工業機器人離線編程與仿真課程教學探索

天津市機電工藝技師學院 竇以紅

工業機器人離線編程與仿真技術是計算機圖形學的成果，該技術將虛擬現實作為高端的人機接口，不影響真實機器人正常工作完成工程的建立，節約了時間成本，提高了工作效率，是當代自動化生產中工業機器人技術應用人員必備的技能。工業機器人離線編程與仿真課程作為電氣自動化專業和工業機器人應用與維護專業的必修專業課程，在課程體系建設中具有重要地位。“讓每一堂課都精彩，讓每一名學生都受益?！惫P者以學本位為指導思想，積極進行該課程的探索與研究，以混合式教學模式來實現學生對專業知識的鞏固和掌握，思考針對本課程教學過程中如何實現思政融入、進行學生思想素質的提高。本文接下來從學情分析、教學內容、教學方法、教學過程和教學效果進行闡述。

一、學情分析

該課程根據教學大綱及課程體系建設安排學生在四年級上學期學習。學生已經掌握電氣類專業知識，并已經系統地學習了“工業機器人技術及應用”課程，具有一定的C語言及PLC編程能力。學生初次操縱真實的工業機器人時，往往因為不熟練而發生機體碰撞，造成設備的受損，同時容易產生退縮心理而影響正常學習。該課程所使用的離線編程仿真軟件，簡潔明了易操作，通過建立虛擬的三維環境，讓學生能在仿真軟件中學習規范操作，踏實練習，減輕心理負擔，為學生之后操作真實機器人及就業后的實際生產使用打下知識及能力基礎。

二、教學內容

本課程的校本教材包括五個項目共十八個任務，囊括了離線編程軟件在實際使用中用到的所有基礎操作。內容有了解和如何安裝工業機器人離線編程仿真軟件、建立基本的機器人工作站、工具建模及標定、機器人程序語言學習、機器人程序的調試和功能編輯、機器人原點數據設定和監視、文件的備份與還原、Solidworks軟件的基礎學習等。每個任務都包含工作任務布置、實踐操作和練習三個環節，內容配有詳細的操作步驟講解，以及筆者制作和錄制的配套課程文件及微課視頻，方便學生進行課上學習和課下復習及自我提升。

三、教學方法

本課程主要采用項目教學法，以學本位為主要思想，以學習通等信息化手段為依托，實現因材施教。該課程在學習通平臺已經建立了網上課程，做好線上線下教學內容的相輔相成。

線上教學主要內容包括以下三方面。①操作演示視頻展示，方便學生通過平臺實現重復觀看，節約課上時間。學生能提前預習，利于課上操作時對重難知識點的掌握，發揮學生主觀能動性。②平臺上學生可上傳制作完成的任務動畫視頻，便于線上及線下討論，實現課堂教學翻轉。③學生完成線上作業，以及課程內容學習及學習成果反饋，平臺的大數據統計及個性化分析有助于教師掌握每位學生的學習情況。任課教師可以根據學生掌握的實際情況，發布拓展課題及資源共享，為學生提供專業提升的空間。

線下教學主要內容有以下三方面。①解讀任務書，明確本節課學習重點難點。任課教師通過分析任務書，進行操作過程中重難點的講解，尤其是易忘步驟，可在文件中note小貼士標注進行提醒，學生在完成任務過程中便于掌握及熟記。②學生自主完成項目及團隊協作。學生通過任務書及線上視頻先獨立完成，之后由組長進行組內匯總和討論點評，及時發現問題并改正，通過獨立完成及分組討論相結合，充分發揮學生主觀能動性，有助于學生自信心的樹立及知識點的鞏固。③對學生上傳的視頻進行課上多方位點評。任課教師及學生通過線上觀看學生上傳視頻，在課上對典型案例進行點評，指出得分點及不規范處，幫助學生對知識點進行鞏固。

