时间：2022-08-06 19:41:01
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工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以有效提高产品质量，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本都有十分重要的意义。工业机器人的应用水平已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。
工业机器人应用涉及到多门学科知识， 学生不仅要掌握理论知识， 还要具备工程技术应用能力。而实训环节对于学生巩固理论知识， 特别是培养其解决实际工程问题的能力、工程应用能力、创新能力至关重要。 高职院校应充分利用现有资源， 积极与企业开展校企合作，创建更加贴合实际工程应用的工业机器人实训室，为学生提供解决实际工程问题及提高创新能力的条件和机会。
一、工业机器人实训室布局
工业机器人实训室归属于本校自动化生产设备应用专业，为了让教学更加贴近真实的工作任务，自动化生产设备应用专业教学团队与合作企业华中数控工业机器人有限公司，共同制定专业人才培养目标、教学内容、教学要求，使教学内容与实际工作岗位任务相符，并以此为依据建设规划工业机器人实训室，经过双方的研究和探讨，该实训室被划分为多媒体教学、基础实验、维护维修、工程应用等四个功能区域。实训室布局如图1。
图1 实训室布局图
二、 工业机器人实训室硬件设施
为开展工业机器人应用项目的教学，并考虑到实际工业生产中最有代表性的机器人类型，实训室中工业机器人类型选用华中数控工业机器人有限公司生产的4台轻载式六自由度多关节机器人、4台桁架机器手，台湾益众科技有限公司的2足行走机器人、竞速机器人、乐高趣味组合机器人用于基础教学;选用华中数控提供的4台六轴机器人本体、4台桁架机械手本体、及配图控制器用于维护维修教学;选用华中数控提供的3台立式加工中心并配置1台6六自由度多关节机器人组成1个自动加工单元用于工程应用实验教学。同时，上述两家公司还配套教学所需的各种辅助设备，包括末端执行装置（如机械手、吸盘、专用夹具等），电气控制、传感设备等。
三、工业机器人实训室软件设施
除了硬件设施供学生提升实操能力、工程应用能力之外，还要注重软件设施的建设。实训室除操作系统以外，还安装了AutoCAD、UG、CATIA等三维软件，用于三维建模，为运动仿真提供数字模型。为了克服机器人数量不足，降低机器人及各种辅助设备的损耗，实训室还配套华中数控研制的模拟仿真软件，包括离线编程功能和仿真功能，用于构建虚拟机器人的工作环境，以及虚拟机器人工作过程的仿真。
四、工业机器人实训室实训项目设置
工业机器人技术实训项目是与华中数控工业机器人有限公司按照企业实际工作任务来进行设计、归纳、总结得到的，实行教学内容模块化。为了实现教学、演示等功能，在多媒体教学区中，还需配置多媒体及配套设备、电脑及配套设备、网络传输所需的服务器、 交换机及配图设备等。
（一）工业机器人基础培训模块
1.模块一：机器人操作 （16课时）
项目内容：1）工业机器人系统介绍;2）安全操作规范，紧急情况处置;3）使用示教器操作机器人，修改位置点;4）调用系统中的例行程序;5）程序备份和系统备份方法介绍，实践;6）机器人零位更新方法介绍，实践;7）手动模式下的机器人操作;8）益众机器人参数设置及操作实践。
2.模块二：机器人基础编程 （40课时）
项目内容：
1）手动模式下的机器人操作;2）工业机器人坐标系统;3）编程语言介绍及其基本指令;4）I/O 信号介绍及配置;5）机器人系统重启指令介绍;6）程序保存，系统备份;7）机器人系统配置及安装;8）校正方式介绍;9）操作实践。
（二）工业机器人维护维修培训模块
1.模块一：机器人维护维修 （80课时）
项目内容：1）机器人中各电气模块功能及原理介绍。包括电源系统，计算机系统，驱动系统，总线与I/O 系统，冷却系统，安全面板 和 SMB 板;2）机器人电气知识简介，电路图讲解;3）机器人中各电气模块维护保养注意事项;4）机器人安全面板、主机箱中的指示灯状态介绍;5）机器人故障代码介绍;6）机器人不同启动方式的原理及介绍;7）故障排除实践;8）机器人本体硬件结构介绍;9）日常机械维护保养知识介绍及实践;10）各轴电机、电缆更换步骤讲解及实践;11）机器人齿轮箱、平衡装置更换方法讲解与实践;12）机器人精校准方法介绍与实践。
（三）工业机器人工程应用培训模块
1.模块一：机器人离线编程系统的学习 （40课时）
项目内容：1）创建工作站;2）创建系统;3）创建几何体和机械装置;4）创建工具、工件坐标系、路径点、轨迹;5）利用创建的组件和数据进行离线编程和仿真;6）使用相关组件模拟现场动态效果;7）机器人的可选项的使用，包括外轴（转台、 导轨）;输送链追踪;8）学习离线编程系统的实用功能。包括信号分析器;文件传输。
2.模块二：自动化加工单元的学习（32课时）
项目内容：1）学习系统技术资料、自动化加工单元的组成和工作原理;2）装配工艺设计;3）制定安装顺序和工作计划;4）加工单元工作程序编写及导入;5）加工单元的组装联调;6）加工单元稳定性调整;7）加工单元验收。
五、小结
通过校企合作的方式建设工业机器人实训室，使教学内容更加贴近实际工作岗位的内容， 降低企业二次培训的时间和费用，促进了学校和企业的无缝连接。同时，也促进教师教学工作、 科研工作的开展， 激发教师教学改革的热情，提升学生实操能力、工程应用能力、创新能力。
参考文献：
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[4]宋正强，杨辉玲.高职高专院校机器人创新实训室建设方案探讨[J].中国集体经济，2009，（34）：172.
[5]管小清，王纪东.高等职业教育中工业机器人实训基地建设的实践与探索-以汽车制造专业为例[J].自动化博览，2013，（z2）：230～234.
关键词：工业机器人；人才培养；岗位能力分析
一、机电一体化专业开设的必要性
在世界经济复苏乏力的背景下，中国经济增速出现回落，2015年增长幅度为6.9%，国际环境仍然复杂严峻，对制造加工型企业的自动化改造是保证企业降低成本、缓解用工不足压力的有效途径之一。同时，工业机器人的大规模应用是现代化企业自动化改造的重要手段，我国“世界工厂”的地位也决定了我国必将成为工业机器人的最大市场。未来三年，中国工业机器人处于国家政策红利、工业转型升级需求释放、人口红利减弱、市场需求增长的机遇叠加期[1]。这也意味着这一领域技能人才缺口之大。机械、汽车、电子、电气控制、机电一体化等专业都是传统的工科类专业，企业对相关人才的需求已经由单一型人才发展到复合型、应用型人才[2]，而工业机器人专业正是多种学科的综合应用，对培养相关专业学生的综合应用能力有着重要的意义。新专业的开设因为是面向工业现场的实用型人才培养，紧密结合国家《中国制造2025》计划，且为增加校企合作办学，为展开实用型科研课题的研究打下基础，正因为其是新兴事物，因此在相关领域哪怕有一点成果都是开创性的，有益于成绩取得以及学校知名度的提升。重庆市农业机械化学校（以下简称学校）依托机电一体化专业开设工业机器人应用与维护专业方向，符合重庆市推进机器人产业发展的政策导向，能更好地服务地方经济。
二、专业发展前景
工业机器人作为一种高技术含量的设备，在使用过程中其设计、制造、安装、调试、操作、维护等工作需要大量的专业技术人员[3]。随着我国工业机器人生产厂家、应用行业的增多和装机量的爆发式增长，工业现场严重缺乏该类人才。从岗位需求来看，工业机器人专业的学生可以在企事业单位从事以下三个方面工作：制造工业机器人产品；销售工业机器人；利用工业机器人设备进行生产等。第一种需要完成工业机器人的设计、零部件生产、装配、安装、调试和售后服务等工作；第二种主要工作是机器人销售、专业的技术咨询服务；第三种主要包括工业机器人设备操作和设备的维护保养。从技术层面来看，工业机器人技术是机械加工与装配、电工电子、计算机编程、传感器技术、电机传动技术、网络通信等技术的结合体，学生通过这些技术的培养成为复合型技能人才，将具备发展潜力和广阔的就业前景。
三、专业职业能力岗位分析
（一）工业机器人操作、维护岗。岗位工作任务：根据生产工艺参数进行工业机器人编程、调试以达到生产需要；负责上料和装夹；负责备件管理；负责机器人操作及程序录入、日常点检与数据维护、完成生产任务；负责产品质量控制及提升；负责工业机器人故障处理和设备维护保养工作；负责建立工业机器人操作资料档案；参与工业机器人生产技术改进工作；负责工业机器人现场8S工作。岗位能力要求：机电基础知识，精通ABB、库卡（KUKA）、发那科（FANUC）、安川电机(YASKAWA)、国产机器人等至少1种机器人示教编程、仿真编程与调试能力；简单英文操作界面的识读能力；工业机器人本体与控制器的维护能力；二氧化碳保护焊、弧焊、点焊焊接不同金属材料的参数和焊接姿态的设定能力；焊接图、机械图的识读能力；熟悉各种机械加工制造；熟练运用office办公软件；量具的使用能力；工装夹具调整技能。职业素养要求：勤奋好学，爱岗敬业，吃苦耐劳，认真负责，积极上进。
