過重構(gòu)傳統(tǒng)學(xué)科體系，以任務(wù)為核心，將學(xué)科知識和技能整合到任務(wù)情境中，設(shè)計(jì)了6個(gè)具體的學(xué)習(xí)情境，從基礎(chǔ)到復(fù)雜逐步展開，以滿足學(xué)生不同階段的學(xué)習(xí)需求。課程以仿真和實(shí)操相結(jié)合的方式將任務(wù)情境與實(shí)踐操作相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。在課程實(shí)施過程中，學(xué)生通過探索和實(shí)踐不同的學(xué)習(xí)情境逐步提升對“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”的理解和掌握，并培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和實(shí)踐能力。最后，通過多種評價(jià)方式，對學(xué)生進(jìn)行考核，以全面考察學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的綜合能力。

關(guān)鍵詞：新工科工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用項(xiàng)目化教學(xué)學(xué)科重構(gòu)

ExplorationandPracticeofProject-BasedTeachingModefor“IndustrialRobotTechnologyandApplication”CourseUnderNewEngineering

ZHAOXu1YINJun2

1.HainanVocationalUniversityofScienceandTechnology，HaikouCity，HainanProvince，571126China;2.ZhejiangHangdaTechnologyDevelopmentCo.，Ltd.，HangzhouCity，ZhejiangProvince，310000China

Abstract：UnderthebackgroundofNewEngineering，theproject-basedteachingmodefor“IndustrialRobotTechnologyandApplication”coursehasbeenexplored.Byreconstructingthetraditionaldisciplinarysystemwithtasksasthecore，integratingdisciplinaryknowledgeandskillsintotaskcontexts，sixspecificlearningscenariosaredesigned，graduallyexpandingfrombasictocomplextomeetthelearningneedsofstudentsatdifferentstages.Thecoursecombinestaskscenarioswithpracticaloperationsthroughacombinationofsimulationandhands-onexperience，tostimulatestudents'interestinlearningandpracticalabilities.Duringthecourseimplementation，studentsgraduallyenhancetheirunderstandingandmasteryof“IndustrialRobotTechnologyandApplication”throughexploringandpracticingindifferentlearningscenarios，whilefosteringteamworkspiritandpracticalabilities.Finally，studentsarecomprehensivelyassessedthroughvariousevaluationmethodstocomprehensivelyevaluatetheircomprehensiveabilitiesinthefieldofindustrialrobottechnologyandapplications.

KeyWords：NewEngineering;IndustrialRobotTechnologyandApplication;Project-basedteaching;Disciplinereconstruction

隨著新工科理念的興起和工業(yè)4.0時(shí)代的到來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)作為先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，已經(jīng)成為推動現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量之一[1]。截至2020年，全國已經(jīng)超過700所高職院校成功申報(bào)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)[2]。在這樣的背景下，“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課程的開設(shè)和教學(xué)模式的創(chuàng)新顯得尤為重要。

隨著科技的迅猛發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，不僅在傳統(tǒng)制造業(yè)中有著廣泛應(yīng)用，而且在新興領(lǐng)域如服務(wù)業(yè)、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)等也逐漸發(fā)揮著重要作用，因此，培養(yǎng)學(xué)生對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的理解和掌握已經(jīng)成為現(xiàn)代工程教育中不可或缺的一環(huán)。然而，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式往往難以滿足學(xué)生的實(shí)踐需求和職業(yè)發(fā)展的要求[3]。因此，將“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課程引入項(xiàng)目化教學(xué)模式，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高其動手能力和解決實(shí)際問題的能力，從而更好地適應(yīng)未來工作的需求。

1重構(gòu)傳統(tǒng)學(xué)科體系

為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足企業(yè)崗位需求，改革傳統(tǒng)學(xué)科本位教學(xué)模式，建立“以任務(wù)為載體，由淺入深，仿真與實(shí)操并行”的課程方案。通過校企合作，構(gòu)建面向企業(yè)真實(shí)環(huán)境的工作過程系統(tǒng)化課程教學(xué)模式，達(dá)到真學(xué)、真做和掌握真本領(lǐng)的目的。在職業(yè)分析和工作過程分析的基礎(chǔ)上，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合，轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)場，進(jìn)而確定學(xué)習(xí)情境和任務(wù)。

