“1+X”證書制度下機(jī)器人工程專業(yè)實踐教學(xué)探索

劉 超, 溫宏愿, 楊 蕾, 孫松麗, 瞿志俊

(南京理工大學(xué) 泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

0 引言

2019 年初，國務(wù)院印發(fā)《國家職業(yè)教育改革實施方案》[1]，明確提出在職業(yè)教育中啟動和實施 “1+X”證書制度，“1” 指學(xué)歷證書，“X” 指若干職業(yè)技能證書，要求各高校在職業(yè)教育和人才培養(yǎng)過程中將學(xué)歷證書和若干職業(yè)技能證書有效地融合起來，提倡和激勵學(xué)生積極獲取職業(yè)技能證書，從而提高職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)技能，同時面向社會提供職業(yè)技能培訓(xùn)，增強(qiáng)和提高職業(yè)教育服務(wù)社會和地方經(jīng)濟(jì)的能力。文件中明確指出：從2019年開始，在職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校啟動“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”制度試點工作。

對于應(yīng)用型本科院校，提升應(yīng)用型本科高校的競爭力，一方面要繼續(xù)深化教育改革工作，對接產(chǎn)業(yè)(行業(yè))持續(xù)推進(jìn)專業(yè)改造與師資隊伍建設(shè)，深化產(chǎn)教融合的合作育人機(jī)制；另一方面要全面提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量與就業(yè)質(zhì)量，積極參與 “1+X”證書制度試點工作，結(jié)合學(xué)生的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，建立科學(xué)的以能力為導(dǎo)向的人才評價體系，完善 “1+X” 證書制度育訓(xùn)結(jié)合的配套建設(shè)[2-4]。

應(yīng)用型本科院校作為現(xiàn)代職業(yè)教育體系的一個重要環(huán)節(jié)，不同于高職院校側(cè)重于實際操作。南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院經(jīng)過多年的發(fā)展，將人才培養(yǎng)定位為“現(xiàn)場工程師”，培養(yǎng)既具備扎實的理論基礎(chǔ)，又具備較強(qiáng)的實際操作能力復(fù)合型人才?！?+X”證書制度與我校人才培養(yǎng)目標(biāo)有較強(qiáng)的契合度。對于應(yīng)用型本科院校，根據(jù)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)化實踐教學(xué)是學(xué)生獲取職業(yè)技能等級證書的重要途徑。建立合理的實踐教學(xué)體系和實踐教學(xué)基地，既可以提升學(xué)生的工程實踐能力和就業(yè)能力，也可以為職業(yè)技能等級證書提供考評的場地支持，完善學(xué)校服務(wù)社會的基本職能[5-7]。我校入選了第二批“1+X”證書制度工業(yè)機(jī)器人操作與運維證書試點院校。在機(jī)器人工程專業(yè)，圍繞“1+X”證書制度開展了全新的實踐教學(xué)體系和實驗室建設(shè)。

1 工業(yè)機(jī)器人操作與運維證書背景

2019年9月，工業(yè)和信息化部教育與考試中心公布了機(jī)器人操作與運維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人操作與運維職業(yè)技能等級對應(yīng)的工作領(lǐng)域、工作任務(wù)和職業(yè)技能要求。對應(yīng)高級證書的要求，使學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)安裝、工業(yè)機(jī)器人校對與調(diào)試、運用示教器完成工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜動作的編程、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)故障診斷等工作領(lǐng)域內(nèi)完成工業(yè)機(jī)器人操作和運維。

針對職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器人工程專業(yè)需要設(shè)置相應(yīng)的理論課程與實踐課程支撐職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對應(yīng)每一個工作領(lǐng)域，教學(xué)計劃支撐如表1所示。本科教學(xué)對理論要求較高，對于職業(yè)等級標(biāo)準(zhǔn)中理論的要求，絕大多數(shù)高校教學(xué)計劃都可以滿足。對于實踐課程和綜合實訓(xùn)課程，本科高校普遍重視程度不夠，實踐課程內(nèi)容與實際工程相差較大，不能滿足“1+X”證書制度對學(xué)生實踐能力的要求。我校提出一種“項目引領(lǐng)、崗位實境”、能操作、可執(zhí)行、易推廣的實踐教學(xué)模式[8]。在學(xué)校的智能制造技術(shù)中心內(nèi)，利用教學(xué)實訓(xùn)基地軟硬件系統(tǒng)，針對應(yīng)用型本科的教學(xué)特點，開展服務(wù)型專業(yè)教學(xué)。利用項目教學(xué)法把企業(yè)實際的研發(fā)應(yīng)用項目搬入課堂。

