高职院校工业机器人基础课程教学改革路径研究.pdf

造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 轻工人才轻工人才245摘要：高职院校工业机器人基础课程的专业性、实践性极强，涵盖重难点知识诸多，如果教师仍采取传统教学方式则很难维系课堂的生动性、调发学生的学习兴趣。基于此，文章对高职院校工业机器人基础课程教学及其先导课程设置进行分析，从明确课程定位、优化师资团队、开发课程教材和创新课程教法四个方面入手，探索该门课程的教学改革策略，以期为高职院校机械工程专业群提高教学水平、优化人才培养质量提供切实可行的路径，并对其他专业群高质量共享课程的构建提供参考。关键词：高职院校；工业机器人基础；课程改革；模块化教学分类号：G712；TP242.2随着科技的迭新及产业的优化调整，这些年社会对于应用技术型人才的需求越来越高，因此职业教育必须与时俱进，积极发展。工业机器人基础是高职工业机器人技术专业的一门重要基础课程，涉及工业机器人概念、运动学及动力学知识、传感器以及编程技术等多方面知识，旨在促使学生掌握工业机器人的相关理论知识，提高学生设计和应用工业机器人的能力，使其未来可专业理论知识及工具软件设计工业机器人并实现工程应用。该门课程与工程力学、机械设计、工程绘图等课程紧密联系，同时又具备极强的专业性与实践性，在实际教学中面临的问题和困境较多，因此如何提高课程教学效果、优化人才培养质量，成为广大一线教师亟须探究的课题。1 高职工业机器人基础课程及其先导课程设置概述1.1 课程设置现状作为工业机器人技术专业的学生，必须对工业机器人技术有深入的理解和掌握。不仅需要学习工业机器人基础这一核心课程，还需要了解机电一体化、电气控制技术等专业领域的知识，比如工业机器人运动控制、动力控制、编程技术、运作维护等，由此也足以证明工业机器人基础这门课程在专业群中的重要教学地位。为确保该门课程的实际教学效果，促使学生掌握基本的理论与实践能力，需要就课程开设情况及其先导课程的设置进行具体分析。在工业机器人产业和人才培养背景下，两类专业可提供技术应用型人才：传统的机电一体化、电气自动化、机械设计与制造等，以及新兴的工业机器人技术专业。传统专业在大三阶段开设工业机器人基础和工业机器人拆装与检调课程，以应对工业机器人制造企业的需求。新兴专业在大二下学期安排先导课程，大三学期学习机器人项目配置与开发、机器人营销及售后等相关课程，以适应工业机器人设计、系统集成和控制、技术性营销、操作和运维等工作。这些新兴专业不仅提供了对工业机器人技术的深入理解，还考虑了实践操作和理论知识的平衡。通过这些课程，学生们不仅能够掌握工业机器人的基本原理和操作，还能够学习如何进行机器人的组装、调试和故障排除，以及如何进行市场营销和售后支持。这样的培养模式为我国的工业机器人产业提供了强大的人才支持，有助于推动该产业的持续发展1。但据了解，考虑生源质量参差不齐及人才培养时间有限的问题，各高职院校基本会在这些课程的基础上进行适当优化，着重强调培养学生对工业机器人的应用技术能力。1.2 课程设置问题通过分析当前高职院校工业机器人技术专业和其他近似专业的教学大纲及人才培养目标可知，这些专业在课程设置上与本科的机器人学先导课程相比有两个主要问题：（1）部分先导课程设置不足，当前高职院校在教学中过于突出学生专业技能的培养，从而忽视了基础理论的植入。在上述所提及的专业群中，均没有开设高职院校工业机器人基础课程教学改革路径研究朱益朋私立华联学院，广东 广州 510663作者简介：朱益朋，男，本科，讲师，研究方向为电子信息工程技术。文章编号：2096-3092（2024）02-0245-03 轻工人才 轻工人才 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料246相关的基础类先导课，学生完全需要依赖于在高中数学、物理课程中所打下的学习基础，因此他们在学习工业机器人基础这门课程时会倍感吃力、难度上升；而对于一些 3+2 阶段的学生而言更加难以吃得消，很多学生会感到四处碰壁、无从学起，达不到预期的教学效果。（2）部分先导课程教学内容简单，尽管专业群中设置有一定先导课程的高职院校，但其教学内容的理论深度不够深入，学生无法得到系统的工业机器人专业基础理论教育。