基于“1+X”的“工業(yè)機器人編程與操作”課程設(shè)計與實施

陳欣欣

（集美工業(yè)學(xué)校，福建 廈門 361022）

1 背景分析

國家在職業(yè)教育領(lǐng)域中，提出了在教育中需要完成立德樹人根本任務(wù)，需要教師實踐德技并修、工學(xué)結(jié)合的育人機制，推動思想政治教育與技術(shù)技能培養(yǎng)有機統(tǒng)一，積極傳承弘揚工匠精神；倡導(dǎo)在教育教學(xué)中推進教材、教法改革，特別在工業(yè)機器人專業(yè)中提出了促進“1+X”證書制度試點。對新時代教師提出要求：提高職業(yè)院校教師建設(shè)模塊化課程、實施項目式教學(xué)的能力，并且適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”發(fā)展需求，能夠運用現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建以學(xué)習者為中心的教育生態(tài)。

2 課程教學(xué)整體設(shè)計

2.1 人才培養(yǎng)方案

本課程的人才培養(yǎng)方案，是以掌握企業(yè)實際崗位能力為最終教學(xué)目標，通過理虛實一體化的方式開展教學(xué)。在教學(xué)過程中，通過融合重組多學(xué)科知識來適應(yīng)專業(yè)的融合發(fā)展。本課程以工業(yè)機器人汽車行業(yè)應(yīng)用為主線設(shè)置教學(xué)項目，形成完整的課程項目教學(xué)任務(wù)，同時滿足教育部發(fā)布的《“1+X”工業(yè)機器人職業(yè)技能標準》。培育學(xué)生團隊協(xié)作，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，探索創(chuàng)新的思維。

2.2 教學(xué)情況分析

⑴教學(xué)環(huán)境設(shè)備

擁有滿足工業(yè)機器人一體化教學(xué)的實訓(xùn)室，包含基礎(chǔ)操作與編程綜合技能應(yīng)用工作站（圖1）。

圖1 基于“1+X”制度的課證融合實訓(xùn)基地

⑵教學(xué)對象分析

中等職業(yè)學(xué)校二年級學(xué)生理論知識基礎(chǔ)薄弱，相比動手操作而言，思考能力相對不足，對于學(xué)習新知識，新技能，學(xué)生往往找不到合適的契機提高綜合能力。因此，在教學(xué)設(shè)計過程中，需要注意：通過多種組織形式滿足學(xué)生學(xué)習提升的需求，課程重難點設(shè)定要符合學(xué)生認知規(guī)律。課程設(shè)計與實施過程中通過設(shè)定合理的評價機制，反饋學(xué)生學(xué)習效果動態(tài)，從而調(diào)整教學(xué)安排，形成閉環(huán)反饋的有效動態(tài)調(diào)整。

2.3 教學(xué)策略

⑴教學(xué)開展模式：采用基于“1+X”理念的技能培養(yǎng)模式開展教學(xué)任務(wù)。

⑵教學(xué)方法策略：新建構(gòu)主義思想指導(dǎo)的課程混合教學(xué)策略。

⑶教學(xué)信息資源：“互聯(lián)網(wǎng)+”互動教學(xué)平臺和工業(yè)機器人專業(yè)虛擬現(xiàn)實教學(xué)仿真相結(jié)合。

2.4 教學(xué)目標

根據(jù)校企合作要求進行企業(yè)調(diào)研并邀請行業(yè)專家指導(dǎo)，制定本課程教學(xué)目標，設(shè)定學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、技能以及職業(yè)素養(yǎng)。按照育訓(xùn)結(jié)合、長短結(jié)合等不同要求，對標教育部工業(yè)機器人教學(xué)標準、工業(yè)機器人領(lǐng)域?qū)W分標準等，開發(fā)“1”和“X”融合方案，實現(xiàn)書證融通。使得學(xué)生能遵守安全操作規(guī)范，對工業(yè)機器人進行參數(shù)設(shè)定，手動操作工業(yè)機器人；能按照工藝要求熟練使用基本指令對工業(yè)機器人進行示教編程，可以從事工業(yè)機器人操作編程、工業(yè)機器人應(yīng)用維護、工業(yè)機器人安裝調(diào)試等工作。

