1+X证书制度下工业机器人技术实训项目探讨

■谭 娟

(武汉交通职业学院智能制造学院，湖北 武汉 430065)

2019年的《国家职业教育改革实施方案》明确提出，在职业院校、应用型本科高校启动“学历证书+若干职业技能等级证书”（以下称1+x证书）制度试点工作[1]，要求试点院校在学历教育的过程中，加强对学生职业技能和就业创业能力的培养[2]。实训教学在培育学生职业技能、实践经验、创新意识和就业能力等方面具有重要作用[3]。

一、1+X证书制度和工业机器人技术实训教学研究概述

通过对1+x证书制度试点院校的调研，发现深圳职业技术学院在信息通信技术类专业与华为技术有限公司协同育人，提出“课证共生共长”人才培养模式，将企业认证融入专业人才培养中，实现课程开发与证书标准的共生共长，采用“三分”课程体系，为学生提供模块化、阶梯化的课程套餐[4]。广东工商职业技术大学在试点物流管理职业技能证书中，通过加强课证融通建设，在核心课程中引入技能点的授课内容，在专业综合实训项目中引入合作企业的行业背景和岗位技能要求，在选修课程中增设职业安全和职业道德课程[5]。天津城市建设管理职业技术学院在试点建筑信息模型（BIM）职业技能等级证书中，将BIM课程的开设方式分为开设独立BIM课程和在既有课程植入BIM模块，并要求在既有实践教学课程体系中纳入BIM技能模块[6]。

通过对工业机器人技术实训教学的调研，无论是泰州职业技术学院的“校企一体化”办学模式，还是成都工业职业技术学院“一院一园”办学模式，无论是天津中德应用技术大学“CBE+CDIO”教育模式，还是北京电子科技职业学院的“分级制”教育模式，它们的共同点都以培养学生的职业技能开展实训教学，差异仅在于采用的手段和措施不尽相同。实训教学项目的探索是实现“1+x证书制度”提出的强化学生职业技能和提高学生就业创业能力的实践。

二、工业机器人技术实训教学现状分析

据国际机器人联合会（IFR）统计，中国在2013年已经成为全球最大的工业机器人消费国，2018年中国工业机器人安装量约15.4万台，占全球市场装机量的36%[7]。然而工业机器人教育严重滞后，工业机器人操作维护、系统安装调试、系统集成等应用人才需求缺口越来越大。截至2020年，有707所高职院校增设了工业机器人技术专业[8]，作为培养工业机器人实践应用能力的实训教学已然成了当前人才培养必不可少的重要环节。

目前工业机器人技术实训教学主要是围绕教学大纲、实训指导书和实训任务书开展，而这些教学指导资料并不能保证实训项目的设计与企业规范、职业技能标准对接，也不能及时将企业新技术、新工艺、新标准纳入到实训教学中来，容易导致教学与生产实际脱节。在工业机器人技术实训教学过程中，使用的教学设备成本高、占地面积大、实训安全风险高，况且多数高职院校工业机器人技术实训教学条件建设并不达标，存在实训场地不够、设备品种单一、设备数量严重不足等问题[9]，导致学生实操机会非常有限。而且工业机器人本体结构复杂、控制精度要求高，无法提供机会让学生进行拆装实训，学生很难深入了解工业机器人的结构与工作原理。在工业机器人配套软件方面（如示教编程、离线仿真与编程），存在编程软件品牌多、针对性强、通用性差的特点，实训教学很难全面覆盖。适用于高职院校工业机器人技术信息化实训教学资源不够丰富，工业机器人技术师资来源单一、知识结构体系不全、职后培训体系不完善，致使实训教学效果不良。传统的课堂教学模式根深蒂固，存在工业机器人技术实训课时少，单列实训项目不多、实训项目之间衔接差、分类不清层次不明；实训项目内容“一刀切”，不能体现个性化培养、差异性教学；实训室开放程度不够，学生课外实训少等诸多问题。

三、工业机器人1+X证书制度理论概述

当下与工业机器人技术紧密相关的传统职业资格证书（相对于1+x证书而言）或技能等级证书（如工业机器人操作调整工、工业机器人装调维修工）并未融合到学历教育（即工业机器人技术）人才培养方案中，更多见的是独立于学历教育之外的职业技能培训，它无法通过书证融通与学分认定、积累和转换来实现学历教育与职业技能培训的互认和衔接。

