基于RobotStudio的課程聯動教學法應用探究

翟保尊

摘要：近年來，許多高職院校相繼開設了工業機器人技術相關專業，由于機器人設備價格高昂，較多院校采用購置整套仿真實訓軟件的方法供學生進行日常練習。該方法在實踐中證明效果較好，但存在三個弊端：一是仿真軟件的購置成本并不低;二是購置的仿真平臺未必適合學生所在學校硬件環境;三是學生無法自己搭建仿真平臺，缺乏對所學知識的前后關聯和應用。基于RobotStudio的課程聯動教學法，使學生在工業機器人專業主干課程的學習中，通過合理安排和銜接，自己動手搭建仿真平臺，從零開始自主參與構建仿真項目，可有效解決上述三個弊端，提高學生對相關知識的綜合應用能力。

關鍵詞：RobotStudio;工業機器人專業;聯動;教學法

隨著我國勞動力成本的逐年增加，老齡化社會的到來[1]，可進行傳統加工制造業的一線工人將保持逐年減少的趨勢，同時社會服務的成本將增加，我國對工業機器人及自動化加工裝備的需求將逐步增加。《中國制造2025》明確指出，要大力促進機器人標準化、規模化發展，擴大市場應用[2]。

為迎接社會發展需要，近三年很多高職院校開設了工業機器人技術專業[3]。但是工業機器人及其配套設備購置成本較高，高職院校配置的數量難以保證在工業機器人實訓教學中讓每個學生進行獨立操作和編程[4]。另外，工業機器人專業培養方案內的一些課程間銜接應用沒有緊密聯系起來，使得本就基礎薄弱的高職學生在學完相關技術課程后依然無法將知識相互關聯，缺乏實際應用能力。基于RobotStudio的課程聯動教學法可以有效解決這些問題。

一、課程聯動教學法實施路徑與策略

（一）實施路徑

RobotStudio 是ABB 公司旗下一款功能強大的仿真軟件，具有很強的設備創建功能，可以通過常見的三維制圖軟件 Pro/e、Solidworks 等繪制設備的三維圖并導入該軟件，然后利用該軟件的機械裝置、工具設備的創建功能以及事件管理器、Smart 組件等功能生成所需的動畫效果，從而模擬出與現實生產幾乎相同的效果[5]。其他同類性質的軟件如西門子的Robcad、安川的 motosim、庫卡的 simpro、發那科的 robguide等，這些軟件有些僅僅是實現仿真功能，而不具備離線編程功能，有些是與機器人配套實現離線編程功能但不具備仿真功能[6]。不僅如此，這些軟件的使用費用還非常高昂。鑒于此，各高職院校廣泛采用ABB公司的RobotStudio作為教學仿真軟件。

基于RobotStudio的課程聯動教學法，就是將工業機器人專業培養方案中核心技術課程融合在一起，以RobotStudio綜合仿真項目為引領，強化各相關學科間的知識調用和綜合實戰，讓學生充分明白學完相關課程后的用途，及如何將知識聯動起來解決實際問題，最終達到融會貫通。其實施路徑如圖1所示。

（1）聯動“三維設計軟件”課程：在學生完成三維設計軟件（SolidWorks/Proe）的課程后，以課程設計或者課程期末的綜合測試為契機，設計機器人外圍設備的三維仿真原型，轉換為.STP 格式，導入 RobotStudio，完成建模布局工作。一方面為后續課程“RobotStudio離線編程仿真”完成準備工作，另一方面使學生明白本門課程在今后工作中的實際應用方向。

（2）聯動“RobotStudio離線編程仿真”課程：通過本門課程知識，導入 ABB 機器人，進行 Smart組件設計和項目布局，自主搭建和實際生產一致的仿真工作平臺。

（3）聯動“ABB工業機器人現場編程”課程：在第（2）步學生自主設計的模擬生產仿真工作平臺上進行編程訓練，一方面提高學生參與構建項目的實戰能力，另一方面使學生將各科知識融會貫通，通過相關課程的前后銜接進一步加深核心課程間的知識調用和實際運用。

