“崗課賽證”融通的“工業機器人視覺技術及應用”課程教學改革與實踐*

李水明 ，邵長春

（柳州鐵道職業技術學院智能制造學院，廣西 柳州 545006）

0 引言

2021 年，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于推動現代職業教育高質量發展的意見》，提出了“崗課賽證”育人機制，完善課程體系，推進課程教學內容和教學模式的改革[1]。2022 年教育部發布的工作要點提出深化產教融合，推進“崗課賽證”綜合育人[2]。為落實產教融合并提高課堂教學質量，探索“崗課賽證”融合教學模式，對接機器視覺行業崗位需求、職業技能大賽和“1+X”證書制度，改進課程內容及教學方法，培養機器視覺技能型人才?！肮I機器人視覺技術及應用”課程是機電一體化技術專業及工業機器人技術專業等專業的高職學生的專業核心課。課程主要包括機器系統的相機選型，鏡頭、光源等硬件的配置設計，軟件算法平臺算子的參數調試、腳本程序的編寫等內容。機器視覺相關課程是進入消費電子、汽車制造等智能制造領域必須掌握的視覺技能實訓課程。

課題組以高職“工業機器人視覺技術及應用”課程為例，通過充分調研機器視覺技術在智能制造中的應用，明晰機器視覺維修維護的行業標準，把企業的機器視覺典型應用案例作為實訓項目，將“1+X”證書考核內容及全國高職院校職業技能大賽的“機器視覺系統應用”比賽技能點融入教學，重構“工業機器人視覺技術及應用”課程標準，提出有用、有景、有趣、有效的“四有課堂”教學改革，銜接產業、培養創新人才，提高學生的學習主動性，提高人才培養質量[3]。

2021 年新增全國職業院校技能競賽“機器視覺系統應用”賽項，但目前“工業機器人視覺技術及應用”課程未與技能競賽的考點深度融合。開展機器視覺技術課堂改革，推動“崗課賽證”融通符合國家《中國制造2025》提出的由制造大國向制造強國轉型，由傳統制造向智能制造轉型升級的要求[4]。“工業機器人視覺技術及應用”課程是工業智能制造領域必須要掌握的重要技能課程。在教學過程中強化機器視覺技能實踐，完善課程體系及成績評價體系，實施新形態項目化教學，是提高學生技能水平和職業素養的關鍵一環。

1 “工業機器人視覺技術及應用”課程“崗課賽證”融通的方向

本課程對應“1+X”機器視覺系統應用技能證書、全國高職院校職業技能大賽“機器視覺系統應用”賽項及智能制造機器視覺崗位的需求，做到課程與崗位結合、課程考核要求與技能競賽結合，滿足企業崗位需求及技能競賽需求，提高學生的崗位適應能力并激發學生的學習興趣。

1.1 機器視覺技術專業崗位

機器視覺技術可應用于產品檢測、視覺定位、產品尺寸檢測等領域，面向汽車制造、醫藥生產、食品加工、自動化設備生產等企業，對接企業視覺分揀、視覺定位、視覺表面檢測、視覺程序設計、視覺專業技術服務等崗位。

1.2 “工業機器人視覺技術及應用”課程標準

對接企業機器視覺崗位需求和機器視覺行業標準，結合全國高職院校職業技能競賽“機器視覺系統應用”和“1+X”機器視覺系統應用證書技能需求，以學生為中心開展有用、有景、有趣、有效的“四有課堂”改革，制定課程標準，明確課程教學內容，涵蓋數字圖像處理基礎、工業相機的數據接口參數選型、鏡頭焦距參數計算、光源設計、機器視覺算法平臺編程、腳本編程等教學內容。對課程成績制定多元評價標準，對取得“1+X”證書或其他技能證書、參加職業技能競賽的學生添加成績認定標準；融入課程思政內容，培養學生的職業素養、團隊協作能力以及愛國主義情懷。

1.3 全國高職院校職業技能大賽賽項要求

“工業機器人視覺技術及應用”課程對應的職業技能大賽為全國職業院?！皺C器視覺系統應用”賽項的國賽和省賽。機器視覺技術是智能制造的關鍵組成部分，為制造業轉型升級提供有力保障。將比賽技能要求融入教學內容，以賽促教，推動產教融合。在課程任務中結合技能大賽的機器視覺先進技能知識點，并融合奮力拼搏、團隊合作、精益求精及技能比賽職業素養等課程思政內容?！皺C器視覺系統應用”賽項要求掌握的知識點有相機的選擇、鏡頭的選型、光源亮度的調整等硬件設備選型及安裝，物品的識別、檢測、定位、缺陷檢測等軟件算法平臺的應用程序編寫[5]。

1.4 機器視覺技術“1+X”職業技能標準

根據“機器視覺系統應用”職業技能等級標準要求，面向機械制造、食品生產等企業的崗位需求，將機器視覺技能等級分為初級、中級、高級。其中，初級要求掌握機器視覺系統的硬件安裝及軟件調試；中級要求根據檢測物體的需求，設計視覺檢測方案并編寫軟件程序；高級要求根據檢測物體設計檢測方案，能使用高級語言編寫視覺程序并能使用3D視覺技術[6]。

2 “崗課賽證”融通的機器視覺課程教學方法

根據機器視覺工種崗位需求，“工業機器人視覺技術及應用”課程結合全國職業院校技能大賽技能考核點及“1+X”“機器視覺系統應用”技能證書考核知識點，重構“工業機器人視覺技術及應用”課程體系，運用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學模式，實施“崗課賽證”融通的機器視覺課程教學方案，如圖1所示。