（二）工业机器人装配、调试岗。岗位工作任务：负责协助销售人员做好客户、经销商的技术支持工作；负责以工业机器人为核心的自动化单元机械和电气安装；负责生产现场工业机器人本身参数设置、程序编制、工装夹具的调试、工艺参数设置、联锁信号的设定、故障排除；负责生产过程质量控制，质量问题的分析及改进；负责反馈现场问题，并能给出合理化建议；负责现场客户的应用培训和产品验收；负责项目后期问题处理。岗位能力要求：机电基础知识，精通ABB、库卡（KUKA）、发那科（FANUC）、安川电机(YASKAWA)、国产机器人等至少1种机器人配置、示教、编程与调试；能阅读中英文工业机器人技术资料；能识读机械、焊接、电气图纸；具备一定的电气电子基础，了解低压配电及电机驱动；熟悉工业机器人控制系统，工业机器人周边设备及周边设备的连接和调试；熟悉工业机器人与PLC通信相关参数配置及PLC编程；熟悉机器人点焊、弧焊、二氧化碳保护焊、涂胶、搬运、码垛、滚边、装配、喷涂、磨削、去毛刺、上下料等典型应用；能完成工业机器人培训的教学任务；善于处理人际关系。职业素养要求：良好的沟通能力、协调组织能力、团队合作精神、吃苦耐劳、有责任心，积极主动。
（三）机器人销售、服务岗。岗位工作任务：负责客户的开拓、客户需求分析、提出相应销售解决方案、维护好客户关系、进行商业谈判、标书的制作、参与招标、合同的签订、合同的跟进；产品、行业、竞争对手信息收集整理和合理利用；制定项目的跟进安排并付诸实施，并完成销售额；维护公司产品品牌形象。岗位能力分析：数控、自动化、机电一体化、计算机、市场营销等专业，机器人专业毕业更佳；熟悉机器人的应用；语言表达能力强，善于了解并分析客户需求；招投标的专业知识；商务谈判能力；承压能力；协调组织能力；熟练运用office办公软件。职业素养要求：开拓精神，吃苦耐劳，文明礼貌，团队合作精神。
（四）机器人教师岗。目前就业市场上提供了大量从事儿童与青少年科技教育岗位，主要为乐高积木机器人系列。岗位工作任务：建立学生有关档案；编写教案，高质量完成教学任务；课后总结，提升授课技巧；负责学生上课期间的安全；维护与学生的良好关系，与家长沟通学习情况。岗位能力分析：乐高积木机器人的装配、编程、调试；具有较强的中文表达能力，普通话标准；动手能力强；编程能力；熟练运用office办公软件能力；团队管理能力。职业素养要求：有爱心、耐心、责任心，创新意识，亲和力。从以上分析可以看出，岗位不同侧重点不同、深度不同，且涉及到的知识和技能范畴大，除了要传统的机电技能外，还需要很多新知识支撑。学校要培养出满足企业需要的员工，需要定好位，购置适当的设备，推进师资建设、教育教学资源建设。
四、专业培养规格
培养从事工业机器人模拟、编程、操作、装配、调试、销售、教学及自动化生产系统维护维修与管理等工作的应用型技术人才。
五、专业实训室建设
学校在原有机电一体化和机械加工实训室基础上新建工业机器人创新实训室，该实训室包括2套ABB六自由度工业机器人本体，3套江苏汇博工业机器人本体，2套工业机器人电气系统拆装平台，1台工业机器人机械拆装平台，自动化生产线控制模块；机器人夹具包括：搬运码垛夹具、写字夹具、双交位夹具、真空吸盘、喷枪；机器人配套训练工具：平面码垛模块、写字平台、模拟焊接激光笔、模拟抛光工具、涂胶模块、仿机床上下料模块、立体仓库模块，一批乐高积木；专用的计算机实训室软件：工业机器人离线编程软件、PLC编程软件。
六、课程体系
关键词：工业机器人；虚拟仿真技术；信息化教学
先进的制造工业中，工业机器人作为发展的重要手段，具有不可替代性，同时衡量了这个国家的制造水平与科技水平。目前，我国处于工业技术转型并且加快发展的关键时期，机器人产业作为工业机器人的重点部分，正是我国工业生产降低成本、免受环境制约等重要发展的良好选择。近年来，工业机器人行业得到了快速的发展，市场对其的需求量非常大。工业机器人的发展带动了机器人领域的发展。但是在机器人领域发展中，缺失技术水平高、综合能力强、素质比较高的专业人才，产业发展遇到瓶颈时，专业人才缺失，无疑会对发展造成巨大影响。所以，多个国内的中专与大专院校也开展了工业机器人专业，为国家重点培养目前紧缺型人才。但是由于和发达国家相比较，我国工业机器人的人才培养起步较晚，各院校对于专业的发展、实训课程的建设等还处于探索阶段，再加上每个学校对工业机器人昂贵设备的投入差距，导致专业发展良莠不齐。因此，通过虚拟的仿真技术，能够提升教学在实操训练中的质量[1]。例如美国ABB机器人公司研发的RobotStudio仿真软件，界面相互交错，操作易懂便利，能够对实际的工作环境进行模拟，满足老师与学生们在教学过程中实验的要求，解决了实操困难的重要问题。
1虚拟仿真技术在信息化教学中的作用
1.1能够有效减少教学成本，提高操作安全性。因我国目前在机器人教学实验中建设成本比较昂贵，光是工业机器人一台设备就要四五十万，一个实训室的建设至少要200万以上。所以这对实训场地和资金的要求都比较高。而如果使用虚拟仿真软件，虽然前期投入有点大，但是从长期考虑，这不仅能够在一定程度上满足学生的实训要求，而且还降低了教学成本的投入，最重要的是能够满足一个学生一台机器的操作训练，确保每一个学生在学习中均能享受到相同的教学效果与训练，同时能够避免操作训练中机器人产生碰撞等危险情况产生，保证了操作课程中的安全性与准确性。1.2能够激发学生的学习兴趣和创造力，培养学生主动学习的意识。工业机器人RobotStudio仿真软件能够有效构建虚拟三维实训场景，模拟真实场景，有利于学生提前熟悉实际操作的环境与内容。由于其交互性强，学生能够快速掌握操作的技巧，对学习过程中出现的问题进行验证，并得到直观的结果，因此极大地激发了学生的学习创造力，培养了学生学习的主观能动性。1.3能够搭建实际的操作情境，实现实际工作环境的无缝对接工业机器人RobotStudio仿真软件能够模拟仿真焊接、码垛、搬运、喷涂、装配等多种现场的工作，学生可脱离现场条件的束缚模拟搭建实际岗位情境，通过仿真操作可了解实际岗位要求，培养自身提前适应岗位的能力，实现实训教学内容与实际工作岗位能力的无缝对接。
2RobotStudio仿真软件在信息化教学中的应用实例
在仿真软件教学中采用任务驱动法，将学生分成若干个小组，分组让机械手在机器人工作台上绘制三角形或矩形的场景，从而进行模拟。仿真过程分为布局基本工作站、建立机器人虚拟系统及工件坐标、建立并调试示教路径、再现示教路径四个部分[2]，如图1所示。第一，机器人使用的工具为画笔，合理导入工作台模型。第二，依据布局来设置机器人系统，建立机器人虚拟操控器，让机器人具备电器操控特点，并且在工作台中设立三个工作坐标点。第三，使用机器人“手动线性”进行操作，利用设定好的定位来调整机器人位置，之后确定教学，手动线性对话的设计如图2所示。使用MvoeJ与MoveL指令展开教学编程，直线轨迹指令如图3所示。第四，把教学路径和虚拟控制器进行同步，启动仿真软件同时实现教学路径图。下图4为直线轨迹与教学再现的实现成果。利用工业机器人虚拟仿真软件RobotStudio为学生提供现场化教学的同时还能重现仿真教学，让学生们能更容易理解工业机器人的概念，把握其在工作中的基本需求，掌握程序指令使用的调节与编程，更了解工业机器人的使用方式[3]，为将来的工作打下坚固的基础的同时，还更加了解工业机器人的实际操作过程。另外，通过软件的仿真，也能让学生熟悉工业机器人的模拟操作，避免在实际操作过程中因为误操作而撞坏昂贵的设备，导致不必要的损失。
3虚拟仿真技术在使用过程中存在的问题及解决策略
3.1存在问题。3.1.1与现场设备的实际操作还是存在一定的差距。但虚拟仿真毕竟不是真实的设备，它也代替不了真实的设备，它和现场实际操作存在着一定程度的差距，比如在软件操作中学生最容易忽视的就是安全意识，通过软件操作，很容易忽视安全意识，容易麻痹大意，还有很容易忽视工业机器人的安全操作规程，等等。因此，遇到这样的问题，同学们就会欠缺解决突发事件的能力。3.1.2难以满足所有不同型号设备的教学需求。一些学校设立的工业机器人操作实验室，因日常教学与比赛的原因，会建设类型不同的工业机器人教学训练室，在利用仿真软件过程中，只能使用某一个单一型号的教学软件，它难以兼顾不同品牌的机器人。3.2解决策略。3.2.1虚实结合，有效开展信息化教学。教师在教学过程中，不能一味地只追求信息化教学，要把仿真虚拟技术和实际机器操作有效地结合起来，并把它们之间的差异表述明确，研究透彻，给学生树立良好的学习习惯，也向同学们强调实际操作的重要性。要让学生严格按照实际操作规范进行训练，具备较强的安全操作认知，让学生们顺利实现虚拟操作和实际操作之间的融合。3.2.2以点概面，建设工业机器人专业的信息化课程体系。RobotStudio仿真机器人软件在使用过程中，不能和其他的仿真软件进行兼容，成为了面临的最大问题。对于这个问题，必须设立一个统一的虚拟仿真操作教学课程，以该软件作为学习基础，提高学生对其他品牌机器人的理解和操作能力。因此，老师要通过数据化资源平台努力建设不同品牌的仿真机器人教学课程，并且在不同的虚拟仿真机器人软件中进行操作之前，均需要了解其特点，同时对其进行归纳与总结，拓宽学生对知识的认知面[4]。
4结语
虚拟仿真软件可以进行机器人教学和场景再现等教学操作，让学生们对虚拟仿真操作具有更强的理解能力，对教学也具有直观的认知，了解并且熟悉机器人训练操作方式，提高学生的学习速度，同时还能确保学生们理解掌握其中的重点，突破教学难题。此外，利用这种教学方式，能够确保学生们的安全，同时还能避免在实际操作过程中对机器人造成的损失与破坏。实操教学和仿真教学相互结合，提升了教学的整体效果。
参考文献：
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[2]叶晖，何智勇，杨薇.工业机器人工程应用虚拟仿真教程[M].北京：机械工业出版社，2014.
