三菱RV-3SD機器人搬運作業(yè)編程項目一體化教學(xué)設(shè)計

蔡干杰 王偉雄 顧曄

摘要：三菱RV-3SD機器人搬運作業(yè)編程項目是獲全國職業(yè)院?，F(xiàn)代制造及自動化技術(shù)教師大賽一等獎作品，也是智能制造專業(yè)群工業(yè)機器人一體化教學(xué)中的基礎(chǔ)課程。筆者以在企業(yè)技術(shù)改造項目的內(nèi)容作為本教學(xué)項目，讓學(xué)生在“學(xué)中做、做中學(xué)”，通過資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價和教學(xué)成果展示的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計，來培養(yǎng)學(xué)生掌握工業(yè)機器人編程的技能。

關(guān)鍵詞：搬運作業(yè)編程 工業(yè)機器人 教學(xué)設(shè)計

課題：本文系2018年江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目“以太網(wǎng)+三菱RV- 3SD搬運工業(yè)機器人的通訊裝置試驗研究”（立項編號GJJ161362）、江西省機電技師學(xué)院校級課題“工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)的研究與實踐”（立項編號|X|DXY-17-04）、江西省機電技師學(xué)院校級課題“基于多專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求的逆向工程開發(fā)與研究”（立項編號JXJDXY-18-10）的階段性研究成果。

基于行動導(dǎo)向教學(xué)理念，以筆者在企業(yè)技術(shù)改造項目的典型內(nèi)容作為本教學(xué)項目，讓學(xué)生在“學(xué)中做、做中學(xué)”，通過資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價和教學(xué)成果展示的教學(xué)過程設(shè)計，來綜合培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力。

一、教學(xué)目標

基于以上的教學(xué)思路，本文認為三菱RV-3SD機器人搬運作業(yè)編程項目學(xué)習(xí)要和工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用企業(yè)對職業(yè)崗位能力資格的實際需求，來確定學(xué)習(xí)項目的教學(xué)目標。

1.工作能力

會對工業(yè)機器人搬運、碼垛作業(yè)編程;會使用工業(yè)機器人的常用典型指令;通過項目工作導(dǎo)向教學(xué)過程，養(yǎng)成良好的7S管理的清潔、清掃的職業(yè)習(xí)慣和道德。

2.方法能力

通過“編程一仿真一調(diào)試一優(yōu)化調(diào)試”等實際工作過程體驗，養(yǎng)成發(fā)揮創(chuàng)造性思維優(yōu)化工作工序的獨立解決問題的能力;能提高機器人工作效率，使其在最優(yōu)狀態(tài)運行;通過小組成員間互相協(xié)作學(xué)習(xí)，借助教材、學(xué)材、學(xué)習(xí)任務(wù)書制訂計劃并加以實施，養(yǎng)成手腦并用、主動探究的“做中學(xué)，學(xué)中做”的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3.社會能力

小組成員互相協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)會交流，學(xué)會合作，增強團隊意識;評價分步跟進，引導(dǎo)學(xué)生手腦并用、主動參與、促進思維、優(yōu)化學(xué)法、提高興趣。養(yǎng)成“思而行”的習(xí)慣，形成樂思、樂做、樂學(xué)的專業(yè)素養(yǎng)。

二、學(xué)情分析

本項目的學(xué)習(xí)對象為高技工班機電一體化技術(shù)（工業(yè)機器人應(yīng)用方向）專業(yè)二年級學(xué)生，共40人。通過問卷調(diào)查和對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生進行訪談，考察了學(xué)生以往學(xué)過的知識與即將學(xué)習(xí)的新知識有直接或內(nèi)在聯(lián)系的題目，考核了單片機、C語言、工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)和工業(yè)機器人自動線安裝等與本項目相關(guān)基礎(chǔ)課程的基本知識，具備了相關(guān)知識基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)積極性很高，有利于項目任務(wù)的順利實施和職業(yè)能力的形成。為了使本教學(xué)項目更貼近崗位職業(yè)能力需求，符合高職學(xué)生認知水平和規(guī)律，為此把項目教學(xué)內(nèi)容進行由淺入深的分解細化，確定了四個子任務(wù)及分別所要學(xué)會的知識點和技能點，通過魚骨圖的形式展現(xiàn)給學(xué)生，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

