工业机器人技术专业课程内容重构研究

工业机器人技术专业课程内容重构研究摘要：随着“1+X”证书制度的推广，职业教育的改革也势在必行。该研究以《工业机器人现场编程与调试》课程为例，对在“1+X”制度背景下工业机器人技术专业的课程重构进行了一定的探索。首先，对工业机器人“1+X”证书和课程内容进行了对比分析，发现了现有课程内容与“1+X”证书要求的差距。其次，基于“课证融通”和“翻转课堂”等理念，对课程进行了课程内容重构：将原有理论知识采用“翻转课堂”的形式搬至线上由学生自行学习，将课堂内容全部改为实操项目，每个课堂实操项目均包含多个“1+X”技能点，使学生的职业技能得到反复训练和提高。最后，根据重构后的课程进行实际教学探索，取得了一定成效。关键词：工业机器人；“1+X”证书；翻转课堂；课证融通课程重构为了推进职业教育的改革，2019年国务院了《国家职业教育改革实施方案》。在该方案中，正式提出了要启动“1+X”证书制度试点工作的要求。“1+X”中的“1”指高职学校给毕业生颁发的学历证书，而“X”则代表若干项可以证明学生相关职业技能水平的证书，在“1+X”证书制度下，正常毕业学生除了可以获取证明其学历的学历证书外，还可以通过参加相关的职业技能考试来获取相应的职业技能等级证书。该项制度的推出，旨在加强对学生的职业技能素养和能力的培养，进一步提高职教学生的就创业本领[1]。与其他老牌专业相比，高职工业机器人技术专业属于相对新兴的专业，该专业课程体系的建设、课程内容的构建和教学方法的研究均借鉴了较成熟专业以往的经验，而在“1+X”职业教育新制度的冲击下，若仍然采用传统的课程内容和教学方法进行教学，必将与“1+X”证书要求脱轨，造成“1+X”证书通过率低，不能满足教育部对职业教育提出的新要求，因此，近年关于工业机器人技术专业“1+X”证书方面的研究越来越多[2-4]。1工业机器人技术人“1+X”证书分析自“1+X”证书制度试点工作推进以来，教育部针对不同专业颁布了多种职业技能等级证书，截至目前，教育部针对工业机器人技术专业共了4个职业技能等级标准，每个标准对应一种证书，每个证书分为初级、中级和高级3个等级。其中，工业机器人操纵与运维和工业机器人应用编程两个证书的等级标准于2019年6月，工业机器人集成应用和工业机器人装调两个证书的等级标准于2019年12月。4个证书有不同的着重点，基本涵盖了工业机器人技术专业相关的职业技能要求。通过对4个证书的等级标准和该专业人才培养方案进行分析，并结合专业实际情况，笔者所在单位工业机器人技术专业申请了工业机器人操作与运维（中级）和工业机器人应用编程（中级）两个“1+X”证书的试点，在积极推进“1+X”证书试点工作的同时，开展了相关教学改革和研究。该研究以《工业机器人现场编程与调试》课程的课程内容改革为例，基于工业机器人操作与运维（中级）职业技能等级标准，对工业机器人技术专业的课程内容改革进行探索。工业机器人操纵与运维职业技能等级证书（中级）直接针对工业机器人典型的工作任务，工业机器人的系统安装、操作与编程、系统维护和故障诊断等工作领域提出了相应的技能要求。其中，工业机器人系统安装要求学生掌握工作站安全、应用系统安装和工业机器人调试等技能；工业机器人操作与编程要求学生掌握工业机器人简单的动作编程、PLC安装与编程以及周边设备编程等编程技能；工业机器人系统维护要求学生掌握控制柜维护、工作站维护和部件更换等工业机器人的维护技能；工业机器人故障诊断则要求学生掌握工业机器人本体故障诊断、控制柜故障诊断和周边设备故障诊断等工业机器人故障诊断相关的技能。《工业机器人现场编程与调试》是工业机器人技术专业的一门专业必修课程，以传感器技术、机械制图和电气控制技术等课程为基础，课程主要讲授工业机器人的系统构成、工业机器人手动操纵和编程以及工业机器人维护和调试等知识点，综合运用气动技术、电气控制技术、伺服电机驱动、运动与控制等技术，培养学生工业机器人操作与应用、工业机器人编程和工业机器人系统维护等方法和能力。由此可见，《工业机器人现场编程与调试》课程知识点与工业机器人操纵与运维技能等级证书（中级）的要求有较高的契合度，但是《工业机器人现场编程与调试》课程更加注重知识点的传授，而工业机器人操纵与运维证书的要求则直接针对相对应的职业技能。因此，该研究决定对标“1+X”证书的要求，基于课证融通的理念[5]，对其授课内容进行全面重构，并将重构后的课程内容付诸实践，以期获得较好的改革效果，满足工业机器人操作与运维（中级）“1+X”职业技能等级证书提出的要求。2现有课程内容分析现有《工业机器人现场编程与调试》课程内容基于理实一体化教学模式[6]构建，在传授课程重点知识的同时，也注重实操技能和能力的培养，教师先进行理论知识讲解和操作示范，再由学生进行实操练习，课程最后再进行项目综合实训。