基于“1+X”的“工業機器人編程與操作”課程設計與實施

陳欣欣

（集美工業學校，福建 廈門 361022）

1 背景分析

國家在職業教育領域中，提出了在教育中需要完成立德樹人根本任務，需要教師實踐德技并修、工學結合的育人機制，推動思想政治教育與技術技能培養有機統一，積極傳承弘揚工匠精神；倡導在教育教學中推進教材、教法改革，特別在工業機器人專業中提出了促進“1+X”證書制度試點。對新時代教師提出要求：提高職業院校教師建設模塊化課程、實施項目式教學的能力，并且適應“互聯網+職業教育”發展需求，能夠運用現代信息技術，構建以學習者為中心的教育生態。

2 課程教學整體設計

2.1 人才培養方案

本課程的人才培養方案，是以掌握企業實際崗位能力為最終教學目標，通過理虛實一體化的方式開展教學。在教學過程中，通過融合重組多學科知識來適應專業的融合發展。本課程以工業機器人汽車行業應用為主線設置教學項目，形成完整的課程項目教學任務，同時滿足教育部發布的《“1+X”工業機器人職業技能標準》。培育學生團隊協作，發現問題，解決問題，探索創新的思維。

2.2 教學情況分析

⑴教學環境設備

擁有滿足工業機器人一體化教學的實訓室，包含基礎操作與編程綜合技能應用工作站（圖1）。

圖1 基于“1+X”制度的課證融合實訓基地

⑵教學對象分析

中等職業學校二年級學生理論知識基礎薄弱，相比動手操作而言，思考能力相對不足，對于學習新知識，新技能，學生往往找不到合適的契機提高綜合能力。因此，在教學設計過程中，需要注意：通過多種組織形式滿足學生學習提升的需求，課程重難點設定要符合學生認知規律。課程設計與實施過程中通過設定合理的評價機制，反饋學生學習效果動態，從而調整教學安排，形成閉環反饋的有效動態調整。

2.3 教學策略

⑴教學開展模式：采用基于“1+X”理念的技能培養模式開展教學任務。

⑵教學方法策略：新建構主義思想指導的課程混合教學策略。

⑶教學信息資源：“互聯網+”互動教學平臺和工業機器人專業虛擬現實教學仿真相結合。

2.4 教學目標

根據校企合作要求進行企業調研并邀請行業專家指導，制定本課程教學目標，設定學生知識結構、技能以及職業素養。按照育訓結合、長短結合等不同要求，對標教育部工業機器人教學標準、工業機器人領域學分標準等，開發“1”和“X”融合方案，實現書證融通。使得學生能遵守安全操作規范，對工業機器人進行參數設定，手動操作工業機器人；能按照工藝要求熟練使用基本指令對工業機器人進行示教編程，可以從事工業機器人操作編程、工業機器人應用維護、工業機器人安裝調試等工作。

3 課堂教學的設計與實施

3.1 課程單元“汽車玻璃安裝”總體設計思路與實施

“汽車玻璃安裝”為“工業機器人編程與操作”課程的第二單元，一共16課時。以下通過課程單元“汽車玻璃安裝”為例介紹總體課程的設計與實施效果。

從實際行業調研得知，工業機器人汽車玻璃安裝項目在實際生產中需要注重幾點技術要求：一是玻璃安裝的準確程度；二是安裝過程中，工業機器人空間運動軌跡的合理規劃；三是工業機器人對不同場合玻璃料庫擺放位置的靈活拾取。按照《“1+X”工業機器人操作與編程標準》，教學目標為掌握參數配置、設備操作、示教編程三個主要模塊。據此，課程設計選取以下工作任務：一是工業機器人坐標系設定，通過對工具坐標TCP的合理設定，提高工業機器人應用精度，保證玻璃安裝的準確度；二是基本運動指令使用以及軌跡運動規劃，軌跡規劃過程中各種參數的設定，保證生產過程中的效率及安全；三是掌握基本邏輯功能指令的編程，以便通過靈活的程序結構對應不同的生產場合。

“汽車玻璃安裝”課程單元第一個技術要求便是玻璃安裝的準確程度，根據教學目標結合“1+X”證書要求，需要進行“工具數據tooldata的設定”課堂教學設計。

3.2 “工具數據tooldata的設定”教學設計與實施

“工具數據tooldata的設定”的教學任務為4課時，教學對象為中職二年級工業機器人技術應用專業學生，教材選自機械工業出版社出版的工業機器人課程推薦教材《工業機器人實操與應用技巧》之項目五：三個關鍵程序數據的工作任務——設定工具數據tooldata。