[3]陈廷艳，彭一航，许二娟，等.仿真软件在工业机器人示教及再现教学中的应用研究[J].轻工科技，2018(6)：74-75.
（台州职业技术学院 浙江 台州 318000）
摘要：在“工业机器人安装与调试”学习领域课程开发过程中，确定该课程应使学生具备工业机器人安装、工业机器人调试、工业机器人编程操控以及工业机器人检修维护等能力。深入企业调研，明确典型工作岗位，分析课程所对应的典型工作任务；从高职学生的基本情况出发，对典型工作任务进行提炼形成行动领域；按行动领域所承载的知识、能力的相互关系构建学习领域；按照每个学习情境对应一个完整的工作过程的原则构建学习情境；最后按照“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”六步法实施教学。在教学过程中尽可能为学生提供类似企业的真实工作环境、国家或行业标准、任务单和计划书等资料。
关键词 ：高职；工业机器人安装与调试；课程开发；学习情境
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）04-0086-05
工业机器人（Industrial Robots）简称IR，是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人具有高效、可靠的优点，在自动化生产线中应用日益广泛，如在汽车工业中完成焊接、搬运、喷涂和装配等工作。此外，我国的民营企业也逐渐认识到了工业机器人的优势，对工业机器人的采用量逐年增加。但这些企业存在着装机量不高、人才流动性强和培训不到位等问题，因而对工业机器人应用维护人才需求较大和要求较高，高职院校有必要加强对这方面人才的培养力度。
课程开发原则和流程
（一）课程开发原则
作为台州职业技术学院机电一体化技术专业的核心课程，“工业机器人安装与调试”的开设原则是以企业实际需要为根本出发点，通过教师进入企业实地调研，总结典型工作任务，完成调研报告，最终确定工业机器人课程教学内容及范围。包括：工业机器人及柔性自动化生产线的安装，辨识电器原理图，根据需要编写程序和调试代码以及各种故障的诊断和维修。以项目化实训为主线，以学生亲历实践为导向，培养学生分析问题、解决问题的综合职业能力。通过课程的学习，让学生具备常规工业机器人及柔性自动化生产线安装调试和故障诊断与维修能力，适应未来社会对工业机器人领域人才的需求。
（二）课程开发流程
“工业机器人安装与调试”课程开发的整体流程包括：教师深入工业机器人研发或应用型企业调研，通过走访、参观、座谈、研讨等形式，了解与本课程相关人才的社会需求情况，相关行业对本课程开发的要求及企业的典型工作任务的信息，为确定课程定位，制定课程开发方案，培养适应社会发展需求的高素质技术技能型人才提供依据。从高职学生的实际情况出发，遵从学生认知规律，与企业实践专家一起对典型工作任务进行提炼形成行动领域。按行动领域所承载的知识、能力的相互关系构建学习领域，制定出课程方案和课程标准。并在实践专家指导下设计符合工作过程的学习情境。最后，按照六步法进行课程的实施和评价。整个课程开发流程如图1所示。
课程开发过程
（一）企业调研
交通运输装备制造业与特色装备制造业是台州市两大传统优势主导产业。台州地区现有汽车、摩托车及配件生产企业3 000多家，不乏吉利、吉奥、钱江等汽车行业知名龙头企业。我们利用假期先后走访了温岭市风云机器人有限公司、浙江安露清洗机有限公司、吉利集团、浙江吉奥汽车有限公司等企业。了解就业岗位的主要工作任务，企业对高职从事工业机器人及自动化生产线安装与调试工作毕业生的专业技能、社会能力和职业素养的具体要求，并与企业实践专家探讨工业机器人及自动化生产线安装与调试课程开设的有关情况。首先，我们拟定了调研方案，选定样本为企业经理、一线的维修工、车间和部门领导以及毕业生等，采取访谈和问卷调研相结合的方式。拟定调研方案之后，调研与工业机器人安装调试及维修有关岗位，包括岗位名称、级别、人数、岗位职责，然后了解所有这些岗位毕业生是如何在岗位之间调动的，以此获得毕业生岗位升迁的一般路线图。获得具体岗位之后，确定毕业生在这个岗位上从事的具体工作项目，在此基础上，再一次向企业和毕业生征询意见，重点了解对学生职业素质和社会能力培养的具体要求，了解毕业生对拟开设课程知识学习的具体建议。主要形成四项调研成果：该课程培养的学生典型就业岗位、课程培养目标，企业要求和岗位工作项目。
典型工作岗位分析 通过调查分析确定工业机器人及自动化生产线安装与调试典型工作岗位包括：工业机器人及柔性自动化生产线操作工、维修工、电气工程师、编程调试工程师、自动化生产线班组长、车间主任或项目经理。
课程培养目标 以就业为导向确定课程培养目标：学生以独立或小组合作的形式，通过教师指导或借助各种资料，制定工业机器人的安装和调试作业计划，在规定时间内完成上述计划、实施、检查并进行评价反馈。在实施计划的过程中，使用工具、设备和材料等要符合劳动安全和环境保护规定，对已完成的任务进行记录、存档和评价反馈。
企业要求 通过调研，归纳出企业对工业机器人及自动化生产线安调和维修人员的要求是：要具有良好的职业态度；具备各种常用工具和专用工具使用技能；具备一定的电工知识，熟识常见的电气线路图；能够掌握工业机器人行业前沿技术知识动态；对设备具有保养、操作、维护能力；对专用维修检测仪器的数据能够分析，能够运用数据流分析判断故障产生的原因，能够制定相应的维修计划并实施，能够向领导汇报情况；具有一定的写作能力与获取信息的能力；具有团结协作、组织协调能力和继续学习能力；了解工业机器人及自动化生产线整体和各模块的工作原理，了解各个模块间的通讯，能够具备根据任务的简单变化修改相应控制程序的能力。
岗位工作项目 企业调查显示，工业机器人安装和调试人员主要从事的工作包括新建生产线的安装和调试、定期维护和保养、综合故障诊断和维修、生产线功能的扩展和研发、生产线质量控制和检验等。
（二）典型工作任务描述
在企业实地走访调研基础上，提炼“工业机器人安装与调试”典型工作任务，如下页表1所示。
（三）岗位能力分析
通过岗位分析，“工业机器人安装与调试”课程应培养学生三方面的能力，即知识能力、社会能力和方法能力。
知识能力 了解工业机器人技术的基本概念和基本理论；了解工业机器人系统的组成及工作原理；学会商业谈判、合同签订并根据技术要求设计工作计划和行动方案的方法；学会与工业机器人有关的英语；学会根据工业机器人的机械结构，制定机械和电器元件的拆装顺序；掌握气动元件、传感器、电动元件、PLC装置在工业机器人中的作用并绘制相应的电路图；掌握工业机器人的模块化组装、调试、控制与维护的基本方法；掌握工业机器人的编程语言，编写较简单的调试程序；掌握工业机器人常见故障诊断和维护方法。
社会能力 养成积极思考问题、主动学习的习惯；培养良好的团队合作精神，乐于助人；培养良好的职业道德和规范、安全、环保、成本和质量意识；养成勇于克服困难的精神，具有较强的忍耐力；养成及时完成阶段性工作任务的习惯。
方法能力 能够根据任务需要查阅相关资料、制定工作计划的能力，解决实际问题的能力，独立学习新知识、新技术的能力，评估总结工作结果的能力；能够正确阅读工业机器人部件装配图、零件图和技术文件，进行机械部件装配；能够正确阅读工业机器人的电气原理图、电气安装图，完成电气装配；能够编写适用于不同工作任务的工业机器人调试程序；能够使用工业机器人安装与调试常用的机械工具，电子工具和相关仪器仪表；能够及时详细地记录工业机器人安装与调试过程的工作日记、总结工作经验以供日后使用；能够检测和处理工业机器人的各种常见故障，并作相应检查维修工作记录；能够在工作过程中使用相关专业英语进行简单的交流。
（四）学习情境设计
学习情境是在典型工作任务基础之上，由专任教师和企业专家共同开发设计用于教学的“情形”和“环境”，是对典型工作任务进行教学化处理的结果。德莱弗斯（S E Dreyfus）等人研究发现：“人的职业成长遵循从初学者到专家的逻辑发展规律，其发展过程分为初学者、高级初学者、有能力者、熟练者和专家五个阶段”。职业教育教学的根本任务是通过一定科学合理的方法把初学者带入更高级的阶段。因此，对于教学情境的选择和设计应充分考虑上述因素，以工作任务为导向，符合职业发展过程和学生认知规律，突出职业能力训练，使学生掌握工业机器人安装和调试的核心技能。通过前期企业调研，得到了企业工业机器人安装和调试的典型工作任务，对典型工作任务进行提炼后形成行动领域从而构建相应的学习领域。
