工业机器人技术双语信息化教学探讨

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摘要：为顺应国际环境和教学信息化进程，运用信息化教学方式对“工业机器人技术”课程的双语教学改革进行了探究。从“工业机器人技术”双语教学理念推广，“工业机器人技术”信息化教学新风尚植入，双语、信息化和工业机器人技术“三位一体化”模式融合，飞秒激光玻璃焊接机器人案例4个方面进行了探讨。提出的教学研究模式符合时代特征，对国内“工业机器人技术”教学的深入改革具有重要的借鉴意义。

关键词：“工业机器人技术”；双语教学；信息化教学；三位一体化

随着全球人工智能[1-3]的兴起和工业5.0[4]的提出，简单重复或危险作业由工业机器人替代已成为推动先进制造业高端化的源动力，且其趋势日益明显，此局面造成工业机器人技术中高端人才严重匮乏，因此工业机器人人才培养模式探索逐渐成为现代高校教学改革研究的热点之一[5-6]。高校机械学院，尤其是产业学院，培养符合时代需求的中高端工业机器人国际化专业人才[7-10]势在必行。由于工业发达国家，尤其是德国、美国、日本等的工业机器人技术仍处于国际领先水平，加之现代信息化教学手段普及[11-15]，为紧跟时代步伐，本文以英语为媒介，对中英双语信息化环境下的工业机器人“三位一体化”教学模式进行了探讨和研究。

1“工业机器人技术”双语教学理念推广

“工业机器人技术”作为机械工程学科一门新型交叉课程，其关键核心技术仍被少数发达国家垄断。因此，授课过程中利用双语教学理念拓宽学生国际视野、学习国外先进技术，不仅培养了学生的英文文献查阅能力，同时拓展了学生的知识面。“工业机器人技术”双语教学理念推广的具体措施如下。以“机械工程英语”双语课程为前期基础课程，让学生适应双语课程的学习环境，并积累大量机械专业英语词汇，特别安排2周时间组织学生专门学习有关工业机器人的英语词汇。授课前为学生分配预习任务，使其大量阅读工业机器人的相关英文文献，并安排5人1组建立微信群，进行阅读后文献讨论，要求学生除了解文献内容外，还需掌握每篇论文的构架，消除后期学习时的畏难情绪。功能工业机器人包括焊接机器人、搬运机器人、装配机器人、码垛机器人和喷涂机器人这5种类型。利用英文PPT，进行中英文双语分组施教。将全班学生分为5组，每组学生先选择其中一类功能工业机器人进行学习，然后交叉学习，直至每小组均完成5类功能工业机器人学习的任务，最后集中讨论，完成总体学习任务。此分组学习法，要求每组每位成员在学习过程中完成特定任务，避免集体学习过程中部分学生产生怠惰情绪。后期锻炼学生撰写工业机器人英文综述论文的能力，对论文摘要、前沿、主体部分、结论、致谢和参考文献进行分块施教，要求每位学生独自完成1篇工业机器人英文综述论文的写作任务。为保证英文阅读的纯正性，“工业机器人技术”双语教材的选择以英文原著为主，同时提供多本中英文辅助参考书籍作为课外补充读物，让学生依据自己的基础和兴趣自由选择、交叉学习，将“工业机器人技术”双语教学理念全面渗透到学生学习过程中。

2“工业机器人技术”信息化教学新风尚植入

随着信息化时代的来临，加之智能技术的推广和互联网的普及，将高新科技融入传统教育体系，实施信息化教学逐渐成为高校课程教学的主要方式。教学过程中运用信息化技术手段使教学的所有环节数字化，大大提高了“工业机器人技术”理论和实践结合教学过程中低效和资源利用不合理现象，植入信息化教学新风尚的具体细节归纳如下：①采用PC端和手机端APP相结合的教学模式，解决了假期和疫情期间学生学习受时空局限问题。②采用基于ABBRobotStudio的图形离线编程方式，建立计算机及其工作环境的几何模型，给予学生对仿真环境的可视化冲击感。③用工业机器人运动学模拟仿真指令控制机器人实际运动过程，让学生先于实践操作提前体验了机器人实际运动过程，快速实现了人机交互。④依据学生专业英语基础和工业机器人类型，利用排课软件分组排课，每月测试学生学习情况，实时反馈优化，动态调整课表。