依據“1+X”《工業機器人操作編程職業技能等級標準》相關規定，結合工業機器人技術應用崗位需求和“工業機器人操作編程職業技能（初級）”考核要求，將教學內容整合為四個部分：工具數據tooldata基本知識、robotstudio軟件中建立工具坐標系、工具坐標系標定、工具坐標系的準確性檢驗。 能規范地進行工具數據的設定是學生考取“工業機器人操作編程職業技能等級（初級）”和工業機器人就業崗位的必備技能之一。正確建立工具坐標系是工業機器人運行的基本條件，通過“教、學、練”使學生理解工具數據tooldata的相關理論知識，掌握在robotstudio仿真軟件中建立工具坐標系，能遵守安全操作規范，能在工業機器人工作站中創建工具數據。

本課程教學內容由企業典型生產過程——玻璃裝配轉化而來，融理論知識與實踐技能于一體，通過課程學習學生能夠在車窗玻璃裝配的吸盤工具上創建TCP。

例如，在教學設計“實際操作 強化技能”環節中，首先需要組織學生檢查安全著裝，接著介紹作業現場情況，結合現場設備再次強調危險點及防范措施；然后組織學生按照步驟進行試驗，監督實際操作過程，檢查各小組操作情況并指導評價；繼而針對異常情況設置問題。教師在完成實驗后，組織學生討論：如果采用六點發進行TCP的標定，會發生什么呢？最后按照“6S”標準，組織學生整理現場。

在此教學設計環節中，我們應用了信息化技術突破教學重點難點。首先通過教師在學習通APP上指導，采用組間互評的方式幫助學生達成掌握“新建工具數據的方法”的能力目標，實現了師生互動，生生互動。其次通過讓學生直接實操，先做后學的方式，學生可以直觀體驗規范操作的重要性，強化安全規范意識，也使得學生對于遇到的問題印象深刻，加深學習動力，實現自主學習，主動學習。最后利用“實時系統+移動終端信息技術”的APP，多角度、全方位展示記錄實操過程細節，為下一節課教師的點評實現提供途徑，助力突破教學難點（圖2）。

圖2 應用“ 實時系統+移動終端信息技術”APP后工業機器人操作精度對比

4 課程總體實施成效

⑴ 執行德技并修、工學結合的育人要求，教學目標符合職業崗位需求，促進產教深度融合。依托學校市級現代學徒制和省級產教融合建設項目，同企業合作，深入挖掘崗位目標內涵，制定教學目標，所培養的學生掌握了必需的工業機器人操作、工作站配置、運動軌跡設定、邏輯功能運用的知識技能，培養了學生善于觀察發現、能對比分析、具備規范有效并且熟練操作的能力，具有持之以恒鉆研、精益求精的職業道德素養。

往屆培養的學生將課程知識所學與崗位行業技能對接，進入校企合作單位，部分進入了關鍵崗位，用人單位對培養的學生綜合素質和學習能力評價良好。

⑵ 適應“互聯網+職業教育”發展需求，運用信息化教育教學等現代信息技術，構建以學習者為中心的教育生態。

將教材《工業機器人實操與應用技巧》和《工業機器人行業應用》的內容進行重構，既培養了行業綜合素質，也同中等職業學校學生的知識能力培養結構相符，針對學生對于學習新知識、新技能往往找不到合適的契機提高綜合能力的問題，用新建構主義理論構建以學生為中心的教育生態。

有效利用智慧職教等公共平臺以及學習通APP創設信息化環境，將工業機器人robotstudio虛擬仿真軟件、三維模型動畫、微課等資源進行合理安排，實現逐步推進的教學模式，突破教學重難點。

⑶ 落實課程思政有關要求，推動思想政治教育與技術技能培養有機統一，強調立德樹人，通過教學服務帶動海絲之路，擴大專業影響力。

依托學校海絲班，對參與專業學習的東南亞學生開展工業機器人應用教學，促進國際交流，提升專業的國際影響力，對海外華僑后裔留學、訪學、暑期實踐等提供便利，依托學校職業技能節，專業進社區普及專業知識。

⑷ 推進教材、教法改革，促進“1+X”證書制度試點，提高職業院校教師建設模塊化課程、實施項目式教學的能力。課程內容貼合“1+X”標準體系，評價規格標準化。

5 課程實施總結

“工業機器人編程與操作”課程教學實施過程，在2019年全國職業學校技能大賽——教師教學能力大賽中獲全國三等獎，作為學校專業群建設中的核心課程，帶動了相關專業對接新標準。在課程設計與實施過程實現了師生、生生的全面良性互動，并且，關注教與學全過程的信息采集，并據反饋及時調整教學策略。教學內容基于真實工作任務、項目及工作流程、過程等，注重通過教師規范操作與有效示范培育精益求精、追求卓越的職業精神。本文的課程設計與實施，具有推廣意義。