山东省职业院校
首届“超星杯”课程思政教学比赛(初赛)
教学设计方案
课程名称: 工业机器人操作与编程
授课专业: 工业机器人技术
课程性质:[√] 专业课 [ ] 公共基础课
学 时 数: 64
2021年 3月
一、课程概述
本课程共包含 6 章(或多少个项目、任务), 16 节,周学时 4
1.知识目标:
(1)了解工业机器人安全操作规程,掌握控制柜按钮使用方法和示教器握持方法;
(2)掌握示教器环境配置方法,了解常用坐标系的应用场合,掌握机器人速度设定、运行模式切换的方法;
(3)了解机器人与周边设备通信方式,掌握DSQC652信号板各个模块的功能;
(4)了解常用指令用法,程序数据类型、赋值方法,掌握例行程序、中断程序的建立方法。
(5)掌握相机学习、参数设定的方式;
2.能力目标:
(1)能够根据任务要求,能将常用信号关联至示教器快捷键,规划机器人的移动路径,编写机器人的运动程序并调试;
(2)能够根据任务要求,选择机器人工作所需的坐标系,能对工具、工件坐标系进行标定,熟练手动操作机器人可以进行单轴、线性、重定位运动。
(3)能够正确设置工业相机参数,能利用工业相机学习工件颜色、位置信息,建立机器人与工业相机的正常通信,编写视觉分拣程序并调试正确。
(4)能够根据任务要求,建立PLC与机器人之间的通信,使机器人能抓取传送带送来的工件,并能让工件放置指定位置;
(5)能够熟练掌握机器人编程指令的应用,设计满足不同码垛垛型任务要求的算法,编写码垛程序并能调试正确。
3.思政目标:
(1)养成新时代爱国主义精神,使命担当意识;
(2)坚定四个自信,坚定矢志奋斗的理想信念;
(3)养成良好的安全工作习惯,具备相应岗位职业素养和规范意识;
(4)培养团队合作精神、合作意识;
(5)培养自我发展、创新意识和能力。
二、课程思政整体设计思路(针对本门课程进行整体设计,可加附页)
“协作奋斗的使命感”思政元素融入工业机器人操作与编程课程教学设计
《工业机器人操作与编程》课程作为一门专业核心必修课程,同时是“1+X”工业机器人应用编程职业技能等级证书的考核内容,是培养跨机械工程、电子技术、计算机、自动控制等多学科的优秀工匠,推动智能制造产业发展、“制造大国”向“制造强国”的转变。一方面工匠精神的教育已经成为思政课中必修内容;另一方面经济发展国际交流的加速需要“使命”教育帮助学生树立正确的价值观,体现了“协作、奋斗、使命”作为思政元素融入工业机器人操作与编程课程的必要性。从学生就业层面普遍存在对岗位忠诚度不够、工作畏难、缺乏团队合作意识与能力的问题。因此结合国家经济发展对工匠人才的需求以及学生就业后存在的主要问题确立了培养具有“协作奋斗的使命感”的工匠技能人才的总体德育目标。
《工业机器人操作与编程》课程围绕“协作奋斗的使命感”的思政主线,在传授实践技能的同时“润物细无声”地对学生开展爱国主义教育、社会主义核心价值观教育和职业精神教育。采用项目式教学分别从“爱国心”、“报国志”、“奋斗怀”、“智造魂”四个维度诠释“协作奋斗的使命感”,实现了相应的四个德育目标:“大国工匠肩负民族复兴使命”的爱国情操;“坚定‘四个自信’,担当报国表率”理想信念;“协作、奋斗是职业道德中重要的品格之一”的职业精神以及“谋创新就是谋未来”的价值观。针对课程内容重新做任务设计,在原有的项目任务基础上增加对角色情节设计,让学生真正进入职业角色,在做中体验感悟;注重总结反思设计,要求学生以文字的形式升华前期的理论知识与实践技能学习,并进行及时的分享交流。课中实施“体验-分析-实践-反思”四步走,突出理论指导实践、实践上升为理论的技能学习及情感认知过程,分层次、逐步地实现德育目标。真正使专业课与思想政治理论课形成协同效应。
(一)“协作奋斗的使命感”解读
习近平总书记在十九大报告中指出:“中国共产党人的初心和使命,就是为中国人民谋幸福,为中华民族谋复兴”。服务于国民经济支柱产业制造业的工业机器人技能人才更应当深刻认识到自己肩负的历史使命。将初心使命教育贯穿育人全过程,厚置爱国主义情怀、增强理想信念教育,才能培育出有责任、有担当,勇于奋斗不断钻研的专业技术人才,实现把我国由制造业大国打造成制造业强国的目标。
习近平总书记曾在不同场合谈及“奋斗”,认为青年人应当为自己的人生和自己所在的社会奋斗。这也正是工匠对于自己制造的产品反复打磨,不断追求技能提升,不断完善产品的精神所在。在教学设计中置入刻苦奋斗的思政教育目标,希望在专业技能训练的过程中感染学生,激发学生的民族自豪感和对于所学专业的热爱,使学生在面对挫折、解决困难的过程中培养自信,进一步体会祖国的发展与自身息息相关,要勇于承担起历史赋予他们的伟大使命。
团队精神是大局意识、协作精神和服务精神的集中体现,核心是协同合作。对于工业机器人操作与编程这门课程更加需要协作精神,不仅是团队成员间的协作,也是人机协作。在平昌冬奥会的闭幕式上,沈阳新松机器人表演的“北京8min”就集中体现了团队成员齐心协力,并肩作战,人机协作,攻克难题的团队精神。注重协作精神的培养是工业机器人操作与编程课程特色。
“协作奋斗的使命感”融入工业机器人操作与编程课程的意义与价值:
通过对工业机器人技术专业毕业生已就业企业的回访,发现新就业群体存在以下不足:1)对岗位忠诚度不够。特别是工业机器人现场安装与调试等需要长期在生产一线劳作的岗位,工作人员流动性较大;2)工作中存在畏难心理。碰到问题时,分析问题、解决问题的能力较弱;3)以自我为中心,缺乏团队合作意识与能力。究其原因一方面学生缺乏使命意识,没有意识到自己的发展与国家的发展息息相关;另一方面对奋斗精神领会不足,没有坚定的理想信念支撑,没有意识到团队协作的重要性。因此以“协作奋斗的使命感”作为指引,将爱国情感、理想信念、职业道德、团队精神融入工业机器人专业教学,帮助工业机器人专业的学生将较低层次、个人化的奋斗目标提高到与国家、与社会紧密相连的层面,进而实现中华民族伟大复兴的中国梦,具有重要的意义与价值。