台州职业技术学院机电一体化技术专业学生在学习“工业机器人安装和调试”课程之前已经具备一定的机械设计、液压和气动技术、PLC编程以及常见电机及其控制方法的基础，但是缺少对机器人的认知。故在设计学习情境时以积木式机器人为载体，先安排16课时让学生对原有知识进行温故知新，同时了解工业机器人的相关定义，了解企业自动化生产线改造的过程和方法，学习机器人安装和调试的基本原理、手段和方法，提高学生学习兴趣和探索新知识的热情。然后，从关节（直角坐标）两种典型的工业机器人入手（应用场合包括焊接、喷涂、搬运、立体仓库等），作为进阶情境，实现工业机器人基本的空间定位和目标识别功能，学会根据任务需要设计末端执行机构的方法。最后，以关节机器人为核心的柔性生产线作为高级学习情境，该情境又细分为七个子任务，即供料单元安装和调试、防护单元安装和调试、输送单元安装和调试、加工单元安装和调试、视觉单元安装和调试、生产线的整体联调以及故障诊断和维修维护。最终实现由一部工业机器人和其他部件构成的柔性制造系统能同时监管三台加工中心的加工任务，并实施自动上下料及相关的自动化模式。
PLC与机器人控制器、加工中心的嵌入控制实现独立总线控制，并运用触摸屏及相应模块实现显示、控制、操作于一体的应用。电气控制与机器人操作分布在不同的区域，实现控制与操作分开。完成必要的设备改造和基础设施修造工作。提供自动化的零件料仓和其他辅助机械手，直至加工中心区域实现无人车间。
基于工作过程的学习情境设计充分体现了从初学者到专家的逻辑发展规律，具体学习情境设计如图2所示。
课程教学实施
“工业机器人安装与调试”课程的实施遵循项目教学、任务驱动，理论教学和实践教学一体，以及做中学原则。以工作过程为导向，以培养学生的技能和综合职业素质为核心。每个学习情境都按照“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”六步法实施教学。在教学实施过程中，除了融入企业元素的学训一体化的工业机器人实践性教学基地，满足技能训练的要求外，还提供必要的资源，包括学生工作页、学习指南、课程参考书、厂家提供的安装和调试说明书和手册以及常见故障诊断维护方法、多媒体教学资料等。其中，学生工作页中融入任务单、资讯单、案例单、信息单、计划单、决策单、实施单、检查评价单和教学反馈单等栏目。以工业机器人机械结构的装调教学为例加以说明，其实施过程如表2所示。
在整个实施过程中，我们遇到并成功解决了三个问题：（1）设备数量难以满足教学需求的问题。由于工业机器人及其柔性生产线价格昂贵，因此，能够提供给学生实训的设备数量相当有限，这就需要解决僧多粥少的局面。通过合理安排实训项目，学生分组轮换等手段解决。如学生在进行工业机器人电气系统的安装和调试项目时，可将该项目分为电气元件的识别、电源模块的安装和调试、驱动模块的安装和调试、控制模块的安装和调试，将学生分组后在这四个子任务中轮换。另外，可通过购买其他类型的机器人辅助教学设备分担压力。（2）设备保修和教学实施的问题。在实施工业机器人及柔性生产线故障诊断和维修维护任务时，为了使学生深入理解掌握维护维修的方法，必须全面了解工业机器人及配套设备的结构，包括外部可见的和内部不可见部分，如内部传动机构、减速系统等构造。受工业机器人厂家的保养准则限制以及笨重的零部件给检测造成的潜在风险，对于内部结构往往以图片讲解为主，学生无法获得直观的体验。可从二手市场采购形同或相似型号的工业机器人给学生拆装，帮助其了解工业机器人的内部结构和维护相关知识。或者引入工业机器人模拟软件构建虚拟的工作环境辅助教学。（3）社会评价无法贯穿学期教学过程的问题。本课程不是传授单一技能，而是在学完了各相关专业课的基础上，用工业机器人安装与调试这个载体，将其进行综合。所以，评价体系应该围绕各相关专业知识和技能的综合运用水平，使学生明确感受到对一个系统的掌握和成就感。教学评价采取多种方式，包括自我评价、学生评价、教师评价和社会评价，同时设计了相应的评价表，以更好地反馈教学信息，指导教学质量不断改进。在以上四种评价中，当属社会评价比较难以实施，兼职教师授课的时间有限，无法自始至终贯穿整个学期的教学过程。我们通过远程视频联接的方法，让兼职教师参与指导学生的工作过程，参与学生成果的评价。学生亦可由视频系统向兼职教师提问，随时进行交流。
以工业关节机器人为核心的柔性生产线的安装和调试课程在高职院校中开设和实施为数不多，可借鉴的经验甚少。我们立足台州，服务地方经济，通过前期大量企业实地走访调研、与企业实践专家和课程开发专家一起制定了切实可行符合高职院校学生认知规律的课程标准，开发了基于工作过程、任务驱动的学习情境，并在课程实施过程中灵活调整，及时更新、补充、修改教学内容，实现课程的动态反馈，完成课程内容的闭环控制。通过课程学习，学生取得了多项实质性成果。
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关键词：CDIO；工业机器人技术基础；教学改革；
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），以工程项目为载体，培养学生的工程能力、个人的学术知识和运用知识解决问题等能力。它是麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等四所大学从2000年开始经过四年研究创立的教育理念。CDIO工程教育模式近年来逐渐在职业教育中被广泛运用[1-2]。工业机器人技术专业是近几年在职业教育院校中新兴的专业，缺乏教学经验的积累。为了更好的实现“面向工程应用”的教学目标，借鉴成功的教学方法是一种有效途径。
高等职业教育中的教学改革
高等职业教育作为高等教育体系中的一种类型，肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高素质的技术应用型和职业技能型高等专业人才的使命[3]。参照《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》中的指导思想，高职教育改革以服务发展为宗旨，以促进就业为导向，适应经济新常态和技术技能人才成长成才需要，完善产教融合、协同育人机制，创新人才培养模式，构建教学标准体系。教学体系要紧贴岗位实际工作过程，不断更新课程内容，根据实际需要调整课程结构。依据职业教育服务产业经济，培养学生个体的多样性，深化多种模式的课程改革，创新教学方式方法[4]。
《工业机器人技术基础》是一门机电一体化、工业机器人技术等专业的专业基础课程，应用性很强。由于《工业机器人技术基础》是一门新的课程，缺乏教学经验的积累。因此，本课程需要在企业调研的基础上，参照有效的CDIO教学模式进行设计、引进企业的机器人应用工业案例。既要兼顾理论教学又要突出实践应用。高职学生特点则是实践操作兴趣浓厚，理论学习相对薄弱。鉴于诸多因素，在课程设计上就要兼顾理论学习与实际操作。因此在这门课程教学设计基本思路是把知识点、技能点的学习融入到每个具体的工作任务中，以CDIO的模式展开，实现理论与实践结合，以学生关注的点为基础，在传授知识过程中注重工程应用能力培养，强化学生的自学能力与分析问题解决问题的能力。具体做法是：
1. 任务驱动、项目教学
课程教学过程中把知识点、技能点的学习融入到每个具体的工作任务中，每个任务按照“任务导入—任务分析—相关知识—任务实施”来具体展开。任务的选择强调源于生活和工程实际，注重内容的典型性、实用性，理论知识的选择上以“适合、够用”为原则使教学内容直观、具体、形象，易于接受，有利于树立学生独立解决问题的自信心。
例如在讲到工业机器人的手臂结构的时候，本单元的重点学习目标是要理解工业机器人组成以及零件的相互关系。对于学生来说一些基本的零件结构是他们熟悉的，但伺服电机和齿轮减速器是完全陌生的。所以在授课时我们以认识机器人的零件组成作为问题的出发点，以工业应用中的小案例、用三维软件进行结构展示为方法展开教学，这样很容易被学生接受。
2. 情境式教学
本课程改变了传统的将理论与实训分开的教学模式，在教学中设计了6个学习情境，每个情境都以相应的工业案例为主线，配合Solidwoks、SimaticVS、EpsonRC等仿真软件的使用，按照“资讯决策计划实施检查评价”的流程授课，使学员能够在“学中做、玩中学”，可以有效地激发学生的学习兴趣和问题解决能力。这里以工业机器人的视觉为例。
任务：怎么样让工业机器人智能化程度更高。
任务分析：问题1：工业机器人怎么发现零件的位置？问题2：怎么精准的抓取这些零件？
要想解决上述问题，就需要了解工业机器人视觉工作原理。这样就引发了学生对视觉的组成、作用以及视觉系统各部分的工作原理等相关基本知识学习的兴趣。
