1+X證書制度下機器人工程專業教學改革與實踐*

劉朝華 石秀敏 王鈺 陳青梅

摘? 要? 以工業機器人“1+X”證書制度改革為驅動，從人才培養目標、課程融合、教學方法、校企合作、實驗實訓室建設、師資隊伍建設、教材建設、教學質量評價體系建設等方面進行機器人工程專業教學改革與實踐，探索應用型本科高校機器人工程專業人才培養新模式。

關鍵詞? “1+X”證書制度；應用型本科；教學改革；機器人工程專業；工業機器人

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）17-0147-03

0? 引言

機器人是“制造業皇冠頂端的明珠”，《中國制造2025》提到十大重點領域，其中一大領域就是以機器人為代表的智能制造領域，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。目前，社會迫切需要掌握機器人技術的工程技術人才。如何加速培養機器人應用型高技術人才，增強從業人員應對市場激烈競爭能力，滿足崗位需求，解決生產中機器人系統的設計制造、安裝調試、編程控制、運行維護、故障維修等技術人才需求，已經引起企業界和高等院校的關注。

從2016年東南大學成為教育部同意設置機器人工程本科專業的首家高校開始，目前全國共有301所高校相繼獲批開設機器人工程本科專業。同時，設置機器人專業的高職院校有752所，中職院校則超過1 000所。大數據顯示，機器人工程專業位列2020年十大熱搜專業排行榜第二位。機器人工程專業屬于新工科專業，是面向未來新興產業和新經濟需要的專業。該專業具有很強的前沿性、綜合性和實踐性，主要培養具有較強工程實踐能力和創新能力，具備國際競爭力的高素質復合型人才。

1? “1+X”證書制度下機器人工程專業教學改革背景

2019年初，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》（簡稱《方案》）。《方案》要求，從2019年開始，在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度（簡稱“1+X”證書制度）[1-2]。當前，國內正式頒布的與機器人相關的職業資格證書包括：人社部頒布的工業機器人系統運維員（6-31-01-10）、工業機器人系統操作員（6-30-99-00）；教育部頒布的工業機器人操作與運維（“1+X”證書）、工業機器人應用編程（“1+X”證書）、工業機器人集成應用（“1+X”證書）、工業機器人裝調（“1+X”證書）、特種機器人操作與運維（“1+X”證書）；機械工業職業技能鑒定指導中心頒布的工業機器人操作調整工（機械行業標準）、工業機器人裝調維修工（機械行業標準）。

“1+X”證書制度將學歷證書與職業技能等級證書、職業技能等級標準與專業教學標準、培訓內容與專業教學內容、技能考核與課程考試統籌評價，有利于院校及時將新技術、新工藝、新規范、新要求融入人才培養過程[3]。通過“1+X”證書制度，能夠促進院校主動適應科技發展新趨勢和人才新需求，深化教學改革，提高人才培養質量。“1+X”證書制度不但是職業教育改革的利器和手段，而且給應用型本科高校人才培養帶來新的機遇，是提高人才培養質量的重要舉措[4]。2018年，天津職業技術師范大學獲批機器人工程本科專業，該專業將新工科建設與“1+X”證書制度相融合，持續推進應用型本科專業教學改革與實踐，繼續深化雙證書人才培養模式。

2? 教學改革與實踐

遵循高等工程教育基本規律，圍繞工業機器人“1+X”證書制度，以培養優秀機器人專業人才為目標，以工業機器人創新平臺為載體，以校企聯合為手段，以課程體系和教學方法改革為核心，以師資隊伍建設為保障，積極探索機器人工程專業人才培養新模式。

2.1? 以社會需求為導向，定位人才培養目標

目前，機器人可以劃分為工業機器人、服務機器人和特種機器人三大類。其中工業機器人是我國普及度最高的機器人種類，占據市場份額最大。近年來，我國工業機器人行業迅猛發展，產量持續增長，我國已經成為工業機器人應用第一大國。數據顯示，2020年，我國工業機器人產量達23.71萬套，同比增長19.1%；2021年1—4月，我國工業機器人產量達13.64萬套，同比增長73.2%，2021年我國工業機器人銷售額將達66.3億美元。隨著“智能制造”的深入實施，工業機器人應用益發廣泛，以就業起點高、發展空間大、技術成長快為特征的工業機器人應用人才需求激增。目前，社會迫切需要掌握工業機器人安裝、調試、集成應用、維修與運行管理的高級專門人才。為適應社會經濟發展和職業教育發展需求，天津職業技術師范大學將工業機器人集成應用確定為機器人工程專業的人才培養目標。

