姚鋼

（湖南網(wǎng)絡(luò)工程職業(yè)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

信息化教學(xué)設(shè)計(jì)在高職《工業(yè)機(jī)器人操作》課程中的應(yīng)用

姚鋼

（湖南網(wǎng)絡(luò)工程職業(yè)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

將信息化教學(xué)手段應(yīng)用于《工業(yè)機(jī)器人操作》課程當(dāng)中，以工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)設(shè)置為例詳細(xì)闡述了信息化技術(shù)與專業(yè)教學(xué)結(jié)合的方式與教學(xué)過(guò)程。教學(xué)中，信息化技術(shù)較好地具象了理論知識(shí)、支撐了操作演練，豐富了課程教學(xué)過(guò)程、激發(fā)了學(xué)生興趣，幫助學(xué)生突破了教學(xué)環(huán)節(jié)的重難點(diǎn)知識(shí)，為同類型課程的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)提供了有益的參考。

信息化教學(xué)；工業(yè)機(jī)器人操作；工件坐標(biāo)設(shè)置

信息化教學(xué)設(shè)計(jì)以信息化理念為指導(dǎo)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)和信息資源，統(tǒng)籌安排教學(xué)過(guò)程的各個(gè)要素，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行綜合優(yōu)化，從而提高課堂效率、改善教學(xué)效果、促進(jìn)“教”與“學(xué)”的改革。隨著我國(guó)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人不斷推廣和應(yīng)用，高職院校逐漸承擔(dān)起工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用型技能人才培養(yǎng)的任務(wù)。在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程體系中，機(jī)器人操作是學(xué)生必須掌握的核心基礎(chǔ)技能，同時(shí)也是后續(xù)課程的重要支撐。因此，為更加生動(dòng)、形象地展示《工業(yè)機(jī)器人操作》中涉及的基本原理、操作方法、控制技巧、作業(yè)規(guī)范，將信息化教學(xué)手段與課程教學(xué)全程相融合，構(gòu)建恰當(dāng)可行的課程教學(xué)過(guò)程，激發(fā)學(xué)生興趣，形成師生間的良性互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生技能的掌握。

1 課程背景

（1）課程情況。工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程體系由兩個(gè)層面構(gòu)成，一是專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括機(jī)械類基礎(chǔ)課程及電氣控制類課程；二是專業(yè)方向課程，工業(yè)機(jī)器人操作屬于專業(yè)方向課程，并且處在專業(yè)方向課程的前端，是工業(yè)機(jī)器人后續(xù)關(guān)聯(lián)應(yīng)用性課程展開(kāi)的重要保障，如圖1所示。

圖1 《工業(yè)機(jī)器人操作》課程情況

關(guān)于《工業(yè)機(jī)器人操作》的教學(xué)單元，主要包含兩個(gè)方面，一是基礎(chǔ)技能，包含示教器使用、程序數(shù)據(jù)設(shè)置、程序編制、I/O通信設(shè)置、硬件連接等5個(gè)技能模塊；二是實(shí)踐任務(wù)，包含機(jī)器人畫圖、棋子圖案造型、零件搬運(yùn)、零件碼垛等4個(gè)典型任務(wù)，這些任務(wù)針對(duì)不同的技能模塊嵌入在整個(gè)教學(xué)過(guò)程當(dāng)中。文章將以課程中的基礎(chǔ)技能模塊2——程序數(shù)據(jù)設(shè)置的第3小節(jié)——工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)設(shè)置技能點(diǎn)為例來(lái)說(shuō)明信息化教學(xué)設(shè)計(jì)在《工業(yè)機(jī)器人操作》課程中的應(yīng)用。

（2）教學(xué)分析。《工業(yè)機(jī)器人操作》課程開(kāi)設(shè)在大一下學(xué)期，是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的開(kāi)端，其中工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)設(shè)置以操作技能掌握為主，但包含工業(yè)機(jī)器人相關(guān)坐標(biāo)系的知識(shí)背景。青年學(xué)生思維活躍，對(duì)工業(yè)機(jī)器人興趣較濃厚，實(shí)操積極性較高；但同時(shí)存在理論基礎(chǔ)薄弱、實(shí)操作業(yè)規(guī)范性欠缺等不足。針對(duì)上述不足，在教學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中一方面采用仿真、動(dòng)畫、視頻等信息化手段具象理論知識(shí)，另外在任務(wù)演練中注重強(qiáng)化作業(yè)技能及規(guī)范性培養(yǎng)。

教學(xué)過(guò)程構(gòu)建的基本思路是：①由視頻案例引出工業(yè)機(jī)器人使用工件坐標(biāo)的原因；②明晰原因后講解坐標(biāo)原理；③明白原因、吃透原理后，講授工件坐標(biāo)設(shè)置方法、步驟；④開(kāi)展相應(yīng)實(shí)踐訓(xùn)練；⑤最后對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程分析總結(jié)。