1.“大国工匠肩负民族复兴使命”的爱国情感教育:引入“协作奋斗的使命感”教育其基础在于培养学生既具有个人的小德,也具有国家、 社会的大德,确保高校立德树人根本目标的实现。坚定爱国信念才能爱岗敬业,不畏困难,勇于奋斗,为课程的学习提供强大的精神动力。
2.“坚定‘四个自信’,担当报国表率”理想信念教育:引入“协作奋斗的使命感”教育其核心在于帮助设计专业生树立正确的理想信念,引导学生坚定四个自信,并思考需要将什么作为自己择业标准,在面对多元诱惑与负面影响下能够保持头脑清醒,利用自己的专业和能力服务大众,为人们谋幸福生活。
3.“协作、奋斗”的职业精神引导:工业机器人操作与编程本身是一门实践性非常强的课程,需要学生知行合一。因此“协作奋斗的使命感”引导激发学生自主学习的能动性,不断锻炼设计实践能力,通过不断实践,解决操作中的问题。
4.“谋创新就是谋未来”的价值观引导:价值观是人们思想引领行为的指引与基础,青年的价值取向决定了未来整个社会的价值取向,而青年又处在价值观形成和确立的时期,要扣好人生的第一粒扣子。引入“协作奋斗的使命感”教育能够帮助工业机器人专业学生思考自己的创新创作导向,增强实践技能的同时提升创新能力。
(二)“协作奋斗的使命感”有机融入课程教学策略
课程采用项目教学法,按照由易到难层层递进的顺序,把教学内容分为6个项目,具体包括工业机器人基础操作、焊接工作站操作编程、码垛工作站操作编程、搬运工作站操作编程、装配工作站操作编程与视觉分拣工作站操作编程。通过完成一个个实际生产过程中的任务,使学生掌握现场编程和使用示教器的方法,具备未来岗位所需的职业技能,并在实践的过程中深化学生的职业认知,提高学生的职业素质。思政元素的融入不是简单的插入,而是“润物细无声”地融入到课程教学目标、教学内容、教学过程、教学方法、课程考核等整体教学过程中,形成合理的融入机制,被学生接受、吸收并转化为实践。
1.课程内容设计
德育目标与智育目标相结合:打破“思政”+“专业课”的“两张皮”模式,做到“知识传授”和“价值引领”的有机结合。“协作奋斗的使命感”从价值观层面引导学生在实践过程中注重团队协作、艰苦奋斗的职业精神,并与智育目标相结合,指导专业设计课程教学。
将“协作奋斗的使命感”教学内容融入理论教学、项目教学、实践实训:在理论讲授环节中,增加“为什么学”等前置性问题的探讨,将思政元素相关内容主动融入到理论授课的部分中去;在项目分析和操作实践环节中,打破传统“任务书”模式,在原有的项目任务基础上增加对角色情节设计,成为学生岗位工作的“剧本”,通过设计情境体验过程,让学生真正融入职业角色。先得到感性的认识,再通过项目分析获得从感性到理性提升,最后的实践过程便水到渠成,从做的过程中得到深刻的体验感悟,实现项目德育目标与智育目标。
2.课堂实施
体验:实践项目任务描述。引导学生认识职业工作内容,明确课堂学习目标,小组合理分工,进入工作角色。思政元素融入任务,树立学生的操作信心及学习热情。
分析:根据情境进行任务分析,明确技能点,规划合理地实施步骤。引导学生注重团队协作,发挥每个成员的作用。
实践:理论指导进行实践操作,对于实践过程中遇到的问题,发挥团队作用合作讨论解决困难,在不断攻坚克难过程中体会协作奋斗的重要意义。
反思:将实践经验上升为理论,小组成员进行总结分享展示,最终思政教育结合专业技能的训练成为学生自身学习成果。
3.总结反思
过程考核与结果考核相结合,增加对“协作奋斗的使命感”的亲身体验,推动学生达成德育目标。过程考核中“任务评价单”针对性地增加德育考核项目,结果考核注重总结反思设计要求学生以文字的形式升华前期的理论知识与实践技能学习,并进行及时的分享交流。
三、课程思政整体设计方案(可加附页,高职组不少于课程全部章节的60%,中职组不少于40%)
教学单元(项目或章节)
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主要
知识点
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提炼的课程思政元素
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挖掘的相关思政素材
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实现方法和载体途径
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项目2:焊接工作站操作编程
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1.焊接工作站参数设定
2.工具坐标系设定
3.焊接指令的使用
4.轨迹规划、示教编程
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“爱国心”
小我融入大我
民族复兴使命
社会责任感
爱岗敬业
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爱国人物素材、专业领域重大科研攻关过程
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1. 创建工作任务:通过视频展示大国重器高端装备,引出高铁铁轨模型焊接任务。使学生感受尖端科技的发展,启发学生的爱国情感—载体:任务书
2. 针对操作难点展示国家在该领域取得重大科研攻关的资料,激发学生的责任感和使命意识,从而树立克服困难完成项目任务的决心—载体:国家重大科研攻关资料
3. 学生总结分享,反思感悟并形成文字,通过过程考核中德育评分项设置体现爱国精神考核—载体:评分表
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项目3:码垛工作站操作编程
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1. I/O接口的使用
2. 置位复位指令
3. 物料偏移数组设定
4. Move AbsJ
\MoveC\Move J指令的添加与使用
