基于技術應用培養的過程導向專業群課程體系建設
——以工業機器人技術應用為核心的智能制造課程為例

■ 楊杰忠，鄒火軍，趙月輝

（廣西機電技師學院，廣西 柳州 545005）

一、背景需求

無論是“德國工業4.0”“美國工業互聯網”，還是“中國制造2025”，其核心都是系統智能化的智能制造，為新時代工業發展指明了方向[1-3]。國家也根據世界工業的發展趨勢，制定了一系列的人才培養提升計劃。在“中國制造2025”戰略中也提出了大力發展智能制造產業設想，通過產學研深度融合發展在重點地區、行業、企業中建立智能制造專業標準體系，并搭建智能制造技術網絡平臺系統，從而實現中國智能制造統一大市場；通過組織開展智能制造領域人才需求分析、行業專業及技術預測、行業發展對策等的研究，促進產教深度融合，引導國內職業教育模式向專業、產業升級的重點和緊缺人才等方向發展，以在智能制造技術專業上不斷提高教育質量、促進人才升級、推動企業革新。根據國家發展規劃，將著重基于5G等新的信息技術與制造行業領域深度融合，從而實現對傳統企業的數字化轉型、信息化升級、智能化改造，通過產學研聯合培養等方式培養一大批符合智能制造發展的創新型、技術型與技能型復合人才。因此，如何完成從智能制造關鍵技術到核心課程的轉換，構建專業群以工作過程為導向工學結合一體化課程體系的研究顯得極為迫切。近年來，國內外關于智能制造關鍵技術及職業技術的應用型課程體系建設研究越來越多[4-7]。莫榮林等[8]為了響應“中國制造2025”“創新驅動發展”等一系列國家重大戰略，同時為使機械制造產業和區域經濟發展的需要相適應，基于機械加工技術專業與制造產業鏈的崗位要求，系統化地確定了按照企業工作過程專業群課程體系，構建了以工作過程為導向的專業群課程體系，為本文基于技術應用培養的過程導向專業群課程體系建設提供了參考。Dahil等[9]論述了教育和技術是獲得熟練勞動力的兩個基本要素，教育通過個人能力和行為的自愿和永久性變化提供持續改進，技術是一門在科學和實踐之間提供聯系的學科，以特定的目標和邏輯順序發生，并以目標為導向。現代教育是一種基于實踐的教育，通過使用新技術使學生活躍起來，基于技能和行業預期提高勞動力生產率也取決于此，使用教育技術提供了一種永久性的教育。因此，通過生產和生活來學習是最有效的方法。文中還論述了基礎設施和技術設備的缺乏、教員的水平有限可能是導致土耳其職業技術學校服務和生產部門的技術發展落后的主要原因。這為國內關于職業教育人才培養與產學研融合發展提供了借鑒和經驗。Javaid等[10]論述了新技術在制造業、服務業和通訊業的應用越來越多，機器人技術是“工業4.0”的一種低成本高精度的重要技術，在制造業領域得到了廣泛應用，且機器人技術正在逐步走向高質量產品的制造。“工業4.0”的主要成果是借助先進的機器人技術、海量數據、云計算、固體安全、智能傳感器、物聯網和其他先進技術，開發出功能強大、安全且經濟高效的智能工廠，使得企業可低成本、高安全和可靠地改進制造業以適應大規模生產，為本文以工業機器人技術應用專業為核心的專業群及課程體系建設提供了參考。課程體系建設的成果通過相對偏差模糊矩陣評價法進行綜合評價[11-13]，為課程體系建設成果、改進方向及動態調整提供參考。

