五、教学流程设计
教学流程设计包括项目启动、“线上线下”机器人模型搭建实验、文献检索与文献解读、软件在线学习、设计方案表达、成果展示和问卷调查等教学环节，各个教学环节的环环相扣是保证整个项目顺利实施的关键（见图1）。
（一）项目启动
教师在教学过程中的主要任务是帮助学生搭建自主学习的“脚手架”，因此项目启动环节的重点放在激发学生兴趣、明确设计任务、增强学生信心上。我们邀请机器人专业课教师向学生介绍国内外机器人发展的最新动态（见图2），使其对机器人的概念、种类、结构、应用等方面具有感性认知。
（二）机器人模型搭建实验
通过实体模型搭建实验、复杂机器人模型运动展示等环节，使学生了解常见的机器人传动机构与传动方式。考虑到所选模型应具有一般工程机械制造所需要的零部件（如连杆、齿轮、电动机、气缸、信号转换开关等），我们选用德国慧鱼辅助教具。图3是学生进行慧鱼模型搭建实验和复杂机器人模型运动演示。这个教学环节设计成学生分组比赛的形式，搭建最快最好的组获得搭建更高级机器人模型的机会。这极大激发了学生的学习兴趣，每组4～5名学生分工明确、共同协作，完成了小组成员的第一次磨合。
图1 机器人创意设计的教学流程设计图
（Ⅰ）机器人研究动态简介；（Ⅱ）机器人模型搭建实验；（Ⅲ）机械结构虚拟仿真实验；（Ⅳ）文献检索与文献综述；（Ⅴ）SolidWorks在线课程；（Ⅵ）学生作业（泵体工程图）；（Ⅶ）学生设计（零件）；（Ⅷ）学生设计（仿真分析）；（Ⅸ）学生设计（部件）；（Ⅹ）学生设计（机器人）；（Ⅺ）学生成果展示；（Ⅻ）课程问卷调查
注：序号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅻ的表示教师为主导的教学环节，序号为Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅹ的表示学生为主导的教学环节
图2 邀请专业课教师讲授国内外机器人最新发展动态
图3 机器人模型搭建与演示
（三）机械结构虚拟仿真实验
在天津大学工程图学虚拟仿真实验平台，学生需要完成机械传动机构认知实验、机械结构模型搭建实验等，了解机器人常见传动机构的传动特点、运动方式、适用场合和图样表达方法，以及机器人的主要机械结构和运动方式等（见图4）。其中，机械结构模型搭建与创意设计实验，强调“以学生为中心”，鼓励学生从设计需求出发，分解设计任务并通过组合不同传动机构，实现特定的机械结构功能。这个教学环节设计注重机械设计系列课程工程图学、机械原理和机械设计的内容衔接。
图4 天津大学工程图学虚拟仿真实验平台
（四）文献检索与开题报告(https://www.daowen.com)
基于项目的学习应该从文献检索开始。该环节由教师讲解和学生调研共同完成，解决如何借助数据库资源查阅文献、如何解读文献并撰写开题报告等问题。该环节需要教师堂上讲授、课下实例展示、面对面辅导等环节相结合，鼓励学生在查阅文献过程中发现问题、提出问题，进而给出多种机器人创意设计方案。图5给出的是文献检索实例和机器人创意设计开题报告模板。
（五）软件教学与设计方案表达
一方面，教师需要预先录好SolidWorks教学视频，包括草图绘制、零件造型、工程图绘制、零件装配、仿真分析等模块。考虑到三维绘图软件在机械产品设计过程的实际应用，增加了仿真分析模块的介绍。这部分内容体现了CAD/CAE集成的产品设计理念。所有视频放在学校办公网上，供学生下载、自学并完成绘图作业。在课堂上和课外，学生可根据自己的进度自学视频；在课堂上，教师和助教为学生辅导和答疑。
图5 文献检索与开题报告模板
另一方面，教师在课堂上与各组学生讨论和细化机器人设计方案。鼓励学生手工绘制设计方案的初稿，徒手绘制草图是将设计思路快速捕捉和表达的有效方式，也是工程设计人员必须具备的一种现场交流能力。因此在方案交流、修改和确定的全过程中，教师要求学生的设计方案初稿采用手绘的二维或三维草图，进而在实践中锻炼学生的手工绘图能力。
在这个环节中，各组学生需要完成机器人创意设计方案表达并撰写机器人创意设计报告。机器人创意设计报告包括：中英文摘要、设计需求、文献综述、多个设计方案的比较、总装图、部件图和主要零件造型、主要零件仿真分析。学生的创意设计作品和设计报告见图6～图8。
图6 学生的机器人创意设计作品——仿生蜻蜓型侦察机器人
图7 学生的机器人创意设计作品——仿生蜘蛛型救援机器人
图8 学生的机器人创意设计报告
（六）成果展示与问卷调查
最后一堂课，每组同学通过比赛的方式对本组机器人的名称、功能、用途和特点等做详细介绍和展示。比赛采用预赛+决赛的方式，各组完成PPT展示后，学生自由提问和答疑环节充分调动了课堂气氛，锻炼了学生的口才表达能力。决赛胜出的学生可以获得与教师合影等奖励。图9是学生进行成果展示和其他同学现场提问的场景。课后，教师采用问卷星设计、发放和统计问卷，了解学生的学习情况，搜集学生学习感想、建议等反馈意见，供课程的进一步改进。
图9 学生做成果汇报与现场答疑