《工业机器人离线编程与仿真》课程信息化教学探讨

潘 懿

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

计算机技术的发展助力于系统科学研究不断深入，信息处理技术及仿真技术也得到迅速发展。现实中工业自动生产设计过程中对于产品质量、可靠性的要求不断提高，通过一定的计算机软件进行仿真已经成为不可或缺的一步，明显可以缩短产品的设计周期，减小故障率。一般在工业机器人仿真系统中，仿真主要应用于模型设计，离线系统程序设计，现场Layout布局设计，工作站节拍设计，工业机器人碰撞监控等等。

机器人离线编程与仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。《机器人离线编程与仿真》是工业机器人专业设置的一门专业必修课，是学生具备了《工业机器人技术基础》《工业机器人现场编程与调试》等基础知识后而开设的课程。该门课程强调以学定教，学生主体，理实结合的基本理念。以ABB品牌工业机器人仿真软件RobotStudio为载体，以搬运、码垛物料等程序创建为例在教学过程中引导学生使用学习通客户端，使信息化技术可以较好地把理论知识具体形象化、细致完整地呈现出操作过程，丰富了课程教学方法、引导学生自主学习，提高学习兴趣，帮助学生突破了教学环节的重点难点，从而使其更好地掌握知识。

1 课程教学信息化的流程

1.1 课程体系信息化应用

在人才培养中，为适应教育体制的改革，结合应用技术型人才培养，力争让培养的人才适应社会需要，将项目式教学方法融入课程体系设计，此项建设通过项目式教学方法，结合ABB公司开发的RobotStudio计算机仿真软件，以实际项目为驱动，开发和完善课程体系。ABB开发的RobotStudio是一个适用于机器人寿命周期各个阶段的软件产品家族。该课程体系对工业机器人的虚拟操作、建模、Smart组件的使用、轨迹离线编程、动画效果的制作、模拟工作站的构建、仿真验证以及在线操作进行了全面的讲解。该课程还不断完善丰富了网络教学资源，使课程的信息化建设更加符合网络教学规律。通过多媒体辅助教学，通过课堂多样化及多媒体互动的教学形式，完成原创性教学资源设计与制作，包括：教学视频、动画、PPT、课程简介、授课计划、教学设计、考核方案。

具体的课程实施过程由任务引入、跟学、自学及学习反馈四个阶段构成。任务引入阶段学生可利用课程资源工业机器人离线工作站真实案例视频，虚拟工作站视频等相关任务信息，熟悉信息化教学环境。跟学阶段首先提供支撑信息，如概念、原理等，引导学生知道是什么，之后完成教学载体的机器人离线工作站虚拟仿真案例，学生跟着教师行动的每一步完成训练载体任务，实现学生知道怎么做的教学目标。自学的过程中，为帮助学生理解支撑性信息，如离线轨迹生成、smart组件编辑定义等，教学过程中不仅提供动画资源，也提供必要的数字模型库文件。同时，根据学生学习需求，开发了自主学习课件。学生还可以登陆在线课程网站资源库下载相关课程资源，便于课下自主学习及知识巩固。学习反馈环节中，学生可在课程知识学习后登陆在线课程，由教师发布的课后作业与讨论习题进行自我测试，也可利用平台的讨论功能由教师进行在线答疑，帮助学生了解知识掌握情况。

1.2 基于“MOOC+SPOC”应用信息化技术强化教学方法

《工业机器人离线编程》授课地点在多媒体网络机房，共60课时。教学设计取自6个课程模块，以小智诞生记为背景，从机器人小智第一人称自述诞生的过程出发，经历了呱呱落地、匍匐爬行、蹒跚学步、茁壮成长到小试牛刀，小智一步步为我们展示了它的诞生过程。课程的内容和要求参考了教育部的专业标准及人社部的职业标准，使用了本教学团队编写的全国应用型高校工业机器人领域人才培养“十三五”规划教材来进行授课，体现了对从业人员工作站创建、编程、仿真的能力要求。教学模块设置如表1所示。

表1 教学模块设置

该课程通过学习通，利用互联网的实时、交互、多媒体远程教学的同时，在校内进行线上线下两种形式的授课，学生集中在互联网或者一体化仿真机房学习，是SPOC教学方法的一种衍生。通过“理实一体化”实训场所，教师讲解典型案例，分阶段、分步骤的演示离线仿真的操作和思路，使得学生在线下学习的同时，也可以同时在课上或者课下利用线上资源强化学习印象，获得更佳的学习效果。同时，该课程还通过“学银在线”慕课平台正式上线，向社会开放。

