基于工作過程系統(tǒng)化的中職工業(yè)機器人實訓課程建設研究

陳 飛，肖蘇華，王志勇，羅永順，陳飛昕，孫洪穎

（廣東技術師范大學 機電學院，廣東 廣州 510635）

0 引言

工業(yè)機器人作為智能制造、工業(yè)自動化領域的重要組成部分，得到了廣泛應用，對工業(yè)機器人操作編程、安裝調試、維修保養(yǎng)類人才也產生了大量需求.中等職業(yè)學校近幾年陸續(xù)開設了工業(yè)機器人專業(yè)，但在人才培養(yǎng)方面存在一些亟待解決的問題，包括課程安排與企業(yè)需求脫節(jié)、學生綜合實訓能力不足、實訓設備與師資缺乏等現(xiàn)象.因此，完善課程體系建設是工業(yè)機器人專業(yè)發(fā)展的首要任務，尤其對于實訓課程的建設，有利于提升學生職業(yè)技能，促進就業(yè)和經濟發(fā)展.

1 工業(yè)機器人相關企業(yè)對中職技術人才崗位需求分析

采用招聘網站職友集為工具，為了確保檢索招聘職位充分，特以“機器人”為關鍵詞，共檢索出全國近一個月內22573個招聘職位信息，得到招聘工業(yè)機器人工作崗位，且符合中職中技同等學歷共482個職位，篩選出符合工業(yè)機器人相關職位有效招聘企業(yè)195家.根據招聘職位和崗位工作任務重心統(tǒng)計、整理出工業(yè)機器人相關崗位企業(yè)需求分布（如圖1）.企業(yè)對于中職學生的就業(yè)崗位需求，主要分布在工業(yè)機器人安裝調試、機器人及輔助設備維修、機器人操作編程，以及機器人銷售類崗位.

2 中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程現(xiàn)狀分析

當前，中職工業(yè)機器人專業(yè)課程建設處于探索階段，為了了解工業(yè)機器人實訓課程現(xiàn)狀，選擇對廣東3所中職學校工業(yè)機器人專業(yè)開展實訓課程調研，共發(fā)放學生問卷180份，回收158份，回收率87.78%，其中有效問卷151份，問卷內容涉及學生對于專業(yè)認知、課程設置、實訓教學、學習能力等情況，實訓課程存在問題主要表現(xiàn)為以下四個方面.

圖1 工業(yè)機器人相關崗位企業(yè)需求分布

2.1 學生對于專業(yè)了解不充分

圖2為學生對本專業(yè)就業(yè)方向認識情況調查結果，有16.56%的被調查學生表示不清楚工業(yè)機器人專業(yè)畢業(yè)就業(yè)方向，22.52%學生對就業(yè)崗位比較模糊，僅有11.26%的學生對專業(yè)所培養(yǎng)人才具體就業(yè)崗位非常清楚.此外，調查中發(fā)現(xiàn)當前中職工業(yè)機器人專業(yè)課程仍以機電類課程為主要方向，課程結構設置并沒有凸顯工業(yè)機器人專業(yè)課程特點，課程類型上以文化課、專業(yè)課、專業(yè)技能課的學科模式教學計劃，不能夠與實際崗位工作任務、職業(yè)能力培養(yǎng)有效結合，這也一定程度上影響學生對于專業(yè)人才培養(yǎng)的認識，學生學習目的性不強，就業(yè)方向模糊.

圖2 學生對專業(yè)就業(yè)方向認識情況

2.2 實訓課程課時設置不足

根據學校課程開設情況，按照文化課、專業(yè)理論課、實訓課三部分對課程課時設置滿意度調查,見表1.其中，學生對于專業(yè)理論課和實訓課的課時滿意度分別為28%和33%，約32%的學生明確認為實訓課程課時安排不太符合學習要求.通過后續(xù)調查，學生反映當前實訓課時設置不足，希望能夠增加綜合實訓課程學習，由于實訓硬件設備等條件限制，部分學生不能夠充分參與到實訓教學中，對于涉及工業(yè)機器人課程的實訓環(huán)節(jié)設置較少.

