《工业机器人技术》课程教学改革实践探析

黄文涛

(安徽合肥技师学院，安徽合肥 230601)

随着社会的发展和科学技术的稳步提升，我国工业发展也取得了喜人的成就，但是与其他发达国家相比，我国在某些领域仍然处于落后趋势，在这种社会背景下，我国更需要技能型人才。而中职学校是培养技能型骨干人才的主要场所，在“中国制造2025”“互联网+”等重大战略相继提出后，我国中职学校肩负起了十分重要的责任——培养技能型人才。很多工业领域已经用机器取代了人力，工业机器人的需求量逐渐增大，机器人技术专业领域的人才需求量也开始加大，因此中职学校有必要加强对该类人才的培养和教育。加强《工业机器人技术》课程的教学质量，改善传统教学的不足之处，完善现有教学机制，为我国工业发展培养更多优秀的人才。

1 《工业机器人技术》课程教学现状

谈起《工业机器人技术》课程教学，想必有很多人都想到了机电一体化、自动化等专业，因为《工业机器人技术》是这些专业的必修课，但是在实际教学中，很多学生认为该门课程难度较大，经常会存在课堂效率低、学生理解不好等问题。《工业机器人技术》是一门交叉性学科，其中涵盖了机械设计、电子电路技术、自动控制原理、机械原理等众多知识点，所以教师在讲解的时候也会遇到各种各样的困难。目前大多数中职学校所开设的《工业机器人技术》课程为32课时，其中实践课为22课时，实践教学是非常重要的。

1.1 课程需要的先学知识欠缺

在学习《工业机器人技术》这门课程之前，学生需要掌握一些基础的理论知识，否则无法更好地学好该课程。但是从目前情况看，大部分中职学生并没有良好的理论基础，对于力学、运动学、机械结构、电工、电子方面的知识没有太多了解，这直接导致了《工业机器人技术》课程教学受到了阻碍[1]。

1.2 缺乏合适的教材

未来社会对于人才的需求是多样化的，但是很多中职学校却没有跟上时代的步伐，《工业机器人技术》课程所用的教材仍然是前些年的版本，少有更新。这使得教学质量根本跟不上企业需要，另外现代化的社会需要大量的实践性人才。所以教师在引导学生学习的时候一定要重视培养学生的动手能力，而不是一味地注重理论教学。时至今日，中职学校并没有一个统一的《工业机器人技术》教学版本，大多数教师都是沿用传统式的教学理念和教学形式，甚至有的教材流于产品说明或用户指南，难以适应应用型学生的特点与教学需求[2]。

1.3 涉及的概念抽象

在学习工业机器人技术时，必定会涉及很多抽象内容，如果教师没有良好的教学形式和教学手段，必定会影响课堂教学效率。所以教师一定要将抽象的概念具体化，只有这样才能够更好地发挥出实践教学的价值，为培养多样化人才奠定坚实基础。一般情况下中职《工业机器人技术》教学离不开D-H坐标系的建立和空间坐标，这两个坐标系的建立能够让学生更加清楚地看到机器人实体。机器人在坐标系中以立体、直观、真实的形象展现在学生面前，有助于学生理解所学内容。但是其中还会涉及很多公式，例如微分运动分析、动力学方程、运动学方程、数学推导等，这些复杂的公式推导往往令学生感到头疼，这并不利于课堂教学的开展[3]。

1.4 实践条件缺乏

大多数中职学校都存在着实践效率不高的问题，导致这一问题的原因有很多，如资金不足、场地受限、实验室不规范等，种种因素都会影响实践课的开展。另外机器人在市面上造价较为昂贵，很多中职学校存在资金匮乏，机器人教具不先进等情况。目前我国工业机器人并没有一个统一的规范标准，各个品牌繁杂且互不兼容，所以实践环节难以开展，这也是《工业机器人技术》课程面临的最主要难题[4]。

