淺析《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)改革

陳漢微

【摘? 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，我國對(duì)于技術(shù)型人才的需求日益高漲。因此，為滿足社會(huì)發(fā)展需要，大多理工類學(xué)校機(jī)電專業(yè)都開設(shè)了《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程。但是，該課程不僅理論知識(shí)繁多、復(fù)雜，而且學(xué)科綜合性也十分強(qiáng)，導(dǎo)致在實(shí)際教學(xué)中也出現(xiàn)了一些問題。本文將基于《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程的特點(diǎn)，有針對(duì)性地提出了一系列的教學(xué)改革措施，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其自主創(chuàng)新能力，為相關(guān)教學(xué)者提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人;課程教學(xué);改革

一、引言

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程的實(shí)踐性比較強(qiáng)，知識(shí)覆蓋面也比較廣，涵蓋了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電路技術(shù)、自動(dòng)控制原理、線性代數(shù)等多方面的內(nèi)容，而且知識(shí)點(diǎn)比較復(fù)雜、抽象，這使得教育工作者在進(jìn)行《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)時(shí)遇到許多困難。因此，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不被抽象難的理論所困，如何對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行改革，是每位任課教師需要思考的問題。

二、《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)中存在的問題

（一）涉及內(nèi)容廣泛且零散

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程包括：機(jī)器人的機(jī)械本體、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、動(dòng)力學(xué)方程、各種傳感器的應(yīng)用，以及對(duì)所有內(nèi)容的綜合控制方法等。這些內(nèi)容實(shí)質(zhì)上是屬于不同的課程的，這就要求了學(xué)生要掌握《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》的內(nèi)容，就必須先有一定的基礎(chǔ)，或者需要另外花時(shí)間去復(fù)習(xí)。而且，這些知識(shí)點(diǎn)也比較零散，這使得在教學(xué)過程中，學(xué)生容易感到混亂，未能形成整體的認(rèn)識(shí)。

（二）概念抽象且公式復(fù)雜

對(duì)于《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)，離不開D—H空間坐標(biāo)系的建立以及空間坐標(biāo)的變換。但就算有機(jī)器人的圖片等信息，也只能讓學(xué)生看到實(shí)體的部分，很難直觀地展現(xiàn)虛擬抽象的坐標(biāo)系、工作空間、關(guān)節(jié)空間等概念。還有類似于動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)、微分運(yùn)動(dòng)的分 析、雅可比矩陣的分析等都是該課程的重點(diǎn)，但是由于復(fù)雜、枯燥的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使得很多學(xué)生都無法理解，失去學(xué)習(xí)的興趣，制約到教學(xué)的開展。

（三）缺乏適合教材且條件缺乏

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生要具有一定的理論素養(yǎng)，才能滿足科技創(chuàng)新 的需要，同時(shí)也要求學(xué)生掌握本專業(yè)相關(guān)技術(shù)，擁有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。但是，目前工業(yè)機(jī)器人的教材有的偏重理論講解，有的教材流于產(chǎn)品說明或用戶指南，難以適應(yīng)學(xué)生的特點(diǎn)與教學(xué)需求。另外，由于機(jī)器人目前造價(jià)比較貴，受資金以及場地等的限制，大多學(xué)校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備還不夠完善，使得該課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)難以展開。如果沒有實(shí)際的操作機(jī)會(huì)，單靠上機(jī)模擬，難以獲得預(yù)期的效果，也很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

三、《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)改革措施

（一）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)連貫課程主線

學(xué)科教師要在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，輸出更多有意義的教學(xué)內(nèi)容。那么，這就需要教師對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行精選，保證學(xué)生在限定的學(xué)時(shí)內(nèi)，最大化地掌握理論知識(shí)。同時(shí)，教師也應(yīng)根據(jù)重構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，教師應(yīng)根據(jù)機(jī)械技術(shù)訓(xùn)練內(nèi)容，向?qū)W生下發(fā)具體的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，并結(jié)合聯(lián)系內(nèi)容傳講相關(guān)的理論知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生的機(jī)械分析、設(shè)計(jì)和構(gòu)建能力。另外，由于該課程的內(nèi)容比較零散，為讓學(xué)生有整體的認(rèn)識(shí)，可先從機(jī)械專業(yè)學(xué)生比較熟悉的機(jī)械結(jié)構(gòu)入手，通過講解機(jī)器人的機(jī)械、傳感、控制部分的關(guān)系，來進(jìn)入控制系統(tǒng)和環(huán)境感知技術(shù)的學(xué)習(xí)，再以典型的機(jī)器人為主線，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、軌跡規(guī)劃等進(jìn)行講解，讓學(xué)生有一個(gè)較為明確的框架，再逐一地去分析，使整個(gè)教學(xué)連貫起來。

