基于“1+X”的“工业机器人编程与操作”课程设计与实施

陈欣欣

（集美工业学校，福建 厦门 361022）

1 背景分析

国家在职业教育领域中，提出了在教育中需要完成立德树人根本任务，需要教师实践德技并修、工学结合的育人机制，推动思想政治教育与技术技能培养有机统一，积极传承弘扬工匠精神；倡导在教育教学中推进教材、教法改革，特别在工业机器人专业中提出了促进“1+X”证书制度试点。对新时代教师提出要求：提高职业院校教师建设模块化课程、实施项目式教学的能力，并且适应“互联网+职业教育”发展需求，能够运用现代信息技术，构建以学习者为中心的教育生态。

2 课程教学整体设计

2.1 人才培养方案

本课程的人才培养方案，是以掌握企业实际岗位能力为最终教学目标，通过理虚实一体化的方式开展教学。在教学过程中，通过融合重组多学科知识来适应专业的融合发展。本课程以工业机器人汽车行业应用为主线设置教学项目，形成完整的课程项目教学任务，同时满足教育部发布的《“1+X”工业机器人职业技能标准》。培育学生团队协作，发现问题，解决问题，探索创新的思维。

2.2 教学情况分析

⑴教学环境设备

拥有满足工业机器人一体化教学的实训室，包含基础操作与编程综合技能应用工作站（图1）。

图1 基于“1+X”制度的课证融合实训基地

⑵教学对象分析

中等职业学校二年级学生理论知识基础薄弱，相比动手操作而言，思考能力相对不足，对于学习新知识，新技能，学生往往找不到合适的契机提高综合能力。因此，在教学设计过程中，需要注意：通过多种组织形式满足学生学习提升的需求，课程重难点设定要符合学生认知规律。课程设计与实施过程中通过设定合理的评价机制，反馈学生学习效果动态，从而调整教学安排，形成闭环反馈的有效动态调整。

2.3 教学策略

⑴教学开展模式：采用基于“1+X”理念的技能培养模式开展教学任务。

⑵教学方法策略：新建构主义思想指导的课程混合教学策略。

⑶教学信息资源：“互联网+”互动教学平台和工业机器人专业虚拟现实教学仿真相结合。

2.4 教学目标

根据校企合作要求进行企业调研并邀请行业专家指导，制定本课程教学目标，设定学生知识结构、技能以及职业素养。按照育训结合、长短结合等不同要求，对标教育部工业机器人教学标准、工业机器人领域学分标准等，开发“1”和“X”融合方案，实现书证融通。使得学生能遵守安全操作规范，对工业机器人进行参数设定，手动操作工业机器人；能按照工艺要求熟练使用基本指令对工业机器人进行示教编程，可以从事工业机器人操作编程、工业机器人应用维护、工业机器人安装调试等工作。

3 课堂教学的设计与实施

3.1 课程单元“汽车玻璃安装”总体设计思路与实施

“汽车玻璃安装”为“工业机器人编程与操作”课程的第二单元，一共16课时。以下通过课程单元“汽车玻璃安装”为例介绍总体课程的设计与实施效果。

从实际行业调研得知，工业机器人汽车玻璃安装项目在实际生产中需要注重几点技术要求：一是玻璃安装的准确程度；二是安装过程中，工业机器人空间运动轨迹的合理规划；三是工业机器人对不同场合玻璃料库摆放位置的灵活拾取。按照《“1+X”工业机器人操作与编程标准》，教学目标为掌握参数配置、设备操作、示教编程三个主要模块。据此，课程设计选取以下工作任务：一是工业机器人坐标系设定，通过对工具坐标TCP的合理设定，提高工业机器人应用精度，保证玻璃安装的准确度；二是基本运动指令使用以及轨迹运动规划，轨迹规划过程中各种参数的设定，保证生产过程中的效率及安全；三是掌握基本逻辑功能指令的编程，以便通过灵活的程序结构对应不同的生产场合。

“汽车玻璃安装”课程单元第一个技术要求便是玻璃安装的准确程度，根据教学目标结合“1+X”证书要求，需要进行“工具数据tooldata的设定”课堂教学设计。

3.2 “工具数据tooldata的设定”教学设计与实施

“工具数据tooldata的设定”的教学任务为4课时，教学对象为中职二年级工业机器人技术应用专业学生，教材选自机械工业出版社出版的工业机器人课程推荐教材《工业机器人实操与应用技巧》之项目五：三个关键程序数据的工作任务——设定工具数据tooldata。

