信息化教學設計在高職《工業機器人操作》課程中的應用

姚鋼

（湖南網絡工程職業學院，湖南 長沙 410000）

信息化教學設計在高職《工業機器人操作》課程中的應用

姚鋼

（湖南網絡工程職業學院，湖南 長沙 410000）

將信息化教學手段應用于《工業機器人操作》課程當中，以工業機器人工件坐標設置為例詳細闡述了信息化技術與專業教學結合的方式與教學過程。教學中，信息化技術較好地具象了理論知識、支撐了操作演練，豐富了課程教學過程、激發了學生興趣，幫助學生突破了教學環節的重難點知識，為同類型課程的信息化教學設計提供了有益的參考。

信息化教學；工業機器人操作；工件坐標設置

信息化教學設計以信息化理念為指導，利用現代信息技術和信息資源，統籌安排教學過程的各個要素，引導學生轉變學習方式，對學習過程進行綜合優化，從而提高課堂效率、改善教學效果、促進“教”與“學”的改革。隨著我國制造業向智能制造轉型升級過程中，工業機器人不斷推廣和應用，高職院校逐漸承擔起工業機器人應用型技能人才培養的任務。在工業機器人專業課程體系中，機器人操作是學生必須掌握的核心基礎技能，同時也是后續課程的重要支撐。因此，為更加生動、形象地展示《工業機器人操作》中涉及的基本原理、操作方法、控制技巧、作業規范，將信息化教學手段與課程教學全程相融合，構建恰當可行的課程教學過程，激發學生興趣，形成師生間的良性互動，促進學生技能的掌握。

1 課程背景

（1）課程情況。工業機器人專業課程體系由兩個層面構成，一是專業基礎課程，包括機械類基礎課程及電氣控制類課程；二是專業方向課程，工業機器人操作屬于專業方向課程，并且處在專業方向課程的前端，是工業機器人后續關聯應用性課程展開的重要保障，如圖1所示。

圖1 《工業機器人操作》課程情況

關于《工業機器人操作》的教學單元，主要包含兩個方面，一是基礎技能，包含示教器使用、程序數據設置、程序編制、I/O通信設置、硬件連接等5個技能模塊；二是實踐任務，包含機器人畫圖、棋子圖案造型、零件搬運、零件碼垛等4個典型任務，這些任務針對不同的技能模塊嵌入在整個教學過程當中。文章將以課程中的基礎技能模塊2——程序數據設置的第3小節——工業機器人工件坐標設置技能點為例來說明信息化教學設計在《工業機器人操作》課程中的應用。

（2）教學分析。《工業機器人操作》課程開設在大一下學期，是學生系統學習工業機器人專業的開端，其中工業機器人工件坐標設置以操作技能掌握為主，但包含工業機器人相關坐標系的知識背景。青年學生思維活躍，對工業機器人興趣較濃厚，實操積極性較高；但同時存在理論基礎薄弱、實操作業規范性欠缺等不足。針對上述不足，在教學設計當中一方面采用仿真、動畫、視頻等信息化手段具象理論知識，另外在任務演練中注重強化作業技能及規范性培養。

教學過程構建的基本思路是：①由視頻案例引出工業機器人使用工件坐標的原因；②明晰原因后講解坐標原理；③明白原因、吃透原理后，講授工件坐標設置方法、步驟；④開展相應實踐訓練；⑤最后對整個學習過程分析總結。

（3）教學目標。工業機器人是典型的機電設備，教學過程中不僅要培養學生的實操技能，同時還要著力塑造學生職業素養，使學生初步感受作業崗位基本要求，期望達成的主要目標如表1所示。

表1 教學目標

結合工件坐標設置知識特點及教學分析，確定本技能點的教學重點為工件坐標的設置方法，教學難點為工件坐標原理的理解。

2 教學過程

教學過程分為課前準備、課堂教學、課后鞏固三個階段。

2.1 課前準備

教師與學生通過網絡平臺互動展開課前準備，教師引導學生預習自修，根據學生反饋，實時了解學生對新課程知識的理解情況，及時做出針對性的調整方案，如圖2所示。①課前，教師通過大學城空間、QQ群等網絡平臺向學生發布新課程任務，學生進行針對性預習熱身；②待學生初步了解新課程內容后，給學生提供視頻資源如微課視頻、動畫等，讓學生進一步加深認識，熟悉內容；③發放問題，教師就本環節重難點向學生提出針對性問題，學生思考并嘗試響應；④教師根據學生預習反饋情況實時調整授課方案。

圖2 課前準備師生活動

2.2 課堂教學

課堂教學從課程導入、知識講解、仿真試手、實操演練、競賽考核、評價總結等6方面依次展開。

（1）課程導入。通過鼠標裝配視頻，展示工業機器人在不同角度作業平面進行安裝的過程，引導學生思考僅通過工業機器人基坐標是否能夠達到這種作業效果，如圖3所示。教師通過實操演示，讓學生對工件坐標形成直觀認知，如圖4所示。采用課堂問答形式，回顧先行課程中工業機器人基坐標、工具坐標相關知識，應用遷移思維方式引導學生思考工件坐標。

