中職工業機器人技術應用專業學生核心素養培養與提升的探究

■陳振龍

（珠海市第一中等職業學校，廣東 珠海 519000）

隨著信息時代的到來，知識更新速度更快，創造科技新生態、經濟新模式、職業新形態，學習的速度跟不上技術更新的速度。作為培育社會一線技能人才的職業學校，培育具備“學習習慣和終身學習素養”的技能型人才，培育具備“創造性思維能力和復雜交往能力”的復合型人才，比以往任何時候都重要。2014年，教育部明確提出中國學生發展核心素養，即學生應發展具備適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。它不是特定學科或情境的特殊素養，而是人必備的文化基礎、自主發展、社會需求的最普遍、最根本的素養，是知識、技能、情感態度價值觀的綜合表現，是面向社會、面向未來職業發展的基礎。中職學生需要核心素養支撐職業能力的發展，因此面向學生的職業發展需求，職業學校無論是對學生的理論學習還是實踐教育，核心素養都是重中之重。

一、工業機器人技術應用專業學生的核心素養

工業機器人技術應用是2019年教育部新增的中職專業，但是有部分學校早已在校內開設相關專業，尤其是南方地區的一些學校。另外，2017年全國職業院校技能大賽（中職組）就設立了機器人技術應用賽項，該賽事使用的平臺即是工業機器人工作站。經過幾年的發展，工業機器人技術應用專業已形成了完善的人才培養體系，它是一個集機械、傳感、電氣等多學科交叉的專業，對學生的理論學習與動手實踐能力要求較高。而學生核心素養的培養必須涵蓋知識、能力與態度三個要素，經過幾年的競賽探索、教育教學實踐，筆者認為中職工業機器人技術專業學生的核心素養主要體現在以下幾個方面：

（一）學生的智能化經驗改造與理論構建能力

工業機器人使生產智能化，智能化產品不斷融入并推動社會的發展，學生在日常的生活中更是潛移默化地形成了自己的智能化經驗，而通過工業機器人專業的學習改造學生固有的經驗，對學生能否獲取新知識至關重要。工業機器人專業邏輯性強且操作性要求高，學生學習過程中能否構建系統化的認識，直接影響其對工業機器人技術應用專業理論的掌握。改造固有經驗，構建新的知識體系，這是學生持續成長的核心素養的重要組成部分。

（二）學生的仿真構建能力

工業機器人技術應用是一個多學科交叉的專業，對實訓設備、環境要求較高，且工業機器人工作站的運行邏輯性較強，學生在學習的過程中能否使用仿真手段構建出系統，將直接體現出其對各交叉學科的掌握情況，同時還將影響到其后續專業學習與實踐的體驗效果。通過對工業機器人的仿真構建與反復測試，能夠讓學生更好地利用虛擬的軟件完成對工業機器人的認識、操控與系統集成訓練，且利用虛擬仿真能夠最大程度地節約成本并在有限條件下開展更多的試錯實驗。虛擬仿真構建能力，可以讓人突破資源與空間的約束、實現線上多人協助、多人合作，這是學生適應社會發展的核心素養的體現之一。

（三）學生的工程思維

學生開展工業機器人專業知識與技能的學習，離不開工業機器人工作站。工業機器人工作站是以一臺或多臺機器人為主，配以相應的周邊設備，如變位機、輸送機、工裝夾具等，或借助人工的輔助操作一起完成相對獨立的一種作業或工序的一組設備組合，這是一個根據需求定制的集成品。學生需在工作站上反復開展多學科的技能訓練掌握定制化、系統集成化的工程思維，這是學生未來可持續發展、終身發展的核心素養的重要表現。

（四）學生的職業素養

職業學生的培養以就業為主，工業機器人專業的就業環境與發展尤其注重規范和要求，學生在校期間培養起來的職業素養將是其個人職業生涯成敗的關鍵因素。作為工業機器人專業的從業者，除掌握本專業的知識與技能外，必須具備良好的溝通交流能力，以及良好的職業道德作為底線，這是學生職業發展核心素養的關鍵。

二、工業機器人技術應用專業學生核心素養培養與提升的方法探究

（一）項目化教學的“學中做”