在专业如机械设计与制造专业中，涉及工业机器人的相关教学内容被删减；在电气自动化专业中，有关工业机器人的 PID 控制、Matlab 控制仿真等内容的讲授也被一笔带过，这些现象反映了当前高职院校在课程设置和教学内容安排上的不足之处2。2 高职院校工业机器人基础课程教学的改革路径2.1 基于专业群明确课程的教学定位专业群建设是当前高职院校应对产业集群的一种创新专业模式，主要是为满足社会产业需求而定，将与产业关联紧密的专业作为教学的核心，继而在高职院校形成一个系统的专业群。为准确定位专业群课程，高职院校需以专业所匹配的产业链为要求来构建人才培养目标及方案，明确该门课程在专业教学体系中的地位和功能，促进课程的精准有效定位3。工业机器人基础在专业群中属于一门入门基础学科，作为统领专业群核心课程的一门先导课程，高职院校应充分结合相关专业需求合理安排教学活动并设置足够的学分和课时。如机电一体化专业要培养人才的核心能力，包括工业机器人的生产、销售、应用、维护、保养及智能制造等能力，需要引导学生充分掌握工业机器人基础知识和实践能力，使之具备复合型专业技能。为保证课程的受重视度和教学质量，建议高职院校将工业机器人基础纳入专业必修课之列，确保课时充足，以免课程整体进度太赶而达不到预期的学习效果。2.2 优化结构打造高水平的师资队伍正所谓“国之大计，教育为本，教育大计，教师为本”，高水平的师资队伍是推动教学改革的根本力量和主要抓手。随着独立专业的集群化构建和发展，单一课程教师的教学能力也需随之提高，致力于创建多元结构、高专层次的教师团队，促进教师高效开展模块化教学，达到理想的分工协作状态。课程不仅是专业建设的核心，还是集中师资力量的载体。高职院校构建以专业群为主导的师资队伍，并非只是简单地将所有专业课教师拼凑到一起，还应基于专业教学需求加以师资的组合调配，继而达到聚拢增值的效果。因此，高职院校应主张以专业需求为引导，全面发挥每个教师的业务技能与职业优势，以此确保专业群课程教师团队工作有的放矢。工业机器人基础课程教学主要包括基础技术和工程应用两大模块，分别可供专业群学习共享及不同专业学习选择。因此，作为专业课教师不仅要精通基础计算机、物理、数学、电子等相关知识，还应具备工程应用的关键技能，同时该门课程对教师知识结构的要求也存在差异性4。高职院校在组建课程教学团队时，建议可分别从工业机器人技术专业、机电一体化专业、电气自动化专业、机械设计与制造专业的人才培养目标出发，从机械工程专业群整体师资队伍中遴选具有良好知识背景、丰富教学经验的教师，重构高水平的师资队伍，实现教师队伍内部结构的合理优化。比如，工业机器人技术专业教学团队可从其他三大近似专业的教研队伍中甄选优秀的骨干教师，协同开发工业机器人技术专业的核心课程。2.3 开发高质量的活页式课程教材教材是高职院校开展专业教学的关键支撑，为了加速特色专业群的建设，高质量的课程教材开发和设计成为专业课程教学改革的核心。在高职院校的专业群中，需要支持集群分类教学，鼓励课程教材具备共享性、技术性和差异性特点，从而丰富课程内容和教育功能，使教材成为教师手中的教学工具书5。因此，建议高职院校推动课本教材内容与相关职业标准的高度对接，课本的呈现方式应以工作手册、活页式教材为主。高职院校应对接产业链要求，将课程划分为若干个教学模块，以模块把技术重难点区分开来，然后在此基础上初步开发新型活页教材。此外，还要充分考虑专业群中不同专业的教学目标，以便更有针对性地培养各个专业的人才。为实现这一目标，可从课程教材中选取与各专业教学目标相对应的模块，并将其整合到各个专业的教学内容中。工业机器人基础这门课程在本科院校也有类似课程，因此高职院校还可相应借鉴本科教材，结合本科机器人学这门课程教材来重组课程教学内容，但需注意的是要突出职业教育特色，强化课程的实践操作部分，还应充分利用课程本身的造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 轻工人才轻工人才247模块化特征将其内容进行合理分解，基于各个模块形成校本化的活页讲义。根据过往教学经验并结合专业群为导向，高职院校可将工业机器人基础课程活页式教材的开发设计划分为以下模块：数学基础模块、机械系统模块、感知系统模块、控制系统模块以及编程系统模块。