基于“1+X”的工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試課程設(shè)計(jì)與實(shí)施*

許偉，羅明鳳，黃霜

（四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 都江堰 611830）

2019 年2月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，要求從2019年開始，在職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校啟動(dòng)“學(xué)歷證書＋若干職業(yè)技能等級(jí)證書”制度試點(diǎn)工作[1]。目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域出臺(tái)了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程、操作與運(yùn)維、集成應(yīng)用及裝調(diào)等共4個(gè)相關(guān)的職業(yè)技能等級(jí)證書[2]。研究將證書培訓(xùn)內(nèi)容有機(jī)融入專業(yè)人才培養(yǎng)方案，特別是如何有效融入“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試”“PLC”等專業(yè)核心課程，圍繞工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用突破原有課程之間的邊界，成為了職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校研究的熱點(diǎn)。

四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2019年10月獲得批復(fù)成為“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”證書試點(diǎn)院校，迫切需要在“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試”等專業(yè)核心課程中實(shí)現(xiàn)課證深度融合。本研究工作是打破原有課程之間的邊界，深入貫徹《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》精神，提升教學(xué)針對(duì)性，完善職業(yè)教育功能，提高技術(shù)技能人才的培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)能力的重要途徑之一。

1 教學(xué)整體設(shè)計(jì)

課程教學(xué)整體設(shè)計(jì)以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)思想，以企業(yè)技術(shù)技能人才需求為導(dǎo)向，根據(jù)職業(yè)崗位相關(guān)要求，對(duì)標(biāo)“1+X”證書中的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程中級(jí)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接國(guó)家專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、大學(xué)生技能競(jìng)賽，結(jié)合學(xué)校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化人才培養(yǎng)目標(biāo)，借鑒悉尼協(xié)議成果導(dǎo)向（OBE）教育理念，有機(jī)融入“四個(gè)自信”、工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)等思政元素，將新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范納入課程教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)歷教育內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，校企協(xié)作研究與制定基于“1+X”的工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試課程建設(shè)方案。

1.1 教學(xué)情況分析

1.1.1 教學(xué)條件

課程在超星平臺(tái)建有“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試”網(wǎng)絡(luò)課程，教學(xué)資源豐富完備，涵蓋了動(dòng)畫、示范視頻、試卷、習(xí)題庫(kù)等資源，利于開展線上線下混合式教學(xué)及數(shù)據(jù)收集。實(shí)踐教學(xué)條件良好，設(shè)備完備率高，擁有滿足課程理虛實(shí)一體化教學(xué)的實(shí)訓(xùn)中心，包含工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)、焊接、拋光打磨等基礎(chǔ)工作站，以及輕工智能生產(chǎn)線、柔性智能制造集成單元及智能制造集成平臺(tái)等綜合工作站。

1.1.2 學(xué)情分析

工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試開設(shè)于第二學(xué)期，總學(xué)時(shí)64。學(xué)生前期已完成“專業(yè)導(dǎo)論”“機(jī)械制圖與CAD”“電機(jī)與電氣控制技術(shù)”等課程的學(xué)習(xí)，初步具備本課程涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械制圖、CAD、電氣控制技術(shù)等知識(shí)及技能。本專業(yè)生源來源于高考統(tǒng)招和單招，均為理科生，其中統(tǒng)招學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)能力稍強(qiáng)，但實(shí)踐能力稍差；單招班同學(xué)理論知識(shí)學(xué)習(xí)能力稍差，但思維活躍動(dòng)手能力較強(qiáng)。無論高考統(tǒng)招和單招學(xué)生，大部分學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)，屬于被動(dòng)學(xué)習(xí)，但接受新知識(shí)、新技術(shù)能力強(qiáng)。

1.2 教學(xué)策略

1.2.1 基于成果導(dǎo)向（OBE）教育理念的理虛實(shí)一體化教學(xué)模式

借鑒悉尼協(xié)議成果導(dǎo)向（OBE）教育理念設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的教學(xué)項(xiàng)目，充分利用RobotStudio、PQArt虛擬仿真軟件的“虛”，實(shí)訓(xùn)中心的“實(shí)”，理虛實(shí)相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際、突出重點(diǎn)解決教學(xué)難點(diǎn)。

