基于RobotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法應(yīng)用探究

翟保尊

摘要：近年來，許多高職院校相繼開設(shè)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)專業(yè)，由于機(jī)器人設(shè)備價格高昂，較多院校采用購置整套仿真實訓(xùn)軟件的方法供學(xué)生進(jìn)行日常練習(xí)。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(xué)生所在學(xué)校硬件環(huán)境;三是學(xué)生無法自己搭建仿真平臺，缺乏對所學(xué)知識的前后關(guān)聯(lián)和應(yīng)用。基于RobotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法，使學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)主干課程的學(xué)習(xí)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(gòu)建仿真項目，可有效解決上述三個弊端，提高學(xué)生對相關(guān)知識的綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：RobotStudio;工業(yè)機(jī)器人專業(yè);聯(lián)動;教學(xué)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(jìn)行傳統(tǒng)加工制造業(yè)的一線工人將保持逐年減少的趨勢，同時社會服務(wù)的成本將增加，我國對工業(yè)機(jī)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(jìn)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；l(fā)展，擴(kuò)大市場應(yīng)用[2]。

為迎接社會發(fā)展需要，近三年很多高職院校開設(shè)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)[3]。但是工業(yè)機(jī)器人及其配套設(shè)備購置成本較高，高職院校配置的數(shù)量難以保證在工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)教學(xué)中讓每個學(xué)生進(jìn)行獨立操作和編程[4]。另外，工業(yè)機(jī)器人專業(yè)培養(yǎng)方案內(nèi)的一些課程間銜接應(yīng)用沒有緊密聯(lián)系起來，使得本就基礎(chǔ)薄弱的高職學(xué)生在學(xué)完相關(guān)技術(shù)課程后依然無法將知識相互關(guān)聯(lián)，缺乏實際應(yīng)用能力?；赗obotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法可以有效解決這些問題。

一、課程聯(lián)動教學(xué)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(qiáng)大的仿真軟件，具有很強(qiáng)的設(shè)備創(chuàng)建功能，可以通過常見的三維制圖軟件 Pro/e、Solidworks 等繪制設(shè)備的三維圖并導(dǎo)入該軟件，然后利用該軟件的機(jī)械裝置、工具設(shè)備的創(chuàng)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(xiàn)實生產(chǎn)幾乎相同的效果[5]。其他同類性質(zhì)的軟件如西門子的Robcad、安川的 motosim、庫卡的 simpro、發(fā)那科的 robguide等，這些軟件有些僅僅是實現(xiàn)仿真功能，而不具備離線編程功能，有些是與機(jī)器人配套實現(xiàn)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(xué)仿真軟件。

基于RobotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法，就是將工業(yè)機(jī)器人專業(yè)培養(yǎng)方案中核心技術(shù)課程融合在一起，以RobotStudio綜合仿真項目為引領(lǐng)，強(qiáng)化各相關(guān)學(xué)科間的知識調(diào)用和綜合實戰(zhàn)，讓學(xué)生充分明白學(xué)完相關(guān)課程后的用途，及如何將知識聯(lián)動起來解決實際問題，最終達(dá)到融會貫通。其實施路徑如圖1所示。

（1）聯(lián)動“三維設(shè)計軟件”課程：在學(xué)生完成三維設(shè)計軟件（SolidWorks/Proe）的課程后，以課程設(shè)計或者課程期末的綜合測試為契機(jī)，設(shè)計機(jī)器人外圍設(shè)備的三維仿真原型，轉(zhuǎn)換為.STP 格式，導(dǎo)入 RobotStudio，完成建模布局工作。一方面為后續(xù)課程“RobotStudio離線編程仿真”完成準(zhǔn)備工作，另一方面使學(xué)生明白本門課程在今后工作中的實際應(yīng)用方向。

（2）聯(lián)動“RobotStudio離線編程仿真”課程：通過本門課程知識，導(dǎo)入 ABB 機(jī)器人，進(jìn)行 Smart組件設(shè)計和項目布局，自主搭建和實際生產(chǎn)一致的仿真工作平臺。

（3）聯(lián)動“ABB工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程”課程：在第（2）步學(xué)生自主設(shè)計的模擬生產(chǎn)仿真工作平臺上進(jìn)行編程訓(xùn)練，一方面提高學(xué)生參與構(gòu)建項目的實戰(zhàn)能力，另一方面使學(xué)生將各科知識融會貫通，通過相關(guān)課程的前后銜接進(jìn)一步加深核心課程間的知識調(diào)用和實際運用。

