機器人焊接 8 項目四任務4.2教學設計

項目四任務4.2教學設計課題點動機器人沿板-板T形接頭角焊縫運動備課人授課日期（一）教學理念依據(jù)職業(yè)院校學生特點，“以學生為中心，融合多元資源，強化實踐與素養(yǎng)培育”的理念貫穿始終，借助微視頻、虛擬仿真等數(shù)字資源開展教學。利用微視頻的直觀性和可重復性，契合學生學習習慣，實現(xiàn)精準教學；借助虛擬仿真讓學生在安全環(huán)境下實踐操作，提升技能水平，幫助學生掌握焊接機器人系統(tǒng)知識與技能；同時，以燈塔傳承的形式培養(yǎng)學生職業(yè)素養(yǎng)，幫助學生掌握專業(yè)知識技能，為未來工作筑牢基礎。（二）教學分析教材分析《機器人焊接》（機械工業(yè)出版社）作為教學教材，圍繞焊接機器人，涵蓋基礎理論、操作編程、工藝應用等內(nèi)容，以項目任務驅動教學，注重培養(yǎng)學生實踐能力。本次課聚焦教材中T形接頭角焊縫相關內(nèi)容。教材對焊接機器人基礎有闡述，但在T形接頭角焊縫實際應用、機器人操作細節(jié)等方面不夠深入，需補充拓展以助學生深入理解。學情分析學生已具備焊接機器人基礎理論知識，如焊接基本概念、機器人運動基礎等，對T形接頭有一定認知。但操作技能水平不一，部分學生在復雜T形接頭焊接任務中存在困難，對機器人焊接系統(tǒng)的整體理解不夠深入，缺乏將理論應用于實際操作和解決復雜問題的能力，在面對焊接質量問題和路徑優(yōu)化時，往往缺乏有效解決思路。教學目標分析知識目標學生能深入理解T形接頭角焊縫的特點和常見坡口形式；熟練掌握FANUC機器人示教時常用的坐標系及其特點；熟悉焊接機器人系統(tǒng)的運動軸分類以及工件坐標系的定義和作用；了解焊接機器人本體軸在工具坐標系中的運動特點以及點動焊接機器人的操控方式。技能目標能夠根據(jù)給定的T形接頭焊接任務，合理規(guī)劃機器人焊槍的姿態(tài)，包括確定進角、工作角以及焊槍指向位置等參數(shù)；熟練掌握機器人焊接路徑的示教操作，包括點動機器人至各個關鍵位置點，并正確記錄目標點位姿；培養(yǎng)學生分析和解決實際焊接生產(chǎn)中機器人編程問題的能力，以及對焊接機器人運動軌跡和姿態(tài)進行規(guī)劃和調整的能力。素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生嚴謹認真的工作態(tài)度，在操作過程中嚴格遵守規(guī)范；增強團隊協(xié)作意識，在小組活動中共同完成任務；激發(fā)學生對焊接機器人技術的創(chuàng)新探索精神，鼓勵提出新想法和解決方案；通過實際案例分析，培養(yǎng)學生的職業(yè)道德和質量意識，使其理解高質量焊接在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性。（三）教學內(nèi)容分析教學內(nèi)容深入剖析T形接頭角焊縫的特點和常見坡口形式；詳細講解FANUC機器人示教時各坐標系的應用場景和操作方法；闡釋焊接機器人系統(tǒng)的運動軸分類及工件坐標系的創(chuàng)建和使用；通過實際操作和虛擬仿真，讓學生親身體驗焊接機器人的操作流程，掌握基本操作技能。教學重難點教學重點T形接頭角焊縫的特點、坡口形式以及機器人焊槍姿態(tài)規(guī)劃方法；FANUC機器人示教時各坐標系的應用場景和操作方法；焊接機器人系統(tǒng)的運動軸分類以及工件坐標系的創(chuàng)建和使用；點動焊接機器人的兩種管控方式及其在焊接路徑示教中的應用。教學難點根據(jù)不同的T形接頭尺寸和焊接要求，準確規(guī)劃機器人焊槍的姿態(tài)和運動軌跡；理解焊接機器人本體軸在工具坐標系中的運動特點，并能夠靈活運用到實際焊接任務中；在焊接路徑示教過程中，確保機器人各關鍵位置點的位姿準確無誤，并實現(xiàn)平滑的運動過渡。