“崗課賽證”融通的“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程教學改革與實踐*

李水明 ，邵長春

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院智能制造學院，廣西 柳州 545006）

0 引言

2021 年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推動現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》，提出了“崗課賽證”育人機制，完善課程體系，推進課程教學內(nèi)容和教學模式的改革[1]。2022 年教育部發(fā)布的工作要點提出深化產(chǎn)教融合，推進“崗課賽證”綜合育人[2]。為落實產(chǎn)教融合并提高課堂教學質(zhì)量，探索“崗課賽證”融合教學模式，對接機器視覺行業(yè)崗位需求、職業(yè)技能大賽和“1+X”證書制度，改進課程內(nèi)容及教學方法，培養(yǎng)機器視覺技能型人才?！肮I(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程是機電一體化技術(shù)專業(yè)及工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)等專業(yè)的高職學生的專業(yè)核心課。課程主要包括機器系統(tǒng)的相機選型，鏡頭、光源等硬件的配置設(shè)計，軟件算法平臺算子的參數(shù)調(diào)試、腳本程序的編寫等內(nèi)容。機器視覺相關(guān)課程是進入消費電子、汽車制造等智能制造領(lǐng)域必須掌握的視覺技能實訓課程。

課題組以高職“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程為例，通過充分調(diào)研機器視覺技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用，明晰機器視覺維修維護的行業(yè)標準，把企業(yè)的機器視覺典型應(yīng)用案例作為實訓項目，將“1+X”證書考核內(nèi)容及全國高職院校職業(yè)技能大賽的“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”比賽技能點融入教學，重構(gòu)“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程標準，提出有用、有景、有趣、有效的“四有課堂”教學改革，銜接產(chǎn)業(yè)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高學生的學習主動性，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。

2021 年新增全國職業(yè)院校技能競賽“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項，但目前“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程未與技能競賽的考點深度融合。開展機器視覺技術(shù)課堂改革，推動“崗課賽證”融通符合國家《中國制造2025》提出的由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)型，由傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型升級的要求[4]?！肮I(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程是工業(yè)智能制造領(lǐng)域必須要掌握的重要技能課程。在教學過程中強化機器視覺技能實踐，完善課程體系及成績評價體系，實施新形態(tài)項目化教學，是提高學生技能水平和職業(yè)素養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。

1 “工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程“崗課賽證”融通的方向

本課程對應(yīng)“1+X”機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用技能證書、全國高職院校職業(yè)技能大賽“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項及智能制造機器視覺崗位的需求，做到課程與崗位結(jié)合、課程考核要求與技能競賽結(jié)合，滿足企業(yè)崗位需求及技能競賽需求，提高學生的崗位適應(yīng)能力并激發(fā)學生的學習興趣。

1.1 機器視覺技術(shù)專業(yè)崗位

機器視覺技術(shù)可應(yīng)用于產(chǎn)品檢測、視覺定位、產(chǎn)品尺寸檢測等領(lǐng)域，面向汽車制造、醫(yī)藥生產(chǎn)、食品加工、自動化設(shè)備生產(chǎn)等企業(yè)，對接企業(yè)視覺分揀、視覺定位、視覺表面檢測、視覺程序設(shè)計、視覺專業(yè)技術(shù)服務(wù)等崗位。

1.2 “工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程標準

對接企業(yè)機器視覺崗位需求和機器視覺行業(yè)標準，結(jié)合全國高職院校職業(yè)技能競賽“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”和“1+X”機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用證書技能需求，以學生為中心開展有用、有景、有趣、有效的“四有課堂”改革，制定課程標準，明確課程教學內(nèi)容，涵蓋數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)、工業(yè)相機的數(shù)據(jù)接口參數(shù)選型、鏡頭焦距參數(shù)計算、光源設(shè)計、機器視覺算法平臺編程、腳本編程等教學內(nèi)容。對課程成績制定多元評價標準，對取得“1+X”證書或其他技能證書、參加職業(yè)技能競賽的學生添加成績認定標準；融入課程思政內(nèi)容，培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)、團隊協(xié)作能力以及愛國主義情懷。