三、教學(xué)過程設(shè)計

基于以上分析，本項目擬采用教學(xué)方法有：理實一體化項目教學(xué)法，分小組探究式學(xué)習(xí)，任務(wù)驅(qū)動式學(xué)習(xí)。帶領(lǐng)學(xué)生到企業(yè)現(xiàn)場操作，提高學(xué)生的感性認識和學(xué)習(xí)興趣。靈活運用了講授法、討論法、演示教學(xué)法、頭腦風(fēng)暴法在教學(xué)過程中的每個環(huán)節(jié)，使學(xué)生能更高效地學(xué)習(xí)本項目知識。

教學(xué)的硬件環(huán)境為理論實踐一體化教室，包括：理論教學(xué)區(qū)、生產(chǎn)實訓(xùn)區(qū)、信息查詢區(qū)和工具存放區(qū)。根據(jù)所擁有的10套教學(xué)設(shè)備，將40名學(xué)生分為10組，每組4人，4人中選舉一個為組長，其他3人為組員。按照“做中學(xué)、學(xué)中做”的行動導(dǎo)向方法積極開展教學(xué)，以學(xué)生為主體，通過教師的引導(dǎo)完成技能知識的學(xué)習(xí)。

在教學(xué)的進行過程中兩位教師同時參與教學(xué)與組織管理，在一位教師進行授課時，另一位教師對學(xué)生進行監(jiān)督評價，及時提醒與糾正較差學(xué)生的懈怠行為，以保證教學(xué)環(huán)節(jié)有效進行，從而提高學(xué)生對理論知識的接受理解能力。在進行實際操作訓(xùn)練時，兩位教師各負責(zé)5組學(xué)生的指導(dǎo)工作，這樣可減輕教師的工作負荷，提高指導(dǎo)學(xué)生實踐的工作效率，增加教學(xué)實施的可行性與學(xué)生實際操作的安全性。

以下是筆者實施本項目教學(xué)過程的六個階段。

1創(chuàng)設(shè)情境、明確任務(wù)（資訊）20分鐘

（1）教學(xué)內(nèi)容。教師為學(xué)生制定了詳細的工作任務(wù)書，學(xué)生分組、技術(shù)準備、理解本項目的學(xué)習(xí)任務(wù)、小組協(xié)作進行資訊階段，學(xué)習(xí)討論如何編程、安全操作注意事項、講解機器人搬運、碼垛作業(yè)使用到的相關(guān)控制程序命令。

（2）教師活動。通過動畫模擬機器人搬運作業(yè)的運動軌跡，在理實一體化教室，即模擬工廠里的工業(yè)機器人搬運作業(yè)出現(xiàn)故障，程序丟失（由此故障引出工業(yè)機器人的搬運作業(yè)進行人工編程），教師指導(dǎo)小組完成操作，編程相關(guān)軟件和設(shè)備工具準備。向?qū)W生提問分析如何解決故障？教師發(fā)放4個任務(wù)工作書，巡回指導(dǎo)，穿插講解機器人語言規(guī)格。引導(dǎo)學(xué)生提問：手工編程應(yīng)該從何入手，思路如何建立？

（3）學(xué)生活動。完成分組，4人一組，共分10組，每組一套設(shè)備，每組選一個組長，完成記錄并參與初步討論，學(xué)生機器人命令語句知識準備，討論查閱資料，傾聽與思考問題。

2.分析任務(wù)，決策方案（30分鐘）

這一環(huán)節(jié)筆者給出項目相關(guān)的資源目錄及在程序編寫中用到的新知識和新技術(shù)，如通過SolidWorks平臺添加插件使機器人程序自動生成，再通過小組討論，集體決策，最終確定決策方案，

（1）教學(xué)內(nèi)容。制定決策方案，完成程序編寫路線設(shè)計，介紹最新的編程方法和新技術(shù)（學(xué)院又暫時無法實施的新技術(shù)）

通過SolidWorks平臺添加MELFA-Works軟件進行機器人程序自動生成功能，建立三維仿真模型。

（2）教師活動。教師給出本階段的資源目錄及在程序編寫路線中用到的新知識和新技術(shù)，強調(diào)考慮實施過程中的注意事項，安全操作規(guī)程。

（3）學(xué)生活動。每個學(xué)生制定一個程序編寫路線，小組討論，若有質(zhì)疑，可向教師提問，匯總一份小組編程路線。

3.做好準備（計劃）20分鐘

根據(jù)以上決策方案制訂詳細的、可操作的執(zhí)行計劃。

（1）教學(xué)內(nèi)容。完成控制程序流程圖的編制，學(xué)生完成工作任務(wù)計劃。

（2）教師活動。演示一個簡單的控制程序編寫和仿真的案例，要求學(xué)生完成控制程序流程圖的編寫，重點講解：子程序應(yīng)用。

（3）學(xué)生活動。由組長主持進行組內(nèi)分工，每個組員要求完成1到2個主要工作任務(wù)，組長完善整個項目的程序流程圖，完成工作任務(wù)計劃。