項(xiàng)目化教學(xué)的主要特點(diǎn)是教師以典型的職業(yè)活動或企業(yè)工作為背景，按照學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)來設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下完成并提交工作產(chǎn)品或服務(wù)成果[4]。教學(xué)團(tuán)隊(duì)首先對傳統(tǒng)學(xué)科體系進(jìn)行深入的重構(gòu)，以任務(wù)為核心，將學(xué)科知識和技能整合到任務(wù)情境中，共設(shè)計(jì)六個(gè)學(xué)習(xí)情境，從基礎(chǔ)到復(fù)雜逐步展開，以滿足學(xué)生不同階段的學(xué)習(xí)需求。這六個(gè)學(xué)習(xí)情境分別是固定軌跡編程仿真與實(shí)操、模擬激光雕刻仿真與實(shí)操、機(jī)器人搬運(yùn)仿真與實(shí)操、機(jī)器人碼垛仿真與實(shí)操、機(jī)器人弧焊仿真與實(shí)操和變位機(jī)弧焊仿真與實(shí)操。典型工作過程如圖1所示，六個(gè)學(xué)習(xí)情境由易到難，技能水平逐步提高，可以讓學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中做”，最后達(dá)到“學(xué)會做”的效果。

2課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程內(nèi)容設(shè)計(jì)是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。通過采用項(xiàng)目化教學(xué)模式，重新設(shè)計(jì)“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課程內(nèi)容，以確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中綜合掌握工業(yè)機(jī)器人的手動操縱、工具更換、參數(shù)配置、I/O通信、復(fù)雜軌跡規(guī)劃、示教編程等關(guān)鍵能力。

2.1項(xiàng)目化學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)

在“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課程中，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)是確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中貼近實(shí)際工作場景的重要手段，這些學(xué)習(xí)情境不僅是課程內(nèi)容的載體，也是學(xué)生理解、掌握和應(yīng)用知識的平臺。

為了達(dá)到這一目標(biāo)，每個(gè)情境都對應(yīng)一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目。這些項(xiàng)目不僅涵蓋了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)知識，還涉及機(jī)器人在不同工業(yè)應(yīng)用中的具體操作。例如：在第一個(gè)學(xué)習(xí)情境固定軌跡編程仿真與實(shí)操中，學(xué)生將學(xué)習(xí)工具坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的標(biāo)定、ABB機(jī)器人基本運(yùn)動指令，以及如何編程使機(jī)器人執(zhí)行直線軌跡、圓弧軌跡和曲線軌跡的運(yùn)動，通過仿真軟件模擬和實(shí)際操練，學(xué)生可以掌握工業(yè)機(jī)器人手動操縱和基本編程操作的技能。

2.2學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)設(shè)計(jì)

每個(gè)學(xué)習(xí)情境都設(shè)定了明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)、任務(wù)和技能要求，以確保學(xué)生在完成每個(gè)情境時(shí)都面臨一定的挑戰(zhàn)和難度，促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)動力和成長。學(xué)習(xí)目標(biāo)包括掌握基礎(chǔ)操作技能、理解相關(guān)理論知識、應(yīng)用技術(shù)解決問題等。任務(wù)則根據(jù)實(shí)際工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

例如：在模擬激光雕刻仿真與實(shí)操情境中，學(xué)生將模擬機(jī)器人的激光雕刻任務(wù)，包括工具更換、路徑規(guī)劃、I/O通信、編程等操作，并通過實(shí)操加深理解。

2.3與實(shí)際應(yīng)用場景的結(jié)合

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)的核心是與實(shí)際應(yīng)用場景的結(jié)合，在課程設(shè)計(jì)中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)會選擇與工業(yè)界緊密相關(guān)的應(yīng)用場景作為學(xué)習(xí)情境的背景，確保學(xué)生所學(xué)的知識和技能能夠直接應(yīng)用于實(shí)際工作中。

例如：在變位機(jī)弧焊仿真與實(shí)操情境中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)置了一個(gè)類似工業(yè)焊接車間的場景，通過仿真軟件，學(xué)生利用虛擬變位機(jī)模擬不同角度和位置的焊接需求，幫助學(xué)生更好地理解和掌握焊接工藝的多樣性和實(shí)際應(yīng)用。隨后進(jìn)行實(shí)際操作驗(yàn)證，從而全面掌握變位機(jī)弧焊技術(shù)的應(yīng)用和操作技巧。

另外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)也會邀請相關(guān)行業(yè)專家或企業(yè)代表參與課程設(shè)計(jì)，提供實(shí)際應(yīng)用場景中的案例和問題，以確保課程內(nèi)容與工業(yè)實(shí)踐緊密結(jié)合，為學(xué)生提供更具有挑戰(zhàn)性和實(shí)用性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.4教學(xué)資源和支持

