王海燕 王守鋒

（山東交通學(xué)院 山東·濟(jì)南 250357）

0 引言

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》是面向機(jī)械設(shè)計制造及其自動化本科專業(yè)工程機(jī)械智能控制方向開設(shè)的專業(yè)選修課。課程的教學(xué)目的：通過本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們了解機(jī)器人及其應(yīng)用，掌握機(jī)器人系統(tǒng)組成、機(jī)構(gòu)設(shè)計、運動分析和控制的基本理論，了解機(jī)器人使用的技術(shù)要點，為從事機(jī)器人工程領(lǐng)域的工作奠定基礎(chǔ)；課程的教學(xué)內(nèi)容：機(jī)器人的定義、分類、主要技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用，機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用，機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)器人的控制系統(tǒng)等。

機(jī)器人技術(shù)是一個高度交叉的前沿學(xué)科，是集力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、計算機(jī)科學(xué)與工程、控制理論與控制工程、人工智能等多學(xué)科知識大成，需要同學(xué)們具有扎實的數(shù)學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)，具有豐富的空間想象能力和實踐動手能力。借助傳統(tǒng)的PPT課件+板書的教學(xué)方式，同學(xué)們只能以旁觀者的身份看、想，接受效率低，教學(xué)效果差；面對面問答的互動方式，需要同學(xué)們有更大的勇氣來面對同學(xué)、老師的評判，互動參與率低，效果較差。本文利用現(xiàn)代信息技術(shù)營造“真實的學(xué)習(xí)”環(huán)境,使同學(xué)們通過自身與環(huán)境的相互作用來得到知識、技能，增強(qiáng)同學(xué)們對于知識的感性理解；借助雨課堂等提供更多的互動模式，提高同學(xué)們參與度。

1 目前機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題

目前傳統(tǒng)教學(xué)模式下，機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中存在的問題主要有以下兩個方面：

1.1 課堂互動效果差

目前課堂教學(xué)過程中學(xué)生和老師之間的交互主要通過課堂提問的方式實現(xiàn)。雖然在教學(xué)過程中，部分教師會設(shè)置搶答、分組討論等環(huán)節(jié)，但是有些同學(xué)因為愛面子怕出錯不敢答，有些同學(xué)本著隨大流的心理不想出頭、不想答，有些同學(xué)基礎(chǔ)較差不會答、不敢答……。諸多因素的共同作用導(dǎo)致能夠主動在全班同學(xué)面前表達(dá)自己觀點的同學(xué)少之又少，同學(xué)們的參與度相對較低，互動效果較差。

1.2 教學(xué)效果不佳

目前課堂教學(xué)的主要方式為教師借助 PPT+板書灌輸式的講，學(xué)生被動的聽。對于較為復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運動分析、運動干涉檢測等理解較為困難的任務(wù)，鑒于模型加工制作成本高、耗時長，借助模型、實物講解的方案很難實現(xiàn)，只能通過老師的語言講解、圖片、視頻輔助及同學(xué)們的空間想象來完成。由于視頻資源相對較少、圖片展示的單調(diào)、片面性，同學(xué)們掌握程度較差。

2 現(xiàn)代信息技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的實現(xiàn)過程

現(xiàn)代信息技術(shù)是借助以微電子學(xué)為基礎(chǔ)的計算機(jī)技術(shù)和電信技術(shù)的結(jié)合而形成的手段，對聲音的、圖像的、文字的、數(shù)字的和各種傳感信號的信息進(jìn)行獲取、加工、處理、儲存、傳播和使用的能動技術(shù)。現(xiàn)代信息技術(shù)為解決機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中存在的問題提供了有效的解決方案和技術(shù)支持。主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

2.1 借助雨課堂改善課堂互動效果

雨課堂是學(xué)堂在線和清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的一款小插件，其將信息技術(shù)手段融入PPT和微信，開創(chuàng)了師生之間新的互動模式。在課堂的任意環(huán)節(jié)教師可以通過隨機(jī)點名查出勤，通過隨機(jī)點名請同學(xué)回答問題，實時監(jiān)測同學(xué)們的聽課效果，提高教學(xué)質(zhì)量。同學(xué)們可以通過彈幕、投稿回答教師的提問，通過彈幕、投稿表達(dá)自己的觀點，減少部分同學(xué)因為靦腆、膽小等心理因素而不參與課堂互動的尷尬。匿名發(fā)信息可以鼓勵同學(xué)們暢所欲言，表達(dá)自己真實的課堂感受，提高課堂參與率，改善課堂互動效果。

2.2 借助現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真模型，增加同學(xué)們的感性認(rèn)識

教師利用Solidworks、CATIA、Unigraphics NX等三維繪圖軟件，構(gòu)建機(jī)械臂三維模型，導(dǎo)入MSC Adams，與Matlab聯(lián)合仿真可以實現(xiàn)機(jī)器人的運動學(xué)、動力學(xué)控制（如圖1所示）。

圖1：軀干質(zhì)心相對地面坐標(biāo)系zg方向運動分析

教師利用Solidworks、CATIA、Unigraphics NX等三維繪圖軟件，構(gòu)建機(jī)械臂三維模型（如圖2所示），可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)、移動，不同角度的觀察，便于同學(xué)們理解機(jī)構(gòu)整體組成及個部件之間的相對位置關(guān)系；生成整體或者局部爆炸圖（如圖3所示），便于同學(xué)們理解各個部件之間的連接方式及傳動方式，進(jìn)而引導(dǎo)同學(xué)們探索機(jī)構(gòu)優(yōu)化方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維。

圖2：機(jī)械臂三維模型

圖3：局部爆炸圖

3 結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)給《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)帶來了便利，克服了實體模型成本高的缺點。但是，憑借單個教師或者單個課題組構(gòu)建模型庫，模型數(shù)量有限；而不同課題組之間會存在典型機(jī)構(gòu)模型重復(fù)建設(shè)的問題。如何有效的整合教師的教學(xué)資源，促進(jìn)教學(xué)資源的流通共享，是我們需要解決的關(guān)鍵問題之一。在享受現(xiàn)代信息技術(shù)帶來便利的同時，不能褻瀆知識產(chǎn)權(quán)，使之更好的服務(wù)于教學(xué)。