2.2? 將工業機器人“1+X”職業技能標準與課程體系融合

工業機器人“1+X”職業技能標準不僅要反映在技能訓練教學中，還要與人才培養方案的全過程進行融通[5]。在專業基礎課程中設置機械設計、電工技術、三維建模、控制工程基礎等專業基礎課程，滿足“1+X”職業技能標準對機器人通用基礎知識的要求。在專業課程和選修課程中設置電氣控制與PLC、工業機器人編程、機器視覺與圖像處理等課程，滿足標準對機器人系統集成專業知識的要求。對核心專業課程設置課程設計環節，滿足技能標準對基本工程應用能力的要求。精心設計工業機器人技能訓練課程，根據工業機器人“1+X”職業技能標準中對工作領域、工作任務和職業技能的要求，以任務情境、項目驅動進行實訓教學安排。工業機器人技能訓練課程學時為12周，主要包括職業素養與安全規范訓練、S7-1200 PLC編程技能訓練、人機交互界面設計技能訓練、機器視覺應用技能訓練、六軸和四軸工業機器人編程技能訓練、電氣與氣動系統調試技能訓練、工業機器人工作站集成應用綜合技能訓練等環節。通過工業機器人技能訓練環節的系統教學實踐，使學生掌握機器人編程操作、PLC與上位機編程、機器人視覺編程、電氣調試與維護等技能，最終實現工業機器人系統集成應用的能力提升，對于今后從事工業機器人相關行業打下堅實基礎。工業機器人技能訓練課程采用課證融通方式進行考核，獲得相應工業機器人“1+X”職業技能證書，則表示該門課程合格。

2.3? 以學生為中心實施教學方法改革

堅持學生為中心的教學理念，以學生為主體、教師為主導，實現課堂教學對學生學習的引領和指導功能。注重學生學習主動性、積極性和學習興趣的培養，通過交互式教學、問題導向的討論，訓練學生的思維，激發他們的求知欲和好奇心，提高學習興趣。采用理論、實驗、實訓、設計“四位一體”教學模式，堅持產學合作，注重專業理論學習與技能訓練的結合，將實踐能力培養貫穿整個人才培養過程，遵循大學生實踐能力形成規律和認知特點，按實踐教學階段化、模塊化、教學方法多樣化原則，實施三層次實踐教學體系。三層次包括基礎層、核心層和擴展層：基礎層由工業機器人系統認知實習階段和基本職業技能訓練階段構成；核心層由職業崗位能力培養階段和職業崗位技能訓練階段構成；擴展層由創新實踐活動階段構成。

在實際教學過程中，將教、學、做、評合一，采用計算機虛擬仿真技術，首先進行工業機器人知識點講授與演示，學生進行模仿學習；然后設計教學任務，讓學生作答，在作答過程中完成學生成績的考核，突出過程考核，淡化期末考核。將課堂教學與現代化網絡教育技術緊密結合，利用智慧職教網MOOC學院、云課堂、騰訊課堂等新型在線教學平臺的工業機器人教學資源，以全體學生的學習活動為中心，實現課堂教學模式的創新和發展。

2.4? 加強校企深度融合，建設符合工業機器人“1+X”標準的實驗實訓室

加強校企合作，與企業在人才培養方案制訂、課程教學內容、實驗室建設、學生校外實踐、教師素質提升等方面開展合作。積極申報教育部產學合作協同育人項目，通過項目驅動，實現機器人專業建設水平的快速提升。機器人專業實驗實訓室的建設堅持“從簡單到復雜、從仿真到實操、從部件到整機、從系統到綜合”的原則[6]。圍繞機器人專業核心課程，建設校內機器人實驗中心，主要包括機器人原理實驗室、電氣控制與PLC編程實訓室、機器人虛擬仿真實驗室、機器人創新設計實驗室、工業機器人編程實訓室、工業機器人集成應用實訓室。根據工業機器人“1+X”認證的要求，申報并獲批機器人考核站點。校內實驗實訓室建設遵從國際化制造業標準，遵循國際企業文化7S管理理念，參考國內外同類院校實驗實訓室環境設計與布局，體現職業技術教育教學理念。在實驗實訓室內部雙語標識實驗室管理制度、設備安全操作規程等重要文件。實驗實訓設備先進，數量充足，符合“1+X”認證的設備要求，能夠滿足專業課程教學和實訓要求，可提供技術研發、技術培訓和技能鑒定等服務，能夠承擔境外留學生、企業職工的培訓任務。同時，與國內知名機器人企業共建校外實踐基地，從而顯著提升企業認知，增強畢業實習和畢業設計效果。