3双语、信息化和工业机器人技术三位一体化模式的融合

新教学模式将双语、信息化和工业机器人技术进行三位一体化融合，此模式始终贯穿于教学的每个环节，此过程对教师的专业素养和学生的学习目标提出了如下更高要求。要求配备机械工程专业英文能力较强的教师，尤其对授课教师英文口语水平提出了更高要求。要求授课教师每周准备2h进行机械工程英语听、说、读、写、译能力的强化训练。熟悉信息化教学的各类平台、软件、APP，结合线上、线下2种方式，要求教师具备各类信息化教学技术现学现用的能力，并能及时甄别有用信息，去除冗余信息，保障学生学习知识的时效性和前沿性。要求教师课前大量阅读工业机器人技术相关英文文献，结合5类功能工业机器人的案例教学，编制出基于RobotStudio软件的离线编程教案，并对每类案例做出详细的授课说明。规划出双语、信息化、工业机器人技术三位一体化融合的教学目标：培养出既符合种国国情，又达到国际化标准的工业机器人技术中高端人才；扩展学生的国际视野，让学生能够以变化的视角看待工业机器人技术全球信息化发展的趋势；提升学生跨文化专业知识水平的交际能力，让学生在未来从事工业机器人技术的工作中获得更好的优质资源。

4飞秒激光玻璃焊接机器人案例探讨

[16-19]为后续更好地推动“工业机器人技术”双语信息化教学模式发展，本课题组利用科研项目内容，促进教研相长，将工业机器人执行部件机械臂与飞秒激光技术结合，针对高重频飞秒激光玻璃焊接[16-19]机器人案例展开研究，对以下6部分进行了探讨。深入分析了玻璃和飞秒激光相互作用机理及现象，包括自由电子的运动规律、等离子的形成、能量弛豫等。阐明了激光焊接玻璃的原理和特点，超快激光焊接玻璃的发展历史、应用及高重频飞秒激光焊接玻璃的核心理论和关键技术。研究了高重频飞秒激光非线性焊接玻璃的机理。首先介绍了低重频与高重频飞秒激光加工机制的区别，比较了高、低重频飞秒激光焊接玻璃的理论基础，分析了激光参数对高、低重频2种焊接机制的影响，强调了高重频的优势及如何合理选择高重频范围。阐明了飞秒激光与玻璃作用的非线性效应机理和石英玻璃与飞秒激光内部作用机理。指出当飞秒激光辐照石英玻璃时，依据辐照能量的不同可以出现3种不同的改性结构类型。介绍了采用接触模式和聚焦位置变换及振镜使用所涉及的高重频飞秒激光焊接玻璃的工艺及应用。对光学接触和部分光学接触2种不同接触模式和上、中、下3类聚焦位置的高重频飞秒激光焊接玻璃技术进行了研究。提出了2种不同接触模式下飞秒激光焊接玻璃的6种组合焊接方法，发现通过变换聚焦位置，在成丝焊接与烧蚀效应的共同作用下形成了间断点焊或连续线焊。分析了2种接触模式下分离焊面的微观形貌和焊接区域横截面的成丝颜色和宽度及对应的内部机理。研究了粘结力与焊缝高度和重频的关系。通常静载荷对普通玻璃单层封装的影响不大，然而考虑到冲击载荷时往往其焊接强度不高，加之水平焊接过程中重力对焊接强度也会造成影响。基于上述焊接时存在的问题，提出了一种运用飞秒激光通过振镜实现双层玻璃垂直封装的方法。与传统采用物镜或透镜实现单层水平焊接的普通焊接工艺相比，新工艺不仅大大提高了焊接强度，去除了重力对粘结力的影响，使得焊接区域组织结构更加精细，同时大大节省了编程时间。首先建立实验模型、加工路线，并阐述了飞秒激光双层垂直焊接玻璃的机理，然后分析了焊接层数和扫描速度对焊缝高度的影响，最后展示了振镜加工的焊面微观结构图。提出了针对高重频飞秒激光焊接玻璃仿真和实验中出现的多丝多孔缺陷的有效抑制方法，同时指出了多孔多丝结构形成结构色的可利用之处。首先介绍了高重频飞秒激光焊接玻璃的2种存在争议的成丝模型、空气成丝与玻璃成丝的区别及成丝中的多丝多孔现象，然后阐明了多丝中多孔结构对焊接质量的不利影响和时空整形抑制方法及优势，最后指出了多丝中多孔结构形成的结构色具有一定的应用价值。因此，可根据实际应用需要，一定程度上抑制多丝多孔结构的出现。提出了一种玻璃组焊接和内部加工并行的新技术。详述了3块玻璃内部通道加工和焊接的物理模型和原理及实验所采用的加工线路，指出了飞秒激光一步实现3块玻璃的焊接机理完全不同于普通2块玻璃焊接原理。前者由于焦点没有直接辐照在玻璃界面处，在实现玻璃内部加工的同时，通过热传递实现对玻璃的焊接；后者则是在交界面处直接实现焊接。将工业机器人执行部件机械臂与超快激光技术结合，综合上述方法，实现玻璃焊接无损伤、非接触、自动化、绿色加工。

5结论

本文对“工业机器人技术”课程进行了基于中英文双语教学环境下的信息化教学改革研究，通过分析国际环境，融入高新科技教学方式，进行案例探讨，为“工业机器人技术”课程教学赋予了时代特征，为深入教学改革和进一步探索奠定了基础。

作者：谭华 付小全 张玉勋 刘延星 单位：东莞理工学院