工业机器人技术专业现代学徒制课程体系的构建.pdf

Equipment Manufacturing Technology No.7袁20230引 言2018 年 8 月，河源职业技术学院工业机器人技术专业成功申报为第三批国家级现代学徒制试点专业。在国家倡导新工科的教育背景下，人才培养要站在国家、产业和未来的角度培养新工科的人才，要以学科导向转向为企业和未来需求为导向，培养出技艺精湛和泛化学习能力强的现代学徒1-4，这无疑给职业教育带来了新的挑战。目前现代学徒制存在的问题较多，一直以来，加强实践教学，是职业教育的中轴线，校企合作育人也已提出多年，并在大部分高职院校取得了初步的实施成效。然而很多关于学徒制的研究都是宏观性、纲领性的政策性研究，深入细微的教学改革、具体实施方面的微观研究案例却比较少见。以工业机器人技术专业的现代学徒制试点为例，对多家企业进行调研，分析行业人才需求，确定人才培养目标，根据人才需求和人才培养目标，结合现代学徒制人才培养特征，引入学期项目5-8，改革现有课程，确定新的课程体系，旨在解决现代学徒制人才培养过程中出现的学生眼高手低和实践能力弱、用人需求与企业实际岗位不匹配等问题。1行业人才需求分析与人才培养目标的确定为了满足智能制造行业的用人需求，更好地服务河源及粤港澳大湾区制造业的转型升级，河源职业技术学院于 2015 年开始开设数控技术专业工业机器人技术方向，于 2016 年正式招收工业机器人技术专业学生，目前在校生 2019 级 2 个班 62 人，2020 年 2 个班共 62 人，2021 年 2 个班 86 人，未来三年专业在校生稳定在 6 个班 250 人左右。工业机器人技术专业重点是培养面向工业机器人应用上下游企业的、培养具有工业机器人集成设计、编程操作、维护管理、调试维修的技术技能型专门人才。其是以技术性强、操作要求高为特征的专业9-11。工业机器人技术专业需要的人才需具备 PLC 的逻辑编程能力、工艺仿真能力、产线维护能力以及综收稿日期：2023-03-10基金项目：2018 年教育部第三批现代学徒制试点项目（教职成厅函 2018 41 号）；2018 年广东省高等职业教育教学质量与教学改革工程教育教学改革研究与实践项目（GDJG2019333）；校本研究视域下高职现代学徒制的改革与实践（2021GXJK740）；2018 年河源职业技术学院校级教育教学成果奖培育项目（2018JXCGPY13、2018JXCGPY12）；高职现代学徒制的校本研究与实践（HZJG202007）第一作者：谢智阳（1985-），男，广东河源人，讲师，硕士，主要从事高职教育、计算机视觉和工业自动化技术方面的研究.通信作者：陈艳芳（1981-），女，湖南永州人，副教授，硕士，主要从事高职教育、机械设计及自动化的研究.工业机器人技术专业现代学徒制课程体系的构建谢智阳1，2，黄文汉1，2，廖晓明1，赖星华1，陈艳芳1（1.河源职业技术学院，广东 河源 517000；2.河源市工业机器人技术应用工程技术研究中心，广东 河源 517000）摘要：工业机器人技术专业是发展智能制造行业亟需的人才培养重点专业，主要培养具有工业机器人集成设计、编程操作的技术技能型专门人才。目前智能制造行业更新快、问题多元化、知识点多，对人才的培养提出了新的要求。经过对企业的调研分析，根据接智能制造行业的用人需求和人才培养目标，结合现代学徒制人才培养特征，该文重点梳理了工业机器人技术专业现代学徒制课程体系的知识点、技能点，梯度递进设计了基于单片机的微型直流电机调速系统等 4 个学期项目，深度改革现有课程，创新运用学期项目贯穿式的教学模式，着重解决现代学徒制人才培养过程中出现的学生眼高手低和实践能力弱、用人需求与企业实际岗位不匹配等问题。实践表明，新课程体系实施，学生能有效地将所学的理论知识运用到项目实践中，极大地提高了学生的学习兴趣，达到了学生毕业即上岗的培养目标，缩短了智能制造行业人才的培养周期和减少培养成本，得到了合作企业的高度认可，在同行业中可以推广应用。关键词：工业机器人技术；现代学徒制；学期项目；高职教育中图分类号：G421文献标识码：B文章编号：1672-545X（2023）07-0126-04126装备制造技术 2023 年第 7 期合问题解决能力。