在教学过程中，理解工业机器人视觉的工作原理后，对工业机器人视觉的作用进行分析，此时会用到工业案例法，并对此案例经行反复研究，最后再利用视觉仿真软件SimaticVS构建视觉系统，在电脑上仿真，验证搭建的系统是否符合技术要求。
3. 小班互动式教学
以项目为导向任务驱动的教学模式势必要求课堂人数要小班制才能达到更好的教学效果。本课程全部采用不超过24人的小班制教学，全程在实训室进行，主要以“边讲边练”并根据授课内容灵活以“先讲后练”和“先练后讲”等方式增加课堂师生互动。
4. 承担项目的能力训练
除了课堂教学外，我们还以学期项目的形式，让学生在学期最初的时候就可以结合所学课程的知识内容，自主选题开展学期项目。三五个同学为一组可以自主选择指导老师。整个过程从资料收集，题目申报，项目实施，项目汇报等让学生充分参与和主导整个项目，扩展学生的知识面和工程认识，提高学生对工程项目的整个流程的认知。通过团队形式完成整个项目也有利于合作精神的培养。
课程评估
（1) 考核和评价：
以能力为主的评价机制，课程考核方式采用过程性评价与目标性评价相结合；理论与实践相结合；技能与作业态度相结合；采用笔试、操作相结合；学生之间自评、互评相结合。考核学生能力，综合评价学生。学习效果评价。理论教学采取期末闭卷考试的办法。平时成绩占60％（含实训），期末成绩占40％。
（2) 教师的教学技能：
教师通过深入企业走访和承担工业机器人相关的企业培训等途径，了解最近机器人及企业的需求，引进企业工业机器人的应用案例，促使教学与生产实际结合，实现工程应用的目的。以培养学生的自学能力和良好习惯为线索，把自学能力作为逻辑思维能力、计算能力、空间想象能力、分析与解决问题能力等一切能力的基础能力贯穿教学的全过程。特点是有效地废除了注入式、满堂灌的教学方法,满足不同层次学生的求知欲望。课前布置自学题目，组织好学生的自学及小组讨论——上课组织学生发言讨论——老师点评指导——进行全课总结，布置下章节自学题目。
课程质量监控体系
我院设立了专门的教学监管体系（学校+企业），督导组会不定期地进行课堂教学的抽查与监管。作为平台课程实行了教考分离制度，促进学生能力的提高。更重要的是经过项目化训练的毕业生，在工作岗位上表现出色普遍受到企业的好评，这是对我们课程质量好坏最客观的评价。
通过教学实践，CDIO教学模式在《工业机器人技术基础》课程已初见成效，主要体现在学生在学习过程中表现出了很高积极性，在学期项目实施中取得了技能的提升，具有一定的项目策划、组织、实施、协调的能力。我院学生多次参加各类竞赛并获得奖项，在2015年苏南全球创客大赛中表现突出。
依据十三五规划高职建设指导思路，进行平台基础课程的教学改革。以高素质技能型人才培养目标，确立“以技能为核心，在学中做，在做中学，学练合一”的教学模式，充分利用现代教育技术，逐步建立网络教学资源，使学生掌握工业机器人的基本理论、分析机器人应用工业应用案例的基本方法和进行实验验证的初步技能，形成“教、学、做”一体化的具有高职特色的课程。持续与企业紧密合作，紧随企业技术的需求更新案例项目。
结束语
CDIO教学模式应用在《工业机器人技术基础》课程中，是学院借鉴新加坡南洋理工工程化、模块化的成功案例，利用CDIO教育模式对《工业机器人技术基础》新的课程教学进行改革，是高等职业教育的课程改革的一部分。通过CDIO教学模式的应用，等到了老师与学生的高度认可。
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丁慎平，讲师，研究方向：工业机器人技术，邮箱：dspa@qq.com
摘 要：本文介绍了理实一体化课程弧焊机器人操作与编程精品教材的开发与建设过程。教材开发与课程开发密不可分，教材与课程的开发都应基于企业岗位的需求与人才培养目标。精品教材的打造更是修订与使用多次循环的结果。
关键词 ：理实一体化课程 弧焊机器人操作与编程 精品教材 课程开发 立体化资源
课 题：北京市职业院校教师素质提高工程·优秀青年骨干教师培养计划项目资助。
一、开发理实一体化课程弧焊机器人操作与编程教材的必要性
大型焊接结构及新型结构材料的应用对焊接技术提出了很高的要求，反过来也促进了焊接技术与焊接工艺的发展，促进了焊接生产的机械化和自动化。弧焊机器人、点焊机器人、自动焊接生产线在我国制造业中应用越来越广泛。虽然，国内关于机器人方面的专著、教材已经有很多，但普遍是偏向理论与研究，不能满足实际操作与应用的需要，更没有适合高职层次的以弧焊机器人操作与编程为主的教材。目前企业的弧焊机器人操作与编程人员的培养只能依靠各种机器人生产厂家的培训或产品使用手册，缺乏相关的系统学习与理论指导，因此，开发以操作为主，兼顾基本理论的高职弧焊机器人操作方面的教材是十分必要的。
二、教材开发方法与过程
该教材的开发以培养学生综合素质为基础，以职业能力为本位；以企业需求为基本依据，以就业为导向；适应企业技术发展，体现教学内容的先进性和前瞻性。
1.进行企业调研明确设置课程的必要性
在进行课程开发之前，我们针对北京在制造业中的焊接技术应用情况进行了企业调研，如航天一院211厂、航天二院699厂、航天二院283厂、北京中丽制机工程有限公司、北京地铁车辆厂、北京重型电机厂等。通过对企业专家工人访谈，提取典型工作任务，分析岗位职业能力，按照人才培养目标、就业岗位要求，在课程体系中设置了旨在培养技能应用、职业素质及社会、方法能力的核心课程，如焊接结构生产、焊接方法与设备、弧焊机器人操作与编程等。
该课程的设置主要围绕自动焊接中弧焊机器人的基本操作与编程内容。通过该课程学习，使学生掌握工业机器人的应用，如搬运、码垛及弧焊机器人的自动焊接技术和焊接工艺知识和配套设备的使用能力。同时通过焊接工艺与自动化技术的系统学习，使学生具备理论基础的应用能力，奠定可持续发展的基础。
2.根据课程目标确定教学内容与教学项目
依据焊接技术及自动化专业对焊接机器人操作与编程高端技能型人才的培养目标要求，课程内容主要包含工业机器人的基本概念、分类及应用，弧焊机器人的基本操作与编程等。为实现理实一体化教学，教学项目的设计要基于工作过程。该课程共包含六个项目，每个项目包含1～2个工作任务，项目内容编排按照学习目标，知识准备、任务实施、教学评价、学后感言及思考与练习。实现以源于企业的真实工作任务为载体，以学生为主体，通过“教学训做评”一体化教学，培养学生机器人操作与编程的能力；满足现代制造企业机器人相关工作岗位对高端技能型人才的专业技术能力、职业素养和创新能力的培养要求。
3.立体化教学资源的开发与建设
为激发学生的学习兴趣，加强学习效果，与该教材配套开发了多种立体化教学资源。如设备图片，实时录像及二、三维动画，仿真软件及网络教学环境等。仿真训练还可以提高设备安全性，使用离线编程软件，进行计算机仿真操作，如机器人选型、机器人操作、机器人编程及典型焊接接头的焊接仿真训练，使学生在虚拟环境下完成机器人操作的基本训练，以便在实际环境实训时提高设备的安全性。以网络教学平台为学生提供自主学习之便，将课程资料如课程标准、技术资料、电子教案、多媒体课件、习题、自我检测及课程问卷等全部上网，学生可以通过网络实现自主学习。
三、教材特色
教材的编写贯彻先进的教学理念，以技能训练为主线，相关知识为支撑，重点培养学生的操作能力。教材特色与创新体现在以下几个方面。
一是构建基于工作过程的教材体系结构，以学生为中心，实现理实一体化教学。该教材打破了传统教材的章节体系结构，采用了更加适合于职业技能型人才培养的基于工作过程的项目和任务的内容体系结构。将学习任务及要求在“工作任务书”中进行描述；将完成任务必需的理论知识和操作方法在每一任务的“知识准备”中进行陈述；将教学组织和实施方法在“任务实施”中进行建议；将每一项目的教学效果在“教学评价”和“学后感言”中进行总结和反思；将新技术、新知识在“知识拓展”中进行介绍。这样的教材体系结构便于实现以学生为中心，进行理实一体化教学，学生边学边练，通过学习可以掌握机器人弧焊岗位所要求的操作技能。
二是符合专业人才培养目标和课程标准，以真实工作任务为载体，循序渐进学习理论知识、掌握专业技能、培养职业素质，满足企业对高端技术技能型人才的岗位需求。该教材经历了从讲义校本教材教材出版的积累和完善过程，以编者多年的企业经历及对机器人焊接岗位人才要求的调研，以企业实际案例为基础，依据该专业对弧焊机器人应用方面高端技术技能型人才的培养目标，广泛征求了企业专家和同类学校教师的意见，以企业应用广泛、销量世界排名第一的ABB机器人为例，介绍其基本操作与编程方法，以达到触类旁通的目的，在实际操作中学会工业机器人的基本理论。