圖3 課程導入視頻

圖4 教師實操演示

（2）知識講解。通過對比不同坐標系區別與聯系，講解工件坐標原理，如圖5所示。通過仿真演示，講解工件坐標設置方法及步驟，如圖6所示。通過視頻實例進一步講解工件坐標設置方法、工具移動路徑及工件坐標應用，如圖7所示。

圖5 工件坐標原理講解圖片

圖6 工件坐標設置仿真

圖7 工件坐標系創建實例

（3）仿真試手。在工業機器人實操前，為使學生熟悉工件坐標設置的操作方法及步驟，首先指導學生在仿真軟件進行工件坐標設置，讓學生進一步熟練示教器操作、工件坐標設置步驟，并在完成工件坐標設置任務后采用仿真軟件錄屏功能自行錄制工業機器人在當前工件坐標系下的運動情況，學生欣賞自己完成的作品能夠激發他們的成就感。從本環節開始進入到動手階段，對學生進行分組，以組為團隊開展操作和考評。如圖8、圖9所示。

圖8 工件坐標仿真練習

圖9 運動視頻錄制

（4）實操演練。在應用仿真軟件熟悉工件坐標設置后，學生進行實操演練。首先，教師再次講解方法，并強調安全及6S作業規程；實操過程中學生特別要注意夾具姿態調整的合理性、工件坐標設置方法，指導學生通過機器人運動軌跡判斷坐標設置的合理性，如圖10、11、12所示。

圖10 夾具姿態調整

圖11 工件坐標設置

圖12 觀察運動軌跡

（5）競賽考核。分為仿真軟件及實操測試兩個環節，與仿真試手及實操演練同步。以小組為考核對象，綜合測評整體成績，進行團隊比武，強化學生團隊意識。

（6）評價總結。評價總結將從學生自我評價、組內互評、組間互評、教師評價等4個方面展開。如圖13所示。①自我評價。學生自我總結，談一談自己在這次課程中的收獲與不足；②組內互評。小組內部討論總結，說一說小組整體表現、總結團隊合作經驗；③組間互評。綜合測試成績及小組間相互評價推選出優勝小組，請優勝小組講一講獲勝的原因；④教師評價。教師將從錯誤解析、操作技巧、作業規范、團隊合作等層面進行全面總結。

圖13 評價總結

2.3 課后鞏固

（1）課后老師通過微信向學生發出課后反饋表，學生快捷回復，教師第一時間掌握學生學習情況，制定相應教學策略，通過QQ群等網絡平臺及時與學生進行溝通和答疑，如圖14所示。

圖14 課后微信調查反饋表

（2）課后學生可以通過百度傳課、優酷視頻等優質網絡資源進行相關知識的復習、強化。

（3）對于學有余力、對工業機器人興趣濃厚的學生，組織課外興趣小組，拓展學習其他品牌工業機器人操作。

3 結語

文章針對《工業機器人操作》課程中“工件坐標設置”技能點設置的信息化教學設計將網絡平臺、視頻動畫、仿真軟件等系列信息化手段充分融入到教學的全過程當中，做到課前預習有視頻資源引導、課中有仿真加實操、課后有反饋答疑，通過循序漸進的引導，使學生較好地突破了工件坐標設置的重難點知識。從知識教授的整體過程來看，信息化手段的引入充實、豐富了教學各環節，形成了對重難點知識的支撐，具有良好的激發性、啟發性。視頻、動畫、圖片等具象理論知識，仿真練習促進掌握操作技能、網絡平臺溝通及時便捷。

信息化技術已成為現代教育的重要組成和有效手段，受到廣泛的重視，如何將其與專業教學更好地融合，從而優化課程內容、提升課堂效率需要不斷的摸索和提煉。文章設計的《工業機器人操作》課程信息化教學設計探索了高職工科專業與信息技術結合的教學路徑，亦可為同類專業教學設計提供參考。

［1］俞君寶，呼夢潔.高職院校信息化教學研究［J］.科教文匯，2015，（12）：84-85.

［2］王寅龍，李前進，等.信息化教學設計的過程、方法及評價要點探究［J］.中國教育信息化，2011，（6）：15-17.

［3］曹熙斌，楊方琦.信息化教學設計中的問題與對策［J］.中國電化教育，2006，（9）：56-60

Application of Information Teaching Design in the Course of Industrial Robot Operation in Higher Vocational Education

YAO Gang

（Hunan Network Engineering Vocational College，Changsha，Hunan 410000，China）

Information teaching is an important component and support of modern education and teaching，which has been paid more and more attention.The information technology teaching methods in the“ndustrial robot”course sets up the workpiece coordinate industrial robot as an example to elaborate the combination of information technology and teaching methods and teaching process.In the teaching of information,technology can support the concrete theoretical knowledge，operation exercises，enrich the teaching process，stimulate student interest and help students to break the teaching difficulties of knowledge，which provides a useful reference for the same type of instructional design course.

information teaching；industrial robot operation；workpiece coordinate setting

G642.0

A

2095-980X（2017）01-0164-03

2016-11-16

湖南省職業教育與成人教育學會2015-2016年科研規劃課題，課題編號XHB2015095；湖南廣播電視大學2015年度科學研究課題，課題編號XDK2015-C-24。

姚鋼（1981-），男，河北張家口人，工程師，主要研究方向：機電一體化技術、工業機器人技術應用等。