“1+X”制度下以岗位为导向的工业机器人技术应用赛证融合教材建设探究

摘要：我国以工业机器人为代表的工业设备发展势头迅猛，“1+X”证书制度也要求基于岗位能力推进“X”证书与技能竞赛相融合，相关“岗课赛证”综合育人机制趋于完善，但工业机器人技术应用赛项尚未有足够成熟的教材，配套教材的建设也不够完善。为此高职院校应分析工业机器人“1+X”证书及工业机器人技术应用竞赛现状，梳理工业机器人赛证融合教材建设的需求导向，通过融合赛证考核内容点、以分任务方式完成项目开发并编纂教材、多路径组建课程资源等策略建设教材，以有效解决“X”证书考核及技能大赛技能训练问题，并对接企业岗位能力要求。关键词：“1+X”证书；工业机器人技术应用；职业技能竞赛；教材建设自“工业4.0”概念提出以来，我国以工业机器人为代表的工业设备发展势头迅猛。工信部等十七部门联合印发的《“机器人+”应用行动实施方案》中提出，到2025年，制造业机器人密度较2020年实现翻番。［1］随着越来越多企业引入工业机器人协助生产，与工业机器人相关的工作岗位数量激增，用人需求与日俱增，这也不断推动各职业院校开展教育改革。在职业教育方面，“职教20条”明确了技能大赛的重要性。2021年4月13日召开的全国职业教育大会提出：“加快构建现代职业教育体系，要一体化设计中职、高职、本科职业教育体系，深化‘三教改革，‘岗课赛证综合育人，提升教育质量。”［2］中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于推动现代职业教育高质量发展的意见》提出，要完善“岗课赛证”综合育人机制，按照生产实际和岗位需求设计开发课程，开发模块化、系统化的实训课程体系，提升学生实践能力。［3］高职院校“双高”建设要求之一是参加技能比赛并获奖，因此全国职业院校技能大赛就成为了各高职院校争夺技能奖项最激烈的竞技比赛，很多院校为了获得好的等次不惜下重本进行训练。此外，在“1+X”证书制度的推广过程中，也要求基于岗位能力推进“X”证书与技能竞赛相融合。笔者经过调查研究，并结合多年训练学生参赛的工作经验发现，工业机器人技术应用赛项尚未有足够成熟的教材，多是依靠专业教师的个人能力以及相关经验，依据比赛相关内容对学生进行训练；在推广“1+X”证书制度方面，配套教材的建设也不够完善。因此，亟须结合工业机器人岗位所要求的工作能力、工业机器人“X”证书考核内容与工业机器人技术应用大赛内容开展研究，编写一套将“岗赛证”相融合的实训教材，以有效解决“X”证书考核及技能大赛技能训练问题，并对接企业岗位能力要求。一、工业机器人“X”证书考试及工业机器人技术应用竞赛情况技能大赛对职业教育教学发挥着引领与促进作用，职业院校借助赛事可以很好地展示自己人才培养方面的实力。被选派参加职业技能大赛的选手往往经各校层层选拔，经过技能大赛训练后学生的技能水平显著提升，但是这样的选手数量较少；而报考“X”技能等级证书的学生则多得多，但他们的技能平均水平往往不如参赛的选手。因此要合理编撰教材，结合“X”技能等级证考核制度打造一套既可以满足大多数学生报考“X”证书的需要又可指导学生参加技能比赛的教材，以促进教学改革、有效提升在校生技能水平、为其适应企业岗位能力要求提前做好准备。（一）工业机器人应用编程考证概况工业机器人应用编程职业技能等级证书作为工业机器人技术及相关专业所考取的“1+X”证书之一，是目前开设了相关专业的高职院校的学生报考较多的证书。该证书的考核内容为工业机器人编程、安全生产意识、工业机器人操作运维及安装调试，以此有效考查学生的专业技能。如某公司负责制订发布的《工业机器人应用编程职业技能等级标准》（2021年2.0版）面向职业岗位（群）安排了工业机器人及系统操作编程、安装调试、运行维护等岗位，可以从事工业机器人系统操作编程、离线编程及仿真、工业机器人系统集成与维护等工作。