基于RobotStudio的课程联动教学法应用探究

翟保尊

摘要：近年来，许多高职院校相继开设了工业机器人技术相关专业，由于机器人设备价格高昂，较多院校采用购置整套仿真实训软件的方法供学生进行日常练习。该方法在实践中证明效果较好，但存在三个弊端：一是仿真软件的购置成本并不低;二是购置的仿真平台未必适合学生所在学校硬件环境;三是学生无法自己搭建仿真平台，缺乏对所学知识的前后关联和应用。基于RobotStudio的课程联动教学法，使学生在工业机器人专业主干课程的学习中，通过合理安排和衔接，自己动手搭建仿真平台，从零开始自主参与构建仿真项目，可有效解决上述三个弊端，提高学生对相关知识的综合应用能力。

关键词：RobotStudio;工业机器人专业;联动;教学法

随着我国劳动力成本的逐年增加，老龄化社会的到来[1]，可进行传统加工制造业的一线工人将保持逐年减少的趋势，同时社会服务的成本将增加，我国对工业机器人及自动化加工装备的需求将逐步增加。《中国制造2025》明确指出，要大力促进机器人标准化、规模化发展，扩大市场应用[2]。

为迎接社会发展需要，近三年很多高职院校开设了工业机器人技术专业[3]。但是工业机器人及其配套设备购置成本较高，高职院校配置的数量难以保证在工业机器人实训教学中让每个学生进行独立操作和编程[4]。另外，工业机器人专业培养方案内的一些课程间衔接应用没有紧密联系起来，使得本就基础薄弱的高职学生在学完相关技术课程后依然无法将知识相互关联，缺乏实际应用能力。基于RobotStudio的课程联动教学法可以有效解决这些问题。

一、课程联动教学法实施路径与策略

（一）实施路径

RobotStudio 是ABB 公司旗下一款功能强大的仿真软件，具有很强的设备创建功能，可以通过常见的三维制图软件 Pro/e、Solidworks 等绘制设备的三维图并导入该软件，然后利用该软件的机械装置、工具设备的创建功能以及事件管理器、Smart 组件等功能生成所需的动画效果，从而模拟出与现实生产几乎相同的效果[5]。其他同类性质的软件如西门子的Robcad、安川的 motosim、库卡的 simpro、发那科的 robguide等，这些软件有些仅仅是实现仿真功能，而不具备离线编程功能，有些是与机器人配套实现离线编程功能但不具备仿真功能[6]。不仅如此，这些软件的使用费用还非常高昂。鉴于此，各高职院校广泛采用ABB公司的RobotStudio作为教学仿真软件。

基于RobotStudio的课程联动教学法，就是将工业机器人专业培养方案中核心技术课程融合在一起，以RobotStudio综合仿真项目为引领，强化各相关学科间的知识调用和综合实战，让学生充分明白学完相关课程后的用途，及如何将知识联动起来解决实际问题，最终达到融会贯通。其实施路径如图1所示。

（1）联动“三维设计软件”课程：在学生完成三维设计软件（SolidWorks/Proe）的课程后，以课程设计或者课程期末的综合测试为契机，设计机器人外围设备的三维仿真原型，转换为.STP 格式，导入 RobotStudio，完成建模布局工作。一方面为后续课程“RobotStudio离线编程仿真”完成准备工作，另一方面使学生明白本门课程在今后工作中的实际应用方向。

（2）联动“RobotStudio离线编程仿真”课程：通过本门课程知识，导入 ABB 机器人，进行 Smart组件设计和项目布局，自主搭建和实际生产一致的仿真工作平台。

（3）联动“ABB工业机器人现场编程”课程：在第（2）步学生自主设计的模拟生产仿真工作平台上进行编程训练，一方面提高学生参与构建项目的实战能力，另一方面使学生将各科知识融会贯通，通过相关课程的前后衔接进一步加深核心课程间的知识调用和实际运用。

