基于“1+X”的工业机器人现场编程与调试课程设计与实施*

许伟，罗明凤，黄霜

（四川工商职业技术学院，四川 都江堰 611830）

2019 年2月，国务院印发《国家职业教育改革实施方案》，要求从2019年开始，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”制度试点工作[1]。目前工业机器人技术专业领域出台了工业机器人应用编程、操作与运维、集成应用及装调等共4个相关的职业技能等级证书[2]。研究将证书培训内容有机融入专业人才培养方案，特别是如何有效融入“工业机器人现场编程与调试”“PLC”等专业核心课程，围绕工业机器人应用突破原有课程之间的边界，成为了职业院校、应用型本科高校研究的热点。

四川工商职业技术学院于2019年10月获得批复成为“工业机器人应用编程”证书试点院校，迫切需要在“工业机器人现场编程与调试”等专业核心课程中实现课证深度融合。本研究工作是打破原有课程之间的边界，深入贯彻《国家职业教育改革实施方案》精神，提升教学针对性，完善职业教育功能，提高技术技能人才的培养质量和就业能力的重要途径之一。

1 教学整体设计

课程教学整体设计以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导思想，以企业技术技能人才需求为导向，根据职业岗位相关要求，对标“1+X”证书中的工业机器人应用编程中级职业技能等级标准，对接国家专业教学标准、大学生技能竞赛，结合学校工业机器人技术专业人才培养方案，优化人才培养目标，借鉴悉尼协议成果导向（OBE）教育理念，有机融入“四个自信”、工匠精神、职业素养等思政元素，将新技术、新工艺、新规范纳入课程教学内容，强化实践环节，对学历教育内容进行重构，校企协作研究与制定基于“1+X”的工业机器人现场编程与调试课程建设方案。

1.1 教学情况分析

1.1.1 教学条件

课程在超星平台建有“工业机器人现场编程与调试”网络课程，教学资源丰富完备，涵盖了动画、示范视频、试卷、习题库等资源，利于开展线上线下混合式教学及数据收集。实践教学条件良好，设备完备率高，拥有满足课程理虚实一体化教学的实训中心，包含工业机器人搬运、焊接、抛光打磨等基础工作站，以及轻工智能生产线、柔性智能制造集成单元及智能制造集成平台等综合工作站。

1.1.2 学情分析

工业机器人现场编程与调试开设于第二学期，总学时64。学生前期已完成“专业导论”“机械制图与CAD”“电机与电气控制技术”等课程的学习，初步具备本课程涉及工业机器人技术、机械制图、CAD、电气控制技术等知识及技能。本专业生源来源于高考统招和单招，均为理科生，其中统招学生对理论知识的学习能力稍强，但实践能力稍差；单招班同学理论知识学习能力稍差，但思维活跃动手能力较强。无论高考统招和单招学生，大部分学习兴趣不强，属于被动学习，但接受新知识、新技术能力强。

1.2 教学策略

1.2.1 基于成果导向（OBE）教育理念的理虚实一体化教学模式

借鉴悉尼协议成果导向（OBE）教育理念设计以学生为中心的教学项目，充分利用RobotStudio、PQArt虚拟仿真软件的“虚”，实训中心的“实”，理虚实相结合，理论联系实际、突出重点解决教学难点。

1.2.2 基于学情的因材施教的分类指导教学策略

基于学情，将学生分成A、B、C三层次。A层次同学基础较好，学习主动性强，实际教学过程中，主要以引导式教学策略为主，鼓励其利用开放实验室挑战创新拓展任务；B层次同学学习兴趣不高，属于被动性学习，采用“讲授+引导”相结合教学策略，侧重激发主动学习兴趣，夯实技能；C层次同学基础较差，学习积极性差，意志力薄弱，采用“讲授+引导+辅导”相结合教学策略，充分利用信息化手段、开放实验室辅导该层次学生学习，以提高学习动力，重拾信心完成教学目标。