四、教學過程

在教學過程中，教師會遇到的常見情況是每位學生的學習進度不同，大部分學生能按時完成一節課的學習任務，有的學生能快速掌握和熟練使用軟件操作的技術要領，個別學生則不能按時完成。在進行下次課的學習時，課上又會布置新的任務，學習吃力的學生因完不成的任務過多容易產生挫敗感，而放棄學習。學習能力強的學生則提出希望增加學習內容。隨著時間的推移，容易出現兩極分化的學習情況。

“授人以魚，不如授人以漁?！痹趯W生學習及教師教授過程中，要注重學生本位思想，發揮學生的主觀能動性，實現因材施教，培養學生自主學習的能力，既讓每位學生都不掉隊，又要滿足學生提升能力的學習需求。以工具建模及標定任務為例，進行教學過程的講解。

（1）任務確認及課前準備：工具建模及標定任務包含工具建模和工具標定兩個知識點，工具建模主要學習建立單個及組合模型，工具標定主要學習工業機器人工具標定的操作方法；課前，教師在學習通上發送預習作業，讓學生查閱常見的機器人工具類型和標定定義，學生在平臺上進行查詢資料提交和問題提出，教師進行匯總并選出典型的案例。

（2）任務分解及布置：在課上，選中的學生進行資料展示和講解，教師引入本節課的學習目標；由于中職學生大部分學生的學習能力較低，自主學習習慣還未能完全形成，教師需要以傳幫帶的形式進行教授，切記不可一開始就完全脫離講授過程；教師發放任務書并進行講解，對操作步驟進行演示，對重點及易忘步驟進行提示。

（3）自主練習及思政引入：學生在自主練習過程中，通常在組合建模時出現環節遺忘，可以用手機觀看教師錄制的微課，在實踐過程中實現對操作步驟的掌握；教師在學生練習過程中要實現走動管理，隨時發現學生操作中的建模問題，規范學生的操作行為，并對出現的問題進行階段性小結。

在進行工具標定練習時，由于標定精度由實際示教操作的精度和規范性決定，部分學生在進行四點示教時，因不能操縱機器人六軸實現大角度的變化，而不能獲得標定結果，需要進行標定四點的重新示教，此時學生就極容易出現挫敗感而放棄繼續練習。教師在該環節進行階段性總結時要做好心理輔導和思政內容的引入，對能顯示標定結果并且誤差較低的學生提出表揚，強調“踏實做事、精益求精”工匠精神的重要性。對未能完成該任務點的學生進行鼓勵，并組成小組由教師及完成任務的學生進行過程指導和討論，指出造成問題出現的原因和解決辦法，鼓勵學生繼續完成任務點。

（4）課程總結和評價：最后，學生將完成情況錄制視頻上傳到平臺，班內學生可以進行交流并提出問題，教師對課上完成情況進行總結和點評以及問題解答。課下，學生可以在平臺提交課程心得，并對下節課內容進行預習。大數據平臺可形成任務進度條，對每位學生進行學習情況統計，便于教師記錄和分析。

五、教學效果

（1）專業知識方面：學生都能對知識點和操作步驟進行掌握，能熟練地完成教師布置的任務。

（2）能力提升方面：學生學會了查詢資料，在練習過程中善于總結，并能做到舉一反三，有想要繼續學習更多知識的主動性，學生在學習態度上獲得積極改變。

（3）思想素養方面：學生互幫互助的意識和踏實做事的工匠思想得到培養，為以后就業奠定思想基礎。

工業機器人離線編程仿真技術課程對培養工業機器人智能制造技術領域的工程技術人員有著舉足輕重的作用。該課程線上線下混合式教學模式的實現不僅是信息化時代下學生學習所需，也滿足了當代多元化教學形式的需求，適應了時代發展。學生通過混合式教學模式學習該課程，既能實現對知識點的有效掌握，又能促進思想境界的提升，為以后成為國家生產制造領域的優秀技術人才做好知識與思想的準備。