（二） 组织策略

基于RobotStudio的课程联动教学法的实施，需要具备科学的组织策略，并打破传统意义上各门学科授课教师间各自为战的缺点，实现学科内与学科间双轨备课的复线形式。其基本原则是，多学科多课程间各科教师统一教研制定出科学的联动仿真项目。针对学生在学完工业机器人技术专业之后需要掌握的核心技术，由教研室统一确定需要完成的仿真平台主题，由课题负责人协调联动各学科教师进行明确分工，使得学生在上一门学科中所学的知识，能够在下一门学科的学习过程中得到补充延伸和使用，通过不同学科中教学内容和学习方式的交叉渗透，联动起来最终完工业机器人专业综合实训仿真任务，使学生明白各学科间的前后关联和实际运用。

二、课程联动教学法的应用探索

结合自身教学实际，近三年相继担任了工业机器人专业《三维设计软件》《RobotStudio離线编程仿真》和《工业机器人现场编程》专业课程的教学任务，在实际教学中对课程联动教学法进行了应用。图2所示，在教学实际中，使用课程联动教学法学生从零参与构建的一个仿真实训平台实例。

学生首先在三维设计软件课程中学习基本的制图技能，课程结束时按照实训室工业机器人实训台1：1的比例完成实训台模型设计，并作为该课程期末综合测试任务。模型设计完成后，教师指导学生进一步修改完善，并保存为.STP文件备用。其次，在RobotStudio离线仿真编程课程中，学生在教师指导下导入工业机器人和前期自行设计的实训工作台，生成机器人仿真系统。在逐步完成事件管理器和Smart组件知识学习后自主构建实训台仿真动画效果。最后，在工业机器人现场编程的课程中，学生可以在自己搭建的仿真平台中进行编程练习。一方面克服了实训设备不足的问题，另一方面提高了学生的学习兴趣与自学能力，尤其是学生综合利用所学知识构建项目的能力得到大幅提高。

三、 存在的问题和反思

（一）基于RobotStudio的课程联动教学法评估的信度和效度

基于RobotStudio的课程联动教学法，推进和实施中存在着量化效果上的难度。同时，由于资源有限，针对本课题的教学活动设计的品质如何，目前难以找到真正的教研专家进行评估。

（二）学生学习效果评价的精确性

在本课题的研究中，如何对学生采用不同教学法后的学习效果进行精确评估是难点。目前，主要通过对平行班的学生分开实施不同的教学法，然后进行问卷调查和测试考试等手段来粗略评估学生学习效果的有效性，仍无法对学生的学习效果进行科学的定性定量分析。

四、 结语

工业机器人专业目前在各院校开设时间不长，相关实训设备价格高昂且短缺，RobotStudio编程仿真课程多采用已有设计好的仿真平台供学生进行练习，各核心技术课程间缺乏关联，导致学生学习时缺乏全局观，不明白各课程的内在联系而丧失学习兴趣。基于RobotStudio的课程联动教学法，强化学生自己动手建设平台，而非在已有仿真平台进行单项练习。通过将工业机器人专业相关技术课程前后衔接联动，让学生从零开始自主参与构建仿真项目，并完成工业机器人专业培养方案中主干课程的学习，有效调动学生的积极性与项目参与度， 提高学生知识综合运用能力。

展望未来，通过不断探索和完善基于RobotStudio的课程联动教学法， 加强多学科老师协同配合，制定出前后关联衔接紧密的课程设计任务，值得在工业机器人专业学生的培养中进一步研究推广。

参考文献：

[1]王伟同. 中国人口红利的经济增长“尾效”研究——兼论刘易拐点后的中国经济[J]. 财贸经济，2012（11）：15-22.

[2]李敬川.以就业为导向的高职计算机教学改革的探讨[J].知识经济，2015（10）：125.

[3]郝翠霞，叶晖. 工业机器人实训课程的虚拟仿真教学研究[J].实验技术与管理，2018， 35（6）： 144-146.

[4]祖强，魏永军. 国家级虚拟仿真实验教学中心建设现状探析[J]. 实验技术与管理，2015， 32（11）： 156-158.

[5]卞秀辉.虚拟仿真技术在高职工业机器人专业教学中的应用[J].南方农机，2018，49（21）：27-28+33.

[6]黄明鑫，惠为东.基于 RobotStudio 的机器人码垛工作站仿真研究[J].南方农机，2018，49（23）：43-44+51.