表1 機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)計劃支撐工作領(lǐng)域表

本文著重論述了機(jī)器人工程專業(yè)建立的滿足“1+X”證書制度機(jī)器人操作與運維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)的實踐教學(xué)體系和實驗室建設(shè)方案。

2 機(jī)器人工程專業(yè)實踐教學(xué)體系

對于機(jī)器人工程專業(yè)，實踐教學(xué)體系是整個教學(xué)實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按照“1+X”證書制度的要求，建立滿足職業(yè)等級標(biāo)準(zhǔn)，與工程實踐緊密聯(lián)系的實踐教學(xué)體系，既可以提升學(xué)生的工程實踐能力，又可以滿足企業(yè)人員培訓(xùn)要求，是實施“項目引領(lǐng)、崗位實境”的重要手段。

2.1 培養(yǎng)“四種能力”，完善實踐教學(xué)體系

機(jī)器人工程專業(yè)圍繞學(xué)生工程認(rèn)知能力、工程驗證能力、工程設(shè)計能力、工程應(yīng)用能力培養(yǎng)；建立分層遞進(jìn)的實踐教學(xué)體系。

工程認(rèn)知能力培養(yǎng)：包括基本的認(rèn)識實習(xí)、金工實習(xí)、基礎(chǔ)課程實驗等。幫助學(xué)生理解和鞏固相應(yīng)的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)工程意識，初步鍛煉工程認(rèn)知能力。

工程驗證能力培養(yǎng)：包括專業(yè)核心課程課內(nèi)實驗。將理論課程放在實驗室，實現(xiàn)“教室-實驗室”一體化教學(xué)。學(xué)生在理論教學(xué)結(jié)束后直接在實驗室通過項目驗證理論知識。既可以深入理解理論知識，又可以提高學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生得到充足的訓(xùn)練時間和機(jī)會，提高工程驗證能力。

工程設(shè)計能力培養(yǎng)：包括專業(yè)技能綜合實訓(xùn)、課程設(shè)計等，例如工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用實訓(xùn)(基礎(chǔ)、碼垛、打磨、焊接)、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成課程設(shè)計等。通過課程設(shè)計或綜合實訓(xùn)課程，對學(xué)生進(jìn)行更深入的專業(yè)技能培養(yǎng)和訓(xùn)練。幫助學(xué)生由淺入深，層層遞進(jìn)，逐步掌握工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的基本知識及開發(fā)部分功能模塊的能力。邀請企業(yè)工程師參與授課，通過工程實際項目培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力。

工程應(yīng)用能力培養(yǎng)：組織學(xué)生參加科研訓(xùn)練、企業(yè)項目、科技創(chuàng)新、實驗室建設(shè)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目、學(xué)科競賽等[9-11]，培養(yǎng)學(xué)生研究與創(chuàng)新的綜合能力。學(xué)科競賽和大學(xué)生創(chuàng)新項目是提高學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的有效手段，也是高校培養(yǎng)“創(chuàng)新型、實用型、復(fù)合型”人才的重要途徑圖學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計，參與企業(yè)、教師的實際應(yīng)用課題，對工程項目有更加直接的認(rèn)識，對學(xué)生的就業(yè)能力和未來發(fā)展具有重要意義。

2.2 融合“三種途徑”，實現(xiàn)實踐能力提升

將課內(nèi)教學(xué)與課外教學(xué)相融合、校內(nèi)教學(xué)與校外實踐相融合、教學(xué)工作與科學(xué)研究相融合。通過途徑的融合，實現(xiàn)課外補(bǔ)充課內(nèi)，校外補(bǔ)充校內(nèi)，科研補(bǔ)充教學(xué)的全方位實踐能力培養(yǎng)體系。

課內(nèi)教學(xué)與課外教學(xué)相融合：將實踐教學(xué)計劃(包括實驗、課程設(shè)計、實習(xí)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等)與課程外的省校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、學(xué)科競賽、科研訓(xùn)練等有機(jī)融合，建立開放型實驗室、創(chuàng)新型實驗室，對實驗室開展學(xué)生參與管理制度，全方位訓(xùn)練學(xué)生的基礎(chǔ)實驗?zāi)芰Α嶒炘O(shè)計能力、問題分析與解決能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

校內(nèi)教學(xué)與校外實踐相融合：將校內(nèi)的實踐教學(xué)與校外的企業(yè)工程現(xiàn)場實踐教學(xué)融合，聘請企業(yè)導(dǎo)師參與指導(dǎo)學(xué)生校內(nèi)外實習(xí)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計；聯(lián)合企業(yè)開展技術(shù)開發(fā)、社會實踐。通過校內(nèi)外導(dǎo)師、實踐場所和設(shè)備的互補(bǔ)式培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生崗位適應(yīng)能力、現(xiàn)代工具應(yīng)用能力、溝通與交流能力等。