1.3 全國高職院校職業(yè)技能大賽賽項要求

“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程對應(yīng)的職業(yè)技能大賽為全國職業(yè)院?！皺C器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項的國賽和省賽。機器視覺技術(shù)是智能制造的關(guān)鍵組成部分，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供有力保障。將比賽技能要求融入教學內(nèi)容，以賽促教，推動產(chǎn)教融合。在課程任務(wù)中結(jié)合技能大賽的機器視覺先進技能知識點，并融合奮力拼搏、團隊合作、精益求精及技能比賽職業(yè)素養(yǎng)等課程思政內(nèi)容?！皺C器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項要求掌握的知識點有相機的選擇、鏡頭的選型、光源亮度的調(diào)整等硬件設(shè)備選型及安裝，物品的識別、檢測、定位、缺陷檢測等軟件算法平臺的應(yīng)用程序編寫[5]。

1.4 機器視覺技術(shù)“1+X”職業(yè)技能標準

根據(jù)“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”職業(yè)技能等級標準要求，面向機械制造、食品生產(chǎn)等企業(yè)的崗位需求，將機器視覺技能等級分為初級、中級、高級。其中，初級要求掌握機器視覺系統(tǒng)的硬件安裝及軟件調(diào)試；中級要求根據(jù)檢測物體的需求，設(shè)計視覺檢測方案并編寫軟件程序；高級要求根據(jù)檢測物體設(shè)計檢測方案，能使用高級語言編寫視覺程序并能使用3D視覺技術(shù)[6]。

2 “崗課賽證”融通的機器視覺課程教學方法

根據(jù)機器視覺工種崗位需求，“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程結(jié)合全國職業(yè)院校技能大賽技能考核點及“1+X”“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”技能證書考核知識點，重構(gòu)“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程體系，運用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學模式，實施“崗課賽證”融通的機器視覺課程教學方案，如圖1所示。

圖1 “崗課賽證”融通的機器視覺課程教學方案

2.1 “四有課堂”教學模式

針對傳統(tǒng)教學方式的不足，提出采用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學改革方式。根據(jù)“崗課賽證”產(chǎn)教融合，制定“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程標準，提煉智能制造企業(yè)機器視覺崗位典型應(yīng)用案例作為教學任務(wù)，采用新形態(tài)項目式教學，按機器視覺技能學習規(guī)律設(shè)計教學內(nèi)容。項目一，齒輪視覺檢測；項目二，藥品視覺檢測；項目三，書簽視覺識別；項目四，氣缸涂膠軌跡檢測；項目五，牛奶盒缺陷檢測；項目六，種子視覺分揀；項目七，3D 相機視覺物體測量。本文選取教學任務(wù)中的項目二進行說明。在制藥企業(yè)實際生產(chǎn)中，首先提煉典型“有用”任務(wù)——藥品視覺識別項目，具體任務(wù)要求是通過視覺檢測膠囊藥板的膠囊數(shù)量和方向是否一致及生產(chǎn)日期是否清晰，將檢測結(jié)果發(fā)送給服務(wù)器。其次是創(chuàng)設(shè)“有景”實例教學情景，基于工作過程將項目細分為三個具體識別任務(wù)，分別為藥品膠囊數(shù)量識別、藥品膠囊藥板的膠囊顏色方向一致性識別、膠囊藥板生產(chǎn)日期缺陷識別。學生通過完成系列任務(wù)，從新手到能手，掌握機器視覺的相關(guān)技能。再次，采用“有趣”的教學方法，以學生為中心，教師采用啟發(fā)式教學方法引導學生；學生在學習任務(wù)相關(guān)的視覺知識后，去完成機器視覺藥板膠囊檢測任務(wù)；在學生完成任務(wù)后師生共同進行評分，在任務(wù)實施過程中融入精益求精的課程思政理念。最后，在課后進行“有效”的教學效果測評，通過對學生進行問卷調(diào)查等方式對教學效果進行評價反饋，教師通過“有效”的教學反饋改進教學內(nèi)容。