（3）教學(xué)目標(biāo)。工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電設(shè)備，教學(xué)過(guò)程中不僅要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)操技能，同時(shí)還要著力塑造學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)，使學(xué)生初步感受作業(yè)崗位基本要求，期望達(dá)成的主要目標(biāo)如表1所示。

表1 教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合工件坐標(biāo)設(shè)置知識(shí)特點(diǎn)及教學(xué)分析，確定本技能點(diǎn)的教學(xué)重點(diǎn)為工件坐標(biāo)的設(shè)置方法，教學(xué)難點(diǎn)為工件坐標(biāo)原理的理解。

2 教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程分為課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、課后鞏固三個(gè)階段。

2.1 課前準(zhǔn)備

教師與學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互動(dòng)展開(kāi)課前準(zhǔn)備，教師引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)自修，根據(jù)學(xué)生反饋，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)新課程知識(shí)的理解情況，及時(shí)做出針對(duì)性的調(diào)整方案，如圖2所示。①課前，教師通過(guò)大學(xué)城空間、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)向?qū)W生發(fā)布新課程任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性預(yù)習(xí)熱身；②待學(xué)生初步了解新課程內(nèi)容后，給學(xué)生提供視頻資源如微課視頻、動(dòng)畫等，讓學(xué)生進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，熟悉內(nèi)容；③發(fā)放問(wèn)題，教師就本環(huán)節(jié)重難點(diǎn)向?qū)W生提出針對(duì)性問(wèn)題，學(xué)生思考并嘗試響應(yīng)；④教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)反饋情況實(shí)時(shí)調(diào)整授課方案。

圖2 課前準(zhǔn)備師生活動(dòng)

2.2 課堂教學(xué)

課堂教學(xué)從課程導(dǎo)入、知識(shí)講解、仿真試手、實(shí)操演練、競(jìng)賽考核、評(píng)價(jià)總結(jié)等6方面依次展開(kāi)。

（1）課程導(dǎo)入。通過(guò)鼠標(biāo)裝配視頻，展示工業(yè)機(jī)器人在不同角度作業(yè)平面進(jìn)行安裝的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生思考僅通過(guò)工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)是否能夠達(dá)到這種作業(yè)效果，如圖3所示。教師通過(guò)實(shí)操演示，讓學(xué)生對(duì)工件坐標(biāo)形成直觀認(rèn)知，如圖4所示。采用課堂問(wèn)答形式，回顧先行課程中工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)、工具坐標(biāo)相關(guān)知識(shí)，應(yīng)用遷移思維方式引導(dǎo)學(xué)生思考工件坐標(biāo)。

圖3 課程導(dǎo)入視頻

圖4 教師實(shí)操演示

（2）知識(shí)講解。通過(guò)對(duì)比不同坐標(biāo)系區(qū)別與聯(lián)系，講解工件坐標(biāo)原理，如圖5所示。通過(guò)仿真演示，講解工件坐標(biāo)設(shè)置方法及步驟，如圖6所示。通過(guò)視頻實(shí)例進(jìn)一步講解工件坐標(biāo)設(shè)置方法、工具移動(dòng)路徑及工件坐標(biāo)應(yīng)用，如圖7所示。

圖5 工件坐標(biāo)原理講解圖片

圖6 工件坐標(biāo)設(shè)置仿真

圖7 工件坐標(biāo)系創(chuàng)建實(shí)例

（3）仿真試手。在工業(yè)機(jī)器人實(shí)操前，為使學(xué)生熟悉工件坐標(biāo)設(shè)置的操作方法及步驟，首先指導(dǎo)學(xué)生在仿真軟件進(jìn)行工件坐標(biāo)設(shè)置，讓學(xué)生進(jìn)一步熟練示教器操作、工件坐標(biāo)設(shè)置步驟，并在完成工件坐標(biāo)設(shè)置任務(wù)后采用仿真軟件錄屏功能自行錄制工業(yè)機(jī)器人在當(dāng)前工件坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)情況，學(xué)生欣賞自己完成的作品能夠激發(fā)他們的成就感。從本環(huán)節(jié)開(kāi)始進(jìn)入到動(dòng)手階段，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，以組為團(tuán)隊(duì)開(kāi)展操作和考評(píng)。如圖8、圖9所示。

圖8 工件坐標(biāo)仿真練習(xí)