2.5? 開展“1+X”證書制度下師資隊伍建設工作

按照“1+X”認證標準要求，積極進行師資隊伍建設。實施專業教師理論和實踐能力提升計劃，建立理論教師技能培訓、技能競賽等制度，提高理論教師工程實踐能力。每年有計劃地選派中青年教師到知名機器人企業、國內外高校和職業院校培訓訪學或掛職鍛煉。加強青年教師尤其是新入職教師的培養，通過外派學習交流、培訓、組織教學技能大賽等方式為青年教師的職業發展提供良好條件。安排教師參加第三方評價機構主辦的“1+X”工業機器人師資培訓班和考評員培訓班，從專業能力到職業技能鑒定環節提升教師綜合素質。機器人專業教師積極參與工業機器人相關職業技能標準開發，共參與完成工業機器人系統運維員、工業機器人系統操作員、工業機器人操作調整工、工業機器人裝調維修工四項標準的開發。切實抓好兼職教師隊伍建設，引進和聘用有實踐經驗的機器人企業的專業技術人員參與專業教學過程，增強實踐環節的教學效果，將企業理念、規范、文化帶入學校，突出學生的綜合能力培養，努力構建一支專兼結合的“雙師”結構的高素質師資隊伍。

2.6? 以需求為導向，積極進行教材建設

機器人專業加強教材選用管理，要求選用的教材必須符合社會主義核心價值觀，符合社會主義市場經濟建設、社會發展和科技進步對人才培養的需要，鼓勵優先選用國家級規劃教材或者獲省部級以上獎勵的優秀教材，提倡選用近五年出版的新教材或修訂版教材。專業緊跟機器人產業發展和行業人才需求，基于產教融合、專業融合、課程與教學融合等現代教育教學改革創新的需要，圍繞機器人技術，校企雙元共同開發反映機器人行業新技術、新工藝、新流程、新規范的專業教材。在教材開發中，以工作任務為依據，以真實的工作任務為載體，設計項目模塊，以工作過程為導向進行教材開發，實現“教材+微課+MOOC+教學”的深度融合，實現一書一課一空間的開發目標。近三年，專業教師出版機器人相關教材九部，對于專業建設起到促進作用。

2.7? 以產出為導向，構建機器人專業教學質量評價體系

以產出為導向，構建“學校+同行+學生+用人單位”的教學質量多元評價體系，形成評價、反饋、改進的閉環。評價目標體現以人為本、注重發展的評價觀，按校（院）/系/專業三級建立教學質量監控與評價機構，制定教學質量評價辦法和運行機制，整體包括計劃、執行、檢查、改進四大模塊，將教學質量監控與評價內容落實在教學過程的各個具體環節，實現教學質量監控常態化和全員參與。在評價過程中將人才培養目標達成度、畢業生就業率與就業質量、職業素質養成、同行評價、用人單位滿意度以及專兼結合專業教學團隊建設等方面作為重要教學質量考核指標。在科學合理的教學質量評價分析基礎上，建立包括評價周期、評價依據和反饋方式的可持續改進機制，實現對人才培養目標制定、培養方案制訂、教學大綱制定和教材選用、課程教學、課程考核、專業實踐和畢業設計等主要環節的可持續改進。

3? 結束語

在“1+X”證書制度背景下，機器人工程專業要深刻理解“1+X”證書制度的內涵特征和核心要求，依據工業機器人“1+X”職業技能等級標準，進行全方位的專業教學改革與實踐。在專業教學改革過程中需要政府、企業、學校等多方參與、共同發力，強化產教融合、校企合作，不斷在實踐探索中研究細節問題，將“1+X”職業技能等級標準融入人才培養全過程，促進學生就業競爭力與院校人才供給力的穩步提升。

參考文獻

[1] 李政.職業教育1+X證書制度：背景、定位與試點策略：《國家職業教育改革實施方案》解讀[J].職教通訊，2019（3）：30-35.

[2] 李壽冰.高職院校開展1+X證書制度試點工作的思?考[J].中國職業技術教育，2019（10）：25-28.

[3] 曾珍.職業院校實施1+X證書制度的蘊意、難點及對策[J].武漢職業技術學院學報，2020（3）：16-19.

[4] 肖福流.基于1+X證書制度的應用型本科高校人才培養[J].教育與職業，2021（5）：27-32.

[5] 凌旭，戴俊良，肖芝.“1+X”證書制度下書證融通重構工業機器人技術專業核心課程研究[J].中國現代教育裝備，2021（15）：156-159.

[6] 劉朝華，鄧三鵬，王振華，等.職業院校工業機器人實訓基地建設研究[J].職教通訊，2017（3）：58-59.

*項目來源：天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃項目“基于‘1+X證書制度的機器人工程專業教學改革與實踐”（B201006603）。

作者：劉朝華，天津職業技術師范大學，教授，博士，研究方向為機器人技術；石秀敏，天津職業技術師范大學，副教授，研究方向為檢測技術及自動化裝置；王鈺，天津職業技術師范大學，工程師，研究方向為電氣工程自動化；陳青梅，天津職業技術師范大學，工程師，研究方向為機械設計及其自動化（300222）。