智能制造行业更新快、问题多元化、知识点多，对人才的培养提出了新的要求。为保证能为智能制造行业精准输送专业人才，细致梳理了工业机器人技术专业所需的所有知识点、技能点，梯度设计每一个学期的训练项目，学期的课程内容的关键知识点嵌入每一个项目中，确保学生所学的知识能有效运用在实际工作上。根据调研和人才需求分析结论，结合工业机器技术专业国家标准，确定了专业的人才培养目标为：培养面向智能制造产业，培养思想政治坚定、德技兼修、全面发展，适应新时代高端智能制造产业发展的需要，具有良好的职业道德、职业素养、身心素养和人文素养，熟练掌握工业机器人集成设计、编程操作，具有较强机电装备技术基本应用能力，既能从事电气工程师、机械工程师、机器人仿真工程师等岗位工作，又能胜任机电一体化设计仿真工程师、PLM 工程师、MES软件工程师、数据管理工程师等学徒岗位工作的高素质技术技能人才。2以学期项目为特色的专业课程体系构建工业机器人技术现代学徒制试点专业主要开设设备电气控制技术、机电设备控制与编程实现（PLC）、现场总线控制技术、工业机器人离线编程、工业机器人操作与编程、WINCC 组态软件工程应用技术、液压与气动技术和 MES 系统应用与开发等能力模块课程，每个学期的课程知识紧紧围绕本学期的项目任务要求开展教学，这个项目称作学期项目，学期项目主题的设计思路如图 1 所示。学生（学徒）从入学开始具备学生和企业员工双重身份，培养时间共 3年，在校期间学习 1.5 年，企业跟岗学习 1.5 年。学生身份的转变，学校培养模式和培养计划就必须作出相应的改革，才能适应新时代发展时期企业的用人需求，为此，将原有普通班的人才培养方案作出了较大的变革，大致培养过程分为第一学期（学校基础认知阶段）、第二学期（学校基础夯实阶段）、第三学期（学校基础进阶阶段）、第四学期（企业实践过度阶段）、第五学期（跟岗实践攻坚阶段）和第六学期（学生蜕变正式员工阶段）等六个阶段。其中第一至第四期增设了学期项目实践内容，将本学期所学课程模块融会贯通，学期项目遵循由浅入深、循序渐进、由简到繁等原则进行设计5，具体见表 1。2.1 第 1 学期（学校基础认知阶段）学生在学习思想与德育相关基础课的同时，为了让学生尽早接触专业基础知识，增设 Arduino 单片机控制技术课程，该课程的实施采用混合式教学模式。增设学期项目，基于单片机的微型直流电机调速系统，将本学期所学的信号放大电路、光耦隔离电路、直流电机工作原理和 C 语言等知识整合起来。学期项目的设置是实用性的，在直流电机正反转控制电路制作的基础上，充分启发学生的想象能力、思考能力，完成基于微控制器的直流电机正反转控制系统，并制作成小作品。在这个阶段，通过完成项目作品以充分激发学生学习专业知识的热情，提高基团队合作及自学能力，为后续的课程学习奠定前期基础。2.2 第 2 学期（学校基础夯实阶段）学生已经学过了电工电子和单片机等基础知识，学会了制作简单的非工业级学期项目。根据本学期的图 1学期项目在工业机器人技术现代学徒制试点专业嵌入的培养思路机械设计与工业机器人系统三维建模工业机器人离线编程PLC 编程技术（混合式教学）项目任务（基于 PLC 的伺服电机控制系统）学期项目项目任务（基于单片机的微型直流电机调速系统）Arduino 单片机控制技术电工电子技术思想与德育相关系列课程现代学徒制项目任务（基于 PLC 与工业机器人联合工作站设计与调试）现成总线控制技术WinCC 组态软件工程应用工业机器人操作与编程技Teamcenter 系统应用与开发（方向课）SCADA 系统应用与开发（方向课）MES 系统的应用与开发（方向课）小型产线集成与联调毕业设计项目任务（小型工作站集成与调试）制造企业管理基础Tecnomatix 产线仿真MCD 机电概念设计127Equipment Manufacturing Technology No.7袁2023专业课程，我们设置的学期项目主体是基于 PLC 的伺服电机控制系统。由于伺服电机系统为闭环控制系统，学生团队可选择不同类型的工业级电机（如直流电机、步进电机）构建差异化的伺服控制系统，这些作品的完成不仅让学生巩固了已学专业知识和技能，而且对于培养学生积极思考及探索新技术新方法具有重要意义。