三菱RV-3SD机器人搬运作业编程项目一体化教学设计

蔡干杰 王伟雄 顾晔

摘要：三菱RV-3SD机器人搬运作业编程项目是获全国职业院校现代制造及自动化技术教师大赛一等奖作品，也是智能制造专业群工业机器人一体化教学中的基础课程。笔者以在企业技术改造项目的内容作为本教学项目，让学生在“学中做、做中学”，通过资讯、决策、计划、实施、检查、评价和教学成果展示的教学环节设计，来培养学生掌握工业机器人编程的技能。

关键词：搬运作业编程 工业机器人 教学设计

课题：本文系2018年江西省教育厅科学技术研究项目“以太网+三菱RV- 3SD搬运工业机器人的通讯装置试验研究”（立项编号GJJ161362）、江西省机电技师学院校级课题“工业机器人技术专业建设的研究与实践”（立项编号|X|DXY-17-04）、江西省机电技师学院校级课题“基于多专业创新能力培养需求的逆向工程开发与研究”（立项编号JXJDXY-18-10）的阶段性研究成果。

基于行动导向教学理念，以笔者在企业技术改造项目的典型内容作为本教学项目，让学生在“学中做、做中学”，通过资讯、决策、计划、实施、检查、评价和教学成果展示的教学过程设计，来综合培养学生的职业能力。

一、教学目标

基于以上的教学思路，本文认为三菱RV-3SD机器人搬运作业编程项目学习要和工业机器人技术应用企业对职业岗位能力资格的实际需求，来确定学习项目的教学目标。

1.工作能力

会对工业机器人搬运、码垛作业编程;会使用工业机器人的常用典型指令;通过项目工作导向教学过程，养成良好的7S管理的清潔、清扫的职业习惯和道德。

2.方法能力

通过“编程一仿真一调试一优化调试”等实际工作过程体验，养成发挥创造性思维优化工作工序的独立解决问题的能力;能提高机器人工作效率，使其在最优状态运行;通过小组成员间互相协作学习，借助教材、学材、学习任务书制订计划并加以实施，养成手脑并用、主动探究的“做中学，学中做”的学习习惯。

3.社会能力

小组成员互相协作学习，学会交流，学会合作，增强团队意识;评价分步跟进，引导学生手脑并用、主动参与、促进思维、优化学法、提高兴趣。养成“思而行”的习惯，形成乐思、乐做、乐学的专业素养。

二、学情分析

本项目的学习对象为高技工班机电一体化技术（工业机器人应用方向）专业二年级学生，共40人。通过问卷调查和对基础薄弱的学生进行访谈，考察了学生以往学过的知识与即将学习的新知识有直接或内在联系的题目，考核了单片机、C语言、工业机器人机械结构和工业机器人自动线安装等与本项目相关基础课程的基本知识，具备了相关知识基础，学习积极性很高，有利于项目任务的顺利实施和职业能力的形成。为了使本教学项目更贴近岗位职业能力需求，符合高职学生认知水平和规律，为此把项目教学内容进行由浅入深的分解细化，确定了四个子任务及分别所要学会的知识点和技能点，通过鱼骨图的形式展现给学生，方便学生自主学习。

三、教学过程设计

基于以上分析，本项目拟采用教学方法有：理实一体化项目教学法，分小组探究式学习，任务驱动式学习。带领学生到企业现场操作，提高学生的感性认识和学习兴趣。灵活运用了讲授法、讨论法、演示教学法、头脑风暴法在教学过程中的每个环节，使学生能更高效地学习本项目知识。

教学的硬件环境为理论实践一体化教室，包括：理论教学区、生产实训区、信息查询区和工具存放区。根据所拥有的10套教学设备，将40名学生分为10组，每组4人，4人中选举一个为组长，其他3人为组员。按照“做中学、学中做”的行动导向方法积极开展教学，以学生为主体，通过教师的引导完成技能知识的学习。

在教学的进行过程中两位教师同时参与教学与组织管理，在一位教师进行授课时，另一位教师对学生进行监督评价，及时提醒与纠正较差学生的懈怠行为，以保证教学环节有效进行，从而提高学生对理论知识的接受理解能力。在进行实际操作训练时，两位教师各负责5组学生的指导工作，这样可减轻教师的工作负荷，提高指导学生实践的工作效率，增加教学实施的可行性与学生实际操作的安全性。

以下是笔者实施本项目教学过程的六个阶段。

1创设情境、明确任务（资讯）20分钟

（1）教学内容。教师为学生制定了详细的工作任务书，学生分组、技术准备、理解本项目的学习任务、小组协作进行资讯阶段，学习讨论如何编程、安全操作注意事项、讲解机器人搬运、码垛作业使用到的相关控制程序命令。