3 課堂教學(xué)的設(shè)計與實施

3.1 課程單元“汽車玻璃安裝”總體設(shè)計思路與實施

“汽車玻璃安裝”為“工業(yè)機器人編程與操作”課程的第二單元，一共16課時。以下通過課程單元“汽車玻璃安裝”為例介紹總體課程的設(shè)計與實施效果。

從實際行業(yè)調(diào)研得知，工業(yè)機器人汽車玻璃安裝項目在實際生產(chǎn)中需要注重幾點技術(shù)要求：一是玻璃安裝的準確程度；二是安裝過程中，工業(yè)機器人空間運動軌跡的合理規(guī)劃；三是工業(yè)機器人對不同場合玻璃料庫擺放位置的靈活拾取。按照《“1+X”工業(yè)機器人操作與編程標準》，教學(xué)目標為掌握參數(shù)配置、設(shè)備操作、示教編程三個主要模塊。據(jù)此，課程設(shè)計選取以下工作任務(wù)：一是工業(yè)機器人坐標系設(shè)定，通過對工具坐標TCP的合理設(shè)定，提高工業(yè)機器人應(yīng)用精度，保證玻璃安裝的準確度；二是基本運動指令使用以及軌跡運動規(guī)劃，軌跡規(guī)劃過程中各種參數(shù)的設(shè)定，保證生產(chǎn)過程中的效率及安全；三是掌握基本邏輯功能指令的編程，以便通過靈活的程序結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同的生產(chǎn)場合。

“汽車玻璃安裝”課程單元第一個技術(shù)要求便是玻璃安裝的準確程度，根據(jù)教學(xué)目標結(jié)合“1+X”證書要求，需要進行“工具數(shù)據(jù)tooldata的設(shè)定”課堂教學(xué)設(shè)計。

3.2 “工具數(shù)據(jù)tooldata的設(shè)定”教學(xué)設(shè)計與實施

“工具數(shù)據(jù)tooldata的設(shè)定”的教學(xué)任務(wù)為4課時，教學(xué)對象為中職二年級工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生，教材選自機械工業(yè)出版社出版的工業(yè)機器人課程推薦教材《工業(yè)機器人實操與應(yīng)用技巧》之項目五：三個關(guān)鍵程序數(shù)據(jù)的工作任務(wù)——設(shè)定工具數(shù)據(jù)tooldata。

依據(jù)“1+X”《工業(yè)機器人操作編程職業(yè)技能等級標準》相關(guān)規(guī)定，結(jié)合工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用崗位需求和“工業(yè)機器人操作編程職業(yè)技能（初級）”考核要求，將教學(xué)內(nèi)容整合為四個部分：工具數(shù)據(jù)tooldata基本知識、robotstudio軟件中建立工具坐標系、工具坐標系標定、工具坐標系的準確性檢驗。 能規(guī)范地進行工具數(shù)據(jù)的設(shè)定是學(xué)生考取“工業(yè)機器人操作編程職業(yè)技能等級（初級）”和工業(yè)機器人就業(yè)崗位的必備技能之一。正確建立工具坐標系是工業(yè)機器人運行的基本條件，通過“教、學(xué)、練”使學(xué)生理解工具數(shù)據(jù)tooldata的相關(guān)理論知識，掌握在robotstudio仿真軟件中建立工具坐標系，能遵守安全操作規(guī)范，能在工業(yè)機器人工作站中創(chuàng)建工具數(shù)據(jù)。

本課程教學(xué)內(nèi)容由企業(yè)典型生產(chǎn)過程——玻璃裝配轉(zhuǎn)化而來，融理論知識與實踐技能于一體，通過課程學(xué)習學(xué)生能夠在車窗玻璃裝配的吸盤工具上創(chuàng)建TCP。

例如，在教學(xué)設(shè)計“實際操作 強化技能”環(huán)節(jié)中，首先需要組織學(xué)生檢查安全著裝，接著介紹作業(yè)現(xiàn)場情況，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備再次強調(diào)危險點及防范措施；然后組織學(xué)生按照步驟進行試驗，監(jiān)督實際操作過程，檢查各小組操作情況并指導(dǎo)評價；繼而針對異常情況設(shè)置問題。教師在完成實驗后，組織學(xué)生討論：如果采用六點發(fā)進行TCP的標定，會發(fā)生什么呢？最后按照“6S”標準，組織學(xué)生整理現(xiàn)場。