圖1 “崗課賽證”融通的機器視覺課程教學方案

2.1 “四有課堂”教學模式

針對傳統教學方式的不足，提出采用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學改革方式。根據“崗課賽證”產教融合，制定“工業機器人視覺技術及應用”課程標準，提煉智能制造企業機器視覺崗位典型應用案例作為教學任務，采用新形態項目式教學，按機器視覺技能學習規律設計教學內容。項目一，齒輪視覺檢測；項目二，藥品視覺檢測；項目三，書簽視覺識別；項目四，氣缸涂膠軌跡檢測；項目五，牛奶盒缺陷檢測；項目六，種子視覺分揀；項目七，3D 相機視覺物體測量。本文選取教學任務中的項目二進行說明。在制藥企業實際生產中，首先提煉典型“有用”任務——藥品視覺識別項目，具體任務要求是通過視覺檢測膠囊藥板的膠囊數量和方向是否一致及生產日期是否清晰，將檢測結果發送給服務器。其次是創設“有景”實例教學情景，基于工作過程將項目細分為三個具體識別任務，分別為藥品膠囊數量識別、藥品膠囊藥板的膠囊顏色方向一致性識別、膠囊藥板生產日期缺陷識別。學生通過完成系列任務，從新手到能手，掌握機器視覺的相關技能。再次，采用“有趣”的教學方法，以學生為中心，教師采用啟發式教學方法引導學生；學生在學習任務相關的視覺知識后，去完成機器視覺藥板膠囊檢測任務；在學生完成任務后師生共同進行評分，在任務實施過程中融入精益求精的課程思政理念。最后，在課后進行“有效”的教學效果測評，通過對學生進行問卷調查等方式對教學效果進行評價反饋，教師通過“有效”的教學反饋改進教學內容。

2.2 “四有課堂”教學改革設計流程

“工業機器人視覺技術及應用”課程實施“線上+線下”教學，采用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學方式。“四有課堂”教學改革具體設計流程如圖2所示。

圖2 “四有課堂”教學改革設計流程

1）課前預習。創設“有用”教學任務，按制藥企業產品檢測崗位需求，提煉藥品膠囊視覺檢測典型案例。教師在智慧職教云平臺上發布學習任務及課程微課、文檔等相關的學習資料，融合技能比賽的考點，提出任務完成要求，學生通過智慧職教云平臺提前了解并學習課程任務相關知識。

2）課中導學。①部署“有景”視覺檢測任務應用場景，在“工業機器人視覺技術及應用”課程中融合崗位需求及技能比賽知識點的藥品膠囊視覺檢測應用場景，符合企業崗位需求，以教師為主導、以學生為主體。教師采用探究式教學方式循序漸進，先讓學生在任務實施前學習視覺檢測的相關圖像匹配等知識，教師引導學生設計視覺檢測方案。教師扮演任務發布方，學生扮演任務執行方，學生在學習相關知識后，組成團隊，討論任務方案。②學生完成“有趣”教學子任務，通過機器視覺方法識別藥品膠囊藥板的膠囊數量和膠囊擺放方向、識別膠囊藥板印刷的字體是否完整。在學生任務實施過程中融入團隊合作、精益求精、競技精神和職業素養等課程思政內容。在任務完成后將“1+X”職業技能證書的考核評分融入任務評價[7]。教師與學生共同對任務的效果進行驗收，首先是學生自我評分，其次是學生間互相評分，最后由教師進行評分并點評[8]。

3）課后拓展。課后學生通過智慧職教云平臺對機器視覺知識進行拓展，通過發散思維，在學習了膠囊藥板視覺檢測后，對文具油畫棒進行檢測，識別彩色油畫棒的數量及顏色，識別判斷是否有缺、漏的產品。同時實施“有效”教學效果評價，學生在智慧職教云上對自我學習效果進行評價，教師通過學生的自我評價檢驗是否達到預設的教學效果。

2.3 成績多維評價

“崗課賽證”融通的“工業機器人視覺技術及應用”課程采用多維度對學生成績進行評價，評價體系采用多種方式，包括過程性評價、期末考核成績、“1+X”證書考試成績、職業技能大賽成績等。課程成績可以由“1+X”證書考核成績或“機器視覺系統應用”等賽項的成績進行認定，對課程成績進行多維度評價[9-10]。

3 “崗課賽證”融通的課堂教學效果

“崗課賽證”融通的課堂教學以學生為中心，緊跟機器視覺崗位需求，融合“機器視覺系統應用”技能大賽技能點和“1+X”證書考點，采用有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學方式，提高學生的動手能力，激發學生的學習主動性。在柳州鐵道職業技術學院2020 級機電一體化技術應用專業中采用“崗課賽證”融通的教學改革方式，“工業機器人視覺技術及應用”課程課堂實踐任務參與完成度從65%提高到85%，課后拓學完成率由73%提高到87%。實施多維度成績評價后，學生參加“工業機器人操作與運維”“1+X”證書中級考核通過率高達90%，還有學生參加廣西高職院校職業技能大賽“機器視覺系統應用”賽項獲得省級二等獎。通過實施多維度課程評價，學生的成績可由職業技能大賽的成績或通過“1+X”考核獲得證書的成績認定，該方式極大地激發了學生參加“1+X”證書考核和參與職業技能大賽的熱情。

4 結語

本文通過重構“工業機器人視覺技術及應用”課程標準，實施“崗課賽證”融通的產教融合教學，開展有用、有景、有趣、有效“四有課堂”教學，探索學生成績多元評價、全過程綜合性評價機制；通過課程改革提高了學生的技能水平，使其能夠更好地適應機器視覺相關崗位的需求。