1.2.3 基于多信息化手段的线上线下混合式教学策略

基于学情，充分考虑高职学生认知规律，通过教学平台课前、课中、课后发布任务与测试题，讨论、上传成果，课中通过教学摄像机记录学生活动及辅助教学，全程数据采集及时掌握学情、动态调整教学策略。

1.3 教学目标

根据国家工业机器人技术专业教学标准和本专业人才培养目标，明确工业机器人现场编程与调试课程在专业课程体系中的地位和作用，对标“1+X”证书“工业机器人应用编程”中级职业技能等级标准，确定课程教学目标，将课程教学目标分解细化落实到课堂，形成课堂教学目标，优化后课程总目标如下。

总目标：⑴ 能查阅工业机器人技术资料；⑵ 能完成机器人的安装接线及日常维护和保养任务；⑶能操作机器人进行机器人原点校准和工具工件、坐标设置、I/O信号配置等系统设置；⑷ 能再现示教编程及调试全流程动作；⑸ 能熟练操作机器人进行码垛、搬运、焊接打磨等典型任务作业；⑹ 能灵活使用虚拟仿真软件辅助现场编程与调试；⑺ 增强学生的“四个自信”，加强学生职业认同感，躬身服务中国梦、强国梦；⑻ 学会科学探究方法，发展学生自主学习能力，勇于创新，在工作、学习中发扬科学严谨、精益求精的工匠精神；⑼ 提高学生沟通交流能力、团队协作精神，树立爱岗敬业、开拓创新的职业道德；⑽ 树立标准意识、责任意识，养成文明生产、安全操作的习惯。

2 课堂教学设计及实施

以课程中的项目二“轮毂搬运程序编写与调试”（16学时）为例，根据企业岗位调研，机器人搬运作业有生产节拍、搬运准确度、运动路径及工作柔性等要求，按照工业机器人应用编程“1+X”证书中级职业技能等级标准，要求掌握工业机器人搬运作业的系统参数设置、系统编程、系统离线编程与测试等技能。

对接国家专业教学标准、大学生技能竞赛相关要求，将项目二的教学目标细化分解为三个任务。

⑴ 任务1“毂搬运工艺过程分析与构建工艺路线”（2学时）：通过对搬运工艺分析，构建并优化工艺路线，缩短生产节拍。

⑵ 任务2“机器人与PLC的信号配置”（4学时）：完成扩展I/O系统编程，支撑后续任务的信号交互设置。

⑶ 任务3“搬运程序编写与调试”（10学时）：发挥虚拟仿真软件优势，完成系统参数设置及搬运作业路径仿真验证，满足生产节拍、搬运准确度、程序优化等要求，再进行“虚拟软件+示教器”相结合的在线混合编程，提高编程效率，实现搬运作业及工艺柔性的功能任务。

实施过程中参考企业标准，树立标准意识，以学生为中心有机融入“四个自信”及科学严谨、精益求精的工匠精神，爱岗敬业、团队协作的职业素养，安全文明、节能环保意识等思政元素[3,4]。同时，借鉴“1+X”证书“工业机器人应用编程”中级职业技能等级考核标准，采用“过程性考核+期末考核”的课程评价方式。其中，过程性考核分值占比60%，包括考勤、线上学习、情境自学、测试题、操作成果、拓展成果；期末考核分值占比40%，包括期末考试、实操考试。

以下以项目二中任务3中子任务1“机器人夹具的自动拾取程序编写与调试”（2学时）为例，介绍理虚实一体化的教学实施过程，教学活动包括课前准备、课中实践、课后拓展等教学环节。

2.1 课前准备

课前根据提前在教学平台发布的机器人安全操作测试题、讨论轮毂搬运工艺优化路线的数据反馈，动态调整对应的教学策略。基于学情及数据反馈，将A、B、C三层次的学生混搭为3人的学习小组，根据岗位角色，交替扮演编程员、安全员、记录员，其中编程员负责机器人示教编程与调试，安全员负责辅助示教调试及安全，记录员负责任务实施及问题记录。