1.3 基于“一平三端”智慧教学系统的信息化教学过程的实现

由超星公司打造的“一平三端”是一个基于总的网络资源学习平台，连通“移动端”“教室端”“教学端”三大端口的智慧教学系统。如图1所示，《工业机器人离线编程》利用电脑端超星泛雅网络平台建设课程，并在移动端超星学习通APP同时上线。我们可利用电脑端或移动端创建班级，将学生名单按班级导入建立班课，学生下载学习通?APP?即可进入班级。通过手机APP，教师可以对学生进行全面管理，跟踪学生学习效果，并及时进行评价，也可以查阅学生学习进度，并根据学生的综合表现对学生学习情况进行评估。

图1 课程在学习通APP使用中的部分界面

课程设置有46个黄色的任务点，学生如果完成相应的学习，黄色的知识就变成绿色。由于我们的课程在教学过程中需要大量的电子资源，我们将教学内容相关的数学模型、任务存档等提前放入了教学资料中，供学生在课中和课后使用。我们利用该移动平台也可进行包括签到、投票、选人、抢答、主题讨论、评分、测验、问卷、分组任务、直播、在线课堂等在内的多种方式，进行有效的课堂管理。我们可在“教室端”通过投屏功能将手机?APP内容呈现在屏幕上。也可以用手机直接播放PPT、教案以及教学视频等，如下图2所示，是我们将教学模块五：小智小试牛刀——Robotstudio离线仿真在典型工作站构建中的应用中码垛工作站的离线仿真的软件操作利用微课视频的形式呈现出来。

图2 码垛工作站离线仿真操作微课视频界面

课中及课后教师根据本堂课讲解的内容，发布讨论的话题。话题可以通过投屏功能及时发布出来，同学们可以看到讨论的实况并进行沟通，最后由教师进行相应的总结。

1.4 考核方式信息化

基于该课程理实一体化、实践操作比重大的特点，我们对该课程的考核方式也提出了线上考核和线下考核相结合的多元化、多阶段、过程考核的方法。考核标准“强调”实践，考核内容“强调”多元，考核时间“强调”多阶段，通过贯通全学习过程的考核，教师在线下把握实践操作的考核评价，又可有机结合线上理论考核的多样化形式，力争对学生综合评价积极、全面、有效。考虑我校机器人技术专业为职业教育“1+X”证书制度实施专业，对于通过职业技能等级考试的，应做加分处理，满分为上限。考核方法：一个学习周期布置5次过程考核，以实操为主；期末通过信息化平台的理论考试，以机考理论为主。成绩计算：总评成绩=过程考核40%+期末考试×30%+平时表现×30%。考核流程中利用学习通平台，跟踪学生的学习轨迹，例如课堂出勤率、课程完成量、平台作业完成情况、在线测试成绩混合线下学生一体化实训成绩(实验报告、课程论文)，建立合理的学生学习的评价指标和体系，等学习活动结束后，根据学习评价指标，给出学生成绩。

2 课程效果

该课程基于Web的智能化网络教学，对传统课堂教学进行了模拟及拓展。其中数字化课程和课件上网供学生随时随地下载。课程通过线上超星学习通平台针对校本学生开放，同时通过“学银在线”对社会开放。截至目前，超星学习通平台及“学银在线”平台共开设三期课程。三期课程累计选课人数千余人，学员来源于10所学校，三期课程累计页面浏览量70余万次，累计互动次数万余次。

通过该课程的在线课程的建设，本课程被选定为中泰职业教育联盟2019年在线课程，目前已经筹备完成。同时，本专业学生也在各级各类相关比赛当中获得了不俗的成绩。核心团队成员屡获各类国家、省级技能大赛优秀指导教师殊荣，也多次参加教学能力大赛，微课大赛获得国家、省级奖项。在学生参赛项目中，获得“ABB杯”全国高职院校工业机器人虚拟仿真大赛国家级二等奖，全国职业院校技能大赛“工业机器人技术应用”赛项国家级、省级奖项若干。

3 结 语

教育信息化已经成为我国教育改革发展的重要理念和方向，高校老师应主动适应网络智能环境新时代大学生学习需求转变课堂教学理念，努力打造更加丰富多样的、更加激发学生学习热情的课堂资源，推动课堂教学改革、创新教育教学方法、大力提高人才培养能力。

未来《工业机器人离线编程》课程将持续加强信息化建设，将进一步完善课程内容，提升教学策略，继续推动课程信息化平台建设，增强受众人群的覆盖面，力争开展培养提供适应社会需求的职业素养高、能力强、有创新精神的高技术技能人才为目的的信息化教学。