基于OBE背景以工作岗位为导向的“工业机器人原理及应用”本科课程建设探索

王鹏 王晋鹏 王莹 吕晓军 李逸仙 李阿为 杨昆明

摘 要：工业机器人作为“中国制造2025”发展战略中制造业转型的突破口，今后几年工业机器人的广泛应用需要大量掌握工业机器人工作原理和实际应用技能的高技术人才。本文以工业机器人领域的岗位需求为基础，分析了本专业领域所需人才的特点，构建了“工业机器人原理和应用”课程教学的总体构架以及围绕课程开展的教学改革、资源建设及应用情况，总结了课程建设的创新点，通过课程建设从课程考核、学科竞赛、教师教学三个方面取得了良好的效果，为日后应用型本科课程建设提供了参考依据。

关键词：工作岗位；机器人原理及应用；课程建设

中图分类号：G642 文献标识码：A

Abstract：As the breakthrough point of manufacturing transformation in the "made in China 2025" development strategy，the wide application of industrial robots in the next few years needs a large number of high-tech talents who master the working principle and practical application skills of industrial robots.Based on the job requirements in the field of industrial robot，this paper analyzes the characteristics of talents needed in this professional field，constructs the overall framework of the teaching of the course of "principles and applications of industrial robot"，as well as the teaching reform，resource construction and application around the course，and summarizes the innovation points of the course construction，Good results have been achieved in the three aspects of teacher teaching，which provides a reference for the future application-oriented undergraduate curriculum construction.

Keywords：post；Principle and application of robot；Curriculum construction

2014年，習近平总书记在中国两院院士大会上提出：工业机器人有可能成为第三次工业革命的切入点。结合应用型本科院校机器人工程专业的人才培养方案，深入现代化制造企业，充分调研工业机器人应用情况，对标“一流”课程申报指标体系，在此基础上构建了机械学科背景下“工业机器人原理及应用”课程体系，为机械学科应用型本科机器人工程专业核心课程建设提供一种参考。

一、机器人工程专业人才需求及分析

在制造业转型升级期，“智能制造”已成为制造业发展的新方向。工业机器人是现代化智能制造业中重要组成部分。据国际机器人联合会数据，2009年至2015年间，中国工业机器人年均销量复合增长率高达43%，已成为全球最大的工业机器人应用市场［1］。尤其是“中国制造2025”发展战略的提出，将工业机器人列为了实现智能制造，推进工业转型升级进程的核心关键领域［2］。目前国内工业机器人制造水平不高，主要原因是缺乏“懂原理，会应用”的应用型人才。

在人才培养目标设计过程中，高等学校无法精准地以应用型人才的岗位需求为导向，主要表现为以下两个方面：

（1）随着国家制造业转型，智能制造企业生产线随之转型，通过工业机器人的应用，“降成本，换效益”成为制造业的趋势，在工业机器人应用领域的人才数量供需矛盾凸显。在东北地区，建立了大量的高新产业园区，工业机器人保有量不断增长，急需大量“懂原理，有技术”的应用型人才。但从目前来看，工业机器人应用型人才储备不足，人才的短缺已成为制造业企业转型发展的瓶颈问题［3］。

（2）目前，国内高校机器人工程专业从2016年首次获批，专业人才培养处于起步阶段，鉴于高校人才培养具有一定的周期性，因此专业人才紧缺［4］。目前，各企业从事机器人应用岗位人员主要由机械类、自动化类等相关专业人员通过短期培训转岗构成。

二、以工作岗位为导向的“机器人原理和应用”人才培养课程的建设

我校的校企合作单位有广州瑞松北斗科技有限公司、吉利西安汽车有限公司等。通过对以制造业为背景工业机器人应用的企业进行调研，总结出工业机器人应用相关岗位大致有9种，结合我校专业的人才培养目标，本专业培养的岗位有以下三个：工业机器人夹具设计；工业机器人编程；工业机器人工作站系统集成。以岗位为向导，针对智能生产过程，本专业的毕业生应当具备以下三个能力要求：机械结构分析与设计的能力、工业机器人编程与控制的能力、工业机器人系统与集成的能力。

（一）构建“机器人原理和应用”人才培养课程的指导思想

西安航空学院是一所应用型本科院校，结合学校办学定位，2017年机器人工程专业首次招生。通过相关产业链的调研，形成以工业机器人应用为特征，以上述三个工作岗位为导向，以岗位具备能力为核心，从专业知识和应用能力培养两方面构建课程。工业机器人原理应用涉及的力学、机械基础、控制技术、检测技术、气动技术等跨专业的知识体系，课程构建应围绕这几个方面开展，课程构建过程中应将传统课程内容与工业机器人应用涉及的知识点充分结合，形成针对性强的跨专业的知识体系，为后续深入学习提供支撑。

（二）“机器人原理和应用”课程目标

本课程目标分为知识目标与素质目标。知识目标包括：能够熟悉工业机器人的发展和一般组成，运用所学专业知识针对工业机器人工程技术问题进行提炼和分析，为智能产线的集成打下基础；能够运用工程数学基本知识用于表达工业机器人运动学问题和轨迹规划问题，并能求解，为产线中工业机器人的应用打下基础。素质目标包括：学生在机器人工程专业实践的背景下，具有跟踪机器人工程领域前沿、发展趋势的能力，能恪守专业领域的技术标准和行业准则，完成机器人工程技术人员科技报国的使命担当和社会责任，针对个人和专业发展需求，养成终身学习的习惯。

