理实一体化课程弧焊机器人操作与编程精品教材开发与实践

文/李荣雪 张 娜

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。

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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。

总之，教材建设与改革是职业教育新形势下的艰巨任务，教材建设的质量在一定程度上可以反映高职教育教学质量和科研水平，精品教材的打造应是编写—使用—修订—使用—再修订—再使用的多次循环的结果。

（作者单位：北京电子科技职业学院）