1.2.2 基于學(xué)情的因材施教的分類指導(dǎo)教學(xué)策略

基于學(xué)情，將學(xué)生分成A、B、C三層次。A層次同學(xué)基礎(chǔ)較好，學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)，實(shí)際教學(xué)過程中，主要以引導(dǎo)式教學(xué)策略為主，鼓勵(lì)其利用開放實(shí)驗(yàn)室挑戰(zhàn)創(chuàng)新拓展任務(wù)；B層次同學(xué)學(xué)習(xí)興趣不高，屬于被動(dòng)性學(xué)習(xí)，采用“講授+引導(dǎo)”相結(jié)合教學(xué)策略，側(cè)重激發(fā)主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)技能；C層次同學(xué)基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)積極性差，意志力薄弱，采用“講授+引導(dǎo)+輔導(dǎo)”相結(jié)合教學(xué)策略，充分利用信息化手段、開放實(shí)驗(yàn)室輔導(dǎo)該層次學(xué)生學(xué)習(xí)，以提高學(xué)習(xí)動(dòng)力，重拾信心完成教學(xué)目標(biāo)。

1.2.3 基于多信息化手段的線上線下混合式教學(xué)策略

基于學(xué)情，充分考慮高職學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，通過教學(xué)平臺(tái)課前、課中、課后發(fā)布任務(wù)與測(cè)試題，討論、上傳成果，課中通過教學(xué)攝像機(jī)記錄學(xué)生活動(dòng)及輔助教學(xué)，全程數(shù)據(jù)采集及時(shí)掌握學(xué)情、動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略。

1.3 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)國(guó)家工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，明確工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試課程在專業(yè)課程體系中的地位和作用，對(duì)標(biāo)“1+X”證書“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”中級(jí)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定課程教學(xué)目標(biāo)，將課程教學(xué)目標(biāo)分解細(xì)化落實(shí)到課堂，形成課堂教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化后課程總目標(biāo)如下。

總目標(biāo)：⑴ 能查閱工業(yè)機(jī)器人技術(shù)資料；⑵ 能完成機(jī)器人的安裝接線及日常維護(hù)和保養(yǎng)任務(wù)；⑶能操作機(jī)器人進(jìn)行機(jī)器人原點(diǎn)校準(zhǔn)和工具工件、坐標(biāo)設(shè)置、I/O信號(hào)配置等系統(tǒng)設(shè)置；⑷ 能再現(xiàn)示教編程及調(diào)試全流程動(dòng)作；⑸ 能熟練操作機(jī)器人進(jìn)行碼垛、搬運(yùn)、焊接打磨等典型任務(wù)作業(yè)；⑹ 能靈活使用虛擬仿真軟件輔助現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試；⑺ 增強(qiáng)學(xué)生的“四個(gè)自信”，加強(qiáng)學(xué)生職業(yè)認(rèn)同感，躬身服務(wù)中國(guó)夢(mèng)、強(qiáng)國(guó)夢(mèng)；⑻ 學(xué)會(huì)科學(xué)探究方法，發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，勇于創(chuàng)新，在工作、學(xué)習(xí)中發(fā)揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神；⑼ 提高學(xué)生溝通交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，樹立愛崗敬業(yè)、開拓創(chuàng)新的職業(yè)道德；⑽ 樹立標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、責(zé)任意識(shí)，養(yǎng)成文明生產(chǎn)、安全操作的習(xí)慣。

2 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

以課程中的項(xiàng)目二“輪轂搬運(yùn)程序編寫與調(diào)試”（16學(xué)時(shí)）為例，根據(jù)企業(yè)崗位調(diào)研，機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)有生產(chǎn)節(jié)拍、搬運(yùn)準(zhǔn)確度、運(yùn)動(dòng)路徑及工作柔性等要求，按照工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”證書中級(jí)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，要求掌握工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)編程、系統(tǒng)離線編程與測(cè)試等技能。

對(duì)接國(guó)家專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、大學(xué)生技能競(jìng)賽相關(guān)要求，將項(xiàng)目二的教學(xué)目標(biāo)細(xì)化分解為三個(gè)任務(wù)。

⑴ 任務(wù)1“轂搬運(yùn)工藝過程分析與構(gòu)建工藝路線”（2學(xué)時(shí)）：通過對(duì)搬運(yùn)工藝分析，構(gòu)建并優(yōu)化工藝路線，縮短生產(chǎn)節(jié)拍。

