《工業機器人技術》課程教學改革實踐探析

黃文濤

(安徽合肥技師學院，安徽合肥 230601)

隨著社會的發展和科學技術的穩步提升，我國工業發展也取得了喜人的成就，但是與其他發達國家相比，我國在某些領域仍然處于落后趨勢，在這種社會背景下，我國更需要技能型人才。而中職學校是培養技能型骨干人才的主要場所，在“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略相繼提出后，我國中職學校肩負起了十分重要的責任——培養技能型人才。很多工業領域已經用機器取代了人力，工業機器人的需求量逐漸增大，機器人技術專業領域的人才需求量也開始加大，因此中職學校有必要加強對該類人才的培養和教育。加強《工業機器人技術》課程的教學質量，改善傳統教學的不足之處，完善現有教學機制，為我國工業發展培養更多優秀的人才。

1 《工業機器人技術》課程教學現狀

談起《工業機器人技術》課程教學，想必有很多人都想到了機電一體化、自動化等專業，因為《工業機器人技術》是這些專業的必修課，但是在實際教學中，很多學生認為該門課程難度較大，經常會存在課堂效率低、學生理解不好等問題。《工業機器人技術》是一門交叉性學科，其中涵蓋了機械設計、電子電路技術、自動控制原理、機械原理等眾多知識點，所以教師在講解的時候也會遇到各種各樣的困難。目前大多數中職學校所開設的《工業機器人技術》課程為32課時，其中實踐課為22課時，實踐教學是非常重要的。

1.1 課程需要的先學知識欠缺

在學習《工業機器人技術》這門課程之前，學生需要掌握一些基礎的理論知識，否則無法更好地學好該課程。但是從目前情況看，大部分中職學生并沒有良好的理論基礎，對于力學、運動學、機械結構、電工、電子方面的知識沒有太多了解，這直接導致了《工業機器人技術》課程教學受到了阻礙[1]。

1.2 缺乏合適的教材

未來社會對于人才的需求是多樣化的，但是很多中職學校卻沒有跟上時代的步伐，《工業機器人技術》課程所用的教材仍然是前些年的版本，少有更新。這使得教學質量根本跟不上企業需要，另外現代化的社會需要大量的實踐性人才。所以教師在引導學生學習的時候一定要重視培養學生的動手能力，而不是一味地注重理論教學。時至今日，中職學校并沒有一個統一的《工業機器人技術》教學版本，大多數教師都是沿用傳統式的教學理念和教學形式，甚至有的教材流于產品說明或用戶指南，難以適應應用型學生的特點與教學需求[2]。

1.3 涉及的概念抽象

在學習工業機器人技術時，必定會涉及很多抽象內容，如果教師沒有良好的教學形式和教學手段，必定會影響課堂教學效率。所以教師一定要將抽象的概念具體化，只有這樣才能夠更好地發揮出實踐教學的價值，為培養多樣化人才奠定堅實基礎。一般情況下中職《工業機器人技術》教學離不開D-H坐標系的建立和空間坐標，這兩個坐標系的建立能夠讓學生更加清楚地看到機器人實體。機器人在坐標系中以立體、直觀、真實的形象展現在學生面前，有助于學生理解所學內容。但是其中還會涉及很多公式，例如微分運動分析、動力學方程、運動學方程、數學推導等，這些復雜的公式推導往往令學生感到頭疼，這并不利于課堂教學的開展[3]。

1.4 實踐條件缺乏

大多數中職學校都存在著實踐效率不高的問題，導致這一問題的原因有很多，如資金不足、場地受限、實驗室不規范等，種種因素都會影響實踐課的開展。另外機器人在市面上造價較為昂貴，很多中職學校存在資金匱乏，機器人教具不先進等情況。目前我國工業機器人并沒有一個統一的規范標準，各個品牌繁雜且互不兼容，所以實踐環節難以開展，這也是《工業機器人技術》課程面臨的最主要難題[4]。