2.3 實訓課程教學內容與實際應用存在脫節(jié)

在中職學校實地調研中發(fā)現(xiàn)，對于實訓教學模式存在單一化，部分課程仍然以理論講授為主，課堂互動性不足，實訓課程教學偏向于驗證性學習，探究性和拓展性學習缺乏，教學內容與實際工作崗位存在脫離，學生對于重復性訓練類型的實訓學習興趣度不高.如實訓課程中工業(yè)機器人實操訓練較少，機器人工作站的集成安裝、調試訓練不足，機器人編程類的主干課程課時安排較少，學生對于機器人操作僅限于幾種簡單的模式.

2.4 學生實訓課中解決問題能力欠缺

對中職工業(yè)機器人專業(yè)學生在實訓課程實踐中遇到問題采取辦法統(tǒng)計，如圖3所示.可以看出有26.49%學生具備獨立分析、解決實際問題的能力；37.75%學生更愿意采取同學之間協(xié)作、探討，解決問題；21.85%學生缺乏解決問題的能力或者認為自身能力不足以解決實際問題；另外，有12.58%的學生并沒有形成分析問題的思維能力，自主學習的意識不足，遇到問題往往傾向于求助老師.

3 基于工作過程系統(tǒng)化中職工業(yè)機器人實訓課程構建方法

在國內以姜大源教授為代表的學者們提出工作過程系統(tǒng)化課程開發(fā)模式，其課程開發(fā)以實際工作崗位典型任務為核心，注重工作過程的完整性，強調學生在學習實踐中的主體地位[1].

中等職業(yè)教育應結合企業(yè)實際工作過程，將企業(yè)工作崗位典型任務轉化為學習任務，合理設計教學內容與方法，提升學生職業(yè)能力、職業(yè)素養(yǎng)[2].在中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程體系構建中，應用工作過程系統(tǒng)化課程理論，通過相關機器人企業(yè)調研，分析專業(yè)就業(yè)工作崗位（群）與對應崗位典型工作任務，明確工作任務所需的知識、能力、素養(yǎng)，將典型工作任務歸納為符合企業(yè)需求的職業(yè)行動領域，并按照教學論和學生知識學習規(guī)律對其進行學習領域課程轉化，得到滿足企業(yè)實際工作任務要求的課程體系，對學習領域內容分解為若干教學任務，合理設計學習情境.圖4為中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程構建方法.

表1 工業(yè)機器人專業(yè)課程課時設置滿意度

圖3 學生實訓課中解決問題能力調查結果

圖4 中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程構建方法

4 中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程構建具體過程

4.1 工作崗位確定

本課題前期對巨輪（廣州）機器人與智能制造有限公司等15家工業(yè)機器人相關領域企業(yè)工程技術人員調研，了解企業(yè)對于工業(yè)機器人技術人才需求，確立中職工業(yè)機器人主要就業(yè)工作崗位和典型工作任務.中職工業(yè)機器人專業(yè)就業(yè)三大主要工作崗位分別為機器人操作編程員、機器人維修保養(yǎng)員、維修電工（安裝調試崗）.本文以工業(yè)機器人維修保養(yǎng)崗位為例，探究實訓課程構建過程與課程教學情境設計.

4.2 典型工作任務與職業(yè)能力分析

通過對工業(yè)機器人維修保養(yǎng)崗位的工作任務進行提煉、歸納分析，得到典型工作任務和職業(yè)能力要求（見表2）.其工作內容主要包括，機器人本體機械部件固定、運動部件清潔與潤滑、電氣控制柜檢修、零件更換、以及故障處理等.

4.3 行動領域的歸納

按照工業(yè)機器人維修崗位對技能要求，對典型工作任務進行分析，參照企業(yè)對于該崗位知識、能力、素養(yǎng)要求，將典型工作任務歸納，形成具備職業(yè)綜合能力的行動領域.本次將工業(yè)機器人維修崗位典型工作任務歸納為工業(yè)機器人本體檢修、工業(yè)機器人故障處理兩個部分.