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“报国志”
四个自信
团队协作
精益求精
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大国工匠故事、传统工艺传承、团队协作案例、企业真实工作环境参观学习
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1. 通过将任务为闯关模式:小组成员分别进行过关操作考核,每完成一位获得一项任务提示。逐步培养学生完成任务的自信心,同时意识到团队的重要性—载体:任务书
2. 讲工匠故事:针对操作难点,通过典型的工匠故事引导学生树立克服困难的信心,并通过优秀团队帮助指导使全部小组完成任务,在整个过程中使学生对团队协作、精益求精有一定感性认识—载体:大国工匠故事
3. 企业参观:通过参观企业先进生产线,进一步将爱国热情内化为学生积极学习工作的动力,经过实践学习之后,更能树立正确的理想信念—载体:企业参观感受报告
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项目4:搬运工作站操作编程
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1. 工件坐标系设定
2. FOR\IF\Wait Time\offs指令的添加与使用
3. 位置信息的查看与修改
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“奋斗怀”
吃苦耐劳
安全文明
绿色环保
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先进人物素材、安全事故案例
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1. 创建搬运情境:京东建成全球首个全流程无人仓。本项目选取全流程无人仓重要一环立体仓库,实现货物搬运练习—载体:任务书
2. 通过设计搬运故障:仿真模型与实物尺寸有偏差引出安全教育内容—载体:安全事故视频
3. 通过工作站张贴小标签的方式提示规范操作,进一步养成安全规范意识—载体:标签温馨提示
4. 通过过程考核中德育评分项设置将协作奋斗精神落实到学生实践行动中—载体:评分表
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项目5:装配工作站操作编程
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1. 系统参数设定
2. 机器人与PLC通信
3. 中断指令的添加和使用
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“智造魂”
创新意识
严谨规范
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职业标准规范文件、创新创业案例
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1. 通过小组成员分工:编程员、操作员、通信员、安全员,针对项目特点增加了通信员,学生需要根据所学知识及对其他成员状况的了解完成分工合作。落实团队协作精神的同时,激发学生创新思考的意识。—载体:装配项目通讯员操作手册。
2. 通过课堂趣味小实验让学生学习并掌握工业机器人与PLC通讯的基础知识,引导学生创新思考—课堂趣味小实验
3. 通过头脑风暴探索装配新方法,进一步巩固中断指令的应用技能,将创新落实到实际工作任务中—头脑风暴
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四、“课程思政”教学实施的具体案例
结合某一个学时的教学内容,详细写明前述的“课程思政教学整体设计”是如何在教学中予以具体落实和开展的。
“奋斗怀”职业精神思政元素融入搬运工作站操作编程项目教学设计
(一)课程总体设计
首先确定本节课的思政目标:“协作、奋斗”的职业精神。通过课程实践过程使学生逐步体会“奋斗是一种重要的职业精神”、“团队合作是完成任务的重要保证”、“要以严谨认真地态度应对工作中可能出现的安全问题”。通过故事性情境导入—具有安全隐患的故障设置—突出德育内容的考核评价单—小组间思想体会分享会,逐步引导学生体会职业精神,养成良好的职业道德。
(二)课程实践过程
就以上德育目标对本节课的内容进行重新设计——在原有的项目任务基础上增加先进技术创新案例,布置课堂任务。具体案例内容:京东创始人白手起家,经历低谷,但通过奋斗坚持下来。2017年京东建成全流程无人仓,在快递行业树立新的里程碑。本项目选取全流程无人仓重要一环立体仓库,实现货物搬运练习。项目任务为将三种货物需通过机器人编程进行入库放置规划。通过案例的学习使学生认识到“奋斗是一种重要的职业精神”,激励学生树立出色完成任务的信心。然后设计实践执行计划,学生根据上节课所学的理论知识设计搬运过程、规划搬运路径。引导学生合理分配小组成员中操作员、编程员、安全员、记录员的任务,强调每个成员的重要性,使学生体会“团队合作是完成任务的重要保证”。
任务实施过程中通过设置搬运故障:仿真模型与实物尺寸有偏差,造成放置物品位置出现偏差。观察每个小组的处理方式,对于认识到问题的严重性并进行调试解决的小组给予肯定和鼓励,随后播放安全事故视频,使学生认识到“要以严谨认真地态度应对工作中可能出现的安全问题”。
附:教案
《搬运示教编程》
授课单元
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搬运示教编程
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授课课程
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工业机器人操作与编程