圖9 運(yùn)動(dòng)視頻錄制

（4）實(shí)操演練。在應(yīng)用仿真軟件熟悉工件坐標(biāo)設(shè)置后，學(xué)生進(jìn)行實(shí)操演練。首先，教師再次講解方法，并強(qiáng)調(diào)安全及6S作業(yè)規(guī)程；實(shí)操過(guò)程中學(xué)生特別要注意夾具姿態(tài)調(diào)整的合理性、工件坐標(biāo)設(shè)置方法，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡判斷坐標(biāo)設(shè)置的合理性，如圖10、11、12所示。

圖10 夾具姿態(tài)調(diào)整

圖11 工件坐標(biāo)設(shè)置

圖12 觀察運(yùn)動(dòng)軌跡

（5）競(jìng)賽考核。分為仿真軟件及實(shí)操測(cè)試兩個(gè)環(huán)節(jié)，與仿真試手及實(shí)操演練同步。以小組為考核對(duì)象，綜合測(cè)評(píng)整體成績(jī)，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)比武，強(qiáng)化學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

（6）評(píng)價(jià)總結(jié)。評(píng)價(jià)總結(jié)將從學(xué)生自我評(píng)價(jià)、組內(nèi)互評(píng)、組間互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等4個(gè)方面展開(kāi)。如圖13所示。①自我評(píng)價(jià)。學(xué)生自我總結(jié)，談一談自己在這次課程中的收獲與不足；②組內(nèi)互評(píng)。小組內(nèi)部討論總結(jié)，說(shuō)一說(shuō)小組整體表現(xiàn)、總結(jié)團(tuán)隊(duì)合作經(jīng)驗(yàn)；③組間互評(píng)。綜合測(cè)試成績(jī)及小組間相互評(píng)價(jià)推選出優(yōu)勝小組，請(qǐng)優(yōu)勝小組講一講獲勝的原因；④教師評(píng)價(jià)。教師將從錯(cuò)誤解析、操作技巧、作業(yè)規(guī)范、團(tuán)隊(duì)合作等層面進(jìn)行全面總結(jié)。

圖13 評(píng)價(jià)總結(jié)

2.3 課后鞏固

（1）課后老師通過(guò)微信向?qū)W生發(fā)出課后反饋表，學(xué)生快捷回復(fù)，教師第一時(shí)間掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，制定相應(yīng)教學(xué)策略，通過(guò)QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及時(shí)與學(xué)生進(jìn)行溝通和答疑，如圖14所示。

圖14 課后微信調(diào)查反饋表

（2）課后學(xué)生可以通過(guò)百度傳課、優(yōu)酷視頻等優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的復(fù)習(xí)、強(qiáng)化。

（3）對(duì)于學(xué)有余力、對(duì)工業(yè)機(jī)器人興趣濃厚的學(xué)生，組織課外興趣小組，拓展學(xué)習(xí)其他品牌工業(yè)機(jī)器人操作。

3 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)《工業(yè)機(jī)器人操作》課程中“工件坐標(biāo)設(shè)置”技能點(diǎn)設(shè)置的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)將網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、視頻動(dòng)畫、仿真軟件等系列信息化手段充分融入到教學(xué)的全過(guò)程當(dāng)中，做到課前預(yù)習(xí)有視頻資源引導(dǎo)、課中有仿真加實(shí)操、課后有反饋答疑，通過(guò)循序漸進(jìn)的引導(dǎo)，使學(xué)生較好地突破了工件坐標(biāo)設(shè)置的重難點(diǎn)知識(shí)。從知識(shí)教授的整體過(guò)程來(lái)看，信息化手段的引入充實(shí)、豐富了教學(xué)各環(huán)節(jié)，形成了對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的支撐，具有良好的激發(fā)性、啟發(fā)性。視頻、動(dòng)畫、圖片等具象理論知識(shí)，仿真練習(xí)促進(jìn)掌握操作技能、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)溝通及時(shí)便捷。

信息化技術(shù)已成為現(xiàn)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(yè)教學(xué)更好地融合，從而優(yōu)化課程內(nèi)容、提升課堂效率需要不斷的摸索和提煉。文章設(shè)計(jì)的《工業(yè)機(jī)器人操作》課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)探索了高職工科專業(yè)與信息技術(shù)結(jié)合的教學(xué)路徑，亦可為同類專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)提供參考。

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

［2］王寅龍，李前進(jìn)，等.信息化教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程、方法及評(píng)價(jià)要點(diǎn)探究［J］.中國(guó)教育信息化，2011，（6）：15-17.

［3］曹熙斌，楊方琦.信息化教學(xué)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題與對(duì)策［J］.中國(guó)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(yè)教育與成人教育學(xué)會(huì)2015-2016年科研規(guī)劃課題，課題編號(hào)XHB2015095；湖南廣播電視大學(xué)2015年度科學(xué)研究課題，課題編號(hào)XDK2015-C-24。

姚鋼（1981-），男，河北張家口人，工程師，主要研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用等。