工业机器人课程教学设计
作者：张卓 张程
来源：《高教学刊》2021年第26期
摘 要：针对高职院校工业机器人技术专业核心课程工业机器人自动线装配与维护的尚存问题，提出课程教学改革措施。根据培养目标以及课程定位，基于工业机器人实际工程案例设计教学载体，通过分组完成项目任务的方式进行教学实施，充分发挥建构主义“问题为中心，学生为主体”的思路，强化学生的自主学习、协作学习和解决实际问题的能力。教学设计综合考虑了学生学情与实际教学条件，充分利用信息化教学手段，取得了较好的课程效果。
关键词：工业机器人;教学设计;建构主义;行动导向
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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
新一轮科技革命和产业变革已经到来，在制造业智能化转型升级的大背景下，培养符合智能制造产业需求的工业机器人技术人才已成为高职教育改革的当务之急[1]。工业机器人技术是一门包括工程数学、机械、电气、电子、自动化、传感器、计算机和通信技术等多技术领域的新型学科[2]，其知识范围广、理论知识抽象、技能训练难度高，对教学提出了挑战。想要达到理想的教学效果，需要教师对专业的人才培养目标以及专业课程的整体定位、教学理念、具体课程的教学内容、考核评价有较为深刻的理解，并且依据学校现有的教学条件进行合理的教学设计[3]。本文以工业机器人技术专业的工业机器人自动线装配与维护课程为例进行教学设计。
一、课程定位与学情分析
工业机器人自动线装配与维护课程（以下简称“本课程”）是工业机器人技术专业必修的核心课程之一。内容上主要包含了工业机器人本体、工业机器人工作站以及工业机器人自动线的功能设计、系统装调与维护，是工业机器人技术专业人才培养过程中重要的实战环节。本课程是工业机器人离线编程与仿真和工业机器人现场编程课程的后续进阶（两门前置课程主要教学生RobotStudio软件的使用方法和工业机器人的基本操作方法），设置本课程的主要目的在于提升学生的技能层次，引导学生将所学的理论知识和实操技能与实际工业机器人系统结合起来，对机器人结构、外部电气设备以及自动线系统达到真正理解，而非局限于简单操作的水平上。
通过实际教学与调研反馈，作者发现本课程教学目前主要存在以下几方面问题。
（一）学生前置课程基础较为薄弱
在学习本课程前，学生需要学习较多的前置课程进行积累，专业课学科交叉性强，知识覆盖范围广，理论复杂，高职学生学习难度较大，而且很多学生到了大三，前面大一学
过的知识（如工程数学、电工技术）很多都已忘记了，理论基础不够扎实，又进一步加深了理解课程的难度。学生感觉课程难度大，影响学习兴趣，从而学习动力不足，产生怠学情绪。需要通过教学设计帮助学生回忆前置知识、降低课程的理解难度，激发学生学习兴趣。
（二）学生理实脫节，知识不懂应用，实操不知原理
在教学过程中，学生常常处于“被动学习”的状态，讲解的理论知识只是“记住了”，而不能够应用在实际的问题上，对于课上讲授的实操技能也仅仅是“照着做”，而不能够理解为什么要这么做。这种学生“被动学会”的状态往往会造成教师认为自己“教懂了”，学生也认为自己“学会了”，但是当学生面对新的问题，需要独自分析解决时就显露了问题。学生的似懂非懂会导致其毕业后难以达到企业要求，影响学生的长期发展。需要通过教学设计锻炼学生理论联系实际、独立分析并解决问题的能力，将学生的被动学习状态转变为“主动学习”。
（三）学生操作不规范，设备风险大
工业机器人的操作必须严格按照相关规定进行，但是教师在有限的课时中难以对所有学生都做到足够的培训，由于学生对设备的熟悉程度不够，在实训过程中时常会由于人为操作不当而使设备出现各种故障或是不同程度的损坏。工业机器人设备价格昂贵，数量有限，设备故障又无法保证每一次都能及时维修，间接影响教学进度[4]。这需要通过教学设计规范学生操作，降低设备风险，同时充分利用信息化教学手段，降低教学对设备的依赖。
二、教学设计思路
为了达到理想的教学效果，针对高职学生学情，秉承建构主义理念，基于抛锚式教学模式，根据工业机器人实际工程应用设计“教学项目”作为教学单元，采用“双元制”行动导向作为主要教学手段，结合线上视频学习、知识研讨、软件仿真演示、实操训练、报告与答辩等方法进行教學。本课程以提升学生的具体实操技能和解决问题的能力为基本教学目标，以学生自行建构工业机器人相关知识体系为最终目的，根据各教学单元的任务特点设置相应的知识重点或技能难点，采取分小组共同协作的方式进行项目作业。一个完整的教学单元包含项目认知、知识研讨、实训活动和质量管理评价四个环节。
（一）项目认知
项目认知环节主要通过播放视频动画、情境互动等方式向学生展示工业机器人在某工程项目上的实际应用，并向学生布置项目任务。学生在本环节可以了解项目内容在行业中的实际应用，相关技能适应于何种职业岗位。该教学环节可以有效地激发学生的学习兴趣，同时达到创设情境、布置项目、确定任务与问题的教学目的。
（二）知识研讨
知识研讨环节采用学生小组讨论为主、教师讲解演示为辅的方式来设计项目任务的解决方案，其中教师讲解演示的相关内容主要结合思政、专创、考证、行业标准等方面的内容，以引导为主。该教学环节可以有效地锻炼学生通过思考和利用已有的知识解决未知问题的能力，提高学生的表达能力，达到让学生自主学习的教学目标。
（三）实训活动
实训活动环节是在教师的监管下，学生按照任务的解决方案进行分工协作，具体作业包括机器人夹具设计、机械三维建模、机器人系统仿真设计、机械加工与装配、电气系统
拆装与调试、撰写实训报告、小组方案修正讨论等多种形式。该教学环节可以锻炼学生项目协作能力及利用所学的知识和创新性思维解决实际项目问题的能力，达到让学生知行合一的教学目标。
（四）质量管理评价
质量管理评价是对教师教学质量与学生学习效果的评价环节，由过程评价与总体评价两部分加权构成。过程评价部分包括个人自评、小组成员互评与教师考评（情境对话）;客观部分以考试、实训报告、项目成果交付（企业评价）和项目答辩等方式进行考核。
三、教学内容
本课程采用项目式行动导向的方式进行教学。教学项目从工业机器人实际工程应用场景出发，综合考虑工业机器人技能竞赛国赛设备功能、工业机器人“1+X”相关证书标准以及前置课程的相关理论知识与技能训练内容进行设置。具体教学设计包括如下内容。
项目一：工业机器人本体功能设计、系统装调与维护项目（工业机器人激光切割项目应用）（12学时）