1+x证书制度的本质内涵是学习者在获得工业机器人技术专业学历证书的同时，取得若干职业技能等级证书[10]，要求同一教育过程获得两个证书。1+x证书制度的基本特征在于学历证书和职业技能等级证书的互通衔接[11]，要求不同层次的职业教育（中等职业教育、高等职业专科教育、高等职业本科教育）与职业技能等级（初级、中级、高级）相对应，兼具考虑个体之间的差异性；要求教学内容与职业技能标准、教学过程与生产过程相对接[12]。1+x证书制度的核心在于增强职业院校人才供给能力，要求职业院校在改善实训教学课程体系的过程中，坚持“以生产现场工作过程为导向，以企业规范和职业技能标准为依托”的课程设计原则，及时将新技术、新工艺、新规范纳入课程体系；要求在组织教学的过程中，依据企业行业规范和职业技能标准，加强职业技能的训练和应用，注重生产工艺和操作流程的训练和熟练程度；要求在社会评价机构指导下，结合职业技能标准和自身实际情况，改善“三教”（即教师、教材、教法）基础建设[13-14]。

四、1+X证书制度下工业机器人技术实训项目设计

通过调研工业机器人制造厂商、工业机器人系统集成商和工业机器人应用企业，了解到工业机器人技术应用人才岗位分布情况：50%分布在安装、调试、维护工程师岗位，主要从事工业机器人及系统的管理、运行与维护等方面的工作；30%分布在技术支持工程师岗位，要求能独立从事工业机器人及系统的装调、编程、开发等技术方面的工作；仅20%分布在系统集成开发工程师和项目经理岗位。结合上述岗位分布情况，不难发现，与工业机器人操作与运维相关的岗位占比80%，这给工业机器人技术实训项目的设计指明了方向。再者，通过调研工业机器人操作与运维“1+x证书制度”试点院校、评价组织和职教培训典型企业，总结归纳了工业机器人操作与运维职业技能培养规格（如表1所示）。

表1 工业机器人操作与运维职业技能培养规格

本文在1+x试点证书“工业机器人操作与运维职业技能等级标准”的指导下，依托我院的工业机器人技术应用实训平台，针对技术岗位的各等级职业技能需求进行实训项目的开发。

（一）实训平台简介

职业技能是训练出来的，必须借助适宜的职业活动或工作任务[15]。本院工业机器人技术应用实训平台是由工业机器人、AGV小车、码垛机立体仓库、托盘流水线、装配流水线和视觉系统等六大系统组成，可以实现物料的出库、搬运、检测、分拣、装配和入库等动作。涉及的技术有机器人、PLC、传感器、电气控制、伺服驱动、气动、视觉检测、现场总线、工控组态等。可以训练学生识读机械装配图、电气线路图、气动原理图和工艺指导文件的能力，训练工业机器人安全操作、安装调试、标定、维护保养、故障处理的能力，以及训练工业机器人编程操作能力。

（二）实训教学项目和教学内容的设计

1+x证书制度强调以职业技能的考评认证促学习。因此在教学项目设计时，应以工作过程为导向，以职业技能为核心，结合学生生源不同、基础参差不齐、学习能力不一致的特点，采用模块化的结构设计。这样可以根据技术应用与发展进行灵活调整，提高其实用性。

根据“工业机器人操作与运维职业技能等级标准”，结合本院工业机器人技术人才培养方案，遵循循序渐进的原则，将教学项目划分为专业基础技能实训、专业提升技能实训和专业拓展技能实训3个不同的模块，不同模块对接不同技能等级。

1.专业基础技能实训模块

专业基础技能实训模块主要包括工业机器人的认知、安装、基本操作和示教编程，其项目设计和教学内容如表2所示。能力培养目标为：能正确识读机械装配图、电气线路图、液压气动原理图及工艺指导文件，选择各种规格工具进行机械和电气安装；能执行机器人安全操作规范、遵守安全操作要求；能熟知示教器的按键功能和操作界面，正确运用示教器完成机器人的零点校对、工具标定和手动操作等；能掌握工业机器人程序及文件管理方法；能掌握工业机器人数据备份及恢复；能掌握常用编程指令，比如运动指令、输入/输出（I/O）指令和延时指令等；能利用示教器完成工业机器人简单动作的编程与操作。