2.3 第 3 学期（学校基础进阶阶段）学生已经开始学习现场总线技术、WINCC 组态软件工程技术和工业机器人操作与编程等课程，可以围绕各模块之间通信、PLC 与 PLC 之间通信、PLC 与工业机器人之间通信和 PLC 与触摸屏之间通信来完成基本工作站的设计与调试。完成了这些综合性较强的项目后，学生的综合能力将得到进一步提升，为接下来进入行业企业的跟岗实践奠定了一定的技术基础。2.4 第 4 学期（企业实践过度阶段）学生经过三个学期的在校学习，已经具备了进入企业跟岗实习的过渡阶段，在这个阶段，学生将直接接触企业的实际项目，在企业师傅的指导下完成更加具体的企业项目，并且学习师傅的实际工作经验，进一步提升自己的实践能力。2.5 第 5 学期（跟岗实践攻坚阶段）由于企业岗位的细分，本阶段在企业增设 MES系统的应用与开发（方向课）、SCADA 系统应用与开发（方向课）、Teamcenter 系统应用与开发（方向课）等课程，学生可根据自身的特点选择其中一个方向进行固岗学习。2.6 第 6 学期（学生蜕变正式员工阶段）此阶段则在企业导师和学校导师的共同指导下完成毕业设计，逐渐完成学生蜕变成正式员工的转变。3以学期项目贯穿为特色的课程体系的优势学期项目教学模式的实施可以充分调动学生自主组织的积极性，规范引导学生进行标准化工作流程训练。因此基于学期项目的工业机器人技术专业实践教学体系构建对于提升学生专业综合能力，培养可持续发展职业能力具有重要意义。学期项目有效地将各课程的知识点汇成了一条学习主线，模拟企业实际项目，吻合实际生产过程，贴合实际工作内容，让学生在校学习就能感受未来工作岗位的实际工作过程和工作内容，有效降低企业用人的培养成本。（1）通过学期项目的任务设计，使学生对学习内容的应用方向与使用场合有较全面的了解，并激发了学生们学习专业知识和技能的兴趣和热情。（2）通过企业化学期项目的组织结构，构建学习者学习型组织。（3）通过学期项目的训练、深入实际的技能实践训练、工厂情景的行为规范历练等活动，达到培养学习者掌握专业知识的兴趣、巩固学生专业知识、培育学生职业素质、锻炼学生工作技能、激发学生创新意识、强化学生合作意愿及激励学生自我驱动的目的。4结 语现代学徒制人才培养模式的实施，有效提高了人培养质量，充分吻合了工业机器人技术专业的人才培养目标，契合了当今智能制造行业的人需求，得到了合作企业的高度认可，值得在同行业中推广。参考文献：1 曹慧，晏羽洁.现代学徒制对高职生就业能力的影响研究J.北京劳动保障职业学院学报，2021，15（4）：23-29.2 赵鹏飞，刘武军，罗涛，等.现代学徒制中国实践、国际比较与未来展望J.职教论坛，2021，37（12）：6-11.3 张建平，孙立新.中国特色现代学徒制试点现状研判及推进路径J.职教论坛，2021，37（12）：12-17.4 冉云芳.企业参与现代学徒制的动机及其对成本收益的影响J.教育与经济，2021，37（6）：71-80.5 陈纪钦，谢智阳，康迂福.基于学期项目的汽车智能技术专业实践教学体系构建J.广东交通职业技术学院学报，2017，16（1）：78-80.6 陆静.学期项目化学习的校本化探索：以“创意飞天”项目化学习为例J.江苏教育研究，2021（Z5）：48-53.7 陈进熹，孟伟.基于学期项目课程的双轨制课程体系研究与表 1工业机器人技术现代学徒制试点专业学期项目设置学期学期项目模块关联课程第 1 学期基于单片机的微型直流电机调速系统第 2 学期基于 PLC 的伺服电机控制系统PLC 初级编程技术（混合式教学）工业机器人离线编程机械设计与工业机器人系统三维建模C#语言编程基础第 3 学期基于 PLC 与工业机器人联合工作站设计与调试现成总线控制技术PLC 高级编程技术WinCC 组态软件工程应用技术工业机器人操作与编程液压与气动技术第 4 学期小型工作站集成与调试MCD 机电概念设计Tecnomatix 产线仿真技术制造企业管理基础电工电子技术Arduino单片机控制技术（混合式教学）128装备制造技术 2023 年第 7 期实践：以杭职院机电一体化技术专业为例J.