根据该标准，工业机器人应用编程技能等级分为三个等级：初级、中级、高级，高级别涵盖低级别的职业能力要求。根据北京某科教有限责任公司主导的工业机器人应用编程考证情况来看，目前高职院校在校生主要报考初级和中级的“X”证书。这两个等级证书中，初级较为简单，考的学生较多；中级的难度有所增加，对技能的要求也更高，报考的学生相对少一些，通过率相对低一些。本文主要分析初级和中级的考核内容及相关情况。［4］在工业机器人应用编程“X”技能等级证书中，初级对技能的要求主要包括工业机器人参数设定、手动操作工业机器人、使用基本指令及示教编程、工业机器人的应用维护及安装调试等内容，该等级证书对接的企业岗位主要为机器人调试工程师。这一岗位对能力的要求包括：使用机器人进行轨迹编程（如涂胶、搬运等）、机器人及周边设备的调试、配合完成工业机器人的调试及排除故障。中级证书对技能的要求则在初级的基础上进一步提高，增加了工业机器人及常用外围设备联结和控制、按要求编写应用程序、搭建仿真环境、离线编程等内容。该等级证书对接的企业岗位范围进一步扩大，包括机器人编程与维护工程师、PLC工程师、高级机器人调试工程师等，这些岗位对技能的要求包括工业机器人的联动调试及系统配置、工业机器人编程、工业机器人硬件安装及故障处理、工业机器人的选型及仿真、PLC编程等。（二）工业机器人技术应用比赛内容及对接的岗位工业机器人技术应用比赛技能要求较“X”证书考核内容更高，该项目的比赛内容主要涵盖机械与电气安装调试、视觉系统编程调试、工业机器人系统编程和调试、工业机器人系统模块调试、系统综合编程调试等五个主要工作任务。其比赛内容主要细分为设备工具及气路安装、相关参数设置、视觉系统调试、AGV导航、工业机器人的示教编程、通信接口设置、流水线的安装及产品的入库和出库流程等。比赛要求选手能进行工业机器人的机械安装，进行PLC编程并设定、联调相关参数，熟练掌握示教器编程、组态应用及视觉系统的应用等多方面的技能。从技能达到的水平上来看，其对接的企业岗位包含机器人调试工程师、PLC工程师、工业机器人应用开发工程师、工业机器人高级调试工程师、工业机器人测试工程师等多个与工业机器人相关的工作岗位。二、工业机器人赛证融合教材建设的需求导向结合上述对“岗赛证”的技能要求分析，发现现阶段尚缺乏配套的工业机器人赛项与“1+X”工业机器人应用编程考证的相关教材，指导教师在指导过程中存在较大困难。赛证融合教材的建设应在满足考证培训的同时适当提高要求，适应比赛训练的同时还要以企业岗位能力需求为导向，在技能上贴合企业的用人需求，以获得企业认可。教材中的技能训练难度应循序渐进由简单到复杂，以“X”考证的技能要求为基础，结合比赛技能训练要求及企业岗位技能要求，将企业在岗位上的技能要求融合到技能训练内容中。在技能训练的评价体系方面，以比赛的考核作为主线，以“X”考证的评价标准为依据，并融入企业在技能方面的用人标准，细化每一个操作步骤，统一操作技能。赛证融合教材应更为注重训练技能方面的内容，训练不应以完成简单的独立工作任务为目的，而应以案例的形式组织教材，以更加符合比赛技能及企业岗位的能力要求。通过丰富的案例开展多样性的训练，再现比赛、考证以及实际工作场景，通过不同的案例呈现不同的实际工作场景。三、赛证融通实训教材设计及路径（一）融合赛证考核内容笔者通过分析工业机器人技术应用比赛技能要求、岗位对接情况、工业机器人应用编程考证内容，以及考核细则，考虑将其与技能进行相融合建设一套实训教材，使学生训练时有教材可依据，并可以让更多的学生参与到以技能竞赛训练为标准的训练中。而教师在选拔备赛选手时，也能因材施教、优中选优。编撰教材时，所融合的内容及技能点如表1所示。表1工业机器人赛证融合实训教材编写的知识内容及技能要求实训教材的完备建设最大限度地为再现技能操作提供了参考依据。（二）以分任务方式完成项目开发并编纂教材赛证融合教材建设中，以分任务方式完成项目开发既方便又效果显著。