（体现虚拟仿真实验教学项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）

（1）项目的必要性及先进性：

  为努力实现“中国制造2025”、智能制造工业4.0等一系列国家战略发展布局，结合我校致力于培养新兴交叉学科和尖端技术领域科技英才的人才培养目标，同时考虑到工业机器人在中国制造中的战略地位，以及相关专业技术人才数量缺口巨大这一紧迫现状，特开设工业机器人相关专业课程。但受工业机器人体积、质量、结构复杂程度、整机拆装难度、拆装实验周期以及投入成本和占地面积等诸多硬件及软件条件的限制，工业机器人结构原理认知的教学模式多采用传统的PPT加音视频的形式开展，学生参与程度不高，知识掌握仅局限于平面感性认识。为有效缓解实验操作难度和投入成本这一问题，通过引入虚拟仿真实验技术，用以反哺实践教学的不足，既激发了学生学习兴趣同时也加速了知识的传授和吸收。

   该项目摒弃传统教学手段，运用三维虚拟仿真技术反哺常规实验教学，培养学生发现和解决实际问题的综合能力，切实提升创新型、应用型人才培养质量。其先进性体现在以下三个方面：

    ①实验方案设计合理。本项目针对当前工业机器人结构原理教学存在的不足，通过虚拟仿真技术实现了“化长时为短时、化危险为安全、化高难为仿真、将分散作综合”的项目建设。通过数字技术将碎片化的知识文件嵌入仿真实验平台中，可实现预习、练习、考核、评价一体化功能，知识综合性强。其中理论和仿真互动操作之间有机结合考查设计，让每位学生都能实现“学中做，做中学”，整个实验过程围绕相关知识点进行验证、分析和应用。

    ②知识体系结构完善。本项目知识体系遵循总分形式。项目由操作者直观可视的整机部件结构为切入点，详细介绍了工业机器人的整体结构组成及其作用。进一步对工业机器人各轴的关键装置（减速器）进行重点分析，并据此对J1至J6轴进行细化剖析。

    ③多种教学手段有机结合。采用线上与线下、虚拟与现实、仿真技术与多媒体技术立体化教学，通过线上互动交流、知识反复训练、线下强化应用等众多举措，激发学生学习兴趣，促使其在课内学习效率最大化。

 （2）实验方案设计的创新

    充分利用线上资源开展实验意义、实验目的、实验内容及实验要求的全面预习工作，同时对产业的背景意义和急迫性进行分析，融入现代思政教育元素，激发大学生的爱国效国热情。通过线上虚拟仿真实验教学系统中嵌入的视频和PPT等教学资源了解本次实验的知识组成和操作流程及要求。进一步采用互动式探讨教学模式对工业机器人的基本结构、关键减速装置认识及速比计算和选型、关节自由度计算、装配工艺流程等关键知识点进行启发式多媒体案例教学。以自主虚拟装配练习加强对各项知识点的梳理和掌握。采用线上考评系统对工业机器人机械系统结构原理进行线上虚拟操作和考评，并对后续相关线下实践教学内容进行软件指导。通过实物拆装试验反哺虚拟仿真实验知识体系，达到虚实结合、互通互补的效能。详细设计方案流程如图22所示。

 图22 试验方案设计

（3）实验教学方法创新

   工业机器人结构原理仿真实验完整地再现了工艺机器人各零部件的结构及运行机理，实验基于问题、案例，精心设计教学环节和互动自主式教学方法，通过实验练习，实验所涉及知识点不但能满足高校学生对工业机器人机械结构基础知识的掌握，还可为社会上的工程技术人员提供工业机器人应用和维护培训，积累经验。实验中有师生互动环节，也提供互动平台，使得老师和学生等用户进行讨论，夯实对所学专业理论知识的理解，提升专业认知和学习兴趣，培养科学创新思想，同时增强团结协作和创新创造的能力。

（4）评价体系创新

   仿真实验平台促使诊断性评价、形成性评价、终结性评价相结合。诊断性评价是学生对自己是否具备实验所需要的背景知识和技能储备进行的自我评估，以便自主补足。在实验开始之前让学生自主利用仿真实验平台进行预习，对自己所具有的认知、技能方面的条件进行自我诊断、评价，并允许学生根据预习结果进行自我反省、自我纠错、自行提高。形成性评价是在实验进展过程中进行的评价，具有提示、反馈的功能，其目的是监督和引导实验进程，对实验进程进行调整或修正，这类评价将原来预定的各步实验目标作为评价依据。总结性评价在实验结束之后所进行，所关注的是整个实验阶段所产生的结果，目的是了解整体的实验效果。仿真实验评价设计成把教学评价体系作为一个统一的整体来加以运用，特别重视“诊断性评价”和“形成性评价”，体现了素质教育理念的评价观。允许学生反复实验，自我纠错，不断提高实验质量，直到自我满足为止，着重的是学生成绩和素质的增值，不是简单的分等排序。承认学生的努力和进步，从而激励学生的学习热情、求知欲望、促进学生能力快速提高。

（5）对传统教学的延伸与拓展

①继承传统实验教学，拓展实验内容。受装备空间局限、实验难度和周期等因素影响，传统工业机器人结构实验教学多采用原理示意、视频课件等方式开展，实验内容缩水，难度较大的J1、J2、J3轴都以口述为主。通过仿真技术可完成所有关节的结构原理认识和装配实验，不光继承了传统实验内容，也延伸了教学研究内容。

②传统教学方式拓展。利用数字仿真技术的灵活性、多样性、高效性等技术特点，使学生在虚拟环境中，按照工况，自主操作虚拟设备，边操作边学习，践行“做中学、学中做”，改变传统教学说得多做得少的现象。有效引导学生自主探究，逐步培养其发现问题、分析问题、解决问题的能力。本项目将常规课堂教学模式延伸到虚拟仿真教学，通过反复训练熟悉相关知识技能，同时又反哺常规实验操作，真正做到传统教学和虚拟仿真有机融合、线上与线下互为一体。

③教学对象的拓展。本实验项目作为国内热门装备技术研究的基础知识，可面向广大工科学生、从事本产业或与之相关的专业技术人员等开展授课培训。同时，也可作为科普性知识成果，在中小学、科技馆、青少年宫等场所进行科普知识介绍，激发参与者的兴趣。