（二） 組織策略

基于RobotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法的實施，需要具備科學(xué)的組織策略，并打破傳統(tǒng)意義上各門學(xué)科授課教師間各自為戰(zhàn)的缺點，實現(xiàn)學(xué)科內(nèi)與學(xué)科間雙軌備課的復(fù)線形式。其基本原則是，多學(xué)科多課程間各科教師統(tǒng)一教研制定出科學(xué)的聯(lián)動仿真項目。針對學(xué)生在學(xué)完工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)之后需要掌握的核心技術(shù)，由教研室統(tǒng)一確定需要完成的仿真平臺主題，由課題負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)聯(lián)動各學(xué)科教師進(jìn)行明確分工，使得學(xué)生在上一門學(xué)科中所學(xué)的知識，能夠在下一門學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中得到補充延伸和使用，通過不同學(xué)科中教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式的交叉滲透，聯(lián)動起來最終完工業(yè)機(jī)器人專業(yè)綜合實訓(xùn)仿真任務(wù)，使學(xué)生明白各學(xué)科間的前后關(guān)聯(lián)和實際運用。

二、課程聯(lián)動教學(xué)法的應(yīng)用探索

結(jié)合自身教學(xué)實際，近三年相繼擔(dān)任了工業(yè)機(jī)器人專業(yè)《三維設(shè)計軟件》《RobotStudio離線編程仿真》和《工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程》專業(yè)課程的教學(xué)任務(wù)，在實際教學(xué)中對課程聯(lián)動教學(xué)法進(jìn)行了應(yīng)用。圖2所示，在教學(xué)實際中，使用課程聯(lián)動教學(xué)法學(xué)生從零參與構(gòu)建的一個仿真實訓(xùn)平臺實例。

學(xué)生首先在三維設(shè)計軟件課程中學(xué)習(xí)基本的制圖技能，課程結(jié)束時按照實訓(xùn)室工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)臺1：1的比例完成實訓(xùn)臺模型設(shè)計，并作為該課程期末綜合測試任務(wù)。模型設(shè)計完成后，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(xué)生在教師指導(dǎo)下導(dǎo)入工業(yè)機(jī)器人和前期自行設(shè)計的實訓(xùn)工作臺，生成機(jī)器人仿真系統(tǒng)。在逐步完成事件管理器和Smart組件知識學(xué)習(xí)后自主構(gòu)建實訓(xùn)臺仿真動畫效果。最后，在工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程的課程中，學(xué)生可以在自己搭建的仿真平臺中進(jìn)行編程練習(xí)。一方面克服了實訓(xùn)設(shè)備不足的問題，另一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自學(xué)能力，尤其是學(xué)生綜合利用所學(xué)知識構(gòu)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(lián)動教學(xué)法評估的信度和效度

基于RobotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法，推進(jìn)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(xué)活動設(shè)計的品質(zhì)如何，目前難以找到真正的教研專家進(jìn)行評估。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價的精確性

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

四、 結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)目前在各院校開設(shè)時間不長，相關(guān)實訓(xùn)設(shè)備價格高昂且短缺，RobotStudio編程仿真課程多采用已有設(shè)計好的仿真平臺供學(xué)生進(jìn)行練習(xí)，各核心技術(shù)課程間缺乏關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時缺乏全局觀，不明白各課程的內(nèi)在聯(lián)系而喪失學(xué)習(xí)興趣。基于RobotStudio的課程聯(lián)動教學(xué)法，強(qiáng)化學(xué)生自己動手建設(shè)平臺，而非在已有仿真平臺進(jìn)行單項練習(xí)。通過將工業(yè)機(jī)器人專業(yè)相關(guān)技術(shù)課程前后銜接聯(lián)動，讓學(xué)生從零開始自主參與構(gòu)建仿真項目，并完成工業(yè)機(jī)器人專業(yè)培養(yǎng)方案中主干課程的學(xué)習(xí)，有效調(diào)動學(xué)生的積極性與項目參與度， 提高學(xué)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(lián)動教學(xué)法， 加強(qiáng)多學(xué)科老師協(xié)同配合，制定出前后關(guān)聯(lián)銜接緊密的課程設(shè)計任務(wù)，值得在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)中進(jìn)一步研究推廣。

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