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授课地点
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理实一体实训室
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授课学时
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1学时
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教学内容
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本次课选自项目四搬运工作站操作编程单元2,授课内容为《搬运示教编程》,共1学时。具体教学内容如下:
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学情分析
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授课对象为工业机器人技术专业大二学生,课前对学生的学习状况做了调查。
1.知识基础
熟悉机器人示教器的使用;
掌握PQart仿真软件的简单应用。
2.能力基础
完成货物分拣放置程序设计,验证放置方案时可直接调用放置程序;
能使用PQart仿真软件进行基本的机器人仿真操作。
3.学习特点
学生成长于“互联网+”时代,具备较强的信息获取能力和分析能力,能熟练使用学习平台随时进行知识学习;喜欢合作学习,课堂积分奖励机制激发了学习兴趣,愿意展示自我;对于职业精神有一定的认识,通过前期实践锻炼已具备一定的安全规范操作的意识和能力。
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教学理念
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混合式教学
利用学习平台将线上、线下学习有机结合,教学环节分为课前自主学习、课中深化演练和课后拓展提升三个环节。
任务驱动
从企业实际物流搬运工作过程出发,提炼工作任务。本次课采用示教器调用仿真轨迹方法,主要是通过PQart软件规划工业机器人搬运轨迹,然后将仿真轨迹程序导入示教器调用,完成准确而快速地放置。
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教学目标
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知识目标
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1. 掌握通过仿真示教位置并导入机器人示教器的方法;
2. 掌握通过示教器调用仿真轨迹并应用的方法。
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能力目标
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1. 能够运用PQart仿真软件完成货物位置的示教及放置轨迹的规划;
2. 能够运用示教器导入货物仿真轨迹并实操验证。
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素质目标
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1. 培养艰苦奋斗精神;
2. 提高团队合作意识、安全规范操作的职业素养。
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课证融通
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“工业机器人应用编程“1+X(中级)职业技能等级证书要求:能够根据工作任务要求进行模型创建和导入;能够根据任务要求实现搬运、码垛等典型工业机器人应用系统仿真。
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教学重点
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运用PQart进行货物分拣放置轨迹仿真。
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教学难点
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仿真轨迹导入示教器并实操验证。
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教学方法
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教法:任务驱动、示范教学。
学法:自主学习、协作探究。
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教学资源
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1.“工业机器人操作与运维“1+X证书考核设备及配套资源;
2.工作手册式教材;
3.超星教学平台;
4.中国大学MOOC《工业机器人技术基础》。
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超星课程
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1+X设备
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MOOC
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