（三）课程教学改革、资源建设及应用情况

优化调整教学内容，邀请企业专家和兄弟院校专家按照行业标准和企业需求制定课程大纲。以现代智能制造企业能力需求和培养方案后续课程为基础，将课程内容构建为4大模块：工业机器人基础知识模块、工业机器人分析模块、工业机器人控制模块、智能生产线工业机器人应用模块。在课程学习的同时达到信息获取能力、良好职业行为、团结协作精神、自我学习能力的素质目标。

通过课程案例化、专题化探索，在OBE理论的“厚基础、宽口径”目标指导下，强调理论的应用性与技术的先进性。依托广州瑞松北斗科技有限公司、上海塔普公司、西安吉利汽车有限公司的校企合作优势，紧密联系现代智能制造的产业优势，引入设计案例，突出教学的实用性。积极探寻全新的课程实施过程，在课程的实施上探寻教、学、做一体化模式，基于工作过程进行教学模式设计。案例教学如图1所示。

经过前期建设，充分运用先进技术，实现了纸质教材与电子教材的结合，构建了集文字与图片、虚拟与现实等多种媒体素材为一体的立体化教学系统，工业现场视频如图2所示，虚拟制造视频如图3所示。进而，提高了学生理论学习的兴趣。

（四）课程的建设创新点

（1）德育为先、能力为重、全面发展的教育理念得到普遍认同，课程组始终围绕立德树人根本任务，将“课程思政”引入课堂教学，坚持贯彻习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话，深刻挖掘《机器人原理及应用》蕴含的政治元素，将“课程思政”引入专业教育，构建协同、有效、有力的思政教育大格局。

构建“三全育人”的课程体系，在进行专业教育的同时，提高了学生的思想政治道德素质，实现教书与育人相统一，“知识传授”与“价值引领”相统一。

（2）学生参与课堂讨论的积极性有效提高。教學手段上采用了任务驱动法教学，运用多媒体教学法，讲练结合实物，打破了课堂沉默状态，焕发了课堂生机活力，较好地发挥了线下课堂教学主阵地、主渠道、主战场的作用。

（3）为了提高学生的实际应用能力，在本门课程的教学中进行了基于学科竞赛和能力证书双驱动的“理实”一体化教学改革。主要改革措施包括：①在课堂教学中以“1+X”证书制度中的知识点要求为主线，为后期学生考取能力证书提供扎实的基础知识。②将部分理论课时安排在实验室完成，以实验室中的设备为例讲解相关理论知识，提高学生对知识的掌握程度。③在课堂教学中采用雨课堂等现代化工具进行教学，提升教学效果。④积极鼓励学生参加学科竞赛。

三、“机器人原理和应用”课程建设效果

（一）坚持工程案例教学模式，提高教学质量

对近两学年本课程考核卷面成绩进行统计，2018—2019学年两个教学班不及格人数11人，平均不及格率百分之17，2019—2020学年两个教学班不及格人数仅3人，平均不及格率为4.4%，课程考核合格率显著提升，考核成绩图如图4所示。

（二）坚持学科竞赛驱动教学，提高应用型人才培养质量

近两年，本专业学生在各类学科技能竞赛中屡获大奖，先后在中国工程机器人大赛暨国际公开赛中获得国家级一等奖11项，二等奖7项，三等奖9项，在全国大学生工程训练综合能力竞赛陕西赛区获得省级二等奖1项，第九届全国大学生机械创新设计大赛陕西赛区获得省级二等奖1项，第四届“互联网+”大学生创新创业大赛中获得省级三等奖1项，学生获奖证书。

（三）坚持教学模式创新，获得学生好评

2018—2019学年两个教学班，参与评教学生51人，评教平均得分99.61；2019—2020学年两个教学班，参与评教学生31人，评教平均得分99.94。课程团队持续进行课程教学模式改革，通过改革创新，课程负责人王鹏分别在2018年和2020年获得两次教学质量优秀奖；团队教师王莹获2020年校级课堂创新大赛一等奖，深受学生好评。

结语

我国制造业正处于传统制造向智能制造转型升级的关键时期，应用型本科人才培养应坚持服务地方、辐射全国的原则，参考OBE教育理念，以岗位需求为向导，注重学生应用型能力的培养，进行专业核心课程建设。本文在企业调研、对标一流的基础上，构建了机械学科背景下的课程体系，为机械学科应用型本科机器人工程专业核心课程建设提供一种参考。

参考文献：

［1］芮明杰.“工业4.0”：新一代智能化生产方式［J］.世界科学，2014（05）：19-20.

［2］周海银.高等教育如何适应“中国制造2025”［J］.山东师范大学学报（人文社会科学版），2015，60（04）：119-124.

［3］姚钢.智能制造背景下高职工业机器人专业人才培养体系的构建［J］.科技视界，2016（24）：43-44+59.

［4］孔繁敏.建设应用型大学之路［M］.北京：北京大学出版社，2006.

基金支持：陕西省高等教育学会高等教育科学研究项目：基于OBE理念的应用型本科机器人工程专业核心课程混合式教学模式研究（项目编号：XGH21235）；西安航空学院校级新工科研究与实践项目：基于“1+X”证书制度下人才培养模式研究——以机器人工程专业为例（项目编号：21XGK1003）；陕西省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题：OBE工程教育理念下面向机器人专业的机械基础类课程改革研究（项目编号：SGH21Y0249）

作者简介：王鹏（1983— ），男，汉族，陕西西安人，硕士，副教授，研究方向：高速铣削表面技术与工业机器人运动学。