為了有效實(shí)施課程設(shè)計(jì)，教師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了在線教育課件、多媒體資料和實(shí)踐案例，以滿足學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的多樣化需求，為學(xué)生提供了更加靈活和便捷的學(xué)習(xí)方式。同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還會定期組織師生交流會，邀請相關(guān)行業(yè)專家進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，幫助學(xué)生更好地理解工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的前沿發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。通過這種方式，學(xué)生不僅能夠獲得專業(yè)的技術(shù)支持，還能夠與行業(yè)專家進(jìn)行面對面的交流，了解行業(yè)的最新動態(tài)和需求。

3課程實(shí)施

3.1課程啟動階段

課程實(shí)施過程是將設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目化教學(xué)模式轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)教學(xué)活動的關(guān)鍵步驟，其順利執(zhí)行對于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果至關(guān)重要。在此過程中，教師和學(xué)生共同參與，通過一系列有序的步驟，逐漸深入探索和實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的任務(wù)情境。在課程啟動階段，教師需清晰地向?qū)W生介紹課程目標(biāo)、任務(wù)情境和項(xiàng)目要求，以確立學(xué)習(xí)的框架和目標(biāo)；同時(shí)，教師還需明確學(xué)生們分組的方式，并就團(tuán)隊(duì)合作的重要性進(jìn)行闡述，從而確立學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中的角色和責(zé)任，建立起合作的氛圍。

3.2學(xué)習(xí)情境的展開

課程的實(shí)施將進(jìn)入到學(xué)習(xí)情境的展開階段，每個(gè)學(xué)習(xí)情境的展開都是按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的學(xué)習(xí)路徑和任務(wù)進(jìn)行的。在每個(gè)學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生將利用仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)踐，模擬真實(shí)工作場景中的操作過程，通過實(shí)踐操作鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。在每個(gè)學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生將不僅是個(gè)體學(xué)習(xí)者，他們將在團(tuán)隊(duì)合作的氛圍中相互學(xué)習(xí)、交流和探討，這種團(tuán)隊(duì)合作能夠促進(jìn)跨學(xué)科知識的融合與共享，使學(xué)生不僅能夠掌握本學(xué)科的知識，還能了解和應(yīng)用其它相關(guān)學(xué)科的知識，提升綜合解決問題的能力。

下面，以學(xué)習(xí)情境三機(jī)器人搬運(yùn)仿真與實(shí)操為例來闡述課程實(shí)施過程，其教學(xué)組織架構(gòu)如圖2所示。首先，進(jìn)行搬運(yùn)仿真項(xiàng)目制作，學(xué)生利用RobotStudio軟件建模功能搭建搬運(yùn)工作站，利用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)搬運(yùn)工具，并規(guī)劃搬運(yùn)路徑，創(chuàng)建工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系，設(shè)置機(jī)器人I/O信號以控制機(jī)器人對工件的抓取和釋放。隨后，學(xué)生利用虛擬示教器進(jìn)行編程，并進(jìn)行仿真調(diào)試，確保機(jī)器人在虛擬環(huán)境中能夠順利完成搬運(yùn)任務(wù)。完成仿真項(xiàng)目制作后，學(xué)生進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行機(jī)器人實(shí)操。按照典型工作過程，學(xué)生首先安裝吸盤工具，然后規(guī)劃搬運(yùn)路徑與目標(biāo)點(diǎn)，設(shè)定坐標(biāo)系，并配置機(jī)器人I/O信號；接著，學(xué)生利用示教器進(jìn)行編程調(diào)試，逐步調(diào)整參數(shù)以確保機(jī)器人能夠準(zhǔn)確和穩(wěn)定地完成搬運(yùn)動作；最后，學(xué)生將機(jī)器人切換到自動運(yùn)行模式，讓機(jī)器人通過程序自動運(yùn)行完成搬運(yùn)任務(wù)。學(xué)生通過真機(jī)操作可鞏固在仿真環(huán)境中學(xué)到的技能，并將其應(yīng)用于實(shí)踐中。

在授課的同時(shí)，還會挖掘思政元素，將思政元素融入到課程里，例如，由傳統(tǒng)搬運(yùn)靠人工到搬運(yùn)智能化的轉(zhuǎn)變，這就是典型的工匠精神——精益求精，盡職盡責(zé)，耐心執(zhí)著，追求突破，追求革新。高校課程的思政建設(shè)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到培養(yǎng)何種品質(zhì)的人、如何進(jìn)行人才培養(yǎng)，以及為誰培養(yǎng)人這一立德樹人的根本問題[5]。思政教育在課程中扮演著不可或缺的角色。