在此教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)中，我們應(yīng)用了信息化技術(shù)突破教學(xué)重點難點。首先通過教師在學(xué)習通APP上指導(dǎo)，采用組間互評的方式幫助學(xué)生達成掌握“新建工具數(shù)據(jù)的方法”的能力目標，實現(xiàn)了師生互動，生生互動。其次通過讓學(xué)生直接實操，先做后學(xué)的方式，學(xué)生可以直觀體驗規(guī)范操作的重要性，強化安全規(guī)范意識，也使得學(xué)生對于遇到的問題印象深刻，加深學(xué)習動力，實現(xiàn)自主學(xué)習，主動學(xué)習。最后利用“實時系統(tǒng)+移動終端信息技術(shù)”的APP，多角度、全方位展示記錄實操過程細節(jié)，為下一節(jié)課教師的點評實現(xiàn)提供途徑，助力突破教學(xué)難點（圖2）。

圖2 應(yīng)用“ 實時系統(tǒng)+移動終端信息技術(shù)”APP后工業(yè)機器人操作精度對比

4 課程總體實施成效

⑴ 執(zhí)行德技并修、工學(xué)結(jié)合的育人要求，教學(xué)目標符合職業(yè)崗位需求，促進產(chǎn)教深度融合。依托學(xué)校市級現(xiàn)代學(xué)徒制和省級產(chǎn)教融合建設(shè)項目，同企業(yè)合作，深入挖掘崗位目標內(nèi)涵，制定教學(xué)目標，所培養(yǎng)的學(xué)生掌握了必需的工業(yè)機器人操作、工作站配置、運動軌跡設(shè)定、邏輯功能運用的知識技能，培養(yǎng)了學(xué)生善于觀察發(fā)現(xiàn)、能對比分析、具備規(guī)范有效并且熟練操作的能力，具有持之以恒鉆研、精益求精的職業(yè)道德素養(yǎng)。

往屆培養(yǎng)的學(xué)生將課程知識所學(xué)與崗位行業(yè)技能對接，進入校企合作單位，部分進入了關(guān)鍵崗位，用人單位對培養(yǎng)的學(xué)生綜合素質(zhì)和學(xué)習能力評價良好。

⑵ 適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”發(fā)展需求，運用信息化教育教學(xué)等現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建以學(xué)習者為中心的教育生態(tài)。

將教材《工業(yè)機器人實操與應(yīng)用技巧》和《工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用》的內(nèi)容進行重構(gòu)，既培養(yǎng)了行業(yè)綜合素質(zhì)，也同中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生的知識能力培養(yǎng)結(jié)構(gòu)相符，針對學(xué)生對于學(xué)習新知識、新技能往往找不到合適的契機提高綜合能力的問題，用新建構(gòu)主義理論構(gòu)建以學(xué)生為中心的教育生態(tài)。

有效利用智慧職教等公共平臺以及學(xué)習通APP創(chuàng)設(shè)信息化環(huán)境，將工業(yè)機器人robotstudio虛擬仿真軟件、三維模型動畫、微課等資源進行合理安排，實現(xiàn)逐步推進的教學(xué)模式，突破教學(xué)重難點。

⑶ 落實課程思政有關(guān)要求，推動思想政治教育與技術(shù)技能培養(yǎng)有機統(tǒng)一，強調(diào)立德樹人，通過教學(xué)服務(wù)帶動海絲之路，擴大專業(yè)影響力。

依托學(xué)校海絲班，對參與專業(yè)學(xué)習的東南亞學(xué)生開展工業(yè)機器人應(yīng)用教學(xué)，促進國際交流，提升專業(yè)的國際影響力，對海外華僑后裔留學(xué)、訪學(xué)、暑期實踐等提供便利，依托學(xué)校職業(yè)技能節(jié)，專業(yè)進社區(qū)普及專業(yè)知識。

⑷ 推進教材、教法改革，促進“1+X”證書制度試點，提高職業(yè)院校教師建設(shè)模塊化課程、實施項目式教學(xué)的能力。課程內(nèi)容貼合“1+X”標準體系，評價規(guī)格標準化。

5 課程實施總結(jié)

“工業(yè)機器人編程與操作”課程教學(xué)實施過程，在2019年全國職業(yè)學(xué)校技能大賽——教師教學(xué)能力大賽中獲全國三等獎，作為學(xué)校專業(yè)群建設(shè)中的核心課程，帶動了相關(guān)專業(yè)對接新標準。在課程設(shè)計與實施過程實現(xiàn)了師生、生生的全面良性互動，并且，關(guān)注教與學(xué)全過程的信息采集，并據(jù)反饋及時調(diào)整教學(xué)策略。教學(xué)內(nèi)容基于真實工作任務(wù)、項目及工作流程、過程等，注重通過教師規(guī)范操作與有效示范培育精益求精、追求卓越的職業(yè)精神。本文的課程設(shè)計與實施，具有推廣意義。