基于思维导图的“工业机器人编程技术”绪论课堂教学设计

袁越阳, 贺 霞, 向海平, 张 院, 丁小龙

（湖南城市学院，湖南 益阳 413099）

0 引言

目前，智能制造（Intelligent Manufacturing, IM）作为现代自动化生产的发展方向，受到了政府部门、企业界的广泛关注[1-3]。而工业机器人编程技术作为一门应用性很强的科学技术，是工、农、服务业采用机器人进行生产和服务的必备知识之一。在广大高等院校的制造类相关的专业中，“工业机器人编程技术”已被定为一门重要的必修课程，并要求学生能掌握和运用所学内容进行编写机器人程序，控制机器人为人们的生产和生活服务。

绪论作为一门课程的开头，是整个课程教学内容的起点和出发点，是对该门课程内容的高度浓缩和概括。教师把握好课程绪论部分的讲授对于提高课程整体教学质量和水平具有十分重要的引领作用[4-5]。本文以湖南城市学院机械机电工程学院的“工业机器人编程技术”课程教学为例，设计其绪论部分的课堂教学内容，进行绪论部分的课堂教学实验，引导学生学好“工业机器人编程技术”这门课程。

1 教学内容设计

如图1所示，教师可运用思维导图，描述“工业机器人编程技术”绪论部分的课堂教学内容，包括指出课堂教学与学习目的、重点和难点，阐述学习该门课程是时代和发展的需求，以及介绍课程的学习基础及学习方法等。

图1 教学内容思维导图

首先，教师简明扼要，高度概括，用一句话明确学习“工业机器人编程技术”的主要目的即能够编写工业机器人的应用程序，并要求学生把握学习的重点即如何实现离线编程和在线编程。教师还要提示学生了解学习的难点，即结合运用CAD设计，实现应用图形化和机器人指令编写程序。

然后，教师要从现状和发展的角度来分析工业机器人技术的应用，即从工业、农业和服务业这三大支柱产业对机器人的需求及应用来阐述学习“工业机器人编程技术”的必要性；强调工业机器人自20世纪50年代出现以来，发展迅速应用广泛；分析我国在工业机器人技术方面与欧美发达国家之间所存在的劣势和优势。

最后，教师以课堂授课和自学的形式，基于硬件和软件的基础，结合一定的实践操作，针对“构建基本工作站”“编制工业机器人运动程序”“创建机械装置”“创建带外轴机器人系统”和“创建搬运码垛工作站”5个具体的项目来开展教学活动。在硬件方面，教师要求学生具备CAD设计、电液控制、电气控制和电子电路等方面的基础知识。在软件方面，教师要求学生掌握运用可编程控制器（PLC）和机器人控制语言RAPID语言进行程序编辑。另外，教师还要求学生课堂学习之余，通过自我学习来扩展相关知识，动手编写应用程序并将程序编译导入到机器人本体进行调试和运行。

2 教学过程与检验

“工业机器人编程技术”是湖南城市学院机械制造及自动化专业学生在校必修的重要课程之一。因此，选取湖南城市学院机械制造及其自动化专业大学四年级4个班级（甲班、乙班、丙班、丁班）共104名学生作为教学对象，分别进行教学实验。时间安排在第4学年的第1个学期进行。“工业机器人编程技术”绪论部分的教学内容授课时长为90分钟：首先，教师用30分钟分析课程的学习目的、重点和难点；然后，用30分钟时间讲述分析当前工业机器人应用现状及时代发展的需求；接下来，用25分钟时间介绍学习“工业机器人编程技术”的学习基础与学习方式；最后，用5分钟时间完成教学反馈与调查。

为了解学生对本次课堂教学方式及效果的反应，如表1所示，笔者设计了3个问题：1）你对本次课的授课形式满意吗？2）你对本次课堂教学的效果评价如何？3）你对本次课堂教学中老师的表现如何评价？

表1 问卷调查问题

学生的反馈如表2和图2所示。对于问题1，感到非常满意的学生人数（所占百分比）分别是：甲 班 为18（64.29%）、乙 班 为17（70.83%）、丙班为16（64.0%）和丁班为17（62.96%）；感到满意的学生人数（所占百分比）分别是：甲班为10（35.71%）、乙 班 为6（25%）、丙 班 为9（36.0%）和丁班为9（33.33%）。对于问题2，评价非常好的学生人数（所占百分比）分别是：甲班为15（53.57%）、乙班为14（58.33%）、丙班为14（56%）和丁班为16（59.26%）；评价很好的学生人数（所占百分比）分别是：甲班为9（32.14%）、乙班为8（33.33%）、丙班为8（32%）和丁班为8（29.63%）。对于问题3，给老师评价为满分100分的学生人数（所占百分比）分别是：甲班为21（75%）、乙班为15（62.5%）、丙班为17（68%）和丁班为18（66.67%）；给老师评价为80分的学生人数（所占百分比）分别是：甲班为7（25%）、乙班为8（33.33%）、丙班为8（32%）和丁班为9（33.33%）。而在所有回答问题的学生中，仅有乙班一位学生针对全部3个问题的选项分别为不满意（D）、不好（D）和不及格（D）。

表2 问卷调查结果统计表

图2 问卷调查结果统计图

3 分析与讨论

工业机器人编程技术是一门相对单片机、PLC等技术而言较新的编程技术，但是它的基础技术又是源自单片机、PLC等在自动化控制方面的应用[6-7]。本文所设计课堂教学内容是作为“工业机器人编程技术”的第一堂课，对该技术进行了系统概括和介绍。通常而言，学生最为关注的不是为什么学，而是怎么学好。因为“为什么学”是由学校根据教学需求等制定和安排的课程，自然有其必要学习的道理。之所以再次悉数描述一番，主要是进一步强调该门课程的重要性和必要性，提高学生的认知程度，提升学生的社会责任感。

从学生对表1中问题1、问题2和问题3的调查情况来看，本次课堂的教学形式受到了学生的欢迎，得到了学生的普遍认可。在4个班级中，学生对课堂教学感到非常满意的比例最小也达到了62.96%。问题2与问题3只是从不同角度来反复提出与问题1相一致的问题，以便于验证问题1的真实性和可靠性，防止学生随便填写。从学生的反馈情况来看，各班级学生反馈结果没有明显差异（P＞0.2），这也验证了学生对问题反馈的真实性和可靠性。如式(1)和式(2)所示，对表1中的3个问题的调查结果进行综合分析与计算，以回答选项A和选项B表示学生对本次课程教学的整体评价为满意，则满意百分比高达95.19%。以回答选项A表示学生对本次课程教学的整体评价为非常满意，则非常满意百分比高达63.46%。

“授人以鱼不如授人以渔”，引导学生怎么学好“工业机器人编程技术”，是本堂绪论课程的重要内容和主要目标。对调查情况的统计，表明本次绪论课堂教学取得了良好的效果，得到了学生的认可。

4 结语

本文采用思维导图的形式，为“工业机器人编程技术”设计了一堂绪论课堂教学内容，逐层深入地引导学生系统了解“工业机器人编程技术”的学习内容以及如何学习该门课程。课后的问卷调查表明该课堂内容及形式收到了良好的效果，学生的满意百分比达到95%以上。本次绪论课程内容的设计为今后教学的开展打下了良好的基础。