（二） 組織策略

基于RobotStudio的課程聯動教學法的實施，需要具備科學的組織策略，并打破傳統意義上各門學科授課教師間各自為戰的缺點，實現學科內與學科間雙軌備課的復線形式。其基本原則是，多學科多課程間各科教師統一教研制定出科學的聯動仿真項目。針對學生在學完工業機器人技術專業之后需要掌握的核心技術，由教研室統一確定需要完成的仿真平臺主題，由課題負責人協調聯動各學科教師進行明確分工，使得學生在上一門學科中所學的知識，能夠在下一門學科的學習過程中得到補充延伸和使用，通過不同學科中教學內容和學習方式的交叉滲透，聯動起來最終完工業機器人專業綜合實訓仿真任務，使學生明白各學科間的前后關聯和實際運用。

二、課程聯動教學法的應用探索

結合自身教學實際，近三年相繼擔任了工業機器人專業《三維設計軟件》《RobotStudio離線編程仿真》和《工業機器人現場編程》專業課程的教學任務，在實際教學中對課程聯動教學法進行了應用。圖2所示，在教學實際中，使用課程聯動教學法學生從零參與構建的一個仿真實訓平臺實例。

學生首先在三維設計軟件課程中學習基本的制圖技能，課程結束時按照實訓室工業機器人實訓臺1：1的比例完成實訓臺模型設計，并作為該課程期末綜合測試任務。模型設計完成后，教師指導學生進一步修改完善，并保存為.STP文件備用。其次，在RobotStudio離線仿真編程課程中，學生在教師指導下導入工業機器人和前期自行設計的實訓工作臺，生成機器人仿真系統。在逐步完成事件管理器和Smart組件知識學習后自主構建實訓臺仿真動畫效果。最后，在工業機器人現場編程的課程中，學生可以在自己搭建的仿真平臺中進行編程練習。一方面克服了實訓設備不足的問題，另一方面提高了學生的學習興趣與自學能力，尤其是學生綜合利用所學知識構建項目的能力得到大幅提高。

三、 存在的問題和反思

（一）基于RobotStudio的課程聯動教學法評估的信度和效度

基于RobotStudio的課程聯動教學法，推進和實施中存在著量化效果上的難度。同時，由于資源有限，針對本課題的教學活動設計的品質如何，目前難以找到真正的教研專家進行評估。

（二）學生學習效果評價的精確性

在本課題的研究中，如何對學生采用不同教學法后的學習效果進行精確評估是難點。目前，主要通過對平行班的學生分開實施不同的教學法，然后進行問卷調查和測試考試等手段來粗略評估學生學習效果的有效性，仍無法對學生的學習效果進行科學的定性定量分析。

四、 結語

工業機器人專業目前在各院校開設時間不長，相關實訓設備價格高昂且短缺，RobotStudio編程仿真課程多采用已有設計好的仿真平臺供學生進行練習，各核心技術課程間缺乏關聯，導致學生學習時缺乏全局觀，不明白各課程的內在聯系而喪失學習興趣。基于RobotStudio的課程聯動教學法，強化學生自己動手建設平臺，而非在已有仿真平臺進行單項練習。通過將工業機器人專業相關技術課程前后銜接聯動，讓學生從零開始自主參與構建仿真項目，并完成工業機器人專業培養方案中主干課程的學習，有效調動學生的積極性與項目參與度， 提高學生知識綜合運用能力。

展望未來，通過不斷探索和完善基于RobotStudio的課程聯動教學法， 加強多學科老師協同配合，制定出前后關聯銜接緊密的課程設計任務，值得在工業機器人專業學生的培養中進一步研究推廣。

參考文獻：

[1]王偉同. 中國人口紅利的經濟增長“尾效”研究——兼論劉易拐點后的中國經濟[J]. 財貿經濟，2012（11）：15-22.

[2]李敬川.以就業為導向的高職計算機教學改革的探討[J].知識經濟，2015（10）：125.

[3]郝翠霞，葉暉. 工業機器人實訓課程的虛擬仿真教學研究[J].實驗技術與管理，2018， 35（6）： 144-146.

[4]祖強，魏永軍. 國家級虛擬仿真實驗教學中心建設現狀探析[J]. 實驗技術與管理，2015， 32（11）： 156-158.

[5]卞秀輝.虛擬仿真技術在高職工業機器人專業教學中的應用[J].南方農機，2018，49（21）：27-28+33.

[6]黃明鑫，惠為東.基于 RobotStudio 的機器人碼垛工作站仿真研究[J].南方農機，2018，49（23）：43-44+51.