在“X”证书考核和工业机器人的比赛等应用场景中，PLC编程及联调都是考查的重点和难点。比赛中PLC相关试题基于西门子S7-1200，该型号设备以博途作为应用软件，因而教材以博途作为示例软件，将工业机器人技术应用比赛及应用编程考证中涉及的PLC内容作为任务点。教材可选择某一任务点，以其为主线设计相关的实训案例作为训练项目，每个项目中包含2—4个编程指令的使用案例，采用“任务要求—知识运用—任务实施”的顺序完成实训案例的PLC编程。在技能训练方面，可依据工作任务分解知识点，将拆分的知识点设计组合为具体案例项目，并以任务书的形式在教材中安排，让学生依照教学设计开展实训。任务书中的案例项目以比赛内容、“X”证书考核内容为主，并结合实际应用增加训练任务点。技能训练宜循序渐进，如其中坐标系标定的操作较为简单，可以通过设置不同的坐标系、工具的抓取等进行训练，让学生通过调用方式进行验证达到掌握的目的。而到了较为困难的PLC编程部分，则使用博途软件的仿真功能检验所编写的程序是否成功，最后进行工业机器人电气连接，实现PLC通信。工业机器人应用编程与调试部分，以比赛内容、“X”证书考核内容为主线，围绕对应的工作任务来设计训练策略。同时，增加不同工作任务点比如搬运、绘图、涂胶等方面的内容以完善学生知识架构体系，提高学生使用示教器编程的能力。在教材末增加综合性的案例项目，全方位地训练学生的技能，促使学生将理论知识付诸于实践当中。（三）多路径组建课程资源本赛证融合教材侧重于知识点与技能实训相结合，属于信息化类型的教材，因此编纂教材时主要以视频及图片展示为主，并配备相关课件及习题、实训文档等。本教材关联的课程资源使用学习通平台发布，课程资源建设中以项目进行区分，在每个项目对应的章节部分由教师上传相关的课件、视频、文档、任务书等相关材料，方便学生学习相关章节的内容。在学习平台中的“考试”栏目上传上述所编制的试卷，在需要测试时即可进行发布。学生除了根据指导教师的现场演示开展操作学习，还可以通过阅读其中的具体操作步骤、扫描课程资源中的微信二维码观看视频等方式进行学习，从而减轻对教师实时教学指导的依赖度。1.课件及图片资源的呈现基于实训课程的特点，需要展示高质量的图片、示意图，以更好地为学生建立最初的感性认识。因此在编纂教材的过程中，每个知识点除必要的文字描述外，还加入大量的图片，并尽可能精简文字阐述部分，比如示教器参数设定、坐标系标定等其界面及参数的设定均用图片进行展示。而对每个知识点的实训操作部分，则用图片展示每一个步骤，做到与实际操作无差别，简洁直观明了。课件制作方面，确定好每个知识点，分析其中知识点应达到的目标，通过图、文、声、像等方式综合表现出来。课件制作过程中用到的图片应使用新建教材中所用到的图片，做到图片一致、无差别对照。课件除了PPT格式外，还应有PDF格式，方便师生使用。2.视频资源的呈现对实际操作中不易用文字描述的步骤可以通过视频的方式进行展现。本教材在编纂过程中对每个知识点、技能点、任务点进行相关视频拍摄，制作成微课。微课围绕着知识点、操作步骤展开，画面清晰，特别对细微的地方进行放大及特写处理，便于观看。同时在微课中配置字幕，避免同音异义。视频资源均采用通用格式，便于学习者在不同终端播放。学生通过观看二维码中的微课进行同步操作，进行操作正确性验证，最后再经过具体任务考核来达到掌握技能的目标。3.试题库及实训项目的呈现试题围绕着工业机器人技用比赛及“1+X”考证内容编制，内容除了理论知识部分还包括操作部分，所有的试题均配套有答案，答案面向教师可视，学生端在提交试卷后可查看答题情况及答案。实训项目部分包含学生所训练的所有项目，以任务书的形式进行编制，每一份任务书均配备对应的评分表，所有任务书面向师生发布，学生在训练时可以下载使用。在“工业4.0”概念提出的大背景下，笔者及所在教学团队尝试将企业工业机器人工作岗位能力要求、工业机器人技术应用