3.3線上和線下相結(jié)合

本課程采用線上和線下相結(jié)合的教學(xué)模式，這種方法有助于改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，不再是簡單的教師單向傳授知識。通過線上和線下結(jié)合，教師與學(xué)生之間建立了雙向溝通的機(jī)制，可以及時(shí)地進(jìn)行互動和反饋[6]，這樣的閉環(huán)機(jī)制使得教學(xué)變得更加靈活多樣，能夠更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在線教學(xué)將通過視頻講座、實(shí)時(shí)互動和在線討論等方式進(jìn)行，同時(shí)提供相關(guān)文字材料、練習(xí)題、案例分析等多種形式的學(xué)習(xí)資源，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好和需求。

在課程實(shí)施過程中，學(xué)生將通過探索和實(shí)踐不同的學(xué)習(xí)情境逐步提升對“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”的理解和掌握，并培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和實(shí)踐能力。教師則通過指導(dǎo)和支持引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮個(gè)人潛能，實(shí)現(xiàn)知識與技能的整合和應(yīng)用，從而達(dá)到項(xiàng)目化教學(xué)模式的預(yù)期效果。

4課程評價(jià)

本課程主要通過3種方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)，旨在綜合考察學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的理論知識掌握、實(shí)踐操作能力、問題解決能力及團(tuán)隊(duì)合作能力等方面的表現(xiàn)，以確保他們在課程學(xué)習(xí)過程中達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)和能力水平。

第一，采用綜合項(xiàng)目評價(jià)的考核方式。將學(xué)生分成小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)完成一個(gè)機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目。項(xiàng)目內(nèi)容既包括仿真設(shè)計(jì)和實(shí)際操作，學(xué)生需要在項(xiàng)目中展示他們的團(tuán)隊(duì)合作能力、問題解決能力及對工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的綜合運(yùn)用能力。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括項(xiàng)目的完成質(zhì)量、實(shí)際操作的準(zhǔn)確性、團(tuán)隊(duì)合作的效率等。

第二，采用實(shí)踐技能考核的方式。通過設(shè)立一系列與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的實(shí)操任務(wù)，如工具更換、路徑規(guī)劃、編程調(diào)試等，對每一位學(xué)生的實(shí)際操作技能進(jìn)行考核。此外，也可讓學(xué)生記錄和總結(jié)實(shí)際操作過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以便評估他們對于實(shí)踐技能的理解和掌握程度。

第三，采用口頭答辯的考核方式。學(xué)生就所完成的項(xiàng)目和實(shí)操任務(wù)進(jìn)行展示并講解，通過口頭答辯，可評估學(xué)生對于課程內(nèi)容的理解深度、表達(dá)能力和思維邏輯能力。此外，還可以邀請相關(guān)專業(yè)人士或企業(yè)代表參與評審，提供專業(yè)性的意見和建議，以保證評價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確性。

綜上所述，本課程通過采用多種課程評價(jià)方式可有效考察學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的綜合能力，促進(jìn)其全面發(fā)展和職業(yè)能力的提升。

5結(jié)語

本研究旨在探索與實(shí)踐新工科背景下的“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”課程項(xiàng)目化教學(xué)模式，并取得了一定的成效。通過對傳統(tǒng)學(xué)科體系的重構(gòu)和任務(wù)情境的設(shè)計(jì)，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中得以全面發(fā)展，培養(yǎng)了工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐操作技能，希望為相關(guān)領(lǐng)域的教育教學(xué)實(shí)踐提供借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李胤昌.基于工作站和仿真平臺的教學(xué)改革與實(shí)踐研究：以“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程為例[J].工業(yè)和信息化教育，2020（6）：65-68，74.

[2]朱強(qiáng)，張宇，張冰潔，等.虛實(shí)一體化工業(yè)機(jī)器人仿真課程開發(fā)與實(shí)踐[J].科技與創(chuàng)新，2022（4）：132-134，137.

[3]蘇建美，尚宇梅，武珊珊，等.項(xiàng)目化教學(xué)與地方應(yīng)用型高校的深度融合問題研究及對策分析[J].科技資訊，2022，20（13）：172-174，188.

[4]譚翀，宋猛.場景賦能下高職思政課項(xiàng)目化教學(xué)改革的新機(jī)遇[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2023（20）：32-37.

[5]朱洪雷，代慧，桑治國，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“校企協(xié)同、四位一體”教學(xué)模式改革探索：以“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)綜合應(yīng)用”課程思政為例[J].職業(yè)技術(shù)，2022，21（1）：104-108.

[6]張冬冬，武新章，劉輝，等.線上線下混合式教學(xué)輔助模式探究與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2024，46（1）：16-20.