从认识工业机器人、手动操纵机器人、工业机器人编程、典型接头焊接与编程、工业机器人的离线编程等方面，由浅到深、由简单到复杂、由局部到全部，使学生按照认知规律，理解工业机器人的结构和工作原理，掌握机器人操纵与编程的方法。项目内容涵盖了工业机器人及弧焊应用的主要内容，每个任务在相关的理论知识陈述之后，安排学生动手操纵机器人，并使学生在掌握理论、提高技能的同时逐步建立规范的工作意识。
三是填补了国内高职层次弧焊机器人操作类教材的空白，提升了焊接技术及自动化专业毕业生的应用层次。该教材的出版填补了国内高职层次弧焊机器人操作教材的空白。学生通过学习可以掌握先进的机器人焊接技术，从而提升了毕业生的应用层次。
四是与企业技术人员共同开发，使教材的内容与使用更符合企业的岗位要求。
四、教材使用效果
作为专业核心课程教材，在学校2006级焊接技术及自动化专业学生作为讲义使用；根据使用情况经过修订编写出校本教材在2007级和2008级学生中使用；经过再修订于2011年4月正式出版，出版教材已作为学校2009级以后学生的教学用书。该教材在2013年经过遴选被评为北京市高等教育精品教材。
使用该教材进行教学，使学生在“做中学，学中做”， 将教、学、训、做、评融于项目之中，达到理论与实践一体化，课堂与实训地点一体化，任务内容和工作内容一体化。学生经过学习，能够熟练掌握弧焊机器人的操作与编程方法，将学生培养成走出校门就能满足企业对弧焊机器人操作与编程人员的岗位需求。通过使用该教材进行教学，学校焊接技术及自动化专业的毕业生已在首都航天机械厂、北京中丽制机工程有限公司、北京地铁车辆有限公司等企业从事机器人焊接岗位工作，为北京制造业输送了掌握先进机器人焊接技术的高端技能型人才。
［关键词］课程体系建设；职业（行业）标准；智能焊接技术
随着“中国制造2025”的持续深入推进，以轨道交通、工程机械为典型代表的焊接制造行业机器人焊接比重不断提升，进而对智能焊接专业人才需求大大增加，因此，探索如何培养高素质技术技能型智能焊接人才非常必要。目前，我国已形成涵盖大专、本科、研究生等多层次的焊接高等教育体系，如何确立高职智能焊接人才培养规格、课程体系结构，课程教学内容如何与职业（行业）标准相融合，使该类型的人才培养满足智能焊接制造的需求，支撑行业的转型升级，其意义重大[1]。本文以智能焊接技术专业为载体，探索了职业标准、行业标准与专业教学标准对接的路径，形成了职业（行业）标准对接专业课程体系建设的经验和方法。通过职业标准融入专业课程体系的重构和人才培养方案的修订，探索人才培养的新模式。同时通过对智能焊接专业技术岗位（群）工作任务及职业能力分析，科学确定专业人才培养目标和人才培养规格，创新职业院校课程标准和职业技能标准对接的课程建设理念，综合优化专业的课程设置和教学内容，实现学历教育与技能等级教育的深度融合。研究结果为其他专业（群）课程体系建设和课程及教材的开发提供借鉴。
一、建设目标
通过对专业岗位（群）典型工作任务及职业能力的分析，明确智能焊接技术专业必备的专业知识和核心技能，理清职业标准和行业标准融入课程内容的途径和方法，开展智能焊接技术专业对接职业（行业）标准的课程体系建设与实践，探索职业标准、行业标准与专业教学标准对接的路径，形成职业（行业）标准对接专业课程体系建设的经验和方法；同时以GB/150等国内标准和ISO15609、EN287、ISO9606、ASME等与焊接领域相关的国际标准等为突破口，重构课程体系基础技能模块，理清轨道交通、工程机械等焊接制造行业的智能焊接从业人员应具备的知识、能力和素质，逐步把机器人焊接相关标准GB/T19867.4、CWA1.5、ISO14732等融入机器人焊接高端模块，形成以岗位为主导、标准为主线的“一高两基”课程体系和核心课程建设思路。创新职业院校课程标准和职业技能标准对接的课程建设理念，总结课程体系建设的内在规律及建设方法、途径和实施策略，形成可复制、可推广的课程体系建设模式，为其他专业（群）课程体系建设与课程开发提供借鉴和参考。
二、建设思路
通过对包括轨道交通、工程机械在内的焊接制造行业的调研，解决专业定位问题；按照GB/T29824（工业机器人用户编程指令）、GB/T19867.4（激光焊接工艺规程）、CWA1.5（弧焊机器人从业人员资格认证规范）、ISO10218（机器人与机器人装置）、ISO14732（金属材料机械化和自动化焊接操作工技能评定）、ISO15609（国际焊接工艺规程及评定）、ISO9606（国际焊工资格认证标准）等国内外标准要求，解决典型工作岗位及其能力要求的问题。基于机器人弧焊操作员、机器人激光焊接操作员等新岗位的人才需求，按照手工焊接技术—焊接工艺技术—机器人焊接技术的技术升级路径，借鉴工作过程系统化课程开发理论，协同典型企业（中车集团、迪森〈常州〉锅炉有限公司等），重构“智能焊接高端技术技能课程模块（一高）、焊接操作基础技能课程模块、焊接工艺基础技能课程模块（两基）”的“一高两基”课程体系。具体为：根据《焊工国家职业技能标准》、TSGZ6002《特种设备焊接操作人员考核细则》、EN287（国际焊工资格考试）标准要求，把以持证项目为教学内容的技能类课程作为专业课程体系的基础结构（基础技能课程模块）[2]，根据ISO15609等标准要求，将焊接工艺编制、产品质量检验和现场生产管理作为专业课程体系的工艺结构（焊接工艺基础技能课程模块），根据GB/T19867.4、CWA1.5、ISO14732标准要求，以机器人焊接操作、编程、工艺以及质量检验作为课程体系的高端结构（智能焊接高端技术技能课程模块）。校企共同制订课程标准，重组课程教学内容，重整课程项目，解决教学内容更新以对接产业升级对人才需求升级的问题。根据国内外标准和职业资格要求，将符合轨道交通、工程机械等焊接制造的焊工持证项目作为课程主体内容，以焊接方法为主线，由易到难排序教学内容，解决技能类课程建设问题；按照轨道交通、工程机械等焊接制造标准、工艺流程，设计培养学生工艺评定、工艺编制、质量检验和现场生产管理能力的教学项目，解决技术类课程开发问题。校企行合作，按照TSGZ6002、CWA1.5、ISO14732的要求，建设集特种设备焊工培训考核，机器人弧焊操作员培训考核，国际焊工培训考核以及技术服务于一体的智能焊接实训平台，产教深度融合，时刻保持教学内容与生产需求对接，解决专业教育与行业需求一致性问题。
三、建设路径与方法
1.对相关专业课程体系建设及焊接专业对接职业（行业）标准的课程体系建设等方面进行回顾和梳理，分析本研究所需的理论支撑以及在本研究中的具体运用[3]，在此基础上明确本研究的研究内容、思路和方法。2.从智能焊接专业人才需求现状和专业（群）的人才培养现状分析，开展广泛的职业岗位调研，进行岗位（群）工作任务及职业能力分析，梳理本专业的职业岗位能力，明确智能焊接专业人才必备的专业知识和核心技能，将本专业的职业技能面向培养目标、培养规格等专业人才培养关键要素，结合区域经济发展对职业人才的具体岗位需求，进行综合梳理和科学定位，以高技术技能人才的育训并重新理念，将职业（行业）标准贯通，综合优化专业的课程设置和教学内容，实现学历教育与技能等级教育的深度融合。3.从智能焊接专业课程体系建设实际出发，理清职业标准和行业标准融入课程内容的路径和方法，探索职业标准和行业标准与专业教学标准对接的途径和实施策略，开展课程体系与教学内容建设。以《焊工国家职业技能标准》为基础，将ISO9606、EN287等国内外标准融入，培养手工焊接技能扎实的学生，并结合“1+X”技能等级标准、机器人焊接相关行业资格标准、国际标准进行专业课程体系建设、课程开发和教材建设，培养能进行机器人焊接操作、能进行机器人焊接编程、能制订机器人焊接工艺以及能进行机器人焊接质量检验的“四能”智能焊接人才，使人才培养更具有职业特征，更能做到与产业需求相一致。4.基于实证研究的结果，通过智能焊接技术专业对接职业（行业）标准的课程体系建设与实践，探索职业标准、行业标准与专业教学标准对接的路径，总结课程体系建设的内在规律及建设方法、途径和实施策略，形成可复制、可推广的经验，为其他专业（群）课程体系建设和实际应用提供借鉴。
四、建设成效