教學(xué)工作與科學(xué)研究相融合：通過學(xué)生加入教師主持的科研項目、將教師科研成果摘編為教學(xué)案例或?qū)W生實踐訓(xùn)練項目，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、設(shè)計/開發(fā)解決方案能力、終身學(xué)習(xí)能力、調(diào)研能力、創(chuàng)新意識和科研素質(zhì)。

2.3 建立特色鮮明的實踐教學(xué)體系

在實踐教學(xué)體系中，通過“基礎(chǔ)實驗室-專業(yè)實驗室-綜合實踐實驗室-創(chuàng)新實驗室”四個層次，完成學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)。實驗室開設(shè)實驗以項目為載體，并不斷更新實驗內(nèi)容，圍繞工程上應(yīng)用最廣，最具代表性的成果開展實踐教學(xué)。最終是形成以“項目引領(lǐng)、崗位實境；分層培養(yǎng)、逐級遞進(jìn)；多方聯(lián)動、前后貫通”為特色，以“四種能力培養(yǎng)，三種途徑融合”為手段的的實踐教學(xué)體系。

綜上所述，機(jī)器人工程專業(yè)實踐教學(xué)培養(yǎng)體系如圖1所示。

圖1 機(jī)器人工程專業(yè)實踐能力培養(yǎng)體系圖

3 機(jī)器人工程專業(yè)實驗室建設(shè)

實驗室是提升學(xué)生工程實踐能力的重要場所，配合實踐教學(xué)體系，建立既符合“1+X”證書制度職業(yè)等級標(biāo)準(zhǔn)，又能滿足機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)需求的實驗室建設(shè)是專業(yè)實踐教學(xué)的重要條件[12]。

3.1 實施四維度體系化的實驗室建設(shè)方案

機(jī)器人工程專業(yè)面向智能制造行業(yè)，為智能制造行業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型人才。

專業(yè)實驗室建設(shè)圍繞智能制造行業(yè)的需求展開，形成“點、線、面、體”四維度體系化實驗室建設(shè)模式。即：“點(機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)實驗室、機(jī)器人虛擬仿真實驗室)-線(機(jī)器人典型工藝應(yīng)用實驗室)-面(工廠數(shù)據(jù)采集實驗室、制造執(zhí)行系統(tǒng)實驗室)-體(智能制造數(shù)控加工生產(chǎn)線)”四維度體系化建設(shè)方案。其中，點是基礎(chǔ)，線是關(guān)鍵，面是特色，體則是目標(biāo)。

點是基礎(chǔ)：在智能制造系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人是一個控制點，是組成智能制造系統(tǒng)的執(zhí)行工具，對工業(yè)機(jī)器人基本編程操作和仿真是整個智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。學(xué)生在機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)實驗室、機(jī)器人虛擬仿真實驗室可以對工業(yè)機(jī)器人有一個基本的認(rèn)識，進(jìn)行簡單的操作編程和仿真。該實驗室可以開設(shè)：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)首次運行與手動操作，程序創(chuàng)建管理，坐標(biāo)系設(shè)置，編輯軌跡與手動運行，指令編輯，I/O控制與控制指令添加，工具更換編程，未成品物料搬運，視覺系統(tǒng)設(shè)置，工作站主程序編程及調(diào)試運行等實驗。學(xué)生通過上述實驗?zāi)軌驅(qū)I(yè)機(jī)器人本體完成基本編程和操作。通過實際操作和虛擬仿真，學(xué)生可以完成簡單的工藝過程控制。

線是關(guān)鍵：在智能制造系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)典型的工藝需求，將工業(yè)機(jī)器人本體和典型的工裝夾具結(jié)合，在特定的工藝需求下完成簡單的集成實現(xiàn)工藝加工是整個智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵。學(xué)生在機(jī)器人典型工藝應(yīng)用實驗室能夠?qū)W習(xí)打磨，搬運碼垛，弧焊三種典型的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的工藝原理，設(shè)計思想，指令編輯。該實驗室可以開設(shè)：三種工藝的坐標(biāo)系設(shè)置，編輯軌跡及程序管理，工藝指令添加與適應(yīng)，工藝程序編程，工藝程序自動運行等實驗以及工業(yè)機(jī)器人打磨，搬運碼垛，弧焊工藝綜合實訓(xùn)和相關(guān)的課程設(shè)計。學(xué)生通過上述實驗?zāi)軌蛲瓿珊唵喂ぷ髡镜木幊陶{(diào)試。通過實際操作，學(xué)生可以完成工業(yè)機(jī)器人在典型應(yīng)用領(lǐng)域的集成應(yīng)用。