重難點解策利用微視頻展示焊接機器人操作過程，詳細講解各步驟要點，結合實際操作讓學生直觀感受。借助虛擬仿真軟件，設置常見焊接場景，讓學生在虛擬環(huán)境中進行操作練習，積累實踐經(jīng)驗。組織小組討論，引導學生分享學習心得和解決問題的思路，共同攻克重難點。思政融入在教學過程中，引入焊接領域大國工匠的事跡，如孫紅梅的事跡，她愛崗敬業(yè)、技藝精湛、精益求精，弘揚工匠精神，培養(yǎng)學生敬業(yè)精神和責任感；強調焊接質量對產(chǎn)品安全和企業(yè)發(fā)展的重要性，樹立學生的質量意識；鼓勵學生在實踐中勇于創(chuàng)新，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，為行業(yè)發(fā)展貢獻力量。（四）教學方法與資源教學方法講授法：系統(tǒng)講解T形接頭角焊縫和焊接機器人相關知識，構建學生理論框架。通過PPT展示、板書推導等方式，講解系統(tǒng)組成、工作原理等內(nèi)容。演示法：教師現(xiàn)場演示焊接機器人操作流程和調試方法，學生觀察學習。如演示機器人編程、啟動、停止等操作，讓學生直觀感受正確操作方式。微視頻教學法：制作和運用微視頻，展示焊接機器人復雜結構、工作過程和操作技巧。學生可按需觀看，加深對知識點的理解。實踐操作法：安排學生在真實設備上操作焊接機器人，教師現(xiàn)場指導，及時糾正錯誤，提高學生實踐能力。虛擬仿真教學法：利用虛擬仿真軟件，讓學生在虛擬環(huán)境中進行焊接機器人操作練習、工藝參數(shù)調試和故障排查，降低實踐成本和風險。教學資源數(shù)字化教材：/details?courseId=&productId=26527&productType=20微視頻：機器人平角焊任務編程、機器人平角焊路徑規(guī)劃、T形接頭機器人平角焊示教準備。線上虛擬仿真：\o"/Login?code=zjnuedu"/Login?code=zjnuedu/details/page?id=5670&isView=true多媒體課件：/index.htm線下虛擬仿真資源：離線編程文件包，解決生均實訓設備不足問題。線下實訓裝備：弧焊機器人工作站，滿足學生線下實操需求。（五）教學過程教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教師活動學生活動設計意圖課前導學發(fā)布《點動機器人沿板-板T形接頭角焊縫運動》，明確學習目標：在任務4.1所設置的工具坐標系和默認的工件坐標系中點動FANUC焊接機器人，模仿T形接頭角焊縫線狀焊道運動軌跡示教時的機器人TCP位姿調整；深化對焊接機器人系統(tǒng)運動軸及其在關節(jié)、工件、工具等常見機器人點動坐標系中的運動特點的理解；熟悉點動機器人的必要條件。明確要求學生觀看資源并思考問題：當點動機器人沿板-板對接接頭平焊運動時，機器人焊槍姿態(tài)如何規(guī)劃？通過教學平臺查看學生的預習進度和問題反饋，了解學生的知識基礎和困惑點，為課堂教學做準備。在教學平臺（如超星學習通、雨課堂等）上傳微視頻資源，設置預習任務，明確要求學生觀看資源并思考問題。通過教學平臺查看學生的預習進度和問題反饋，了解學生的知識基礎和困惑點，為課堂教學做準備。登錄教學平臺，觀看微視頻，初步了解焊點動機器人沿板-板T形接頭角焊縫運動相關知識。思考教師提出的問題，結合預習內(nèi)容，在平臺討論區(qū)分享自己的觀點和疑惑，與同學交流討論。記錄預習過程中的疑問，以便在課堂上向教師請教。利用微視頻的趣味性和直觀性，激發(fā)學生學習興趣，引導學生自主預習，構建初步的知識框架。通過設置問題，培養(yǎng)學生自主思考和發(fā)現(xiàn)問題的能力，為課堂教學的深入開展奠定基礎。課堂講授深入剖析T形接頭角焊縫的特點，詳細講解T形接頭平角焊焊槍姿態(tài)規(guī)劃知識點。