通過項目教學與實訓改造學生固有經驗、構建系統的智能化理論，并在項目系統化設計與建模過程中提升學生的仿真構建能力。采用項目化教學方式，在教學過程中轉變教師與學生角色，以項目為驅動、學生為主體，設計合適合理的實訓項目，發布實訓任務，通過自主學習與頭腦風暴使學生對固有經驗進行充分討論或產生質疑，教師適當介入參與討論并指導完成相應的任務或項目。通過這種學習方式，可以培養和鍛煉學生自主學習、團隊合作、開拓創新的能力。根據專業人才培養方案，結合工業機器人核心技能點設計從工業機器人認識、工業機器人典型應用到工業機器人綜合應用的實訓項目，開展項目化教學。

首先，以工業機器人本體、控制柜為學習載體，奠定學生專業核心基礎技能，讓學生改造固有經驗，并掌握工業機器人基礎知識和基本操作技能。設計以下實訓項目，開展實訓教學：

項目一：工業機器人認知，包括技能點：工業機器人結構及其作用、工業機器人操作規程、緊急情況的處理方法；項目二：工業機器人基本操作，包括技能點：工業機器人示教器使用方法、工業機器人坐標系統的標定、工業機器人各關節軸正負方向的判別及操作、工業機器人參數設置；項目三：工業機器人電氣部分認知，包括技能點：工業機器人控制系統、驅動系統使用方法、各控制單元的使用方法、各種驅動系統的使用方法、工業機器人控制柜電路圖中符號及電路繪制、工業機器人傳感器的篩選與使用方法；項目四：工業機器人機械部分拆裝，包括技能點：工業機器人機械部分裝配工藝、工業機器人機械拆裝安全規范、工業機器人機械結構的拆裝及精度檢測；項目五：工業機器人電氣部分拆裝，包括技能點：工業機器人電氣部分裝配工藝、工業機器人電氣拆裝安全規范、工業機器人電氣回路的安裝調試；項目六：工業機器人編程，包括技能點：工業機器人編程語言、編程語言格式及規則、工業機器人編程調試；項目七：工業機器人調試及故障排除，包括技能點：工業機器人機械部分調試方法、工業機器人電氣部分調試方法、工業機器人程序部分調試方法、工業機器人常見故障排除。

其次，以工業機器人仿真軟件為學習載體，通過不同項目的實訓，培養學生的仿真構建能力。根據專業特點，設計以下實訓項目，開展實訓教學。

項目一：工業機器人的三維建模，包括技能點：設備產品三維模型建立方法與工藝、三維模型數據管理、工業機器人工作站三維建模；項目二：工業機器人典型工作的仿真，包括技能點：工業機器人編程仿真調試、工業機器人碼垛工作站仿真調試、工業機器人涂膠工作站仿真調試、工業機器人搬運工作站仿真調試、工業機器人自動上料工作站仿真調試、工業機器人視覺跟蹤檢測仿真調試、工業機器人總線通信仿真調試、工業機器人立體倉庫應用仿真調試。

最后，以工業機器人智能工作站為學習載體，打造學生專業核心技能綜合應用能力。通過綜合的機器人生產線，讓學生在多學科的綜合項目中提升綜合應用能力，打造核心競爭力。設計以下實訓項目，開展實訓教學：

項目一：工業機器人工作站的安裝與調試，包括技能點：工業機器人控制柜的安裝與調試、工業機器人本體安裝與調試、工業機器人外圍電路的安裝與調試、工業機器人應用模塊的安裝與調試；項目二：工業機器人智能工作站的調試，包括技能點：工業機器人基礎設定、工作站PLC編程與調試、工作站機器人編程與調試、工作站在線檢測裝置模塊的設定與調試、工作站可視化視覺檢測設置與編程調試、工業機器人智能工作站聯調與系統調試、工作站系統打包。

（二）創客式教學的“做中學”

通過創客式的工作與學習培養學生工程思維。創客式的教學是為通過各項開放式的工作訓練學生的技能，并在解決問題的過程中獲得相應的工程思維。從對工業機器人技術應用專業學生的學科培養轉向核心素養培養，從對學生一般問題解決能力的培養提升到創造性解決問題能力的培養，提高學生融會貫通的跨學科知識運用能力和創新能力，讓學生從運用知識到生成產品的創意過程中提升核心素養、獲得全面發展，讓學生在創作的過程中升華理論，并檢驗工程思維的養成情況。