依据“1+X”《工业机器人操作编程职业技能等级标准》相关规定，结合工业机器人技术应用岗位需求和“工业机器人操作编程职业技能（初级）”考核要求，将教学内容整合为四个部分：工具数据tooldata基本知识、robotstudio软件中建立工具坐标系、工具坐标系标定、工具坐标系的准确性检验。 能规范地进行工具数据的设定是学生考取“工业机器人操作编程职业技能等级（初级）”和工业机器人就业岗位的必备技能之一。正确建立工具坐标系是工业机器人运行的基本条件，通过“教、学、练”使学生理解工具数据tooldata的相关理论知识，掌握在robotstudio仿真软件中建立工具坐标系，能遵守安全操作规范，能在工业机器人工作站中创建工具数据。

本课程教学内容由企业典型生产过程——玻璃装配转化而来，融理论知识与实践技能于一体，通过课程学习学生能够在车窗玻璃装配的吸盘工具上创建TCP。

例如，在教学设计“实际操作 强化技能”环节中，首先需要组织学生检查安全着装，接着介绍作业现场情况，结合现场设备再次强调危险点及防范措施；然后组织学生按照步骤进行试验，监督实际操作过程，检查各小组操作情况并指导评价；继而针对异常情况设置问题。教师在完成实验后，组织学生讨论：如果采用六点发进行TCP的标定，会发生什么呢？最后按照“6S”标准，组织学生整理现场。

在此教学设计环节中，我们应用了信息化技术突破教学重点难点。首先通过教师在学习通APP上指导，采用组间互评的方式帮助学生达成掌握“新建工具数据的方法”的能力目标，实现了师生互动，生生互动。其次通过让学生直接实操，先做后学的方式，学生可以直观体验规范操作的重要性，强化安全规范意识，也使得学生对于遇到的问题印象深刻，加深学习动力，实现自主学习，主动学习。最后利用“实时系统+移动终端信息技术”的APP，多角度、全方位展示记录实操过程细节，为下一节课教师的点评实现提供途径，助力突破教学难点（图2）。

图2 应用“ 实时系统+移动终端信息技术”APP后工业机器人操作精度对比

4 课程总体实施成效

⑴ 执行德技并修、工学结合的育人要求，教学目标符合职业岗位需求，促进产教深度融合。依托学校市级现代学徒制和省级产教融合建设项目，同企业合作，深入挖掘岗位目标内涵，制定教学目标，所培养的学生掌握了必需的工业机器人操作、工作站配置、运动轨迹设定、逻辑功能运用的知识技能，培养了学生善于观察发现、能对比分析、具备规范有效并且熟练操作的能力，具有持之以恒钻研、精益求精的职业道德素养。

往届培养的学生将课程知识所学与岗位行业技能对接，进入校企合作单位，部分进入了关键岗位，用人单位对培养的学生综合素质和学习能力评价良好。

⑵ 适应“互联网+职业教育”发展需求，运用信息化教育教学等现代信息技术，构建以学习者为中心的教育生态。

将教材《工业机器人实操与应用技巧》和《工业机器人行业应用》的内容进行重构，既培养了行业综合素质，也同中等职业学校学生的知识能力培养结构相符，针对学生对于学习新知识、新技能往往找不到合适的契机提高综合能力的问题，用新建构主义理论构建以学生为中心的教育生态。

有效利用智慧职教等公共平台以及学习通APP创设信息化环境，将工业机器人robotstudio虚拟仿真软件、三维模型动画、微课等资源进行合理安排，实现逐步推进的教学模式，突破教学重难点。

⑶ 落实课程思政有关要求，推动思想政治教育与技术技能培养有机统一，强调立德树人，通过教学服务带动海丝之路，扩大专业影响力。

依托学校海丝班，对参与专业学习的东南亚学生开展工业机器人应用教学，促进国际交流，提升专业的国际影响力，对海外华侨后裔留学、访学、暑期实践等提供便利，依托学校职业技能节，专业进社区普及专业知识。

⑷ 推进教材、教法改革，促进“1+X”证书制度试点，提高职业院校教师建设模块化课程、实施项目式教学的能力。课程内容贴合“1+X”标准体系，评价规格标准化。

5 课程实施总结

“工业机器人编程与操作”课程教学实施过程，在2019年全国职业学校技能大赛——教师教学能力大赛中获全国三等奖，作为学校专业群建设中的核心课程，带动了相关专业对接新标准。在课程设计与实施过程实现了师生、生生的全面良性互动，并且，关注教与学全过程的信息采集，并据反馈及时调整教学策略。教学内容基于真实工作任务、项目及工作流程、过程等，注重通过教师规范操作与有效示范培育精益求精、追求卓越的职业精神。本文的课程设计与实施，具有推广意义。