2.2 课中实践

课中采用“评－引－思－学－练－评”理虚实一体化教学流程，以学生为中心，充分发挥学生的主观能动性，完成课堂教学目标。

⑴ 课前点评：对课前发布的测试题、讨论等进行点评，如通过安全测试题点评强调严谨、责任、安全意识。

⑵ 引任务：通过播放课堂任务动画，引出本次课程任务，明确知识、技能、素质目标。

⑶ 思问题：教师启发引导学生主动思考问题，逐步进入学习状态。

⑷ 学榜样+学知识：选取大国工匠、劳动模范的先进案例为学习榜样，引入精益求精的工匠精神，爱岗敬业、团队协作的职业素养等思政元素，引导学生在实践中养成工匠精神及职业素养，从而提炼本次任务涉及的知识点、技能点，通过案例引导学生完成学习。

⑸ 练技能：学习小组按照“实训中心6S现场管理标准”进行实操，要求规范操作且保持工位整洁，实操结束后设备归位并整理工位，学生根据组内分工各司其职交替角色完成任务；此流程中教师做好问题记录、过程性评价及答疑指导。

⑹分享评价：学生分享虚拟仿真动画、操作录像、实操演示等成果，完成学生自评、生生互评、教师评价环节，并将评价数据上传教学平台，支撑过程性评价。

2.3 课后拓展

基于学情，设置难度递增的拓展任务，提高学生拓展创新能力，如设置依次序、通用多工具自动拾取仿真及实操等拓展任务，学生可通过虚拟仿真软件、开放实验室完成上述拓展任务，并将成果提交教学平台，便于获取教师查阅点评及线下指导。

3 课程实施成效

3.1 教书和育人相统一，促进了学生在知识、技能、素质等方面的全面提升

实施课改以来，理虚实一体化教学模式充分发挥了学生在课程中的主角作用，充分调动了学生的学习主动性，助力学生对理论与实践的辩证统一。线上线下混合式教学策略，让学习变得更灵活、更有效，结合客观、全面的“过程性考核+期末考核”的课程评价方式，让更多的学生主动关注自己的成绩分数，增强学习竞争动力。分类指导、因材施教促成了大部分学生被动学习向主动学习探索的习惯转变，形成了A层次学生努力拔尖，B、C层次奋力追赶的良好学习氛围。

相比于往届毕业生，实施课程改革后18、19级学生的技能水平和职业素养都有了明显提升。在省级大学生工业机器人技术应用技能大赛等技能大赛中获得省级二、三奖项多项，在行业竞赛全国职业院校自动化产线装调虚拟仿真技能大赛中获得了包括一等奖在内的多项荣誉，用人单位对18级工业机器人技术专业毕业生技能水平和综合素质给予了极大的肯定。

3.2 广调研、勤钻研，师资综合水平获得了全面提升

实施课改以来，专业教师开展广泛调研，集思广益开发更加灵活、全面的活页式教材。教师主动求变，设计以学生为中心的学习情境，充分利用信息化手段，尝试多种教法相结合、因材施教的教学策略，保证教学目标的达成；主动联系企业，参加企业锻炼，学习新技术、新工艺、新规范。

实施课改以来，专业教师积极参加“1+X”技能师资培训，多人获得了培训合格证、考核师证，实践能力有了针对性提升，专业教师在校级教师教学能力大赛中获得专业组一等奖多项，并在省级教师教学能力大赛中获得三等奖。

4 结语

基于“1+X”证书制度，实施工业机器人现场编程与调试课程的改革，是落实立德树人根本任务，深入贯彻《国家职业教育改革实施方案》精神，提升教学针对性的重要举措，促进了专业教师的个人综合水平的提升。另一方面，课程改革充分发挥了学生的主观能动性，极大地提升技能水平，促进主动发扬工匠精神和职业素养的习惯养成，为后期开展技能等级考核，乃至胜任就业岗位都奠定了坚实基础。