工业机器人离线编程与仿真课程教学探索

天津市机电工艺技师学院 窦以红

工业机器人离线编程与仿真技术是计算机图形学的成果，该技术将虚拟现实作为高端的人机接口，不影响真实机器人正常工作完成工程的建立，节约了时间成本，提高了工作效率，是当代自动化生产中工业机器人技术应用人员必备的技能。工业机器人离线编程与仿真课程作为电气自动化专业和工业机器人应用与维护专业的必修专业课程，在课程体系建设中具有重要地位。“让每一堂课都精彩，让每一名学生都受益。”笔者以学本位为指导思想，积极进行该课程的探索与研究，以混合式教学模式来实现学生对专业知识的巩固和掌握，思考针对本课程教学过程中如何实现思政融入、进行学生思想素质的提高。本文接下来从学情分析、教学内容、教学方法、教学过程和教学效果进行阐述。

一、学情分析

该课程根据教学大纲及课程体系建设安排学生在四年级上学期学习。学生已经掌握电气类专业知识，并已经系统地学习了“工业机器人技术及应用”课程，具有一定的C语言及PLC编程能力。学生初次操纵真实的工业机器人时，往往因为不熟练而发生机体碰撞，造成设备的受损，同时容易产生退缩心理而影响正常学习。该课程所使用的离线编程仿真软件，简洁明了易操作，通过建立虚拟的三维环境，让学生能在仿真软件中学习规范操作，踏实练习，减轻心理负担，为学生之后操作真实机器人及就业后的实际生产使用打下知识及能力基础。

二、教学内容

本课程的校本教材包括五个项目共十八个任务，囊括了离线编程软件在实际使用中用到的所有基础操作。内容有了解和如何安装工业机器人离线编程仿真软件、建立基本的机器人工作站、工具建模及标定、机器人程序语言学习、机器人程序的调试和功能编辑、机器人原点数据设定和监视、文件的备份与还原、Solidworks软件的基础学习等。每个任务都包含工作任务布置、实践操作和练习三个环节，内容配有详细的操作步骤讲解，以及笔者制作和录制的配套课程文件及微课视频，方便学生进行课上学习和课下复习及自我提升。

三、教学方法

本课程主要采用项目教学法，以学本位为主要思想，以学习通等信息化手段为依托，实现因材施教。该课程在学习通平台已经建立了网上课程，做好线上线下教学内容的相辅相成。

线上教学主要内容包括以下三方面。①操作演示视频展示，方便学生通过平台实现重复观看，节约课上时间。学生能提前预习，利于课上操作时对重难知识点的掌握，发挥学生主观能动性。②平台上学生可上传制作完成的任务动画视频，便于线上及线下讨论，实现课堂教学翻转。③学生完成线上作业，以及课程内容学习及学习成果反馈，平台的大数据统计及个性化分析有助于教师掌握每位学生的学习情况。任课教师可以根据学生掌握的实际情况，发布拓展课题及资源共享，为学生提供专业提升的空间。

线下教学主要内容有以下三方面。①解读任务书，明确本节课学习重点难点。任课教师通过分析任务书，进行操作过程中重难点的讲解，尤其是易忘步骤，可在文件中note小贴士标注进行提醒，学生在完成任务过程中便于掌握及熟记。②学生自主完成项目及团队协作。学生通过任务书及线上视频先独立完成，之后由组长进行组内汇总和讨论点评，及时发现问题并改正，通过独立完成及分组讨论相结合，充分发挥学生主观能动性，有助于学生自信心的树立及知识点的巩固。③对学生上传的视频进行课上多方位点评。任课教师及学生通过线上观看学生上传视频，在课上对典型案例进行点评，指出得分点及不规范处，帮助学生对知识点进行巩固。

四、教学过程

在教学过程中，教师会遇到的常见情况是每位学生的学习进度不同，大部分学生能按时完成一节课的学习任务，有的学生能快速掌握和熟练使用软件操作的技术要领，个别学生则不能按时完成。在进行下次课的学习时，课上又会布置新的任务，学习吃力的学生因完不成的任务过多容易产生挫败感，而放弃学习。学习能力强的学生则提出希望增加学习内容。随着时间的推移，容易出现两极分化的学习情况。

“授人以鱼，不如授人以渔。”在学生学习及教师教授过程中，要注重学生本位思想，发挥学生的主观能动性，实现因材施教，培养学生自主学习的能力，既让每位学生都不掉队，又要满足学生提升能力的学习需求。以工具建模及标定任务为例，进行教学过程的讲解。

（1）任务确认及课前准备：工具建模及标定任务包含工具建模和工具标定两个知识点，工具建模主要学习建立单个及组合模型，工具标定主要学习工业机器人工具标定的操作方法；课前，教师在学习通上发送预习作业，让学生查阅常见的机器人工具类型和标定定义，学生在平台上进行查询资料提交和问题提出，教师进行汇总并选出典型的案例。

（2）任务分解及布置：在课上，选中的学生进行资料展示和讲解，教师引入本节课的学习目标；由于中职学生大部分学生的学习能力较低，自主学习习惯还未能完全形成，教师需要以传帮带的形式进行教授，切记不可一开始就完全脱离讲授过程；教师发放任务书并进行讲解，对操作步骤进行演示，对重点及易忘步骤进行提示。

（3）自主练习及思政引入：学生在自主练习过程中，通常在组合建模时出现环节遗忘，可以用手机观看教师录制的微课，在实践过程中实现对操作步骤的掌握；教师在学生练习过程中要实现走动管理，随时发现学生操作中的建模问题，规范学生的操作行为，并对出现的问题进行阶段性小结。

在进行工具标定练习时，由于标定精度由实际示教操作的精度和规范性决定，部分学生在进行四点示教时，因不能操纵机器人六轴实现大角度的变化，而不能获得标定结果，需要进行标定四点的重新示教，此时学生就极容易出现挫败感而放弃继续练习。教师在该环节进行阶段性总结时要做好心理辅导和思政内容的引入，对能显示标定结果并且误差较低的学生提出表扬，强调“踏实做事、精益求精”工匠精神的重要性。对未能完成该任务点的学生进行鼓励，并组成小组由教师及完成任务的学生进行过程指导和讨论，指出造成问题出现的原因和解决办法，鼓励学生继续完成任务点。

（4）课程总结和评价：最后，学生将完成情况录制视频上传到平台，班内学生可以进行交流并提出问题，教师对课上完成情况进行总结和点评以及问题解答。课下，学生可以在平台提交课程心得，并对下节课内容进行预习。大数据平台可形成任务进度条，对每位学生进行学习情况统计，便于教师记录和分析。

五、教学效果

（1）专业知识方面：学生都能对知识点和操作步骤进行掌握，能熟练地完成教师布置的任务。

（2）能力提升方面：学生学会了查询资料，在练习过程中善于总结，并能做到举一反三，有想要继续学习更多知识的主动性，学生在学习态度上获得积极改变。

（3）思想素养方面：学生互帮互助的意识和踏实做事的工匠思想得到培养，为以后就业奠定思想基础。

工业机器人离线编程仿真技术课程对培养工业机器人智能制造技术领域的工程技术人员有着举足轻重的作用。该课程线上线下混合式教学模式的实现不仅是信息化时代下学生学习所需，也满足了当代多元化教学形式的需求，适应了时代发展。学生通过混合式教学模式学习该课程，既能实现对知识点的有效掌握，又能促进思想境界的提升，为以后成为国家生产制造领域的优秀技术人才做好知识与思想的准备。