2 改革措施的探索

中職學校大多都是基礎較差、自主學習性差的學生，要想使這些學生更好地了解機器人相關知識，首先就需要注重基本原理和方法，讓學生掌握機器人所涉及的基本理論和關鍵技術。必要情況下教師可以運用大屏幕播放工業機器人“工作”的視頻，以此來激發學生的學習積極性。例如，教師可以將工業機器人臂部運動用四個微視頻來播放。（1）直角坐標系的臂部可沿三個職教坐標系移動；（2）圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；（3）球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；（4）關節型的臂部有多個轉動關節。在播放這些神奇的工業操作后，學生會對工業機器人有一個全新的認識，這對開展《工業機器人技術》課程教學做好了鋪墊。

2.1 建立貫穿教學內容的主線

《工業機器人技術》所涉及的內容比較多，其中包括坐標變換、運動學、動力學、機器人本體結構等，其中機器人控制是較為關鍵的一個環節，教師在引導學生學習該課程的時候，一定要注重完善現有實踐教學體系，多為學生提供動手操作的機會，這也是為了讓學生將所學知識更好地應用于實踐。建立貫穿教學體系是學好《工業機器人技術》的關鍵，教學改革的提出并不僅僅是提升學生的學習成績，而是為了培養學生的綜合實力，所以教師在引導學生學習的時候，一定要站在宏觀的角度去看待問題，注重理論教學，更注重“理論+實踐”的教學形式。由于機器人控制的本質是對方程式的雙向控制，也就是 V（t）T（t）C（t）Q（t） X（t），在這個公式中，X（t）表示末端執行裝置的狀態、姿態和開閉狀態、Q（t）表示關節變量，每一個符號都有自身的作用和價值，教師需要強化學生的理論基礎，這是后期實踐教學的關鍵，改革實踐教學并不是以實踐為核心，而應宏觀考慮問題。在扎實地掌握理論基礎之后，教師可以列舉一些機器人實力，如機器人（PUMA560）教師讓學生嘗試著運用上述公式來控制機器人，在這一過程中學生必定會有新的領悟，這時候教師加以講解，必定會達到最佳效果。

2.2 改善實踐條件

實踐條件關系著學生的學習態度，良好的實踐條件會激發學生的參與能力。所以中職教師一定要注重改善現有實踐條件，在學習《工業機器人技術》的時候會設置多個學時，每一個學時所學的內容也不盡相同，如運動學、動力學、軌跡規劃、運動仿真等，在學習這些內容的時候，教師通常會設置相應的實踐操作，這時候是考驗學生實踐操作能力的最佳時刻。如利用MATLAB的robotics toolbox實現，利用ADAMS軟件強大的仿真模塊，在Simulink中實現對虛擬樣機的控制操作。還有很多中職學校與一些工業企業建立了“供應機制”，這也學生實踐操作也開設了新的平臺，以數字化工廠為實踐平臺，這大大提高了學生的動手實踐能力，同時也為學生提供了創新學習的機會[5]。

2.3 鼓勵自我探索

對于中職學生來說，教師的一句鼓勵、一句褒獎都是好的，《工業機器人技術》本身是一門較難的課程，很多學生在學習該課程的時候存在著理論掌握不扎實、實踐操作不具體等情況，面對這些問題教師都應該以平和的心態與學生溝通，幫助學生找出自身存在的問題，并啟發學生用正確的思路去分析問題，多鼓勵學生進行自我探索。例如，教師可以設置期末綜合評分系統，以此來激勵學生更好地學習。《工業機器人技術》課程本身難度較大，涉及范圍較廣，教師應當運用正確的心態去看待問題，不要一味地采用“填鴨式”教學，一定要注重培養學生的積極性，權衡教學內容，真正地做到因材施教。

3 結語

《工業機器人技術》課程對于大多數學生來說很難，對于教師而言也有很大挑戰，教師應當緊跟時代潮流，明確教學目標，改善教學體系，注重多實踐教學。要讓學生明確地認識到機器人教學的未來發展前景，只有將課堂與實際聯系起來，才能夠讓學生更清楚地認識所學知識的價值和魅力，這為中職 《工業機器人技術》教學帶來很大幫助，相信在后續的教學過程中會有不斷的改進和完善，中職教學效率也會大大提升。