2 改革措施的探索

中职学校大多都是基础较差、自主学习性差的学生，要想使这些学生更好地了解机器人相关知识，首先就需要注重基本原理和方法，让学生掌握机器人所涉及的基本理论和关键技术。必要情况下教师可以运用大屏幕播放工业机器人“工作”的视频，以此来激发学生的学习积极性。例如，教师可以将工业机器人臂部运动用四个微视频来播放。（1）直角坐标系的臂部可沿三个职教坐标系移动；（2）圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；（3）球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；（4）关节型的臂部有多个转动关节。在播放这些神奇的工业操作后，学生会对工业机器人有一个全新的认识，这对开展《工业机器人技术》课程教学做好了铺垫。

2.1 建立贯穿教学内容的主线

《工业机器人技术》所涉及的内容比较多，其中包括坐标变换、运动学、动力学、机器人本体结构等，其中机器人控制是较为关键的一个环节，教师在引导学生学习该课程的时候，一定要注重完善现有实践教学体系，多为学生提供动手操作的机会，这也是为了让学生将所学知识更好地应用于实践。建立贯穿教学体系是学好《工业机器人技术》的关键，教学改革的提出并不仅仅是提升学生的学习成绩，而是为了培养学生的综合实力，所以教师在引导学生学习的时候，一定要站在宏观的角度去看待问题，注重理论教学，更注重“理论+实践”的教学形式。由于机器人控制的本质是对方程式的双向控制，也就是 V（t）T（t）C（t）Q（t） X（t），在这个公式中，X（t）表示末端执行装置的状态、姿态和开闭状态、Q（t）表示关节变量，每一个符号都有自身的作用和价值，教师需要强化学生的理论基础，这是后期实践教学的关键，改革实践教学并不是以实践为核心，而应宏观考虑问题。在扎实地掌握理论基础之后，教师可以列举一些机器人实力，如机器人（PUMA560）教师让学生尝试着运用上述公式来控制机器人，在这一过程中学生必定会有新的领悟，这时候教师加以讲解，必定会达到最佳效果。

2.2 改善实践条件

实践条件关系着学生的学习态度，良好的实践条件会激发学生的参与能力。所以中职教师一定要注重改善现有实践条件，在学习《工业机器人技术》的时候会设置多个学时，每一个学时所学的内容也不尽相同，如运动学、动力学、轨迹规划、运动仿真等，在学习这些内容的时候，教师通常会设置相应的实践操作，这时候是考验学生实践操作能力的最佳时刻。如利用MATLAB的robotics toolbox实现，利用ADAMS软件强大的仿真模块，在Simulink中实现对虚拟样机的控制操作。还有很多中职学校与一些工业企业建立了“供应机制”，这也学生实践操作也开设了新的平台，以数字化工厂为实践平台，这大大提高了学生的动手实践能力，同时也为学生提供了创新学习的机会[5]。

2.3 鼓励自我探索

对于中职学生来说，教师的一句鼓励、一句褒奖都是好的，《工业机器人技术》本身是一门较难的课程，很多学生在学习该课程的时候存在着理论掌握不扎实、实践操作不具体等情况，面对这些问题教师都应该以平和的心态与学生沟通，帮助学生找出自身存在的问题，并启发学生用正确的思路去分析问题，多鼓励学生进行自我探索。例如，教师可以设置期末综合评分系统，以此来激励学生更好地学习。《工业机器人技术》课程本身难度较大，涉及范围较广，教师应当运用正确的心态去看待问题，不要一味地采用“填鸭式”教学，一定要注重培养学生的积极性，权衡教学内容，真正地做到因材施教。

3 结语

《工业机器人技术》课程对于大多数学生来说很难，对于教师而言也有很大挑战，教师应当紧跟时代潮流，明确教学目标，改善教学体系，注重多实践教学。要让学生明确地认识到机器人教学的未来发展前景，只有将课堂与实际联系起来，才能够让学生更清楚地认识所学知识的价值和魅力，这为中职 《工业机器人技术》教学带来很大帮助，相信在后续的教学过程中会有不断的改进和完善，中职教学效率也会大大提升。