基于现代信息技术的机器人技术基础课堂教学模式研究与实践

王海燕 王守锋

（山东交通学院 山东·济南 250357）

0 引言

《机器人技术基础》是面向机械设计制造及其自动化本科专业工程机械智能控制方向开设的专业选修课。课程的教学目的：通过本课程的学习，使同学们了解机器人及其应用，掌握机器人系统组成、机构设计、运动分析和控制的基本理论，了解机器人使用的技术要点，为从事机器人工程领域的工作奠定基础；课程的教学内容：机器人的定义、分类、主要技术参数及应用，机器人的机械结构，传感器在机器人上的应用，机器人的驱动系统、机器人的控制系统等。

机器人技术是一个高度交叉的前沿学科，是集力学、机械学、生物学、计算机科学与工程、控制理论与控制工程、人工智能等多学科知识大成，需要同学们具有扎实的数学、机构学基础，具有丰富的空间想象能力和实践动手能力。借助传统的PPT课件+板书的教学方式，同学们只能以旁观者的身份看、想，接受效率低，教学效果差；面对面问答的互动方式，需要同学们有更大的勇气来面对同学、老师的评判，互动参与率低，效果较差。本文利用现代信息技术营造“真实的学习”环境,使同学们通过自身与环境的相互作用来得到知识、技能，增强同学们对于知识的感性理解；借助雨课堂等提供更多的互动模式，提高同学们参与度。

1 目前机器人技术基础课程教学中存在的问题

目前传统教学模式下，机器人技术基础课程教学过程中存在的问题主要有以下两个方面：

1.1 课堂互动效果差

目前课堂教学过程中学生和老师之间的交互主要通过课堂提问的方式实现。虽然在教学过程中，部分教师会设置抢答、分组讨论等环节，但是有些同学因为爱面子怕出错不敢答，有些同学本着随大流的心理不想出头、不想答，有些同学基础较差不会答、不敢答……。诸多因素的共同作用导致能够主动在全班同学面前表达自己观点的同学少之又少，同学们的参与度相对较低，互动效果较差。

1.2 教学效果不佳

目前课堂教学的主要方式为教师借助 PPT+板书灌输式的讲，学生被动的听。对于较为复杂的机构运动分析、运动干涉检测等理解较为困难的任务，鉴于模型加工制作成本高、耗时长，借助模型、实物讲解的方案很难实现，只能通过老师的语言讲解、图片、视频辅助及同学们的空间想象来完成。由于视频资源相对较少、图片展示的单调、片面性，同学们掌握程度较差。

2 现代信息技术在机器人技术基础教学中的实现过程

现代信息技术是借助以微电子学为基础的计算机技术和电信技术的结合而形成的手段，对声音的、图像的、文字的、数字的和各种传感信号的信息进行获取、加工、处理、储存、传播和使用的能动技术。现代信息技术为解决机器人技术基础课程教学过程中存在的问题提供了有效的解决方案和技术支持。主要体现在以下两个方面：

2.1 借助雨课堂改善课堂互动效果

雨课堂是学堂在线和清华大学在线教育办公室共同研发的一款小插件，其将信息技术手段融入PPT和微信，开创了师生之间新的互动模式。在课堂的任意环节教师可以通过随机点名查出勤，通过随机点名请同学回答问题，实时监测同学们的听课效果，提高教学质量。同学们可以通过弹幕、投稿回答教师的提问，通过弹幕、投稿表达自己的观点，减少部分同学因为腼腆、胆小等心理因素而不参与课堂互动的尴尬。匿名发信息可以鼓励同学们畅所欲言，表达自己真实的课堂感受，提高课堂参与率，改善课堂互动效果。

2.2 借助现代信息技术构建虚拟仿真模型，增加同学们的感性认识

教师利用Solidworks、CATIA、Unigraphics NX等三维绘图软件，构建机械臂三维模型，导入MSC Adams，与Matlab联合仿真可以实现机器人的运动学、动力学控制（如图1所示）。

图1：躯干质心相对地面坐标系zg方向运动分析

教师利用Solidworks、CATIA、Unigraphics NX等三维绘图软件，构建机械臂三维模型（如图2所示），可以对机构进行任意旋转、移动，不同角度的观察，便于同学们理解机构整体组成及个部件之间的相对位置关系；生成整体或者局部爆炸图（如图3所示），便于同学们理解各个部件之间的连接方式及传动方式，进而引导同学们探索机构优化方法，培养创新意识和创新思维。

图2：机械臂三维模型

图3：局部爆炸图

3 结语

现代信息技术给《机器人技术基础》的教学带来了便利，克服了实体模型成本高的缺点。但是，凭借单个教师或者单个课题组构建模型库，模型数量有限；而不同课题组之间会存在典型机构模型重复建设的问题。如何有效的整合教师的教学资源，促进教学资源的流通共享，是我们需要解决的关键问题之一。在享受现代信息技术带来便利的同时，不能亵渎知识产权，使之更好的服务于教学。