其中，数学基础模块涵盖运动学和动力学等基础知识，感知系统模块主要介绍了机器人传感器知识，编程系统模块为读者提供了编程指导和工程项目对接案例等实用内容。这些教学模块虽看似简单，但实际上能满足专业群中各个专业的优化选择需求，有助于教师明确课程教学思路，进而实现理想的教学目标。从不同专业教学需求层面出发分析，活页式教材设计更为灵活、更便于教师使用。比如对于工业机器人技术专业来说，教师只需通过每个模块介绍机器人工作所需使用的技术，可直接忽略技术具体实践的过程讲授，能够较好地规避该门课程与其他学科在教学内容上的交叉重合问题。此外，教师通过模块化封装数学基础模块中复杂的运动学、动力学公式，构建基于运动学、动力学方程的模块化范式，可以降低学习难度，以便学生更好地接受知识并掌握应用。由于机电一体化和数控专业已掌握机器人工作站相关技术，后续教学重点应为机器人与自动化生产或数控机床加工单元对接所需技术，尤其是编程和调试训练学习。这样的安排不仅符合专业发展的趋势，而且能够突出这些技术的实际应用价值，使学生更加明确学习的目的和意义。通过加强对接技术的训练，学生将能够更好地适应自动化生产或数控机床加工的需求，提高自己的专业技能和竞争力。2.4 创新教师协同的模块化教学方式近年来，国内职业教育在不断的探索与实践中，引入了许多先进的教育理念和教学方法，这些手段已经逐渐成为职业教育体系中的一部分。其中，项目式教学法、任务驱动教学法、问题情境教学法、小组讨论教学法等，都是经过尝试创新和优化的结果。这些方法不仅符合职业教育规律，也适应了学生的学习需求。同时，国家职业教育改革实施方案中明确提出要积极引入具有代表性的生产案例，以推动项目化、案例式、情景式、模块化的教学模式。对此，教师也应充分利用信息化教学技术，如网络云班课、微课、翻转课堂等，为学生搭建网络学习空间，提供丰富的学习资源和多元化的学习路径。鉴于专业群中不同专业教学团队及其课程内容存在一定差异性，而且每个专业的学生所具备的知识基础和结构也有区别，因此高职院校不可采取传统单一化的教学方式。教育信息化时代下，高职院校在专业群建设中需兼顾各种教学因素，基于典型职业教育，探索以专业需求为主的教学模式，并制定符合不同专业特征的模块化教学方式。为进一步强化工业机器人基础课程的教学质量，高职院校应立足于专业群中不同专业教学目标及该门课程特点，促进理论与实践教学的有机结合、线上与线下教学的有机结合、职业大赛与专业教学的有机结合、本校教师与企业导师的有机结合。与此同时，高职院校还应积极采用线上线下混合式教学模式，致力于构建可高度适合各专业教师协同的模块化教学方式。比如，为让学生更好地理解相关概念，在讲授运动学和动力学知识时，教师可引入机械制图和三维制图实践基础课。为加深学生对机器人运动学和动力学的理解，应构建工业机器人运动虚拟仿真平台，通过理实结合，学生可更好地掌握工业机器人课程中的各种关键知识。此外，针对机电一体化专业教学而言，教师还可搭建机器人自动化实践平台，以便学生在实践中学习系统操作以及开展编程调试，这将有助于提高高职院校专业群中工业机器人基础课程的教学质量。3 结束语近年来，我国的工业机器人产业逐步实现了系统化、模块化和智能化的发展，在许多工业生产领域发挥着举足轻重的作用。因此，高职院校的工业机器人基础课程教学应紧跟行业进步的步伐，不断更新，以培养复合应用型人才为目标。加快高水平职业院校及高水平专业群的建设，更好地集中专业教学的各项优质资源，对培养满足时代发展需求的复合应用型人才来说至关重要。参考文献1 余娜.“互联网+”职业教育下工业机器人技术基础课程的“三教”改革研究J.造纸装备及材料,2023,52(12):173-175.2 张瑶.混合式教学在中职 工业机器人基础 课程中的应用研究D.贵阳:贵州师范大学,2022.3 王莹莹.“互联网+翻转课堂”模式在中职学校工业机器人技术基础中的应用D.长春:长春师范大学,2021.4 范良志,江珂,朱海平,等.新工科背景下机器人知识体系与课程内容研究J.高等工程教育研究,2021(2):32-38.5 岳秋琴,张伟,谷明信,等.“专本贯通”高端应用型人才培养模式研究与实践:以机器人技术专业为例J.职业技术教育,2020,41(29):11-13.