創客式的“做中學”，轉變以往照著做、模仿著做的學習的模式，是基于創造的體驗性學習。“做中學”的教學模式由來已久，但更多的是讓學生照著老師的指引做，或者仿照著做；而創客式的“做中學”強調的是讓學生有創造地做，發揮學生的創新思維、創新創意，是基于體驗式的學習，組織學生在相應情境下，通過觀察、模仿、探究或游戲等方式開展教學，并培養學生的核心素養。工業機器人是一個多學科交錯的綜合性專業，涉及電子、電工、電氣、自動化、數學、編程等，因此設計工業機器人專業的創客式教學項目可以有足夠的復雜性，讓學生投入足夠的時間和精力去研究學習，并為學生提供足夠的時間去創造；使項目貼近于生活或是來源于日常的生產，讓學生有親密感，并能夠在項目活動過程中有足夠的獲得感；給項目預留足夠的空間，讓學生可以在活動中更多地與教師、同學互動共享，并充分發揮想象力，提升項目的擴展彈性。綜上所述，設計工業機器人創客式項目，讓學生們創客式的“做中學”，區別于傳統的“做中學”依靠老師預設足夠的問題，一步步引導學生完成項目的過程，而是更多強調學生們自己在活動過程中發現問題，且問題大多是來源于學生的。

（三）導向性、迭代式的動態評價模式，在評價的過程中滲透職業素養

弱化結果，注重過程，及時記錄，多種方式收錄學生學習過程的各種信息作為評價依據，真正做到導向性的評價模式。根據教學項目情況，分階段進行全方位考核，根據學生狀態調整的情況進行迭代式的動態評價。結合設計的工業機器人技術應用項目，學生們的階段性操作規范、任務完成情況、實訓報告、設備與環境整理將作為考核的多個階段進行評定，成績評定過程中弱化以往目標設定式的模式，如：學生們的知識、技能、情感目標是否達到預設的目標，而應尤其注重觀察學生們在各不同的階段中的“作品”與行為習慣。作品產出過程的設計、模型、成品的創造性、合理性，考察學生在各階段中的創造性問題解決能力，行為習慣則展現學生各個階段的職業素養養成情況。如：學生們第一階段的任務完成過程，評價結果不應只注重學生們是否完成了任務，而應關注學生們是否對任務進行了合理的解讀、理解，并據此設計了合理解決任務問題的方案，完成任務的過程中是否更多地關注操作規范與行為舉止。

通過導向性、迭代式的動態評價，既不為學生們指明唯一的路徑，也不指向某一清晰具體的結果，通過不斷推演的過程，培養學生們獨立思考的創客思維，在評價的過程中強調操作規范與行為習慣，不斷地滲透學生們的職業素養。在評價的過程中，通過分多階段對學生進行評價，降低實訓項目難度，并在導向性、迭代式的動態評價過程中，僅僅為學生們指明一個粗略的方向，沒有確定的路徑與結果，在評價生成的過程中，培養學生的批判性思維，不斷改造學生們固有經驗，并提高學生們的拓展能力；各個不同的評價階段，可以更多地提高學生們的總結歸納能力，從而達到培養并提升學生核心素養的目標。

三、結語

工業機器人技術應用是一個新興的綜合性專業，既要求培養學生多學科交叉的理論知識，又要求培養學生過硬的實踐動手能力，這對教師和學生都提出了很高的要求。但是作為新興專業，學校對于學生的培養同樣不能再像傳統一樣只關注學生的知識與技能培訓，應更多注重學生可持續的終身發展，強調學生的核心素養培養與提升。經過近幾年來在中職工業機器人專業的學習研究，深入企業調研，并與相關高職院校集體研究銜接分段教育教學，本文對工業機器人專業技術應用學生的核心素養培養提出探究觀點，并將在教學過程中不斷地強化項目化“學中做”，通過項目任務驅動，以行動導向引導學生掌握核心技能，培養學生核心素養；在項目任務實訓過程中，引導學生改造固有經驗、構建系統的理論體系，提升仿真構建能力；并在創客情境化下，基于創造地做，落實創客學習，養成工程思維；通過過程導向、迭代式的評價方式落實滲透職業素養。總之，教師應從專業課程角度激發學生勇于探索及敢于面對挫折不屈不撓的精神，培養學生樂于分享交流，精工細分，小組合作探究、共同解決問題的智慧，從而提升學生終身學習、全面發展的核心素養。