基于思維導(dǎo)圖的“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”緒論課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

袁越陽, 賀 霞, 向海平, 張 院, 丁小龍

（湖南城市學(xué)院，湖南 益陽 413099）

0 引言

目前，智能制造（Intelligent Manufacturing, IM）作為現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展方向，受到了政府部門、企業(yè)界的廣泛關(guān)注[1-3]。而工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)作為一門應(yīng)用性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，是工、農(nóng)、服務(wù)業(yè)采用機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的必備知識(shí)之一。在廣大高等院校的制造類相關(guān)的專業(yè)中，“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”已被定為一門重要的必修課程，并要求學(xué)生能掌握和運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編寫機(jī)器人程序，控制機(jī)器人為人們的生產(chǎn)和生活服務(wù)。

緒論作為一門課程的開頭，是整個(gè)課程教學(xué)內(nèi)容的起點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)，是對(duì)該門課程內(nèi)容的高度濃縮和概括。教師把握好課程緒論部分的講授對(duì)于提高課程整體教學(xué)質(zhì)量和水平具有十分重要的引領(lǐng)作用[4-5]。本文以湖南城市學(xué)院機(jī)械機(jī)電工程學(xué)院的“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”課程教學(xué)為例，設(shè)計(jì)其緒論部分的課堂教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行緒論部分的課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”這門課程。

1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

如圖1所示，教師可運(yùn)用思維導(dǎo)圖，描述“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”緒論部分的課堂教學(xué)內(nèi)容，包括指出課堂教學(xué)與學(xué)習(xí)目的、重點(diǎn)和難點(diǎn)，闡述學(xué)習(xí)該門課程是時(shí)代和發(fā)展的需求，以及介紹課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)方法等。

圖1 教學(xué)內(nèi)容思維導(dǎo)圖

首先，教師簡明扼要，高度概括，用一句話明確學(xué)習(xí)“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”的主要目的即能夠編寫工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用程序，并要求學(xué)生把握學(xué)習(xí)的重點(diǎn)即如何實(shí)現(xiàn)離線編程和在線編程。教師還要提示學(xué)生了解學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，即結(jié)合運(yùn)用CAD設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用圖形化和機(jī)器人指令編寫程序。

然后，教師要從現(xiàn)狀和發(fā)展的角度來分析工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，即從工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)這三大支柱產(chǎn)業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求及應(yīng)用來闡述學(xué)習(xí)“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”的必要性；強(qiáng)調(diào)工業(yè)機(jī)器人自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)以來，發(fā)展迅速應(yīng)用廣泛；分析我國在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)方面與歐美發(fā)達(dá)國家之間所存在的劣勢(shì)和優(yōu)勢(shì)。

最后，教師以課堂授課和自學(xué)的形式，基于硬件和軟件的基礎(chǔ)，結(jié)合一定的實(shí)踐操作，針對(duì)“構(gòu)建基本工作站”“編制工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)程序”“創(chuàng)建機(jī)械裝置”“創(chuàng)建帶外軸機(jī)器人系統(tǒng)”和“創(chuàng)建搬運(yùn)碼垛工作站”5個(gè)具體的項(xiàng)目來開展教學(xué)活動(dòng)。在硬件方面，教師要求學(xué)生具備CAD設(shè)計(jì)、電液控制、電氣控制和電子電路等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。在軟件方面，教師要求學(xué)生掌握運(yùn)用可編程控制器（PLC）和機(jī)器人控制語言RAPID語言進(jìn)行程序編輯。另外，教師還要求學(xué)生課堂學(xué)習(xí)之余，通過自我學(xué)習(xí)來擴(kuò)展相關(guān)知識(shí)，動(dòng)手編寫應(yīng)用程序并將程序編譯導(dǎo)入到機(jī)器人本體進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。

2 教學(xué)過程與檢驗(yàn)

“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”是湖南城市學(xué)院機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在校必修的重要課程之一。因此，選取湖南城市學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)四年級(jí)4個(gè)班級(jí)（甲班、乙班、丙班、丁班）共104名學(xué)生作為教學(xué)對(duì)象，分別進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)。時(shí)間安排在第4學(xué)年的第1個(gè)學(xué)期進(jìn)行?！肮I(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”緒論部分的教學(xué)內(nèi)容授課時(shí)長為90分鐘：首先，教師用30分鐘分析課程的學(xué)習(xí)目的、重點(diǎn)和難點(diǎn)；然后，用30分鐘時(shí)間講述分析當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及時(shí)代發(fā)展的需求；接下來，用25分鐘時(shí)間介紹學(xué)習(xí)“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)方式；最后，用5分鐘時(shí)間完成教學(xué)反饋與調(diào)查。

