“1+X”證書試點(diǎn)背景下工業(yè)機(jī)器人離線編程與仿真課程設(shè)計(jì)與教學(xué)改革研究

尹振娟

（寧夏民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏吳忠 751100）

“1+X”證書制度引導(dǎo)人才培養(yǎng)模式和評(píng)價(jià)模式的構(gòu)建，是拓展就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力、緩解結(jié)構(gòu)性就業(yè)矛盾的重要途徑，對(duì)于推進(jìn)教育現(xiàn)代化、建設(shè)人力資源強(qiáng)國(guó)具有重要意義[1-2]。自從“1+X”證書制度試點(diǎn)工作啟動(dòng)以來，教育部先后頒布了四批共447 個(gè)職業(yè)技能等級(jí)證書作為試點(diǎn)，前三批次的四個(gè)職業(yè)技能等級(jí)證書都涉及工業(yè)機(jī)器人方向，其“X”證書標(biāo)準(zhǔn)都離不開工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)的應(yīng)用[3-4]。第四批次中的生產(chǎn)線數(shù)字化仿真應(yīng)用和焊接機(jī)器人編程與維護(hù)職業(yè)技能等級(jí)證書也涉及機(jī)器人離線編程與仿真。

目前，用于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備成本較高，多數(shù)院校受辦學(xué)經(jīng)費(fèi)限制，實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量難以滿足教學(xué)需求。因此，可以采用工業(yè)機(jī)器人離線編程與仿真來模擬真實(shí)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景，從而彌補(bǔ)教學(xué)設(shè)備不足的問題[5]。

1 工業(yè)機(jī)器人離線編程與仿真的總體方案

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)離線編程與仿真課程是課程組在充分考慮學(xué)院現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，基于RobotStudio 軟件開發(fā)的。首先，課程組通過調(diào)研，選取工業(yè)機(jī)器人企業(yè)典型應(yīng)用場(chǎng)景作為虛擬仿真工作站案例，構(gòu)建課程項(xiàng)目[6]；依托工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)建模課程，利用Solidworks 軟件對(duì)車間實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化建模，為后期項(xiàng)目實(shí)踐驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。其次，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，將“1+X”職業(yè)技能等級(jí)證書的考核知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)融入案例教學(xué)，利用RobotStudio 軟件進(jìn)行離線編程設(shè)計(jì)，解決技術(shù)難題。最后，通過實(shí)踐研究，改革教學(xué)方法和考核評(píng)價(jià)方法；建設(shè)課程教學(xué)資源庫，構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式[3]。

2 基于“崗課賽證”融通的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)離線編程與仿真課程原有的教學(xué)內(nèi)容以教材為主，而教材內(nèi)容側(cè)重于仿真軟件的操作編程，較少融入“X”職業(yè)技能等級(jí)證書知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，同時(shí)配套的模型庫與學(xué)校現(xiàn)有的設(shè)備不匹配，給實(shí)際驗(yàn)證帶來諸多不便。該課程依據(jù)全國(guó)職業(yè)教育大會(huì)上提出的“崗課賽證”綜合育人模式進(jìn)行課程內(nèi)容的重構(gòu)[3]。

工業(yè)機(jī)器人方向的職業(yè)技能證書的定位：對(duì)接企業(yè)新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范、新要求，對(duì)接崗位、對(duì)接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，反映職業(yè)崗位所需的職業(yè)知識(shí)、技能、素養(yǎng)，是職業(yè)知識(shí)、技能、素養(yǎng)的綜合體現(xiàn)[3]。技能競(jìng)賽設(shè)備融合了企業(yè)的新技術(shù)和新工藝，各級(jí)各類工業(yè)機(jī)器人技能競(jìng)賽以工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的工作規(guī)范和職業(yè)技能為準(zhǔn)則設(shè)計(jì)打造，能夠有效驗(yàn)證學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和技能的掌握程度[3]。

該課程依據(jù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)國(guó)家教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、“X”職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，基于工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”證書考核平臺(tái)，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案、職業(yè)院校技能大賽比賽規(guī)程、企業(yè)典型應(yīng)用案例（搬運(yùn)、碼垛、焊接、拋光、噴涂等），對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合重構(gòu)[6]。整個(gè)教學(xué)內(nèi)容分為七個(gè)項(xiàng)目三大模塊：基礎(chǔ)模塊、核心模塊、拓展模塊，每個(gè)模塊中有若個(gè)子項(xiàng)目，每個(gè)子項(xiàng)目中有若干任務(wù)，任務(wù)中又細(xì)分了知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。

3 教學(xué)策略

3.1 合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)學(xué)生學(xué)情、基礎(chǔ)各異的現(xiàn)象，以及教材內(nèi)容與現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備不匹配的問題，課程組分別設(shè)置了不同層次的項(xiàng)目。一般項(xiàng)目與教材匹配，學(xué)生通過學(xué)習(xí)線上資源，掌握基礎(chǔ)知識(shí)和技能；擴(kuò)展項(xiàng)目是與學(xué)院現(xiàn)有設(shè)備匹配的任務(wù)，用于鞏固基礎(chǔ)知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移和應(yīng)用的能力；綜合性項(xiàng)目結(jié)合“1+X”職業(yè)技能等級(jí)證書考核的真實(shí)題庫設(shè)置，以工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”考核設(shè)備為平臺(tái)，采用工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”中級(jí)技能等級(jí)證書考核評(píng)分表進(jìn)行離線程序驗(yàn)證考核，真實(shí)模擬考證過程，為參加考證的學(xué)生奠定基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)分層梯度教學(xué)。