二、基于智能制造關鍵技術的專業群

參考德國“雙元制”應用技術相關專業課程體系，根據筆者所在院校智能制造特色專業發展現狀，綜合本校機電一體化技術、電氣自動化技術、電子技術、數控技術4門專業建立智能制造專業群，并對現有相關課程進行改革完善。將智能制造企業相關的職業崗位能力需求作為建設宗旨，通過校企聯合的模式對智能制造專業群課程體系進行整合優化，并建設與國際標準對接的專業群課程體系。在專業群課程體系中積極探索將智能制造新技術、新工藝等引入課程建設，緊密圍繞智能制造的典型環節，構建智能制造關鍵技術網絡以及將關鍵技術轉換為核心課程，從而實現以核心職業能力培養為主線的“基礎通用、模塊組合、各具特色”工學結合的專業群課程體系的構建，如圖1所示。圖1構建了智能制造關鍵技術網絡，依據本校及合作企業實際，以智能制造關鍵技術應用能力培養為主線，通過產教融合、校企聯合等為切入點，結合崗位職業能力培養提升規律，搭建了應用層、傳輸層、控制與執行層等課程體系。

圖1 智能制造關鍵技術向課程體系的轉換

通過智能制造關鍵技術網絡的搭建，可知智能制造應涵蓋智能傳感與檢測技術、工業機器人技術、智能物流技術、智能加工技術、工業互聯網技術、工業軟件與大數據技術等。結合廣西機電技師學院智能制造專業和校企產學研融合實際情況，將本校的機電一體化技術、電氣自動化技術、電子技術、數控技術共4個專業納入以工業機器人技術應用專業為核心的智能制造專業群，可知專業群已涵蓋了圖1所示的智能制造關鍵技術網的技術點，為專業群課程體系建設提供了依據。

三、過程導向專業群課程體系建設

基于智能制造關鍵技術網絡架構，分析和提煉智能制造專業群培養人才的共識、要求等，根據企業相關的特定產業鏈，緊密圍繞核心崗位工作，通過分析專業群的核心專業與其他專業差異性，根據專業人才分別培養模式，構建專業基礎課程、智能制造核心課程、智能制造拓展課程三個逐級遞進的課程體系。

（一）專業基礎課程

專業群的基礎課程是為學生打下專業基礎能力的必修課程，在學生培養、產業教學、實訓實踐等方面起到關鍵的承上啟下作用。專業基礎課程包括電工應用技術、電子應用技術、PLC應用技術、機械裝調技術、驅動應用技術、液壓與氣動技術、C語言應用技術。其中，電工和電子應用技術是為進入智能制造工廠的人員教授必備的電工、電子基礎知識，包括電路分析、模擬電路、數字電路、基本電子原器件、電路設計等內容；PLC應用技術是為從事工業PLC控制系統設計人員教授PLC基本原理、電路設計方法、編程等基礎內容；機械裝調技術是為智能工程機械裝配工教授基礎的機械原理、裝調方法，以適應行業對高精度裝配的要求；液壓與氣動技術及驅動應用技術主要教授智能工廠中常用的驅動元件基本原理、控制方法、注意事項、故障預防等內容；C語言應用技術主要教授學生能夠使用世界較流行的C語言進行工業控制計算機的編程操作。

（二）智能制造核心課程

智能制造核心課程圍繞智能制造系統典型生產環節設計、仿真、加工、控制和維護等內容，推進先進信息技術與產學研深度融合，開發精品課程、網絡課程、標準化的教學資源庫、數字化典型模型、模擬仿真等，將工業網絡技術應用、智能物流技術應用、工業機器人技術應用、視覺傳感與檢測技術應用、信息化與大數據技術應用、智能加工技術應用、數控加工技術、智能物流系統安裝與調試、智能傳感器的安裝與調試、工業物聯網的安裝與調試、工業軟件與大數據的認知與應用、工業機器人的安裝與調試、數控多軸加工機床編程與操作、數控三軸加工編程與操作、工業機器人輔助上下料加工編程與操作、UG造型設計與數控加工案例教程等課程均納入智能制造核心課程，以為學生打下智能制造典型環節應用的良好基礎。

