工業機器人技術雙語信息化教學探討

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摘要：為順應國際環境和教學信息化進程，運用信息化教學方式對“工業機器人技術”課程的雙語教學改革進行了探究。從“工業機器人技術”雙語教學理念推廣，“工業機器人技術”信息化教學新風尚植入，雙語、信息化和工業機器人技術“三位一體化”模式融合，飛秒激光玻璃焊接機器人案例4個方面進行了探討。提出的教學研究模式符合時代特征，對國內“工業機器人技術”教學的深入改革具有重要的借鑒意義。

關鍵詞：“工業機器人技術”；雙語教學；信息化教學；三位一體化

隨著全球人工智能[1-3]的興起和工業5.0[4]的提出，簡單重復或危險作業由工業機器人替代已成為推動先進制造業高端化的源動力，且其趨勢日益明顯，此局面造成工業機器人技術中高端人才嚴重匱乏，因此工業機器人人才培養模式探索逐漸成為現代高校教學改革研究的熱點之一[5-6]。高校機械學院，尤其是產業學院，培養符合時代需求的中高端工業機器人國際化專業人才[7-10]勢在必行。由于工業發達國家，尤其是德國、美國、日本等的工業機器人技術仍處于國際領先水平，加之現代信息化教學手段普及[11-15]，為緊跟時代步伐，本文以英語為媒介，對中英雙語信息化環境下的工業機器人“三位一體化”教學模式進行了探討和研究。

1“工業機器人技術”雙語教學理念推廣

“工業機器人技術”作為機械工程學科一門新型交叉課程，其關鍵核心技術仍被少數發達國家壟斷。因此，授課過程中利用雙語教學理念拓寬學生國際視野、學習國外先進技術，不僅培養了學生的英文文獻查閱能力，同時拓展了學生的知識面。“工業機器人技術”雙語教學理念推廣的具體措施如下。以“機械工程英語”雙語課程為前期基礎課程，讓學生適應雙語課程的學習環境，并積累大量機械專業英語詞匯，特別安排2周時間組織學生專門學習有關工業機器人的英語詞匯。授課前為學生分配預習任務，使其大量閱讀工業機器人的相關英文文獻，并安排5人1組建立微信群，進行閱讀后文獻討論，要求學生除了解文獻內容外，還需掌握每篇論文的構架，消除后期學習時的畏難情緒。功能工業機器人包括焊接機器人、搬運機器人、裝配機器人、碼垛機器人和噴涂機器人這5種類型。利用英文PPT，進行中英文雙語分組施教。將全班學生分為5組，每組學生先選擇其中一類功能工業機器人進行學習，然后交叉學習，直至每小組均完成5類功能工業機器人學習的任務，最后集中討論，完成總體學習任務。此分組學習法，要求每組每位成員在學習過程中完成特定任務，避免集體學習過程中部分學生產生怠惰情緒。后期鍛煉學生撰寫工業機器人英文綜述論文的能力，對論文摘要、前沿、主體部分、結論、致謝和參考文獻進行分塊施教，要求每位學生獨自完成1篇工業機器人英文綜述論文的寫作任務。為保證英文閱讀的純正性，“工業機器人技術”雙語教材的選擇以英文原著為主，同時提供多本中英文輔助參考書籍作為課外補充讀物，讓學生依據自己的基礎和興趣自由選擇、交叉學習，將“工業機器人技術”雙語教學理念全面滲透到學生學習過程中。

2“工業機器人技術”信息化教學新風尚植入

隨著信息化時代的來臨，加之智能技術的推廣和互聯網的普及，將高新科技融入傳統教育體系，實施信息化教學逐漸成為高校課程教學的主要方式。教學過程中運用信息化技術手段使教學的所有環節數字化，大大提高了“工業機器人技術”理論和實踐結合教學過程中低效和資源利用不合理現象，植入信息化教學新風尚的具體細節歸納如下：①采用PC端和手機端APP相結合的教學模式，解決了假期和疫情期間學生學習受時空局限問題。②采用基于ABBRobotStudio的圖形離線編程方式，建立計算機及其工作環境的幾何模型，給予學生對仿真環境的可視化沖擊感。③用工業機器人運動學模擬仿真指令控制機器人實際運動過程，讓學生先于實踐操作提前體驗了機器人實際運動過程，快速實現了人機交互。④依據學生專業英語基礎和工業機器人類型，利用排課軟件分組排課，每月測試學生學習情況，實時反饋優化，動態調整課表。