⑵ 任務(wù)2“機(jī)器人與PLC的信號(hào)配置”（4學(xué)時(shí)）：完成擴(kuò)展I/O系統(tǒng)編程，支撐后續(xù)任務(wù)的信號(hào)交互設(shè)置。

⑶ 任務(wù)3“搬運(yùn)程序編寫與調(diào)試”（10學(xué)時(shí)）：發(fā)揮虛擬仿真軟件優(yōu)勢(shì)，完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及搬運(yùn)作業(yè)路徑仿真驗(yàn)證，滿足生產(chǎn)節(jié)拍、搬運(yùn)準(zhǔn)確度、程序優(yōu)化等要求，再進(jìn)行“虛擬軟件+示教器”相結(jié)合的在線混合編程，提高編程效率，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)作業(yè)及工藝柔性的功能任務(wù)。

實(shí)施過程中參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，樹立標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)，以學(xué)生為中心有機(jī)融入“四個(gè)自信”及科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神，愛崗敬業(yè)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的職業(yè)素養(yǎng)，安全文明、節(jié)能環(huán)保意識(shí)等思政元素[3,4]。同時(shí)，借鑒“1+X”證書“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”中級(jí)職業(yè)技能等級(jí)考核標(biāo)準(zhǔn)，采用“過程性考核+期末考核”的課程評(píng)價(jià)方式。其中，過程性考核分值占比60%，包括考勤、線上學(xué)習(xí)、情境自學(xué)、測(cè)試題、操作成果、拓展成果；期末考核分值占比40%，包括期末考試、實(shí)操考試。

以下以項(xiàng)目二中任務(wù)3中子任務(wù)1“機(jī)器人夾具的自動(dòng)拾取程序編寫與調(diào)試”（2學(xué)時(shí)）為例，介紹理虛實(shí)一體化的教學(xué)實(shí)施過程，教學(xué)活動(dòng)包括課前準(zhǔn)備、課中實(shí)踐、課后拓展等教學(xué)環(huán)節(jié)。

2.1 課前準(zhǔn)備

課前根據(jù)提前在教學(xué)平臺(tái)發(fā)布的機(jī)器人安全操作測(cè)試題、討論輪轂搬運(yùn)工藝優(yōu)化路線的數(shù)據(jù)反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略。基于學(xué)情及數(shù)據(jù)反饋，將A、B、C三層次的學(xué)生混搭為3人的學(xué)習(xí)小組，根據(jù)崗位角色，交替扮演編程員、安全員、記錄員，其中編程員負(fù)責(zé)機(jī)器人示教編程與調(diào)試，安全員負(fù)責(zé)輔助示教調(diào)試及安全，記錄員負(fù)責(zé)任務(wù)實(shí)施及問題記錄。

2.2 課中實(shí)踐

課中采用“評(píng)－引－思－學(xué)－練－評(píng)”理虛實(shí)一體化教學(xué)流程，以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，完成課堂教學(xué)目標(biāo)。

⑴ 課前點(diǎn)評(píng)：對(duì)課前發(fā)布的測(cè)試題、討論等進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，如通過安全測(cè)試題點(diǎn)評(píng)強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)、責(zé)任、安全意識(shí)。

⑵ 引任務(wù)：通過播放課堂任務(wù)動(dòng)畫，引出本次課程任務(wù)，明確知識(shí)、技能、素質(zhì)目標(biāo)。

⑶ 思問題：教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考問題，逐步進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

⑷ 學(xué)榜樣+學(xué)知識(shí)：選取大國(guó)工匠、勞動(dòng)模范的先進(jìn)案例為學(xué)習(xí)榜樣，引入精益求精的工匠精神，愛崗敬業(yè)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的職業(yè)素養(yǎng)等思政元素，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中養(yǎng)成工匠精神及職業(yè)素養(yǎng)，從而提煉本次任務(wù)涉及的知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)，通過案例引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)。

⑸ 練技能：學(xué)習(xí)小組按照“實(shí)訓(xùn)中心6S現(xiàn)場(chǎng)管理標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行實(shí)操，要求規(guī)范操作且保持工位整潔，實(shí)操結(jié)束后設(shè)備歸位并整理工位，學(xué)生根據(jù)組內(nèi)分工各司其職交替角色完成任務(wù)；此流程中教師做好問題記錄、過程性評(píng)價(jià)及答疑指導(dǎo)。