主要课程内容见图1。根据图1可知，课程内容进行教学，符合循序渐进的学习原则，在采用理实一体化的教学方法进行授课后，取得了一定的教学成效，但是通过与“1+X”职业技能等级证书的要求进行对比后发现其存在不少弊端。2.1学生实操时间不够，职业技能不够熟练课程采用理实一体化的教学模式进行教学，理论知识和技能的讲解需要占据课堂较大一部分时间，同时，理实一体化教室实训设备数量有限，因此不可能在有限的时间和有限的设备的情况下，让大部分学生都能充分地进行实操练习，进而导致部分学生职业技能不够熟练，职业素养有待提高。2.2前期学生学习兴趣不高，获得感低从图2可以看出，现有课程内容采用循序渐进的知识结构，虽然有助于学生顺利吸收相关知识，但是前期的知识内容与实际项目无关，新知识不能及时地应用到相关项目中，可能导致部分学生学习兴趣不高，导致学生获得感低，进而影响学习效果。而当达到课程后段的实际项目部分时，由于时间关系，可能有部分学生存在已经遗忘前期所学重点知识的情况。2.3前后课程内容相关性不强，不利于学生掌握前后课程内容相关性不强，如工业机器人的维护和故障处理处于课程最后，没有贯穿课程始终。部分学生在课程最后的注意力和学习兴趣都会大大降低，导致该部分内容不能被其充分掌握。3课程内容重构3.1课程内容重构鉴于现有课程内容存在上述弊端，因此决定对标工业机器人操作与运维“1+X”职业技能等级证书（中级），对《工业机器人现场编程与调试》课程进行课程内容重构，重构后的课程内容如表1所示，课程重构的思路具体见图2。翻转课堂是一种起源于美国的教学方法，于2000年开始被提出和使用。该教学方法强调学生才是课堂的主体，教师转变角色，课堂上不再过多地进行讲解，所有知识和信息均在课前完成，课堂上学生需利用学习到的知识和技能完成一定的项目，根据注重学生技能和素养的培养。由于职业教育与本科教育相比更加注重学生对职业技能的掌握，而职业技能的掌握需要反复的实操训练，因此翻转课堂较适用于职业教育。重构后的《工业机器人现场编程与调试》课程采用翻转教学的模式进行授课，将课程所有理论知识和实操示范等内容制作成多媒体教学资料并上传职教云，要求学生自行在《工业机器人现场编程与调试》课程正式开始授课之前完成线上所有知识的学习，并将该部分学习情况记入考核，学生线上学习时，教师要负责答疑。课堂内，教师主要负责引导而不再进行理论知识讲解或实操示范，采用项目驱动的方式进行授课，课程内容直接重构为4个精心设计的实际项目（如表1所示），每个项目均融入“1+X”证书不同工作领域对应的技能要求。重构后的课程内容有如下优点。3.1.1有利于提高职业技能训练的覆盖度和深度采用以往的课程内容和教学方式进行授课时，教师在理论知识讲解和操作示范方面占据了课堂较多的时间，因此项目实操环节存在两个问题，一是无法覆盖到较多的学生，二是学生练习时间不够，职业训练不够深入。而采用翻转课堂的模式[7]，课堂时间教师不再进行知识讲解，因此学生将有更多的时间进行项目实操，项目实训允许更多的同学进行更加深入的练习，提高了职业技能训练的覆盖度和深度。3.1.2有利于提高学生学习兴趣高和获得感课程项目贯穿课程始末，且与工程实际项目关系紧密，学生学习兴趣更高；项目的完成要求学生对职业技能的掌握情况较好，项目完成后可以直观地观察到项目的实际效果，因此，完成项目后学生获得感强，进一步激发学习兴趣，也更容易使学生学习到的知识和技能固化。3.1.3有利于提高学生职业技能的熟练度由表1和图2可知，课程实操项目和“1+X”技能工作领域属于一对多的关系，每个工作领域都对学生提出了相应的技能要求。因此，同一个项目包含较多的技能要求，而同样的技能要求会反复出现在不同的项目。如此，通过多个项目的反复练习，职业技能得到反复训练，有助于学生的职业技能进一步熟练。3.1.4有利于培养学生的职业素养和综合素质课程实操项目由易到难，逐步对标“1+X”考证需求，且每个项目的完成不仅需要考验学生职业技能的掌握情况，还需要学生发挥一定的资料搜集、自我学习和团队协作等能力，同时在项目过程中，安全生产、精益生产和总结反思等职业素养也反复地潜移默化地对学生产生了积极的影响。3.2课程重构成效课程内容重构后，笔者于2021年春季开始正式使用新的课程内容和教学方法进行授课，通过授课情况发现，课堂教学效果有较大的提升，更多的学生更加积极地参与到项目实操训练过程中来，职业技能训练的覆盖度和深度都得到了提升。2021年笔者单位工业机器人专业学生报名参与工业机器人操作与运维“1+X”证书考试（中级）的人数，最终有36人报考，36人合格，合格率100%，考试结果说明，学生通过课程的学习后，对工业机器人操作与运维职业技能等级标准（中级）中提出的各项职业技能掌握情况较好，该课程的课程重构取得了一定的成效。4结语“1+X”职业技能等级证书制度的推出对职业技能人