（三）智能制造拓展課程

智能制造拓展課程是在學生有了一定專業基礎與技能后開設的具有能力拓展作用的課程，課程的開設主要在縱向深、橫向寬兩方面進行，包括智能工廠的認知與實踐、智能加工車間編程與實踐、智能裝配車間編程與實踐、智能工廠物流控制與實踐、智能工廠信息化管理與實踐。通過拓展課程的學習，使學生完全融入現代智能工廠認知、編程、物流、信息化等工作過程，實現過程導向型的教學與實踐。

（四）標準化教學資源庫建設

基于專業群課程體系框架及互聯網、云平臺和大數據技術，借鑒最新職業教育理念，建設云端共享標準化的專業群數字化資源庫，以實現企業-教師-學生教學資源共享，從而可實現本校的職業教育快速發展，通過資源庫的建設全面提升教學效率，標準化教學資源庫體系如圖2所示。教學資源庫包含了教學視頻、圖片、題庫三大內容，資源的標準內容按專業介紹至技能競賽方案逐一排布，便于資源庫的標準化和動態調整。

圖2 標準化教學資源庫

四、相對偏差模糊綜合評價

相對偏差模糊矩陣評價法是模糊數學的一種具體應用，其基本操作步驟是：確定評價指標與等級、構造模糊綜合評價矩陣、虛擬理想方案和F排序。

設U為被評價對象的m種指標；V為刻畫各指標的n種等級，可得：

設rij為評價指標ui對等級vj的隸屬度，得到模糊綜合評價矩陣：

通過效益與成本兩種評價方式虛擬一個理想方案u：

最后對各方案進行加權平均得到F值：

式（4）中的權值w可通過一些數學方法進行求解，或令各權重值相等，進行等權重的模糊綜合評價，相對偏差模糊矩陣評價法的F值越小，表明方案越優秀。本文采用變異系數法求解各指標的權重，進行變權重的模糊綜合評價，變異系數法第i項指標的均值與方差為：

式中，aij為第i項指標的第j個具體數值。

建立6種評價指標，包括課程體系在企業中的評價（0～1，數值越大代表越好）、課程體系在教師中的評價、課程體系在學生中的評價，抽檢的100名學生的平均成績（0～1，數值越大代表越好）、企業對學生的滿意度（0～1，數值越大代表越好）、學生就業率（0～1，數值越大代表越好）。得到各指標的F分布如圖3所示，并與為開展課程體系建設前的F值進行對比分析。可知經過課程體系建設后的F值普遍高于未進行體系建設前的F值。在原模式下，課程體系在學生中的評價的F值最低，說明原課程體系并不能較好地適應當前的學生教育，同時原教育模式在企業以及教師中的評價也不高，這與原模式中的課程體系編排混亂有關，不能很好地帶動學生循序漸進地進行學習，往往導致學生的學習框架參差不齊，難以系統性總結提煉。經過校企聯合式的過程導向專業群課程體系建設后，使得新的培養模式在企業、教師和學生中的評價明顯提高，這與課程體系經過系統梳理、逐級建設，為學生提供了良好的教學模式有關。但企業對學生的滿意度的F值與其余F值并不在同一水平線上，說明學校對學生的教育還并沒有完全適應當前企業的高要求，因此后續還仍需基于課程體系建設成果，繼續加強對學生的理論與實踐培養，以滿足企業對高質量綜合性人才的需求。

圖3 專業群課程體系建設模糊綜合評價F值

文章首先進行了基于技術應用培養的過程導向專業群課程體系建設研究，分析了國內外職業教育關于智能制造領域的專業群建設、課程體系標準、教學經驗與教訓等。其次搭建了智能制造關鍵技術網絡框架，并從中提煉出職業教育應有的課程體系。基于關鍵技術網絡框架，構建了專業基礎課程、智能制造核心課程、智能制造拓展課程的逐級遞進課程體系，并通過現代信息技術進行了教學資源標準化建設。最后建立了相對偏差模糊矩陣綜合評價模型，對課程體系建設成果進行了評價，并得出后續改進方向，評價結果表明課程體系建設具有良好的應用效果。