3雙語、信息化和工業機器人技術三位一體化模式的融合

新教學模式將雙語、信息化和工業機器人技術進行三位一體化融合，此模式始終貫穿于教學的每個環節，此過程對教師的專業素養和學生的學習目標提出了如下更高要求。要求配備機械工程專業英文能力較強的教師，尤其對授課教師英文口語水平提出了更高要求。要求授課教師每周準備2h進行機械工程英語聽、說、讀、寫、譯能力的強化訓練。熟悉信息化教學的各類平臺、軟件、APP，結合線上、線下2種方式，要求教師具備各類信息化教學技術現學現用的能力，并能及時甄別有用信息，去除冗余信息，保障學生學習知識的時效性和前沿性。要求教師課前大量閱讀工業機器人技術相關英文文獻，結合5類功能工業機器人的案例教學，編制出基于RobotStudio軟件的離線編程教案，并對每類案例做出詳細的授課說明。規劃出雙語、信息化、工業機器人技術三位一體化融合的教學目標：培養出既符合種國國情，又達到國際化標準的工業機器人技術中高端人才；擴展學生的國際視野，讓學生能夠以變化的視角看待工業機器人技術全球信息化發展的趨勢；提升學生跨文化專業知識水平的交際能力，讓學生在未來從事工業機器人技術的工作中獲得更好的優質資源。

4飛秒激光玻璃焊接機器人案例探討

[16-19]為后續更好地推動“工業機器人技術”雙語信息化教學模式發展，本課題組利用科研項目內容，促進教研相長，將工業機器人執行部件機械臂與飛秒激光技術結合，針對高重頻飛秒激光玻璃焊接[16-19]機器人案例展開研究，對以下6部分進行了探討。深入分析了玻璃和飛秒激光相互作用機理及現象，包括自由電子的運動規律、等離子的形成、能量弛豫等。闡明了激光焊接玻璃的原理和特點，超快激光焊接玻璃的發展歷史、應用及高重頻飛秒激光焊接玻璃的核心理論和關鍵技術。研究了高重頻飛秒激光非線性焊接玻璃的機理。首先介紹了低重頻與高重頻飛秒激光加工機制的區別，比較了高、低重頻飛秒激光焊接玻璃的理論基礎，分析了激光參數對高、低重頻2種焊接機制的影響，強調了高重頻的優勢及如何合理選擇高重頻范圍。闡明了飛秒激光與玻璃作用的非線性效應機理和石英玻璃與飛秒激光內部作用機理。指出當飛秒激光輻照石英玻璃時，依據輻照能量的不同可以出現3種不同的改性結構類型。介紹了采用接觸模式和聚焦位置變換及振鏡使用所涉及的高重頻飛秒激光焊接玻璃的工藝及應用。對光學接觸和部分光學接觸2種不同接觸模式和上、中、下3類聚焦位置的高重頻飛秒激光焊接玻璃技術進行了研究。提出了2種不同接觸模式下飛秒激光焊接玻璃的6種組合焊接方法，發現通過變換聚焦位置，在成絲焊接與燒蝕效應的共同作用下形成了間斷點焊或連續線焊。分析了2種接觸模式下分離焊面的微觀形貌和焊接區域橫截面的成絲顏色和寬度及對應的內部機理。研究了粘結力與焊縫高度和重頻的關系。通常靜載荷對普通玻璃單層封裝的影響不大，然而考慮到沖擊載荷時往往其焊接強度不高，加之水平焊接過程中重力對焊接強度也會造成影響。基于上述焊接時存在的問題，提出了一種運用飛秒激光通過振鏡實現雙層玻璃垂直封裝的方法。與傳統采用物鏡或透鏡實現單層水平焊接的普通焊接工藝相比，新工藝不僅大大提高了焊接強度，去除了重力對粘結力的影響，使得焊接區域組織結構更加精細，同時大大節省了編程時間。首先建立實驗模型、加工路線，并闡述了飛秒激光雙層垂直焊接玻璃的機理，然后分析了焊接層數和掃描速度對焊縫高度的影響，最后展示了振鏡加工的焊面微觀結構圖。提出了針對高重頻飛秒激光焊接玻璃仿真和實驗中出現的多絲多孔缺陷的有效抑制方法，同時指出了多孔多絲結構形成結構色的可利用之處。首先介紹了高重頻飛秒激光焊接玻璃的2種存在爭議的成絲模型、空氣成絲與玻璃成絲的區別及成絲中的多絲多孔現象，然后闡明了多絲中多孔結構對焊接質量的不利影響和時空整形抑制方法及優勢，最后指出了多絲中多孔結構形成的結構色具有一定的應用價值。因此，可根據實際應用需要，一定程度上抑制多絲多孔結構的出現。提出了一種玻璃組焊接和內部加工并行的新技術。詳述了3塊玻璃內部通道加工和焊接的物理模型和原理及實驗所采用的加工線路，指出了飛秒激光一步實現3塊玻璃的焊接機理完全不同于普通2塊玻璃焊接原理。前者由于焦點沒有直接輻照在玻璃界面處，在實現玻璃內部加工的同時，通過熱傳遞實現對玻璃的焊接；后者則是在交界面處直接實現焊接。將工業機器人執行部件機械臂與超快激光技術結合，綜合上述方法，實現玻璃焊接無損傷、非接觸、自動化、綠色加工。

5結論

本文對“工業機器人技術”課程進行了基于中英文雙語教學環境下的信息化教學改革研究，通過分析國際環境，融入高新科技教學方式，進行案例探討，為“工業機器人技術”課程教學賦予了時代特征，為深入教學改革和進一步探索奠定了基礎。

作者：譚華 付小全 張玉勛 劉延星 單位：東莞理工學院