3.2 靈活運(yùn)用教學(xué)方法

根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)、要求和課程特點(diǎn)以及實(shí)際學(xué)情，考慮教學(xué)效果和教學(xué)可操作性等因素，教師將任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、分組討論法、類比遷移教學(xué)法、案例教學(xué)法及講授法相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)；充分利用多媒體技術(shù)，采取翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和自主創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高教學(xué)效果。

3.3 理實(shí)一體化教學(xué)

在課堂教學(xué)中，教師積極引入企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目，讓專業(yè)教學(xué)和企業(yè)崗位相關(guān)聯(lián)[7]。同時(shí)，課程組考慮到項(xiàng)目驗(yàn)證的可行性，以學(xué)院現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備為載體，以建模、模型布局、離線編程、虛擬仿真、實(shí)際驗(yàn)證過程為導(dǎo)向，以模塊建模、工業(yè)機(jī)器人路徑生成、路徑整合優(yōu)化與仿真運(yùn)行、實(shí)際驗(yàn)證調(diào)試任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，針對(duì)不同難度項(xiàng)目，采用線上線下混合、理實(shí)一體化教學(xué)模式，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，將教師由主講變?yōu)橐龑?dǎo)，力求做到“學(xué)做合一”，實(shí)現(xiàn)“做中教、做中學(xué)”。

3.4 有效融入思政元素

根據(jù)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求，工學(xué)類專業(yè)課程要注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神，以及科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)[8]。作為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)核心課程，課程組教師選擇多個(gè)場(chǎng)景的機(jī)器人助力中國(guó)智能制造作為應(yīng)用案例，展現(xiàn)機(jī)器人在工業(yè)發(fā)展中的重要性，激發(fā)學(xué)生職業(yè)使命感[9]。在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技能的同時(shí)，教師引入行業(yè)中有影響力和號(hào)召力的大國(guó)工匠人物事跡，為學(xué)生樹立學(xué)習(xí)的榜樣，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神[10-11]。

4 教學(xué)組織與實(shí)施

教學(xué)過程包含課前引學(xué)、課中導(dǎo)學(xué)、課后拓學(xué)三個(gè)部分，以視頻預(yù)習(xí)、案例導(dǎo)引、項(xiàng)目分析、新知探究、任務(wù)實(shí)施、考核評(píng)價(jià)為教學(xué)實(shí)施主要環(huán)節(jié)。

課前，教師在學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布與課程相關(guān)的視頻、課件等教學(xué)資料，學(xué)生通過觀看視頻、課件，自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，初步了解本次授課的內(nèi)容及任務(wù)，完成在線測(cè)試，開展互動(dòng)討論并反饋問題。教師在課前對(duì)學(xué)生的測(cè)試結(jié)果及反饋的問題進(jìn)行整理，準(zhǔn)確了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、知識(shí)掌握程度及存在的問題。

課中，以引、析、探、練、評(píng)五環(huán)節(jié)實(shí)施教學(xué)。在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生以合作探究、交流討論、自主練習(xí)、匯報(bào)考核為主，教師梳理任務(wù)步驟，巡回指導(dǎo)，對(duì)共性問題集中演示操作，對(duì)個(gè)性問題答疑，最后進(jìn)行任務(wù)驗(yàn)收和評(píng)價(jià)小結(jié)。

課后，學(xué)生以課中學(xué)習(xí)內(nèi)容為依托，結(jié)合其他課程相關(guān)知識(shí)和技能，完成創(chuàng)新成果和拓展任務(wù)演示，進(jìn)一步提升技能。

5 課程評(píng)價(jià)方式的改革與實(shí)踐

該課程原有的考核方式為“50%的過程性考核+50%的終結(jié)性考核”。從表面上看，該種考核方式考慮了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，但在實(shí)際教學(xué)過程中，僅僅通過課堂上發(fā)布的同一任務(wù)去評(píng)定所有學(xué)生的成績(jī)，未能考慮學(xué)生的個(gè)體差異，也未能很好地體現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)能力[12]。針對(duì)以上問題，課程組改革了課程評(píng)價(jià)體系，將創(chuàng)新型成果演示、拓展任務(wù)演示納入考核內(nèi)容，并且將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”證書考核標(biāo)準(zhǔn)融入評(píng)價(jià)體系。其中，創(chuàng)新型成果和拓展任務(wù)的演示充分考慮了學(xué)生應(yīng)用不同技能的個(gè)性差異，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，全方位展示學(xué)生的真實(shí)能力[13-14]。終結(jié)性考核采取題庫隨機(jī)抽題的形式進(jìn)行考核，并結(jié)合工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程 “1+X”證書考核評(píng)分表進(jìn)行評(píng)分，真實(shí)模擬了“1+X”證書考核的評(píng)分過程，為后續(xù)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”證書考核奠定了基礎(chǔ)。

6 建設(shè)教學(xué)資源

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)課程資源庫，通過線上線下混合式教學(xué)模式，進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量。課程組利用SolidWorks 創(chuàng)建了與學(xué)院現(xiàn)有設(shè)備匹配的部分模型庫，將典型的工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程錄制成視頻，整理了教案、課件、題庫等教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生開展線上線下自主學(xué)習(xí)[13]。

7 結(jié)語

“1+X”證書制度和“崗課賽證”綜合育人模式拓寬了職業(yè)院校育人的路徑[10]。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)離線編程與仿真作為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的核心課程，其課程改革成功與否將會(huì)影響“1+X”證書考證的通過率。本文探索了以崗位能力需求為目標(biāo)，以實(shí)際應(yīng)用案例為背景，將教學(xué)內(nèi)容與工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”（中級(jí)）技能等級(jí)證書考核真題和技能大賽任務(wù)對(duì)接的“崗課賽證”融合的路徑和方法。通過基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生達(dá)到了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程“1+X”（中級(jí)）技能等級(jí)證書對(duì)離線編程方面的考核要求。