“1+X”證書制度下“工業機器人站點系統集成”課程改革與實踐

代慧，盧飛躍，朱洪雷，畢天昊

（1.廣州番禺職業技術學院 智能制造學院，廣東 廣州 511483；2.廣州工程技術職業學院 機電工程學院，廣東 廣州 510075）

0 引言

2019年1月24日國務院印發《國家職業教育改革實施方案》，國家開始推進“1+X”證書制度的改革[1]，特別是確立了試點院校后，掀起了“1+X”證書制度建設研究與實踐的熱潮，但目前處在試點初期，當前與本課題相關的研究成果公開發表的不多，大量研究還在探索和實踐過程中。其中，有學者指出“1”凸顯教育功能，注重學生的可持續發展，“X”凸顯職業功能，彰顯類型教育特色，注重學生技術技能的培養，提升學生就業創業本領，“1”是相對穩定，“X”是動態的，“1”與“X”不是簡單的相加，有補充、強化、拓展的關系[2]；有研究者認為“1+X”證書制度下職業教育課程改革是一項系統工程，涉及培養目標從“同一型”向“多元型”轉變、課程結構從“單進程”向“多進程”轉變、課程內容從“單向度”向“多向度”轉變、課程實施從“基于教”向“基于學”轉變和管理機制從“剛性化”向“彈性化”轉變[3]等諸多方面的內容。

為進一步促進教學內容與職業標準、教學過程與生產過程的有效對接，培養學生的機器人系統集成職業崗位核心能力，課程教學團隊積極探索和實踐，基于“1+X”證書背景創新性地提出了“1-7”教學策略，即1種模式、2個結合、3個階段、4種資源、5個任務、6種方法、7環評價。“1-7”教學策略如圖1所示。該教學策略是“1+X”證書制度下課程建設與實踐的指導方法，教學策略之間的各環節不是完全的層級遞進關系，在實施的過程中各環節需要進行相應的互融互通，具體到實施層面來講，還要遵循課程建設的基本原則。實踐證明，通過實施“1-7”教學策略既培養了學生的職業崗位技能，又提升了綜合素養和就業競爭力。

圖1 “1-7”教學策略

1 確定課程教學目標

1.1 基于學情分析，確定重構方向

根據專業人才培養方案，該課程是在第4學期開設，前導課程有“工業機器人離線編程與應用”“工業機器人現場編程與應用”“工控組態技術與應用”等，學生已掌握三菱PLC、觸摸屏和ABB機器人示教編程，有一定的知識儲備和實操技能。課程授課對象主要是90后高職大二學生，課前調查結果顯示他們有“三喜兩厭”的行為特點，即喜歡機器人裝配的先進知識、現場實操、可視化教學資源；厭惡枯燥無味的理論知識、傳統的灌輸式教育，結合學生知識技能儲備和行為特點，確定課程教學內容創新性重構的基本方向，即去繁存簡、實踐為主、理論為輔，以項目驅動替代理論講授。

1.2 對接職業標準，確定教學目標

工業機器人集成應用職業技能等級標準[4]，是由北京華航唯實機器人科技股份有限公司、上海ABB工程有限公司等國內行業多家龍頭企業和知名院校共同起草與制定的。該證書中級職業技能要求是：能根據應用需求進行集成方案適配、原理圖繪制以及操作手冊和維護保養手冊編制，能在離線編程軟件中搭建并仿真工作站應用，能根據典型工作任務完成示教編程，能根據工藝要求對集成系統進行聯機調試與優化，能遵循規范對集成系統進行維護、備份及異常處理，能根據維護保養手冊查找機械、電氣故障并維修。高級職業技能要求是：能根據生產任務進行系統集成方案制定和設備選型，能根據產品設計方案進行三維建模，能對機器人、周邊設備、視覺系統等進行高級編程，能根據產品特性進行加工制造、視覺集成、搬運裝配等多種應用集成開發；能進行機器人生產線的工藝流程規劃、虛擬調試和節拍優化，能編制工業機器人生產線方案說明書、操作手冊和維護保養手冊，能進行工業機器人生產線的維護維修。

課程團隊充分調研行業企業人才需求現狀，依據工業機器人技術專業人才培養方案，課程對接工業機器人集成應用職業技能等級中級標準，并充分考慮工業機器人系統操作員、運維員職業能力要求，結合上述學情分析，確定了課程的知識目標、能力目標和素養目標。課程三維教學目標如圖2所示。

圖2 課程三維教學目標

2 重構課程教學內容

2.1 引入企業案例，轉化教學載體

該課程是工業機器人技術專業核心課程，具有跨多學科、綜合性強、實踐性強等特點。教學團隊積極引入企業新技術、新工藝，將企業生產案例移植到課堂，以中國傳統文化成果——大三通“魯班鎖”為載體，通過一系列教學活動實現“魯班鎖”產品相關工作站的系統集成與編程調試。根據生產工藝要求，融合校企優質資源，結合專業實際情況，課程教學內容重構為魯班鎖部件打磨、魯班鎖部件激光達標、魯班鎖產品裝配、魯班鎖成品封裝及搬運碼垛5個項目，實現了從魯班鎖部件到成品的全生產鏈周期，課程結構如圖3所示。