（二）優(yōu)化教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性

為有效激發(fā)學(xué)生的自主思考能力，在進(jìn)行 《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)時(shí)，必須要注重課堂的互動(dòng)性。特別該課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，在每次涉及到新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，要避免一味的填鴨式教學(xué)，要提出問題引起學(xué)生的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課后的復(fù)習(xí)和相關(guān)資料的搜集，讓學(xué)生自主地思考問題、尋找答案。教師可通過現(xiàn)場演講的方式，與其他同學(xué)進(jìn)行交流探討，也可以采用大作業(yè)的形式，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)一套完整的機(jī)器人系統(tǒng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。在過去的《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)中，教師都是占據(jù)著課堂的主體地位，這使得學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài)，其主觀能動(dòng)性難以被激發(fā)，在一定程度上影響了課程教學(xué)的效果。為此，任科教師要進(jìn)一步優(yōu)化的教學(xué)模式，凸顯學(xué)生的課堂主體地位，發(fā)揮學(xué)生的積極能動(dòng)性。比如，在教學(xué)中引入任務(wù)教學(xué)法，讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求來完成相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，整個(gè)過程中，教師只起到指導(dǎo)作用。這樣學(xué)生在任務(wù)完成的過程中，讓學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)有更全面的系統(tǒng)了解。

（三）因材施教，創(chuàng)新教學(xué)手段

在《工業(yè)機(jī)器人》課程教學(xué)中，教師可以因材施教，對(duì)于深澀難懂的公式推導(dǎo)部分，進(jìn)行概括性的介紹，而對(duì)于概念抽象的部分，同時(shí)條件允許的情況下，還可以利用實(shí)物進(jìn)行教學(xué)。其次，還要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)手段，首先學(xué)校要根據(jù)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程的教學(xué)要求，配置好相應(yīng)的教學(xué)實(shí)物，為學(xué)生營造良好的教學(xué)環(huán)境。同時(shí)，教師應(yīng)積極應(yīng)用虛擬技術(shù)，構(gòu)建課程教學(xué)所必備的數(shù)據(jù)庫，可通過虛擬樣機(jī)仿真軟件、多媒體課件等方式進(jìn)行多角度的剖析，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能夠利用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，還能有效觀察到所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)形式，以及各個(gè)零部件的運(yùn)作狀態(tài)，加深學(xué)生對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的直觀感受，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，獲得更為理想的教學(xué)效果。

（四）注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)實(shí)用型人才

《工業(yè)機(jī)器人》 課程的實(shí)踐性比較強(qiáng)，因此在教學(xué)過程中，要堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?dòng)手操作能力、觀察分析能力、自主創(chuàng)新能力，從而更好地適應(yīng)社會(huì)的需求。

首先，在理論的學(xué)習(xí)上，就算學(xué)生記住了一些計(jì)算公式，但在實(shí)際應(yīng)用中如果不會(huì)操作是沒有意義的。因此，在課后要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)。在學(xué)生完成了一定量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)并具有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)后，應(yīng)該適當(dāng)?shù)丶尤朐O(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己完成實(shí)驗(yàn)的總體設(shè)計(jì)、實(shí)施等，使得學(xué)生能夠充分體驗(yàn)到學(xué)有所用，提高學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)水平以及實(shí)際動(dòng)手能力。

同時(shí)，充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，建立一個(gè)專門實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行開放式管理，學(xué)生可根據(jù)自身得需求申請(qǐng)到實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。而且，對(duì)于自行進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)的同學(xué)，若設(shè)計(jì)方案可行的，應(yīng)給予一定的資金支持，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新。另外，還要積極拓展校外實(shí)訓(xùn)基地，建立產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的校外實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)基地，形成教學(xué)、科研、生產(chǎn)、培訓(xùn)一體化的綜合性教育培訓(xùn)基地，讓學(xué)生可以直接參加到實(shí)際工作中，提高解決實(shí)際問題的能力。

最后，教師可以采用理論實(shí)踐相結(jié)合的課程考核方法，在對(duì)學(xué)生考核時(shí)，注重理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，增加實(shí)踐考核的比重，從而更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，進(jìn)一步提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析問題、解決問題的能力。

四、結(jié)束語

現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，使得勞動(dòng)力市場對(duì)技術(shù)型人才的需求不斷旺盛，此時(shí)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程顯得十分重要。但是由于該課程所涉及的內(nèi)容十分廣泛且復(fù)雜，因此必須對(duì)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程進(jìn)行教學(xué)改革，重組教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)手段，注重學(xué)生實(shí)踐能力等，從而提升課程的教學(xué)效果。

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[3] 于楚泓.《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)改革探索[J].科技風(fēng)，2017（8）：54—54.

（作者單位：臺(tái)山市培英職業(yè)技術(shù)學(xué)校）