微視頻輔助教學：播放機器人平角焊任務編程微視頻名稱“機器人平角焊任務編程”，網(wǎng)址：/details?courseId=&productId=26527&productType=20、機器人平角焊路徑規(guī)劃微視頻名稱“機器人平角焊路徑規(guī)劃”，網(wǎng)址：微視頻名稱“機器人平角焊任務編程”，網(wǎng)址：/details?courseId=&productId=26527&productType=20微視頻名稱“機器人平角焊路徑規(guī)劃”，網(wǎng)址：/details?courseId=&productId=26527&productType=20微視頻名稱“T形接頭機器人平角焊示教準備”，網(wǎng)址：/details?courseId=&productId=26527&productType=20深入講解T形接頭角焊縫的特點和常見坡口形式，結合實際案例說明不同坡口形式的應用場景。詳細講解FANUC機器人示教時各坐標系的特點和應用場景，通過PPT圖表和板書推導，幫助學生理解坐標系的轉換和應用。播放微視頻，展示焊接機器人在T形接頭焊接中的操作過程和焊槍姿態(tài)調整方法，適時暫停并講解關鍵知識點，引導學生觀察和思考。針對學生在預習和課堂上提出的問題，進行集中解答，確保學生理解重點和難點知識。組織課堂小討論，讓學生討論“如何根據(jù)T形接頭尺寸和焊接要求，選擇合適的焊槍姿態(tài)和機器人運動路徑？”，鼓勵學生積極參與，分享觀點。認真聽講，觀看PPT、板書和微視頻，做好筆記，理解焊接機器人系統(tǒng)的組成和工作原理。參與課堂討論，積極發(fā)表自己的觀點，與同學交流想法，在討論中深化對知識的理解。提出自己的疑問，與教師和同學互動，解決預習和課堂學習中遇到的問題。通過系統(tǒng)講解和微視頻輔助，幫助學生深入理解T形接頭角焊縫和焊接機器人相關知識，突破教學重點和難點。組織課堂討論，培養(yǎng)學生的思維能力和團隊協(xié)作能力，提高學生的參與度和學習積極性。實操環(huán)節(jié)虛擬仿真實驗練習：安排學生在虛仿軟件上進行機器人的平焊任務編程微實訓名稱“機器人的平焊任務編程微實訓名稱“機器人的平焊任務編程”；鏈接：/Login?code=zjnuedu實際設備操作體驗：包括任務分析、環(huán)境搭建、示教編程、參數(shù)調試、焊縫跟蹤修正及程序驗證與測試任務。教師指導與問題解決：教師在學生操作過程中巡回指導，觀察學生的操作步驟，及時糾正錯誤操作，解答學生遇到的問題。對于普遍存在的問題，進行集中講解和示范。介紹虛擬仿真軟件的使用方法和操作練習任務，引導學生進行虛擬仿真操作。在學生虛擬仿真操作過程中，巡視指導，及時給予技術支持和指導，幫助學生解決遇到的問題。組織學生進行實際設備操作，強調安全注意事項，示范正確的操作流程。在學生實際操作過程中，密切關注學生的操作情況，及時糾正錯誤，解答疑問，確保學生操作安全和順利進行認真學習虛擬仿真軟件的使用方法，按照任務要求進行焊接機器人的示教編程、運行調試和故障排除練習。在虛擬仿真練習達到一定熟練程度后，分組進行實際設備操作，按照規(guī)范流程完成焊接任務。操作過程中，認真觀察機器人的運行狀態(tài)和焊接效果，記錄出現(xiàn)的問題，及時向教師請教。通過虛擬仿真操作，讓學生在安全、低成本的環(huán)境下熟悉焊接機器人的操作流程，提高操作技能，降低實際操作風險。實際設備操作體驗讓學生將虛擬仿真中所學知識應用到實際，增強學生的實踐能力和解決實際問題的能力。課后復盤鞏固T形接頭角焊縫和焊接機器人相關知識，通過課后作業(yè)和微視頻學習，拓寬學生的知識面。要求學生結合課堂實操經(jīng)驗，撰寫心得體會，分析自己在操作過程中存在的問題，并提出改進措施。組織學生在線上討論區(qū)分享作業(yè)成果，交流學習心得，互相學習和借鑒。