2.2 “四有課堂”教學改革設(shè)計流程

“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程實施“線上+線下”教學，采用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學方式。“四有課堂”教學改革具體設(shè)計流程如圖2所示。

圖2 “四有課堂”教學改革設(shè)計流程

1）課前預習。創(chuàng)設(shè)“有用”教學任務(wù)，按制藥企業(yè)產(chǎn)品檢測崗位需求，提煉藥品膠囊視覺檢測典型案例。教師在智慧職教云平臺上發(fā)布學習任務(wù)及課程微課、文檔等相關(guān)的學習資料，融合技能比賽的考點，提出任務(wù)完成要求，學生通過智慧職教云平臺提前了解并學習課程任務(wù)相關(guān)知識。

2）課中導學。①部署“有景”視覺檢測任務(wù)應(yīng)用場景，在“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程中融合崗位需求及技能比賽知識點的藥品膠囊視覺檢測應(yīng)用場景，符合企業(yè)崗位需求，以教師為主導、以學生為主體。教師采用探究式教學方式循序漸進，先讓學生在任務(wù)實施前學習視覺檢測的相關(guān)圖像匹配等知識，教師引導學生設(shè)計視覺檢測方案。教師扮演任務(wù)發(fā)布方，學生扮演任務(wù)執(zhí)行方，學生在學習相關(guān)知識后，組成團隊，討論任務(wù)方案。②學生完成“有趣”教學子任務(wù)，通過機器視覺方法識別藥品膠囊藥板的膠囊數(shù)量和膠囊擺放方向、識別膠囊藥板印刷的字體是否完整。在學生任務(wù)實施過程中融入團隊合作、精益求精、競技精神和職業(yè)素養(yǎng)等課程思政內(nèi)容。在任務(wù)完成后將“1+X”職業(yè)技能證書的考核評分融入任務(wù)評價[7]。教師與學生共同對任務(wù)的效果進行驗收，首先是學生自我評分，其次是學生間互相評分，最后由教師進行評分并點評[8]。

3）課后拓展。課后學生通過智慧職教云平臺對機器視覺知識進行拓展，通過發(fā)散思維，在學習了膠囊藥板視覺檢測后，對文具油畫棒進行檢測，識別彩色油畫棒的數(shù)量及顏色，識別判斷是否有缺、漏的產(chǎn)品。同時實施“有效”教學效果評價，學生在智慧職教云上對自我學習效果進行評價，教師通過學生的自我評價檢驗是否達到預設(shè)的教學效果。

2.3 成績多維評價

“崗課賽證”融通的“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程采用多維度對學生成績進行評價，評價體系采用多種方式，包括過程性評價、期末考核成績、“1+X”證書考試成績、職業(yè)技能大賽成績等。課程成績可以由“1+X”證書考核成績或“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”等賽項的成績進行認定，對課程成績進行多維度評價[9-10]。

3 “崗課賽證”融通的課堂教學效果

“崗課賽證”融通的課堂教學以學生為中心，緊跟機器視覺崗位需求，融合“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”技能大賽技能點和“1+X”證書考點，采用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學方式，提高學生的動手能力，激發(fā)學生的學習主動性。在柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院2020 級機電一體化技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中采用“崗課賽證”融通的教學改革方式，“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程課堂實踐任務(wù)參與完成度從65%提高到85%，課后拓學完成率由73%提高到87%。實施多維度成績評價后，學生參加“工業(yè)機器人操作與運維”“1+X”證書中級考核通過率高達90%，還有學生參加廣西高職院校職業(yè)技能大賽“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項獲得省級二等獎。通過實施多維度課程評價，學生的成績可由職業(yè)技能大賽的成績或通過“1+X”考核獲得證書的成績認定，該方式極大地激發(fā)了學生參加“1+X”證書考核和參與職業(yè)技能大賽的熱情。

4 結(jié)語

本文通過重構(gòu)“工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用”課程標準，實施“崗課賽證”融通的產(chǎn)教融合教學，開展有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學，探索學生成績多元評價、全過程綜合性評價機制；通過課程改革提高了學生的技能水平，使其能夠更好地適應(yīng)機器視覺相關(guān)崗位的需求。