机械职业教育，2020（3）：52-55.8 周海丹.现代学徒制背景下高职机电专业学期项目课程改革与实践J.高教学刊，2019（1）：186-188.9 栾红，宋光辉.智能制造背景下的工业机器人课程体系改革J.职业，2018（33）：81-82.10 余攀峰，洪凯，孙敏.高职工业机器人专业课程体系探索与实践J.职教通讯，2017（18）：14-15，18.11 陈江魁.产教融合视角下工业机器人专业新型学徒制的课程体系研究J.职业，2021（19）：63-64.业数字化的核心技术，也是各类大赛的新焦点，融合对照见表 3。课程以各类技能大赛作为引领进行教学改革，营造比赛氛围，促进学生自主学习、自我展示提升，从而提升人才培养质量。赛项内容作为课程案例供学生实训练习，教师在课程在线学习平台配套了竞赛的学习视频、习题、拓展资料等以满足学生差异化的学习需求。为将竞赛标准操作在本课程实训教学中推广，教师录制标准操作微课，充分剖析赛项操作环节的操作流程、关键点和易错点，并发布在超星课程平台供学生反复观看。在实训环节，将竞赛规程中的标准操作、素养要求落实到学生的动手实践中，强化学生的能力培养。2.4 数字素养贯通全程，坚持德技并修面对日益融合的虚拟空间和现实空间，数字人才不是简单用数字来考虑和解决问题，还必须具备数字素养3。课程教学中融入数字安全素养和数字道德素养的相关案例（表 4），让学生学会保障数字信息安全、重视数字心理问题安全、维护数字意识形态安全、遵守数字道德公约，共同建设和维护风清气正的数字化时代。3结 语课程作为专业核心课程或者专业拓展课程，在工业网络、机电一体化、电气自动化、机械设计与制造等专业已开设 3 年，通过“与岗对接”“课证融通”和“课赛融通”的教学实践，学生的技能水平进一步提升。学生参加“1+X”工业数字孪生建模与应用职业技能等级证书的考证通过率达 95%以上，学生参加“工业互联网集成应用”赛项获得省级一等奖 1 项、省级三等奖 2 项。目前，课程处于建设初期，是“岗课赛证”融通育人的一种积极探索，可为高职数字化技术的相关课程提供参考。参考文献：1 陶飞，刘蔚然，张萌，等.数字孪生五维模型及十大领域应用J.计算机集成制造系统，2019，25（1）：1-18.2 曾天山.“岗课赛证融通”培养高技能人才的实践探索J.中国职业技术教育，2021，768（8）：5-10.3 周海涛，朱元嘉.提升大学生数字素养的创新路径J.中国电化教育，2023，436（5）：49-55.表 3课赛融合对照赛项名称组织机构赛项内容赛课融通点对应课程项目生产单元数字化改造全国职业院校技能大赛执行委员会以数字化关键技术为核心，集成智能仓储、智能机器人、AMR 自主移动机 器 人、智 能 视 觉、SCADA 系统监控、WMS系统、MES 系统、数字孪生的综合应用单元。数字孪生的综合应用单元项 目 3构建工业设备数字孪生模型工业互联网集成应用全国职业院校技能大赛执行委员会对传统制造业生产设备或产线升级网络结构、采集产线信号，开发新的标识系统以对上下游零部件进行管理，利用边缘计算技术提升信息处理的实时性，设计工业互联网平台应用软件实现数据可视化及服务应用。数据可视化项 目 4设备可视化项目一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛【工业机器人数字孪生技 术 应 用 赛项】一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛组会赛项以工业机器人数字孪生为核心，涵盖了工业机器人系统的虚拟调试、软硬件安装调试、集成应用等工作领域，考核典型的涂胶、码垛、分拣、装配等虚实调试工作任务。工业机器人数字孪生项 目 3构建工业设备数字孪生模型表 4数字素养与案例数字素养案例数字信息安全大学生数字信息过度泄露数字心理问题安全大数据推送形成情绪偏见，网络焦虑、孤独、抑郁等心理问题，大学生过度沉迷网络而荒废学业数字意识形态安全网络“丧”文化、“躺平”文化、西方自由主义等内忧与外患数字道德公约“网络水军”、“键盘侠”效应（上接第 116 页）129