1.创新了职业标准融入课程体系的途径和方法，构建了“一高两基”专业课程体系。根据TSGZ6002、EN287标准要求，把以持证项目为教学内容的传统手工技能类课程作为专业课程体系的基础结构（基础技能课程模块），根据ISO15609等标准要求，以焊接工艺编制、产品质量检验和现场生产管理作为专业课程体系的工艺结构（焊接工艺基础技能课程模块），根据GB/T19867.4、CWA1.5、ISO14732标准要求，以机器人焊接操作、编程、工艺以及质量检验作为课程体系的高端结构（智能焊接高端技术技能课程模块），构建“一高两基”的专业课程体系，满足焊接制造岗位对从业者手工焊接能力、机器人焊接能力以及焊接工艺制订能力的需求。（见文末图2）2.创新了以标准为主线的课程开发模式，建设优质“项目化”课程和教材。以轨道交通、工程机械等焊接制造行业标准要求为主线，根据焊接方法的分类特征，按照持证项目技能等级，从简单的平焊到复杂的全位置焊，再到机器人编程及焊接递进，开发技能类课程；根据技术类岗位能力需求，以典型生产案例为载体，设计教学项目，并把能力要求分担到多门课程中，开发技术类课程，校企合作建设教学做一体化教材。3.创新职业标准和行业标准相结合的实训中心建设模式，打造“多位一体”实训平台。省产教深度融合智能焊接实训平台包含省人社厅认定的焊工高级技师统一鉴定机构、省市场监督管理局认定的特种设备焊工考试中心，与中国焊接协会共建的全国机器人焊接培训基地，与德国手工业协会共建的中德国际焊接技术培训考试中心。作为第三方培训与鉴定机构，为企业进行焊工培训及考核，同时利用平台资源集聚优势，更有利于校企合作，提高教学团队对标准的理解与应用，为教学内容的持续更新提供条件。
五、结语
智能焊接技术专业经过几年的改革探索与实践，形成了职业（行业）标准对接专业课程体系建设的经验和方法，探索了职业标准、行业标准与专业教学标准对接的路径。创新了职业标准融入课程体系的途径和方法，构建了“一高两基”专业课程体系，满足了焊接制造岗位对从业者手工焊接能力、机器人焊接能力以及焊接工艺编制能力的需求；创新了以标准为主线的课程开发模式，建设了一批优质“项目化”课程和教材；创新了职业标准和行业标准相结合的实训中心建设模式，打造了“多位一体”实训平台。同时通过对智能焊接专业技术岗位（群）工作任务及职业能力分析，科学确定专业人才培养目标和人才培养规格，创新了职业院校课程标准和职业技能标准对接的课程建设理念，总结了课程体系建设的内在规律及建设方法、途径和实施策略，形成了可复制、可应用、可推广的经验。同时教学中采用行动导向教学法与任务驱动教学法相结合组织教学，体现“以学生为主”“理实一体”“学中做、做中学”的理念，使学生获得与企业相似工作岗位要求相一致的职业能力，教学质量显著提升，培养的人才深受用人单位的好评。
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[关键词]工程训练中心 实践教学改革 创新
为全面贯彻我国高等教育中对在校大学生的素质教育，提高学生的工程实践能力和创新能力，太原理工大学工程训练中心从2001年6月份开始，秉承“求实创新、服务地方”的办学宗旨，充分发挥、利用以及整合百年老校的教学资源，坚持常规的金工实习和电子工艺实习向现代化工程实践教学方向转化、由操作技能实训向局域网下的技术集成方向转化、由操作技能实训向技能与管理相结合的方向转化、由操作技能实训向技能与创新实践相结合的方向转化以及工程训练的教学过程与面向市场的教学产品相结合、与相应学科的创新实验基地相结合，工程训练中心的教育教学改革实现完整的育人功能，坚持以人为本、育人至上、艰苦奋斗、勤俭办学、注重过程、追求实效的建设理念，坚持走自我改造、自我完善的内涵式发展道路，将以前单纯从事金工教学的的实习工厂，改造成了门类齐全、结构合理、全国可比、具有地方特色的综合性的国家级实验教学示范中心。
一、中心实践教学改革方法与手段
中心经过几年的实践与建设，目前已具有浓厚文化氛围的优良实习环境，具有涵盖基础训练、综合训练和创新训练的完善的教学体系，建立了以学生为中心的服务、开放型的管理体制，以及初具规模的“八五七”教学体系，即满足学生实训的八个基础教学车间、五条教学示范生产线和七个大学生创新实践基地，充分发挥了工程训练中心这个实践教学的有益平台。
（一）深化教学理念改革
中心首先从教学内涵上进行改革，由原来单纯的金工实习变成了综合性的工程实训。在每个工种的实训中，通过多媒体教学手段，介绍大工程背景，讲解典型课件，演示试件范例，不仅使学生掌握本工种的加工背景、加工工艺应用范围，还要了解本工种与其他工种的关系。以大工程意识、创新意识和工程实践综合能力的培养为主线，注重培养学生的工程素质和非技术素质。
（二）深化教学体系改革
紧紧围绕学生实训的目标，对中心的实训体系进行改革，可使得学生在校学习的四年中，一直有机会在工程训练中心进行实践锻炼。大一学生工业认识实训、大二学生工程实践实训、大三学生创新实践实训、大四学生进行毕业工程设计。同时，为充分发挥和利用工程训练中心这个硬件平台，开设了三门实践创新选修课，举办五条教学示范生产线的专题讲座，播放讲解相应的社会化大企业的现代化生产线教学片为学生参考学习。
（三）实践教学手段改革
调动一切积极因素，通过自制教具、自制产品模具来激发学生的创新意识。各个工种充分发挥和利用多媒体教学手段激发学生的学习兴趣。
（四）实践教学产品的改革
在实践教学过程中，使学生的实训产品尽可能与社会化的产品相结合。培养学生的质量意识、责任意识、成本经济意识和安全意识等。
（五）改进实训文化氛围
中心通过创办《工训简报》、中心网站等方式，使参加实训的学生切身感受到工程实训的文化气息无处不在，随时随地接收工程知识的熏陶。《工训简报》用于通报中心工作重点，展示实践教学成果，总结实践教学新经验，为师生开辟学习交流园地；中心创办的网站，在每个教学车间配备的触摸屏和投影仪上可以直观地学习和了解中心创新实践教学的最新内容和最新成果以及发展动向，使更多学生多渠道了解中心的创新实践内容，自由选择和加入创新实践活动之中，达到提高学生实践动手能力和整体综合素质、提升办学质量的目的。
（六）校校联合，校企联合，共建学生创新实践基地
中心分别与北京大学、北京博创科技有限公司以及中国教学仪器总公司联合成立了ROFISH和ROBOT以及机械创新设计制作三个智能控制和慧鱼实训基地，这三个实践基地以提高学生实践动手能力为宗旨，实行全天候开放，随时接待学生来访，并积极开展各项机器人知识培训、进行机器人制作指导和机器人相关项目的研发。在全校范围选拔优秀学生组成机器人团队，参加国际国内的大学生竞赛活动，在竞赛中检验和促进学生的实践动手和研发能力。
（七）走出去请进来，挖潜力练内功
在中心教职员工中立标兵、树形象，在各个工种选拔技术能手、首席指导师傅，在工作中给与大力支持，在生活上给与相应补助，同时在全校范围内招聘已退休的老教授组成中心的实践教学指导督导组，对中心的实践教学全过程进行督导和指导，确保实践教学各项指标的贯彻和落实。与国内先进院校互派骨干交流学习，中心陆续接待了来自日本横滨大学、北京工业大学、西安电子科技大学、中国石油大学、湖南大学、华北电力大学、华南理工大学等国内外几十所院校的专家学者来我中心做客交流。中心也派出人员多次在省和华北地区的有关工程训练中心的会议上做典型发言进行交流。同时，中心积极发挥人员和设备潜力，向其他高校开放运行，近几年共接待了来自省内的太原科技大学、太原大学、晋中学院等6所院校近两千余人次的学生来中心进行实训，在省内外起到了示范辐射作用。
二、中心实践教学改革取得的成果
中心上下积极参与实践教学改革，成果丰硕。近几年，中心获得了教育部教学成果二等奖一项、中心教师在各种刊物34篇、出版实践教学教材两部、获得各种教学产品和教具专利五项，特别是参与创新实践制作的师生近几年来制作的各类机器人参加了国际国内的机器人大赛获得冠军十项、亚军四项的优异成绩，工程训练中心机器人团队并获得了山西省五四青年奖状。
三、中心实践教学改革中遇到的问题和工作体会
1.评为国家级实验教学示范中心后，压力加大，工作量加大，投入产出不成比例。
教育部加大了对国家级实验教学示范中心的要求和检查力度，每年都要对中心工作进行年度总结报告，并且每年都需要中心参加多次国家级联席会议和交流会议，每次会议都需要总结发言，并且在会后领回来多重任务。其中教育部给与中心的投入数额有限，省里的配套资金难以落实到位，许多实践教学改革的成果大打折扣。
2.教育部的实践教学任务与所在学校的政策脱节，教师积极性难以保证。
教育部对国家级实验教学示范中心的检查内容包括实验教学体系、内容的改革，编写教材、开设创新性实验的数量、教学仪器设备的改造和设计制作等，上述这些检查的项目并未列入学校对教师的考核标准之内，得不到工作量的计算。这些工作量大繁琐，不是靠突击可以完成的，必须坚持长期教学工作的积累，也不是个别人能够完成的，要由全体参加实训教学的指导教师们集体努力。所以必须有政策支持和支撑，否则难以维持国家级示范中心的健康有序发展。
四、结束语
关键词：机器人；实践教学；创新能力；实践能力
中图分类号：G4