面是特色：在智能制造系統(tǒng)中，對設(shè)備的管理和監(jiān)控是提高工作效率的有效手段，也是智能制造系統(tǒng)的最大特色，集成的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理，主要依托工廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)。學(xué)生在工廠數(shù)據(jù)采集和制造執(zhí)行系統(tǒng)實驗室中能夠?qū)W習(xí)數(shù)據(jù)采集的基本原理，GE PLC 編程，采集工廠實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工廠數(shù)據(jù)監(jiān)控，存儲工廠歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建工廠系統(tǒng)保護(hù)以及工廠生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理以及MES的數(shù)據(jù)信息，生產(chǎn)管理之生產(chǎn)排產(chǎn)，設(shè)備管理之OEE效率分析，可視化之生產(chǎn)過程監(jiān)控，MES項目實施流程，MES需求文檔的設(shè)計等內(nèi)容。該實驗室可以開設(shè)：SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集實驗，SCADA系統(tǒng)報表應(yīng)用實驗，SCADA系統(tǒng)報警管理實驗，MES系統(tǒng)訂單管理，MES系統(tǒng)訂單裝配工序管理，MES系統(tǒng)物料管理，MES系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)檢等實驗以及相關(guān)課程設(shè)計。學(xué)生通過上述實驗?zāi)軌蛲瓿苫诠I(yè)機(jī)器人的智能制造工廠的數(shù)據(jù)采集和制造執(zhí)行系統(tǒng)的搭建，維護(hù)和應(yīng)用。

體是目標(biāo)：在智能制造系統(tǒng)中，目標(biāo)是建設(shè)一個可以根據(jù)客戶需求自動調(diào)整生產(chǎn)的高性能系統(tǒng)集成產(chǎn)品，將工業(yè)機(jī)器人、傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、上位機(jī)連接起來形成一個智能化系統(tǒng)解決方案是機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生實踐能力提升的重要手段。智能制造數(shù)控加工生產(chǎn)線將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中。生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動等機(jī)構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機(jī)地融合在一起。學(xué)生在智能制造數(shù)控加工生產(chǎn)線上能夠?qū)W習(xí)數(shù)控加工生產(chǎn)線中的通信、識別、跟蹤、資源管理、工藝規(guī)劃；車床加工單元的架構(gòu)，并掌握車床加工單元的數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及系統(tǒng)的識別與工藝規(guī)劃方法，實現(xiàn)車床加工系統(tǒng)的運行；加工中心單元的架構(gòu)，并掌握加工中心單元的數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及系統(tǒng)的識別與工藝規(guī)劃方法，實現(xiàn)加工中心系統(tǒng)的運行等內(nèi)容。本實驗室可以開設(shè)智能制造數(shù)控加工生產(chǎn)線課程設(shè)計以及相關(guān)認(rèn)知實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計。學(xué)生通過上述實驗?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)對整個智能制造系統(tǒng)的把握。

3.2 實施“理-虛-實”一體化實踐教學(xué)模式

建立“理(理論)-虛(仿真)-實(實操)”一體化的實踐教學(xué)模式，即：基于機(jī)器人虛擬仿真實驗室，進(jìn)行初級仿真能力培養(yǎng)，基于機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)實驗室，進(jìn)行機(jī)器人示教編程及操作能力培養(yǎng)；基于典機(jī)器人典型工藝應(yīng)用實驗室，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人與典型工藝相結(jié)合的應(yīng)用能力和機(jī)器人集成設(shè)計中級能力培養(yǎng)；基于工廠數(shù)據(jù)采集實驗室、制造執(zhí)行系統(tǒng)實驗室、智能數(shù)控加工產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)，進(jìn)行智能制造和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成設(shè)計高級能力培養(yǎng)；實現(xiàn)學(xué)生工程實踐能力的漸進(jìn)式培養(yǎng)，保障和提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

4 結(jié)語

隨著“1+X”證書制度的不斷推進(jìn)和職業(yè)等級標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，機(jī)器人工程專業(yè)實驗室建設(shè)需要不斷更新實驗內(nèi)容。

通過“理論教學(xué)-虛擬仿真-實際操作”的教學(xué)模式，按照“點、線、面、體”四個維度，以培養(yǎng)學(xué)生工程認(rèn)知能力、工程驗證能力、工程設(shè)計能力、工程應(yīng)用能力為目標(biāo)，建立一個“項目引領(lǐng)、崗位實境；分層培養(yǎng)、逐級遞進(jìn)；多方聯(lián)動、前后貫通”為特色，以“四種能力培養(yǎng)，三種途徑融合”為手段的的實踐教學(xué)體系。該體系既滿足“1+X”證書制度職業(yè)等級標(biāo)準(zhǔn)要求，又滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求。能夠培養(yǎng)企業(yè)認(rèn)可，實踐能力突出的工程應(yīng)用型人才。