⑹分享評(píng)價(jià)：學(xué)生分享虛擬仿真動(dòng)畫、操作錄像、實(shí)操演示等成果，完成學(xué)生自評(píng)、生生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，并將評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)上傳教學(xué)平臺(tái)，支撐過程性評(píng)價(jià)。

2.3 課后拓展

基于學(xué)情，設(shè)置難度遞增的拓展任務(wù)，提高學(xué)生拓展創(chuàng)新能力，如設(shè)置依次序、通用多工具自動(dòng)拾取仿真及實(shí)操等拓展任務(wù)，學(xué)生可通過虛擬仿真軟件、開放實(shí)驗(yàn)室完成上述拓展任務(wù)，并將成果提交教學(xué)平臺(tái)，便于獲取教師查閱點(diǎn)評(píng)及線下指導(dǎo)。

3 課程實(shí)施成效

3.1 教書和育人相統(tǒng)一，促進(jìn)了學(xué)生在知識(shí)、技能、素質(zhì)等方面的全面提升

實(shí)施課改以來，理虛實(shí)一體化教學(xué)模式充分發(fā)揮了學(xué)生在課程中的主角作用，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，助力學(xué)生對(duì)理論與實(shí)踐的辯證統(tǒng)一。線上線下混合式教學(xué)策略，讓學(xué)習(xí)變得更靈活、更有效，結(jié)合客觀、全面的“過程性考核+期末考核”的課程評(píng)價(jià)方式，讓更多的學(xué)生主動(dòng)關(guān)注自己的成績(jī)分?jǐn)?shù)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)力。分類指導(dǎo)、因材施教促成了大部分學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)探索的習(xí)慣轉(zhuǎn)變，形成了A層次學(xué)生努力拔尖，B、C層次奮力追趕的良好學(xué)習(xí)氛圍。

相比于往屆畢業(yè)生，實(shí)施課程改革后18、19級(jí)學(xué)生的技能水平和職業(yè)素養(yǎng)都有了明顯提升。在省級(jí)大學(xué)生工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用技能大賽等技能大賽中獲得省級(jí)二、三獎(jiǎng)項(xiàng)多項(xiàng)，在行業(yè)競(jìng)賽全國(guó)職業(yè)院校自動(dòng)化產(chǎn)線裝調(diào)虛擬仿真技能大賽中獲得了包括一等獎(jiǎng)在內(nèi)的多項(xiàng)榮譽(yù)，用人單位對(duì)18級(jí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生技能水平和綜合素質(zhì)給予了極大的肯定。

3.2 廣調(diào)研、勤鉆研，師資綜合水平獲得了全面提升

實(shí)施課改以來，專業(yè)教師開展廣泛調(diào)研，集思廣益開發(fā)更加靈活、全面的活頁式教材。教師主動(dòng)求變，設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)情境，充分利用信息化手段，嘗試多種教法相結(jié)合、因材施教的教學(xué)策略，保證教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成；主動(dòng)聯(lián)系企業(yè)，參加企業(yè)鍛煉，學(xué)習(xí)新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范。

實(shí)施課改以來，專業(yè)教師積極參加“1+X”技能師資培訓(xùn)，多人獲得了培訓(xùn)合格證、考核師證，實(shí)踐能力有了針對(duì)性提升，專業(yè)教師在校級(jí)教師教學(xué)能力大賽中獲得專業(yè)組一等獎(jiǎng)多項(xiàng)，并在省級(jí)教師教學(xué)能力大賽中獲得三等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語

基于“1+X”證書制度，實(shí)施工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試課程的改革，是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，深入貫徹《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》精神，提升教學(xué)針對(duì)性的重要舉措，促進(jìn)了專業(yè)教師的個(gè)人綜合水平的提升。另一方面，課程改革充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，極大地提升技能水平，促進(jìn)主動(dòng)發(fā)揚(yáng)工匠精神和職業(yè)素養(yǎng)的習(xí)慣養(yǎng)成，為后期開展技能等級(jí)考核，乃至勝任就業(yè)崗位都奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。