虚实融合·AI赋能·项目驱动——记《先进制造技术基础》机械臂开发模块项目制教学实践

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2026 SUMMARY

《先进制造技术基础》是三亚学院新能源与智能网联汽车学院面向数字智能与先进制造学科平台开设的学科专业基础课，由付胜教授领衔的课程教学团队承担授课任务。团队聚焦智能制造时代人才核心素养培养，构建"创新思维—先进技术—项目实践"三维融合体系，系统解析先进制造技术与智能制造关键技术，为后续专业核心课程和场景解决方案课程奠定理论与实践基础。

在该课程体系中，辛光红老师具体承担机械臂开发模块的教学工作。面对传统商业仿真软件成本高、功能固化、难以适配校本化教学需求等现实问题，他借助AI辅助工具快速搭建了机械臂仿真教学平台，以此为支撑开展项目制教学，让学生在虚实融合的场景中完成装配、运动学学习与二次开发，探索出一条"低成本、高适配、可迭代"的新工科实践路径。

一、教师先行：从"知识传授者"到"项目设计师"

课程定位明确聚焦"智能制造时代人才核心素养"，要求培养学生"技术整合与创新实践能力"。辛光红老师没有止步于教材讲授，而是以项目需求为导向，借助AI工具对现有开源资源进行整合与二次开发，快速构建起适配课程目标的机械臂仿真教学环境。该环境涵盖装配流程、正逆运动学算法、D-H参数生成等核心功能，既可演示原理，又支持学生动手修改，成为项目制教学顺利落地的关键支撑。从底座安装到舵机固定，从结构串联到整体调试，每一个装配节点都可在虚拟空间中拆解重构；从正运动学解算到逆运动学验证，从坐标变换到轨迹规划，每一项理论认知都能即时获得可视化反馈。

二、项目实战：在仿真环境中"做中学、创中悟"

依托上述仿真环境，课程考核方案中的项目二"机械臂仿真及开发实践"真正落地为学生可触、可感、可改的实战项目。课堂上，投影幕上的"逆运动学测试过程"正是仿真环境的运行界面——学生站在讲台前，向全班演示自己完成的关节角解算与坐标变换；同学们在笔记本上运行仿真程序，桌旁的实体机械臂与虚拟模型同步运动，实现"数字孪生"式的虚实对照。项目要求学生先在仿真环境中完成机械臂装配，体验正逆运动学控制，继而借助AI工具开发"生成D-H表"功能，最终完成二次开发。这种"环境支撑、项目牵引、学生主体"的模式，让项目制教学扎实落地。

三、虚实闭环：从仿真环境到实体工坊的完整跃迁

项目三"机械臂装配及开发实践"则将学生从虚拟空间拉回实体工坊。5人一组采购DIY散件，亲手完成WiFi控制机械臂的硬件组装与网页端二次开发。图3记录了小组协作的火热场景：螺丝刀、舵机、木板零件散满桌面，学生们将在仿真环境中习得的装配经验迁移到实体操作中；图4的课堂汇报环节，学生以"底座安装—舵机固定—结构串联—整体调试"四步流程，展示项目从无到有的完整生命周期。仿真环境中的每一次虚拟装配，都为实体操作积累了"零成本试错"的经验；实体工坊中的每一次故障排查，又反向验证了仿真模型的工程合理性。虚实之间，学生建立起"设计—仿真—实现—迭代"的完整工程思维。

四、AI赋能：工具链贯穿项目全流程

本模块的一大特色，是将AI工具深度嵌入教与学的各个环节。教师借助AI快速整合开源资源、搭建仿真环境，向学生示范了"人工智能作为工程开发利器"的真实范式；学生继而借助AI工具对仿真程序与网页控制端进行二次开发，在代码世界里实现界面优化、运动控制等功能升级。考核方案中，二次开发最高可获40分，这一设计激励学生不满足于"会用软件"，而是追求"能改代码"。AI不再是课堂外的遥远概念，而是贯穿项目全流程的生产力工具，师生共同在"用AI、学AI"中提升工程效率。

五、考核导向：以工程成果检验学习成效

考核方案将项目验收权重设为20%，并制定了清晰的量化标准：实体装配30分、组网配置10分、运动控制20分、二次开发最高40分。这种"过程可观测、成果可量化"的评分体系，倒逼学生在项目周期内持续投入。无论是仿真环境中的D-H表自动生成，还是实体机械臂的WiFi远程控制；无论是虚拟环境中的运动学算法验证，还是网页端的自定义功能模块——每一个得分点都对应一项可展示的工程能力，最终凝结为一份沉甸甸的项目答辩PPT：装配截图、原理分析、开发过程、功能演示，构成学生专业成长的"数字档案"。

结语

在教学团队的整体框架下，教学团队以项目制为杠杆，撬动了《先进制造技术基础》机械臂开发模块的深层变革。他借助AI工具搭建仿真环境、设计项目任务，学生在虚实场景中装配机械臂、学习运动学、开发新功能，在代码与硬件之间游走，在个体钻研与团队协作之间成长。这不仅是三亚学院"产教融合、项目驱动"教学理念的生动缩影，更是一次"教师先行探索、学生深度受益"的新工科教学实践——当教师从"知识传授者"转变为"项目设计师"，课堂便有了无限延伸的可能。