4.實施計劃（60分鐘）

這一環(huán)節(jié)是要學(xué)生將制訂的計劃付諸實踐，檢驗計劃的準確性，培養(yǎng)學(xué)生在工作崗位上的現(xiàn)場編程能力和實際動手能力。根據(jù)各任務(wù)程序流程圖，進入實施階段，按照流程進行現(xiàn)場編程，仿真運行程序，解決程序運行中出現(xiàn)的問題。

（1）教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)各任務(wù)程序流程圖，進入實施階段，按照流程進行現(xiàn)場編程，仿真運行程序，解決程序運行中出現(xiàn)的問題。

（2）教師活動。要求學(xué)生按照程序流程完成現(xiàn)場編程，按流程圖來編寫控制程序，程序流程圖，難點講解。

（3）學(xué)生活動。實踐操作，按程序流程進行現(xiàn)場編程，以小組為單位，共同討論項目，完成項目。

5.檢查控制（10分鐘）

通過檢查控制的環(huán)節(jié)，進一步加強學(xué)生對工業(yè)機器人編程調(diào)試的能力以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

（1）教學(xué)內(nèi)容。完成成果報告，小組討論與記錄，設(shè)備檢查與關(guān)閉。

（2）教師活動。教師指導(dǎo)學(xué)生完成報告，檢查程序問題，檢查和關(guān)閉設(shè)備。

（3）學(xué)生活動。學(xué)生按任務(wù)要求對程序進行運行檢查，完成報告，檢查和關(guān)閉設(shè)備。

6.評價與總結(jié)（20分鐘）

通過學(xué)生自我評價、小組互評、教師點評等環(huán)節(jié)，使學(xué)生進一步加深所學(xué)知識的理解，最終達到提高綜合能力的目標。

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)評價。先由學(xué)生自評和組內(nèi)互評與小結(jié)，再由教師點評和總結(jié);并填寫自評表、互評表和書面總結(jié)，達成學(xué)習(xí)目標。

（2）教師教學(xué)評價。重視學(xué)生的參與，以學(xué)生為主體，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;教師引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)活動.構(gòu)建和諧課堂，達到了教學(xué)目的。

三、教學(xué)成果

近年來，筆者學(xué)校工業(yè)機器人項目一體化教學(xué)設(shè)計在相關(guān)的各課程教學(xué)進行推廣實施后，促進了學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量。工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)學(xué)生在技能大賽上獲得了國家級省級大賽獎36項，其中筆者學(xué)校在首屆全國工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用技能大賽中包攬了職工組學(xué)生組雙第一名;在全國首屆電切削工職業(yè)技能競賽總決賽獲得了第一名;在2018年中國技能大賽

全國智能制造技術(shù)技能大賽省賽上包攬了職工組學(xué)生組雙第一名和國賽二等獎，使得筆者學(xué)校技術(shù)技能人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提升。在師資隊伍方面，榮獲了國家級技能大師工作室1個，國務(wù)院特殊津貼專家2人，全國技術(shù)能手2人，江西省技能大師工作室2個，江西省技術(shù)能手5人，江西省首席技師4人;在專業(yè)建設(shè)方面智能制造專業(yè)群中的兩個專業(yè)于2018年獲批江西省高水平高等職業(yè)院校優(yōu)勢特色專業(yè)建設(shè)立項。

參考文獻：

[1]關(guān)悅，李楠，探討電工電子理論與實踐如何實現(xiàn)一體化教學(xué)[J]教育現(xiàn)代化，2015（16）.

[2]王國鋒，陳志祥，基于工作過程的《零件的數(shù)控車削加工》項目課程開發(fā)[J]職業(yè)教育研究，2011（6）.

[3]周明虎，汪木蘭，封世新，項目教學(xué)法的實施與典型案例分析[J]中國現(xiàn)代教育裝備，2010（13）.