图形化编程在工业机器人专业教学中的应用

1 引言

提到开源硬件，最知名的就是 Arduino。可以说是 Arduino 从真正意义上推动了开源硬件的发展，在 Arduino 出现以前，虽然也有很多公司在推广一些简单易用的可编程控制器，但是由于开发平台种类繁多，而且使用这些控制器基本上都需要对电子技术，数字逻辑、寄存器等内容进行多方面的了解和学习，才能完成一个电子产品的制作，这就给开源硬件的推广和普及设置了一个很高的门槛，电子爱好者需要花费很多时间和精力才能开始开发和制作自己的作品。而使用 Arduino 能很快地完成个电子产品的制作，这是由于 Arduino 提供了一个开放易学，进入门槛相对较低的开发平台，让电子爱好者对于开源硬件的广泛使用变成了可能。

米思齐（Mixly）是由北京师范大学傅骞教授团队开发的图形化编程集成开发环境，专为降低编程学习门槛设计，尤其适配 Arduino 硬件平台的实践教学。其以模块化积木拼接为核心交互逻辑，用户通过拖拽预置功能块（如传感器控制、循环结构等）即可构建程序，无需手动编写代码，显著简化学习流程。界面采用分层设计，左侧分类集成硬件驱动、逻辑运算等图形模块，右侧编程画布实时映射生成 Arduino 代码，实现“图形操作-代码逻辑”双向可视化，既满足零基础学生的直观需求，又为进阶者理解底层语法提供过渡路径。工具设计凸显三大教学适配优势：其一，硬件交互简化，将 Arduino 引脚配置抽象为图形指令（如“设置数字引脚”），规避接线与语法错误；其二，逻辑结构显性化，通过颜色与形状区分事件触发、条件判断等模块，直观呈现程序流程；其三，即时实践反馈，程序上传后可直接观察硬件响应（如 LED 状态变化），形成“设计-验证”学习闭环。此外，Mixly 支持自定义扩展库开发，教师可嵌入行业特定模块，适配工业机器人等高职专业教学场景。

2 图形化编程在教学中的应用

以迎宾机器人设计为例，简要介绍米思齐在机器人教学的使用方法，迎宾机器人电路原理图如图1 所示。

2.1 项目控制要求

本项目将搭设一个人形迎宾机器人，具有的功能如下：

（1）当自远而近逐渐靠近迎宾机器人，并且距离达到 10cm 时，机器人发出“欢迎光临”的语音，手臂依次向左摆动。

（2）当自近而远逐渐远离迎宾机器人且距离达到 20cm 时，机器人发出“请慢走，欢迎常来”的语音，手臂依次向右摆动。

（3）常态时机器人手臂向下。

2.2 迎宾机器人的程序流程图

2.3 迎宾机器人的程序编写

点击 Mixly 图标，从模块选择区选择“变量”拖至程序构建区，将超声波模块的采集到值赋予变量;初始化 MP3 模块，设置管脚，;设置播放曲目，将变量值赋予延时器，通过改变播放和停止时间。其程序如图 3 所示。

3 教学效果

基于学情差异实施图形化编程分层教学策略后，高职学生编程思维水平与学习积极性显著提升。数据显示，课堂任务平均完成率由 65% %提升至 92% ，硬件误操作导致的设备损耗率下降约 60% 。教学模式采用差异化分层任务驱动机制：针对基础薄弱学生，依托 Mixly 可视化编程界面完成基础功能开发（如传感器触发控制、简单人机交互），降低认知负荷；针对能力突出学生，则要求通过 ArduinoIDE 手动编写代码实现功能拓展，并将代码优化度与功能创新性纳入增值评价体系，占比总评成绩的 20% 至 30‰ 。此外，分层进阶机制通过“图形化实践-代码迁移”的阶梯式训练，帮助学生逐步建立从逻辑构建到语法规范的系统化能力，形成可持续的技术能力发展路径。

4 结束语

本研究将 Arduino 平台的可视化编程工具 Mixly 深度融入高职工业机器人专业教学，构建"虚实结合-分层递进"的教学体系，并以智能迎宾机器人开发为教学载体进行实践验证。教学实施采用三阶段进阶模式：准备阶段，通过 Mixly 虚拟仿真平台实现语音交互、运动控制等核心功能的逻辑预演，预判硬件配置问题，减少设备损耗；实施阶段，采用模块化任务分解法，指导学生完成传感器电路搭建以及程序编写；拓展阶段，采用差异化分层任务驱动机制。希望本文的研究能为高职工业机器人教学提供一定的借鉴和参考。

参考文献：

[1]程晨，Arduino 开发实战指南[M].北京：机械工业出版社， 2012

[2]王禹.中职 Arduino 单片机图形化编程教学实践：以单片机控制 LED 灯闪烁课程为例[J].2015（9）：92－93。

[4]傅骞，解博超.米思齐（Mixly）图形化编程系统的设计理念及应用模式[J].中国信息技术教育，2016（1）：65－68。

[3]李显圣.基于 Arduino 的汽车专业单片机技术应用课程教学改革与实践[J].广西职业技术学院学报，2020，13（2）：110－112。