表2 专业基础技能实训模块

2.专业提升技能实训模块

专业提升技能实训模块主要以工业机器人的实际应用为背景，模拟真实的工作任务和工作场景。专业提升技能实训项目设计和教学内容如表3所示。能力培养目标为：能够根据工业机器人应用项目，分析其工艺特点，并对机器人运动做好规划，根据规划配置I/O并能对其进行监控；能正确理解工业机器人坐标系，会建立工具坐标系、工件坐标系，并能精准测试标定工具坐标系和工件坐标系；能根据项目需求设定TCP过渡位置和目标位置；能够掌握运动控制程序的新建、编辑和加载方法，能手动调试、自动运行工业机器人程序；能在工业机器人异常情况下，进行紧急制动和复位等操作；能通过手动、自动模式控制工业机器人对工件进行搬运、码垛、装配等操作；能对工业机器人进行常规检查和日常保养维护；能够查看工业机器人信息提示和事件日志，会分析处理常见故障及系统报警等。

表3 专业提升技能实训模块

3.专业拓展技能实训模块

专业拓展技能实训模块项目设计思路，主要是结合“工业机器人操作与运维（高级）职业技能等级标准”和“全国职业院校技能大赛——工业机器人技术应用赛项（高职组）”进行，体现学生个性化发展需求，项目内容可随实训平台的进一步完善、机器人本体周边外围设备的增加而调整。专业拓展技能实训项目设计和教学内容如表4所示。能力培养目标为：能够依据技术文件要求，熟练安装、定位AGV机器人磁导条，熟练安装AGV机器人并调试；能熟练查找出机器人在装配、调整中出现的精度偏差，并进行分析；能熟练选用并安装传感器；能够利用PLC控制步进电机的启动、停止及正反转；能够利用智能相机软件连接和配置相机，摄取图像信号，并对图像进行标定和样本学习；能正确配置Modbus，根据任务要求设计触摸屏界面，实现PLC、HMI、工业机器人的联调测试。

表4 专业拓展技能实训模块

（三）实训项目的实施

1+x证书制度下，实训教学的特点是以职业技能的训练为主，它以某专业职业技能人员的工作领域、工作任务和职业技能要求为标准，考评学生是否达到安全规范要求和技术规程的要求，包括核心素养和专项职业能力。学生职业技能的获取不仅需要足够的实训学时保障，而且还需要指导老师采用合理的教学组织和教学方法。

由于本院的工业机器人技术应用实训平台综合性强，涵盖六大系统，因此，为了提高教学效率和教学质量，在实际教学过程中，可以采用如下手段：

（1）采用小组教学组织形式。实训指导老师应事先了解待实训学生的能力基础，根据学生情况进行优劣生搭配分组，3～5人一组，各小组设定组长一职，培养学生自我管理、相互帮带、乐于学习、善于合作的能力。为了提高实训教学质量，课前集中对组长进行培训。

（2）采用翻转课堂结合任务驱动的教学模式。指导老师根据实训任务，将实训项目中涉及的理论知识点、示范操作、技能要求、安全规范等，录制成翻转课堂微视频，上传到线上线下教学平台，学生在课前通过互联网观看教学视频，就相关任务在网络平台上互动交流，而课堂上通过职业技能训练、讨论、团队合作完成任务。这种教学模式延伸了课堂学习的时间和空间，把宝贵的课堂实训时间用于学生职业技能的训练和应用，有利于学生综合职业技能的培养。

（3）专业拓展技能实训模块中采用并行作业、小组轮换的教学组织。由于实训平台中的工业机器人、AGV小车、码垛机立体仓库、托盘流水线、装配流水线和视觉系统相对独立，可在同一时间开展多个项目的实训，小组成员完成当前项目经考核达到能力目标后，可有序轮换至下一项目。这种教学组织可最大化地利用实训设备，提高实训教学效率和效果。

1+x证书制度背景下，引入模块化的工业机器人技术实训教学项目设计，将理论与实践结合、学习与生产结合。通过基础、提升、拓展三个层次不断地训练，使学生操作工业机器人的能力和熟练度不断加强，学生技能技术水平得到提升。通过实训项目的实施，我院学子在2018—2019年的湖北省职业院校技能大赛（高职组）“工业机器人技术应用”赛项中，抽测队获一等奖一次、三等奖一次，推荐队获三等奖两次。