基于理虚实一体化的中职《工业机器人编程与操作》课程开发研究

基于理虚实一体化的中职《工业机器人编程与操作》课程开发研究

倪巧云、姚全红

乳源瑶族自治县中等职业技术学校 512700

摘要：随着对制造业信息化水平的不断提高，整个社会对高素质的工业机器人技术人员的需求量也越来越大，因此在中职教育中对工业自动化领域的技术人员的培养也日趋重要。《工业机器人编程与操作》是中职工业机器人技术应用类专业的一门重要课程，但由于部分中职院校缺乏实验资源，学生无法通过这门课程提高自我，无法将所学知识内化。而通过虚拟模拟技术，可以灵活地构造出具有代表性的企业工作环境，使教学与生产实践相结合，通过对虚拟技术的理论解释与实际操作相结合的方法，实现了在理论解释与实际应用相结合的双重效果，将虚拟模拟技术引入课堂，可以减少理论教学的依赖性，从而有效提高《工业机器人编程与操作》传授质量，为培养新时代应用操作型人才不断努力。

关键词：中职教育；《工业机器人编程与操作》；课程开发

引言：由于现代先进技术的不断发展，我国的制造业已经开始进入到了智能化的阶段，中国制造2025提出要大力发展数控设备和智能化机械设备，与传统机械设备相比，其生产效率大幅提升，适配于更加精密的生产机床。但智能设备并非完全能独立工作，也需更多拥有实际操作经验的技术人员的多元介入。作为培养应用型人才的中职院校，《工业机器人编程与操作》这门学科是机器人专业的重要组成部分，因此在教学过程中应有针对性设计，使学生具备在现场程序设计和调试方面的实践技能，同时能够更为系统掌握机械组成部分，为今后智能制造布局以及社会的发展贡献更多力量。

一、《工业机器人编程与操作》课程教学分析

1.企业人才需求分析

在智能化设备产业飞速发展的今天，传统的制造工艺日益完备，计算机技术以及AI技术大批量应用在传统制造业中，使得制造业不断提速，更多机械手臂在收到指令后，可以无间歇性工作。代替了流水线上的工人，从而达到了高效、低消耗生产，节约了人工成本，提高了整个社会的生产力水平。据调查，在大多数生产行业，更多技术人员不仅仅需要掌握机械相关知识，同时还要多元学习PLC、单片机等知识，为生产线的维护，安装和调试做足充分准备。而作为培养技能人才的摇篮，中职院校的机械类专业教学也应洞察企业的需求，根据社会现状来针对性教学，针对机器人专业学生进行更加系统的综合训练，提升其知识储备，为企业输送更多具有扎实理论基础的新时代人才不断努力，为推动企业的良好发展献言献策，为智能制造2025贡献更多力量。

2.课程特点分析

《工业机器人编程与操作》作为一门工业机械类的重要专业基础课，教师通过传授学生利用正向运动学方程以及逆向运动学方程来将程序与机械手臂之间有效链接，同时以《机械设计基础》、《传感器技术》、《液压与气动技术》、《工业机器人技术基础》等为支撑性课程，在此基础上，使学生具备基本的机器人操作能力，并能够得心应手进行对机器人的调试，为生产生活提供必要保障。

3.课程教学现状分析

传统的《工业机器人编程与操作》学科教学因缺乏实际训练的环境，通常将理论和实际应用课分离，这样的教学方式会使实践中的技术培训缺乏及时的指导，容易造成学生对技术的不熟练。但模拟仿真软件的出现，使得学生即使不亲临现场也可利用计算机中的软件进行实时仿真，通过输入位置以及数控加工轨迹，电脑中的机械臂同样可以按照学生的指令进行运动。可以减少中职学校对于机械手臂采购的数量，为虚实一体化教学提供必要保障。虚实一体化教学模式可以让学生在模拟机中进行预练习，最后实现了操作学习一体化过度，通过在电脑中多元操控，让自我认知能力得到有效提升，避免了操作失误造成的机械设备损坏，可实现同步教学。

二、“理虚实”一体化教学方法的设计

“理虚实”综合式的授课方式将虚拟模拟技术引进到理论授课中，通过虚拟仿真软件，使学生对所学的知识有一定的认识，并在教师的引导过程中不断加以应用，做到真正能够自主操作虚拟机械臂，达到良好的练习效果，便于以后的直接上手。根据《工业机器人编程与操作》的课程目标，结合“项目引导”，“理论讲解”，“虚拟仿真”，“实体操作”，“演示与评估”等五大部分，进行了“理－虚－实”结合的教学规划。

在“项目引导”部分，以培养工业机械人的程序操作技能为中心，结合 ABB机器人的实际应用实例，选择并组织了学生专业技能培训，包括涂胶装配、搬运、码垛等，结合具体工程，如焊工等进行课程设计，让学生根据实际生产过程中的不同需求，完成对知识的掌握。

在“理论讲解”中，由于选择了企业中实际操作环境，它必然是多种知识的结合运用，因此存在一定的复杂性，因此教师在理论讲解中，努力将操作步骤进行分解，让更多学生可以轻松了解其操作规程。

在“虚拟仿真”部分，利用 ROBOTSTUDIO虚拟模拟软件实验平台，通过对分解作业的模拟和演示，使学生对该课程的教学内容有一个清晰的了解，最后安排出相应的作业。

在“实体操作”部分，老师在教学过程中起到引导、咨询的引路人角色，运用理论与实践相结合的技能，对预留作业进行解析，把作业分成知识与操作规程，引导同学在实际操作中操作机械装置，使同学观察实验现象，寻找操作规律，并协助总结归纳知识要点。

在“演示与评估”部分，学生在完成了虚拟模拟与机械装置的学习以及使用后，将试验结果呈现给教师，教师再依据作业的完成和教学进程的主观表现，实现对作业完成情况评估。

三、结束语

“理虚实”综合式的授课，能将虚拟仿真软件操作、实际设备与理论知识相结合，实现理论知识的学习、虚拟软件仿真与实验设备操作的相互促进、互补。理虚实结合的课程打破了理论与实践相隔离的分段式授课，能够将理论讲解、虚拟模拟操作与实战操作相结合，真正做到了“实际操作”的教育目标、有助于改善中职教育质量，提升学生操作技能和操作能力，为社会主义现代化提供源源不断的人才。

参考文献：

[1]王华宇.中等职业学校工业机器人技术应用专业课程开发研究[D].天津职业技术师范大学,2022.

[2]陈美婷.基于岗位能力需求的“工业机器人编程与调试”课程开发探索[J].教师,2021(21):121-122.

[3]何宝兰. 基于典型工作任务的中职《工业机器人操作与编程》课程开发研究[D].广东技术师范大学,2021.

[4]岳宇航. 基于工作过程系统化的中职《工业机器人操作与编程》课程开发[D].广西师范大学,2020.