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）05-0151-02
1引言
创新是人类社会发展的强大推动力，实践是创新的源泉，工程实践是创新的基础，没有工程实践能力就谈不上创新能力。因此，探索创新教学改革的新思路、新方法，满足在创新理论、创新教育方面的急需，提高学生的创新思维和能力，已经对目前教学体系改革提出了更高的要求。在高校教育教学改革过程中，培养学生的创新意识、实践动手能力等综合素质，已经成为当前教学改革的核心目标。我校工程训练中心（简称工训中心）从2007年开始，针对专业特点和高素质人才培养要求，在全校各个专业中不同程度地引入了机器人创新实践教学环节，旨在培养学生创新实践能力。本文以我校工训中心机器人创新实践教学为研究平台，为学生提供机器人创新套件为实践手段，从根本上提高了学生的创新实践能力，全方位适应社会发展的要求。
2机器人创新实践教学内容简介
2.1课程目的与任务
机器人创新实践教学是一门新的课程，它是以机器人为硬件开发平台，通过硬件扩展和软件开发而展开的教和学的活动。在机器人开发学习过程中，存在着软件编程、硬件扩展和维护、人机关系等若干需要处理的任务，学生只有掌握其硬件结构、工作原理和软件编程，才能提高它的应用能力。加强机器人教育教学内容是提高机器人应用水平的需要，也有助于为机器人创新实践创建良好的环境，避免重模仿轻创新，避免强调固有知识的学习而忽视了学生创造性思维的培养。该实践课程时间历时4天，28学时，边做边学，学生将动手实施一系列由浅入深的项目或比赛。该课程以团队形式运行，每小组2个学生，同时分成几个大组。每小组拥有一套课程平台包括机器人，创新模块和电脑等。课程的目的：（1）系统训练创新能力和实践能力；（2）让学生自主学习工科基础知识。
2.2教学内容及过程
机器人技术是一门综合性很强的学科，它涉及机械、数学、电子、传感器、计算机、自动控制、通信和人工智能等学科，是光机电为一体的典型应用。机器人教学没有统一的教材和固定的教学模式，其教学过程也是一个综合实践的过程。学校在工程实训环节中增加了机器人知识内容的讲解和实践，以兴趣小组的组织形式加以提高和巩固，使学生的学习能适应未来信息发展的要求，也为原有的实验教学模式增添了新的活力。机器人极具人性化，它的智慧和功能靠学生的程序设计来实现。通过项目制作过程中遇到的问题来设计真实和富有挑战性的问题来引导学生思考、探究。学生在动手组装、扩展和编程控制机器人的过程中获取有用的知识，能够很好地发挥学生的动手能力、协作能力和自主学习能力。教学过程中由于器材及场地的局限性，通常需要学生统筹安排、就地取材、精心设计，学习体会和构思新创意，极大地挖掘想象空间与创造力，追求设计方案的科学完美。机器人学习其实就是探究性学习，每一次上课学生们都会完成自己和教师共同讨论和设计的目标，根据这一目标由学生自己进行创新性探究。创造源于最初的突发奇想，学生必须做出不断的尝试，不断的调试与改善，大胆地投入新的元素，注重每一个细节，将机器人调节至最佳状态。
2.3教学模式
要培养学生的创新能力和实践能力，就应该建立与之相适应的课堂教学模式。在机器人教学过程中，我们运用新的教学方法、采用新的教学模式、应用新的教学手段来进行机器人课堂教学，促进了教学思想、教学过程、结构模式的根本变革，让课堂充满了生机和活力。经过几年的深入实践教学研究，探索出能充分体现师生互动思想的教学模式：创设情境归纳猜测交流验证总结深化。
（1）创设情境。在教学过程中，教师应用现代教学手段，创设特定的情境，这特定的情境可以是问题情境，比如先给大家放一段机器人灭火的录像，让大家思考机器人是如何避开障碍物找到火源的，提出启发性的问题；也可以是有利于学生对所学内容理解的虚拟情境。为了提高学生的创新意识，教师最好将创新性目标体现在创设情境中，使学生明确需要探究目标的前提下，认真观察思考获取感性认识，然后提出问题。
（2）归纳猜测。首先，针对提出的问题提出假设；其次，搜集关于支持假设的资料，然后进行整理和归纳；第三，独立或合作进行探究；第四，形成自己或小组的认识或结论。教师在整个归纳猜测过程中，要为学生的探究活动提供工具和相应的帮助，运用先进的教育手段，为学生提供丰富的信息。
（3）交流验证。各个小组派出代表口头汇报并作对应的演示自己小组的创新作品，汇报包括作品的名称、作用、创新点以及制作作品过程中遇到哪些问题是如何解决的等等；然后进行小组或班级交流讨论，交流方式可以是口头的，也可以通过操作演示。交流验证过程中，要充分调动学生积极发表自己的见解，提出质疑、争辩，最后得出问题的结论。
（4）总结深化。首先对所探究的问题进行小结；其次，积累经验，为以后解决新的问题打下良好的基础。心理学研究证明：人的综合素质要想内化到个体素质中，需要经过反复训练。教师在总结深化阶段要帮助学生对所学知识内容进行梳理，使学生能够达到较深刻的理解。教师应该根据每个学生的特点和学习水平设计不同的课题，这样可以改变不同学习水平的学生要求整齐划一的弊端，不仅提高各个学生的学习效果，而且会让每位学生都具有成就感。
3能力培养目标
3.1培养学生科学研究创新能力
学生在熟悉机器人硬件后，就可以通过设计、搭建、软件编程实现机器人的自动控制了，整个过程由学生小组成员独立完成，这样学生的学习就由被动转为主动学习，从而提高了独立分析问题和解决问题的能力。学生可以自主选择知识，结合理论知识进行实践操作。学生经过分析研究，可以运用多种不同的方式去设计外形各异的机器人，通过不同的算法去编程，很好地发挥个人潜能，培养了学生的策划设计能力、实践动手能力和综合创新能力，为创新教育打下了良好的基础。此外，在机器人套件搭建创新实践环节中，从拟定需搭建项目、外形的设计、选择需要的器材、开始搭建模型到编制驱动程序，都是学生独立实施并完成，更加有助于培养他们独立开展科研创新的能力。
3.2培养学生团队协作能力
机器人搭建项目小组依靠相互协作与积极配合来完成创新作品项目，同学间互相交流和学习，有利于集思广益，激发灵感，开阔思路，锻炼学生个人的团队精神和协作能力。
3.3培养学生设计作品和软件编程能力
通过教师在上课时适当的引导，学生能够设计出任何可以想到的机电产品或模型，通过亲自动手搭建以及软件驱动模型，达到提高学生分析问题和解决问题能力的目的。
3.4培养学生实践动手能力
当前高校毕业的大学生普遍缺乏工程实践动手能力。由于存在教育理念、办学方向、培养模式等一些因素的影响，现在学生侧重于理论知识的学习，而忽视实践动手能力的培养，造成高校毕业生创新能力、实践能力、综合素质等达不到用人单位的标准。通过机器人实践教学以及机器人比赛等项目的锻炼，学生能够从纯理论的学习过渡到理论联系实际，从而提高学生的动手实践能力。
4机器人创新实践教学成果
近年来，我校工训中心推行教学改革，创立了开放性的机器人自主学习实验教学课程体系，为学生营造了自主创新学习的良好氛围，取得了可喜的成绩。2009年1月在创新训练课程的建设与实践获得“内蒙古工业大学教学成果”二等奖；2008年获得第九届“中国智能机器人大赛”一项一等奖、两项二等奖；2009年第十届“中国智能机器人大赛”中获得一项一等奖、一项二等奖；2010年在第十一届“中国智能机器人大赛”中，我校学生在足球、灭火、搜救、游世博、吸尘五项比赛中获得五项一等奖；2011年在中国机器人大赛暨robocup公开赛robocup中型组项目比赛中分别获得一、二、三等的好成绩；同年11月在第十二届“中国智能机器人大赛”中国际赛制机器人灭火比赛、国际赛制类人机器人擂台赛等八项比赛中获得数个一、二、三等奖的好成绩；2012年中国机器人大赛robocup公开赛中获得一、二、三等奖；连续三年参加2010、2011年、2012年亚太大学生机器人大赛，获得了不错的成绩。通过比赛获奖，学生们树立了自信心，增强了团队意识，学会了团结协作，对于交流合作的重要意义有了较深入的理解，为他们未来工作奠定了基础。从机器人创新实验室走出去的很多学生综合能力得到了很好的提升，有的学生得到了保送研究生的资格，有的在参加比赛时就被企业看中，比赛完签约的学生也有很多，找到了自己人生的目标和定位。
5结束语
机器人创新实践教学课程通过讲座、实践、讨论、参加全国性的比赛等实践活动，系统地训练了学生的创新能力和实践能力；使学生对如何完成一个项目有了全面而具体的了解；实现了工科新生一开始就接触工程知识、真实的工程问题，学生初步了解了工程师应具有的素质-知识-能力；有助于培养学生的工程意识和专业兴趣，对学生尽早制定职业规划和促成学生主动学习起到了积极的推动作用。
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