為了解學(xué)生對(duì)本次課堂教學(xué)方式及效果的反應(yīng)，如表1所示，筆者設(shè)計(jì)了3個(gè)問題：1）你對(duì)本次課的授課形式滿意嗎？2）你對(duì)本次課堂教學(xué)的效果評(píng)價(jià)如何？3）你對(duì)本次課堂教學(xué)中老師的表現(xiàn)如何評(píng)價(jià)？

表1 問卷調(diào)查問題

學(xué)生的反饋如表2和圖2所示。對(duì)于問題1，感到非常滿意的學(xué)生人數(shù)（所占百分比）分別是：甲 班 為18（64.29%）、乙 班 為17（70.83%）、丙班為16（64.0%）和丁班為17（62.96%）；感到滿意的學(xué)生人數(shù)（所占百分比）分別是：甲班為10（35.71%）、乙 班 為6（25%）、丙 班 為9（36.0%）和丁班為9（33.33%）。對(duì)于問題2，評(píng)價(jià)非常好的學(xué)生人數(shù)（所占百分比）分別是：甲班為15（53.57%）、乙班為14（58.33%）、丙班為14（56%）和丁班為16（59.26%）；評(píng)價(jià)很好的學(xué)生人數(shù)（所占百分比）分別是：甲班為9（32.14%）、乙班為8（33.33%）、丙班為8（32%）和丁班為8（29.63%）。對(duì)于問題3，給老師評(píng)價(jià)為滿分100分的學(xué)生人數(shù)（所占百分比）分別是：甲班為21（75%）、乙班為15（62.5%）、丙班為17（68%）和丁班為18（66.67%）；給老師評(píng)價(jià)為80分的學(xué)生人數(shù)（所占百分比）分別是：甲班為7（25%）、乙班為8（33.33%）、丙班為8（32%）和丁班為9（33.33%）。而在所有回答問題的學(xué)生中，僅有乙班一位學(xué)生針對(duì)全部3個(gè)問題的選項(xiàng)分別為不滿意（D）、不好（D）和不及格（D）。

表2 問卷調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖2 問卷調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

3 分析與討論

工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)是一門相對(duì)單片機(jī)、PLC等技術(shù)而言較新的編程技術(shù)，但是它的基礎(chǔ)技術(shù)又是源自單片機(jī)、PLC等在自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用[6-7]。本文所設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容是作為“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”的第一堂課，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)概括和介紹。通常而言，學(xué)生最為關(guān)注的不是為什么學(xué)，而是怎么學(xué)好。因?yàn)椤盀槭裁磳W(xué)”是由學(xué)校根據(jù)教學(xué)需求等制定和安排的課程，自然有其必要學(xué)習(xí)的道理。之所以再次悉數(shù)描述一番，主要是進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)該門課程的重要性和必要性，提高學(xué)生的認(rèn)知程度，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

從學(xué)生對(duì)表1中問題1、問題2和問題3的調(diào)查情況來看，本次課堂的教學(xué)形式受到了學(xué)生的歡迎，得到了學(xué)生的普遍認(rèn)可。在4個(gè)班級(jí)中，學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)感到非常滿意的比例最小也達(dá)到了62.96%。問題2與問題3只是從不同角度來反復(fù)提出與問題1相一致的問題，以便于驗(yàn)證問題1的真實(shí)性和可靠性，防止學(xué)生隨便填寫。從學(xué)生的反饋情況來看，各班級(jí)學(xué)生反饋結(jié)果沒有明顯差異（P＞0.2），這也驗(yàn)證了學(xué)生對(duì)問題反饋的真實(shí)性和可靠性。如式(1)和式(2)所示，對(duì)表1中的3個(gè)問題的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行綜合分析與計(jì)算，以回答選項(xiàng)A和選項(xiàng)B表示學(xué)生對(duì)本次課程教學(xué)的整體評(píng)價(jià)為滿意，則滿意百分比高達(dá)95.19%。以回答選項(xiàng)A表示學(xué)生對(duì)本次課程教學(xué)的整體評(píng)價(jià)為非常滿意，則非常滿意百分比高達(dá)63.46%。

“授人以魚不如授人以漁”，引導(dǎo)學(xué)生怎么學(xué)好“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”，是本堂緒論課程的重要內(nèi)容和主要目標(biāo)。對(duì)調(diào)查情況的統(tǒng)計(jì)，表明本次緒論課堂教學(xué)取得了良好的效果，得到了學(xué)生的認(rèn)可。

4 結(jié)語

本文采用思維導(dǎo)圖的形式，為“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”設(shè)計(jì)了一堂緒論課堂教學(xué)內(nèi)容，逐層深入地引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)了解“工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容以及如何學(xué)習(xí)該門課程。課后的問卷調(diào)查表明該課堂內(nèi)容及形式收到了良好的效果，學(xué)生的滿意百分比達(dá)到95%以上。本次緒論課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)為今后教學(xué)的開展打下了良好的基礎(chǔ)。