圖3 重構后的課程結構

2.2 工作過程導向，重構課程內容

根據工作站系統集成基本工作過程和原則，每個項目又細分為工作站建模與拆裝、工作站系統仿真實現、HMI和PLC程序設計、機器人示教聯調、工作站任務拓展等5個子任務。其中，任務1工作站建模與拆裝，對接初級職業技能標準，重點培養學生的工作站系統模型搭建、參數設置與手動操作、坐標系的標定與驗證等職業技能；任務2工作站系統仿真實現、任務3HMI和PLC程序設計、任務4機器人示教聯調則對接中級職業技能標準，進一步培養和提升學生的工作站虛擬仿真、機器人周邊設備編程、視覺系統應用、機器人典型工作任務示教編程、工作站調試與優化等核心職業技能；任務5是工作站任務拓展，目的是通過拓展訓練提升學生的機器人高級編程、生產線方案規劃、生產線虛擬調試與優化等高級技能，為學生進一步成長和中長期職業發展規劃奠定堅實基礎。

5個層級遞進式項目，是“1-7”教學策略中的“5任務”。課程內容重構以后，設置的五個項目符合職業認知規律和企業生產過程，遞進式分解任務，以任務對接生產過程、驅動教學過程。通過5個項目的訓練學生不但掌握了系統集成的核心職業技能，而且完成了魯班鎖的生產，實現了從無到有，以“產品”回報學習，極大地激發了學生的學習興趣，提升了學生的獲得感、成就感，進而也提升了課程的教學效果。

3 創新課程教學模式

3.1 線上與線下混合，虛擬與實踐結合

課程明確樹立“以學生為中心”的教學理念，結合實際情況，構建符合本門課程特點“1-7”教學策略，如圖3所示。其中，“1模式”表示線上線下混合式教學模式，線上教學借助智慧職教、超星等平臺開展任務先導（發布任務、任務接收、簽到打卡等）、資訊發表、技術方案提交、成果評價等；線下教學基于Robot-Studio仿真軟件、專業實訓平臺開展，仿真軟件進行技術方案的驗證與優化，專業實訓平臺是方案轉化為實踐操縱的重要保障。線上與線下、虛擬與實踐的有效結合，是課程教與學的實施過程和主要模式，也是“1-7”教學策略中的“2結合”。

3.2 實施三階段教學，有效達成課程教學目標

3.2.1 課前精心準備，發掘課程思政元素

“1-7”教學策略中的“3階段”，即課前、課中、課后。專業課程內容與思政要素相結合，讓學生在學習過程中感受到專業與思政內容相輔相成的樂趣[5]，因此，課前教學團隊精心準備，積極發掘課程思政元素。“工業機器人站點系統集成”課程也不例外。課前教學團隊深入挖掘“思政”與“專業”知識的有機契合點，明確了本課程中知識蘊含的思政要素切入點。不同的項目任務側重點不同，要培養的知識不同、技能不同，所融入的思政元素也不盡相同[6]。根據魯班鎖生產過程，積極融入學生喜聞樂見的“新中國第一”“新四大發明”“大國工匠”“中國制造2025”“基建狂魔”“中國智造”典型案例以及知名企業家奮斗歷史、逸聞趣事等思政元素。

3.2.2 課中有效融合，創新課程教學模式

課程引入企業真實案例，以項目任務驅動教學。但要想達到理想的教學效果，還必須注重創新課程教學方法和手段。教學團隊積極探索現代職業教育教學方法，擯棄傳統的理論講授、大水漫灌等教學模式，實施“三教-三學”教學方法，即以講授法、演示法、討論法等為主的教學方法；以自主探究、小組協作、角色扮演等為主的學習方法。“三教-三學”教學方法，也即“1-7”教學策略中的“6方法”。課堂教學活動是線下教學活動的主陣地，也是課程思政教學目標實現的重要階段。教學團隊通過靈活多樣的課堂組織形式實現寓社會主義核心價值觀的精髓于課堂教學中，實現“專業畫龍、思政點睛”“潤物細無聲”。

3.2.3 課后及時反饋，鞏固課程學習效果

及時評價與反思提高是每次完整教學過程結束時必須進行的關鍵環節[7]。因此，課堂教學的結束并不意味著學習活動的結束，而是進入評價和閉環反饋環節。課程教學團隊設計了“7環評價”體系，詳情如圖4所示。根據將組織學生進行自評、互評以及學生對教學的反饋，同時學生也要完成項目報告，師生根據評價和反饋信息進行教與學的反思，為下一次教學活動做好準備工作。課后活動主要是進行評價反饋（含課前線上簽到及評測），并根據評價反饋信息進行改進，也即“1-7”教學策略中的“7評價”。

圖4 課程評價體系結構

4 結語

課程教學團隊積極響應國家職業教育方針政策，貫徹“國家職業教育改革實施方案”要求，依據國家專業教學標準、專業人才培養方案、課程標準，對接工業機器人集成應用“1+X”職業技能等級標準，立足工業機器人系統操作員、運維員崗位能力需求，對工業機器人技術專業核心課程“工業機器人站點系統集成”進行課程內容的重構，課程以中國傳統文化成果——大三通魯班鎖為生產線產品，整合課程內容為打磨、打標、裝配、封裝、搬運碼垛5個工作站，即5個教學項目開展生產線式的項目化教學，創新性地提出了“1-7”教學策略，即一種模式、兩種結合、三個階段、四種資源、五個任務、六種方法和七環評價體系。課程以立德樹人為根本，以工作過程為導向，秉承“以學生為中心，以能力為本位，以項目為載體，以育訓為主線”的“行動導向，四位一體”教學理念，學生在“做中學，學中做，邊理論，邊實踐”的過程中掌握職業技能，習得專業知識，練就專業技能，達到教學目標，滿足“1+X”證書制度下工業機器人技術專業人才培養要求。