布置課后作業(yè)，要求學生觀看關于T形接頭焊接新技術和故障解決案例的微視頻，拓寬知識面。讓學生結合課堂實操經(jīng)驗，撰寫心得體會，分析自己在操作過程中存在的問題，并提出改進措施。組織學生在線上討論區(qū)分享作業(yè)成果，交流學習心得，互相學習和借鑒。在教學平臺發(fā)布課后作業(yè)任務，提供相關微視頻資源鏈接，在線上討論區(qū)參與學生的討論，對學生的心得體會進行點評和指導，解答學生的疑問，引導學生深入思考。收集學生的作業(yè)和討論內(nèi)容，分析學生對知識的掌握情況和實踐能力水平，為后續(xù)教學改進提供依據(jù)。觀看教師推薦的微視頻，了解T形接頭焊接領域的前沿技術和故障解決方法，拓寬視野。根據(jù)課堂實操經(jīng)驗和微視頻學習內(nèi)容，撰寫心得體會，認真分析問題和提出改進措施。積極參與線上討論，分享自己的作業(yè)成果，學習他人的經(jīng)驗，進一步完善自己的知識體系和實踐能力。通過課后作業(yè)和微視頻學習，引導學生自主學習，關注行業(yè)發(fā)展，拓寬視野。撰寫心得體會和線上討論，培養(yǎng)學生的總結反思能力和交流能力，促進學生對知識的內(nèi)化和應用。項目考核以小組為單位完成一個T形接頭焊接機器人應用項目，內(nèi)容包括焊接工藝選擇、焊接機器人系統(tǒng)選型、編程調試、焊接質量控制等環(huán)節(jié)。項目報告撰寫要求，包括項目實施過程、遇到的問題及解決方法、項目成果的展示和分析。提供線上虛擬仿真軟件線上虛擬仿真“明材數(shù)科-仿真云平臺網(wǎng)址”，網(wǎng)址：\o"/Login?code=zjnuedu"/Login?code=zjnuedu線上虛擬仿真“明材數(shù)科-仿真云平臺網(wǎng)址”，網(wǎng)址：\o"/Login?code=zjnuedu"/Login?code=zjnuedu線下虛擬仿真“離線編程文件包”，網(wǎng)址：/index.htm布置項目考核任務，要求學生以小組為單位完成一個T形接頭焊接機器人應用項目。提供虛擬仿真軟件和實際設備，讓學生在規(guī)定時間內(nèi)完成項目任務。學生需提交項目報告，闡述項目實施過程、遇到的問題及解決方法、項目成果。組織項目考核答辯，各小組派代表進行項目展示，介紹項目完成情況，回答教師和其他小組的提問。明確項目考核任務和要求，提供相關技術支持和指導，幫助學生理解項目內(nèi)容和實施步驟。在學生項目實施過程中，定期檢查項目進展情況，給予必要的指導和建議，確保項目順利進行。組織項目考核答辯，制定合理的評價標準，從項目方案的合理性、項目實施的完整性、問題解決能力、團隊協(xié)作等方面對學生進行全面評價。小組成員分工協(xié)作，確定項目方案，選擇合適的焊接工藝和機器人系統(tǒng)，進行編程調試和焊接操作。按照要求撰寫項目報告，總結項目實施過程中的經(jīng)驗和教訓，分析項目成果。準備項目考核答辯，制作展示PPT，進行項目展示和答辯，回答問題。通過項目考核，綜合考查學生對T形接頭角焊縫和焊接機器人知識的掌握程度、實踐操作能力、團隊協(xié)作能力和解決實際問題的能力。項目考核過程模擬實際工作場景，培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，提高學生的就業(yè)競爭力。（六）作業(yè)布置理論鞏固作業(yè)：完成任務4.2知識測評。實踐拓展作業(yè)：借助線上虛擬仿真軟件，完成虛擬仿真云平臺的焊接機器人系統(tǒng)與操作規(guī)范微實訓。完成后，撰寫報告，分析仿真過程中遇到的問題及解決方法。技能應用作業(yè)：依托《大型鋼結構多機器人協(xié)同焊接控制虛擬仿真實驗》國家一流課程平臺，讓學生在虛擬仿真環(huán)境中完成多臺焊接機器人的協(xié)同控制與任務執(zhí)行。學生需根