4.4 學習領域轉化與學習情境

職業(yè)行動領域需要經過教學化的處理，建立符合學生對知識的認知學習規(guī)律學習領域課程，才能滿足教學基本條件.表3為維修崗位工作任務的學習領域課程轉化構成表.

在學習領域課程基礎上，根據建構主義理論與行動導向教學觀，劃分為六個教學項目，按照學習項目的難易程度，進行教學情境的序化處理，得到19個實訓學習任務（見表4）.

5 實訓課程教學設計

選取“工業(yè)機器人馬達更換”實訓任務，作為實訓教學方案設計，旨在從實際工作過程角度出發(fā)，提升學生職業(yè)能力，并以期能為中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程教學提供一些方法.

5.1 教學目標

實訓課程教學目標的確立，是促進學生實訓能力培養(yǎng)的先決條件，有利于教學活動質量提高.依據布魯姆教學理論，對實訓教學目標按照認知、技能、情感和態(tài)度三種目標劃分.

認知目標：

（1）能夠熟悉馬達更換的一般步驟和安全注意事項；（2）能夠認識伺服馬達與減速機構連接結構；（3）能夠對工業(yè)機器人馬達相關故障有一般認識.

表2 工業(yè)機器人維修保養(yǎng)崗位典型工作任務

表3 學習領域課程轉化構成表

技能目標：

（1）能夠對機器人異常做出判斷，掌握機器人剎車制動和伺服馬達編碼器工作原理；（2）具備剎車連接器、馬達動力線連接器、編碼器連接器拆裝能力；（3）了解示教器面板和控制柜主板故障信號.

情感和態(tài)度目標：

（1）能夠提升學生對職業(yè)工作的責任感和榮譽感，激發(fā)學生對工業(yè)機器人維修工作的興趣；（2）采用任務驅動教學，培養(yǎng)學生自主探究學習和團隊協(xié)作意識.

5.2 教學內容

選擇馬達更換任務中的“A1軸馬達更換”模塊作為工作任務來設計實訓教學內容，實訓教學重點為模擬故障下能夠對工業(yè)機器人動作異常、定位精度不穩(wěn)定故障因素分析，難點是能夠檢修編碼器，對機器人編碼器更換和調零.

5.3 教學過程

通過對上述實訓教學目標和教學內容分析，馬達更換模塊以項目的完成為核心，將模塊按工作流程分解為若干子任務，采用任務驅動教學法、項目教學法等多種方法進行實訓教學.依據實訓教學過程中的具體情況，靈活地選取教學輔助方法給學生提供相關指導信息，并給予學生相關工具手冊使用、學習資源搜索等建議，幫助學生提高實訓質量（見表5）.

表4 《工業(yè)機器人維護與保養(yǎng)》學習任務計劃表

表5 實訓教學實施具體過程

5.4 教學評價

對于中職工業(yè)機器人專業(yè)實訓課程教學，實訓評價應包括過程性評價和總結性評價.學生根據教師所提供的實訓評價參考標準和評價記錄表，對實訓整個過程中的表現(xiàn)進行組內自評、小組互評，再由教師做出總評，形成三方評價模式.

6 結語

通過對上述實訓教學設計進行實驗，學生反饋情況顯示，90.0%學生表示課程任務的學習有助于自己對工業(yè)機器人故障維修實操能力的提升，76.7%學生認為實踐過程中小組互動學習性強.因此，基于工作過程系統(tǒng)化的中職工業(yè)機器人實訓課程建設不僅有助于增加企業(yè)崗位與學校教學之間的聯(lián)系，同時以行動導向方法的教學效果符合學生學習期待，有利于技術實用性人才培養(yǎng)，對中職工業(yè)機器人專業(yè)人才建設具有一定借鑒意義.