（2）教师活动。通过动画模拟机器人搬运作业的运动轨迹，在理实一体化教室，即模拟工厂里的工业机器人搬运作业出现故障，程序丢失（由此故障引出工业机器人的搬运作业进行人工编程），教师指导小组完成操作，编程相关软件和设备工具准备。向学生提问分析如何解决故障？教师发放4个任务工作书，巡回指导，穿插讲解机器人语言规格。引导学生提问：手工编程应该从何入手，思路如何建立？

（3）学生活动。完成分组，4人一组，共分10组，每组一套设备，每组选一个组长，完成记录并参与初步讨论，学生机器人命令语句知识准备，讨论查阅资料，倾听与思考问题。

2.分析任务，决策方案（30分钟）

这一环节笔者给出项目相关的资源目录及在程序编写中用到的新知识和新技术，如通过SolidWorks平台添加插件使机器人程序自动生成，再通过小组讨论，集体决策，最终确定决策方案，

（1）教学内容。制定决策方案，完成程序编写路线设计，介绍最新的编程方法和新技术（学院又暂时无法实施的新技术）

通过SolidWorks平台添加MELFA-Works软件进行机器人程序自动生成功能，建立三维仿真模型。

（2）教师活动。教师给出本阶段的资源目录及在程序编写路线中用到的新知识和新技术，强调考虑实施过程中的注意事项，安全操作规程。

（3）学生活动。每个学生制定一个程序编写路线，小组讨论，若有质疑，可向教师提问，汇总一份小组编程路线。

3.做好准备（计划）20分钟

根据以上决策方案制订详细的、可操作的执行计划。

（1）教学内容。完成控制程序流程图的编制，学生完成工作任务计划。

（2）教师活动。演示一个简单的控制程序编写和仿真的案例，要求学生完成控制程序流程图的编写，重点讲解：子程序应用。

（3）学生活动。由组长主持进行组内分工，每个组员要求完成1到2个主要工作任务，组长完善整个项目的程序流程图，完成工作任务计划。

4.实施计划（60分钟）

这一环节是要学生将制订的计划付诸实践，检验计划的准确性，培养学生在工作岗位上的现场编程能力和实际动手能力。根据各任务程序流程图，进入实施阶段，按照流程进行现场编程，仿真运行程序，解决程序运行中出现的问题。

（1）教學内容。根据各任务程序流程图，进入实施阶段，按照流程进行现场编程，仿真运行程序，解决程序运行中出现的问题。

（2）教师活动。要求学生按照程序流程完成现场编程，按流程图来编写控制程序，程序流程图，难点讲解。

（3）学生活动。实践操作，按程序流程进行现场编程，以小组为单位，共同讨论项目，完成项目。

5.检查控制（10分钟）

通过检查控制的环节，进一步加强学生对工业机器人编程调试的能力以及发现问题、解决问题的能力。

（1）教学内容。完成成果报告，小组讨论与记录，设备检查与关闭。

（2）教师活动。教师指导学生完成报告，检查程序问题，检查和关闭设备。

（3）学生活动。学生按任务要求对程序进行运行检查，完成报告，检查和关闭设备。

6.评价与总结（20分钟）

通过学生自我评价、小组互评、教师点评等环节，使学生进一步加深所学知识的理解，最终达到提高综合能力的目标。

（1）学生学习评价。先由学生自评和组内互评与小结，再由教师点评和总结;并填写自评表、互评表和书面总结，达成学习目标。

（2）教师教学评价。重视学生的参与，以学生为主体，激发了学生的学习兴趣;教师引导学生主动参与教学活动.构建和谐课堂，达到了教学目的。

三、教学成果

近年来，笔者学校工业机器人项目一体化教学设计在相关的各课程教学进行推广实施后，促进了学校人才培养质量。工业机器人技术专业学生在技能大赛上获得了国家级省级大赛奖36项，其中笔者学校在首届全国工业机器人技术应用技能大赛中包揽了职工组学生组双第一名;在全国首届电切削工职业技能竞赛总决赛获得了第一名;在2018年中国技能大赛

全国智能制造技术技能大赛省赛上包揽了职工组学生组双第一名和国赛二等奖，使得笔者学校技术技能人才培养质量显著提升。在师资队伍方面，荣获了国家级技能大师工作室1个，国务院特殊津贴专家2人，全国技术能手2人，江西省技能大师工作室2个，江西省技术能手5人，江西省首席技师4人;在专业建设方面智能制造专业群中的两个专业于2018年获批江西省高水平高等职业院校优势特色专业建设立项。

参考文献：

[1]关悦，李楠，探讨电工电子理论与实践如何实现一体化教学[J]教育现代化，2015（16）.

[2]王国锋，陈志祥，基于工作过程的《零件的数控车削加工》项目课程开发[J]职业教育研究，2011（6）.

[3]周明虎，汪木兰，封世新，项目教学法的实施与典型案例分析[J]中国现代教育装备，2010（13）.