1+X证书制度下机器人工程专业教学改革与实践*

刘朝华 石秀敏 王钰 陈青梅

摘  要  以工业机器人“1+X”证书制度改革为驱动，从人才培养目标、课程融合、教学方法、校企合作、实验实训室建设、师资队伍建设、教材建设、教学质量评价体系建设等方面进行机器人工程专业教学改革与实践，探索应用型本科高校机器人工程专业人才培养新模式。

关键词  “1+X”证书制度；应用型本科；教学改革；机器人工程专业；工业机器人

中图分类号：G712    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）17-0147-03

0  引言

机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，《中国制造2025》提到十大重点领域，其中一大领域就是以机器人为代表的智能制造领域，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。目前，社会迫切需要掌握机器人技术的工程技术人才。如何加速培养机器人应用型高技术人才，增强从业人员应对市场激烈竞争能力，满足岗位需求，解决生产中机器人系统的设计制造、安装调试、编程控制、运行维护、故障维修等技术人才需求，已经引起企业界和高等院校的关注。

从2016年东南大学成为教育部同意设置机器人工程本科专业的首家高校开始，目前全国共有301所高校相继获批开设机器人工程本科专业。同时，设置机器人专业的高职院校有752所，中职院校则超过1 000所。大数据显示，机器人工程专业位列2020年十大热搜专业排行榜第二位。机器人工程专业属于新工科专业，是面向未来新兴产业和新经济需要的专业。该专业具有很强的前沿性、综合性和实践性，主要培养具有较强工程实践能力和创新能力，具备国际竞争力的高素质复合型人才。

1  “1+X”证书制度下机器人工程专业教学改革背景

2019年初，国务院印发《国家职业教育改革实施方案》（简称《方案》）。《方案》要求，从2019年开始，在职业院校、应用型本科高校启动“学历证书+若干职业技能等级证书”制度（简称“1+X”证书制度）[1-2]。当前，国内正式颁布的与机器人相关的职业资格证书包括：人社部颁布的工业机器人系统运维员（6-31-01-10）、工业机器人系统操作员（6-30-99-00）；教育部颁布的工业机器人操作与运维（“1+X”证书）、工业机器人应用编程（“1+X”证书）、工业机器人集成应用（“1+X”证书）、工业机器人装调（“1+X”证书）、特种机器人操作与运维（“1+X”证书）；机械工业职业技能鉴定指导中心颁布的工业机器人操作调整工（机械行业标准）、工业机器人装调维修工（机械行业标准）。

“1+X”证书制度将学历证书与职业技能等级证书、职业技能等级标准与专业教学标准、培训内容与专业教学内容、技能考核与课程考试统筹评价，有利于院校及时将新技术、新工艺、新规范、新要求融入人才培养过程[3]。通过“1+X”证书制度，能够促进院校主动适应科技发展新趋势和人才新需求，深化教学改革，提高人才培养质量。“1+X”证书制度不但是职业教育改革的利器和手段，而且给应用型本科高校人才培养带来新的机遇，是提高人才培养质量的重要举措[4]。2018年，天津职业技术师范大学获批机器人工程本科专业，该专业将新工科建设与“1+X”证书制度相融合，持续推进应用型本科专业教学改革与实践，继续深化双证书人才培养模式。

2  教学改革与实践

遵循高等工程教育基本规律，围绕工业机器人“1+X”证书制度，以培养优秀机器人专业人才为目标，以工业机器人创新平台为载体，以校企联合为手段，以课程体系和教学方法改革为核心，以师资队伍建设为保障，积极探索机器人工程专业人才培养新模式。

2.1  以社会需求为导向，定位人才培养目标

目前，机器人可以划分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三大类。其中工业机器人是我国普及度最高的机器人种类，占据市场份额最大。近年来，我国工业机器人行业迅猛发展，产量持续增长，我国已经成为工业机器人应用第一大国。数据显示，2020年，我国工业机器人产量达23.71万套，同比增长19.1%；2021年1—4月，我国工业机器人产量达13.64万套，同比增长73.2%，2021年我国工业机器人销售额将达66.3亿美元。随着“智能制造”的深入实施，工业机器人应用益发广泛，以就业起点高、发展空间大、技术成长快为特征的工业机器人应用人才需求激增。目前，社会迫切需要掌握工业机器人安装、调试、集成应用、维修与运行管理的高级专门人才。为适应社会经济发展和职业教育发展需求，天津职业技术师范大学将工业机器人集成应用确定为机器人工程专业的人才培养目标。

2.2  将工业机器人“1+X”职业技能标准与课程体系融合

工业机器人“1+X”职业技能标准不仅要反映在技能训练教学中，还要与人才培养方案的全过程进行融通[5]。在专业基础课程中设置机械设计、电工技术、三维建模、控制工程基础等专业基础课程，满足“1+X”职业技能标准对机器人通用基础知识的要求。在专业课程和选修课程中设置电气控制与PLC、工业机器人编程、机器视觉与图像处理等课程，满足标准对机器人系统集成专业知识的要求。对核心专业课程设置课程设计环节，满足技能标准对基本工程应用能力的要求。精心设计工业机器人技能训练课程，根据工业机器人“1+X”职业技能标准中对工作领域、工作任务和职业技能的要求，以任务情境、项目驱动进行实训教学安排。工业机器人技能训练课程学时为12周，主要包括职业素养与安全规范训练、S7-1200 PLC编程技能训练、人机交互界面设计技能训练、机器视觉应用技能训练、六轴和四轴工业机器人编程技能训练、电气与气动系统调试技能训练、工业机器人工作站集成应用综合技能训练等环节。通过工业机器人技能训练环节的系统教学实践，使学生掌握机器人编程操作、PLC与上位机编程、机器人视觉编程、电气调试与维护等技能，最终实现工业机器人系统集成应用的能力提升，对于今后从事工业机器人相关行业打下坚实基础。工业机器人技能训练课程采用课证融通方式进行考核，获得相应工业机器人“1+X”职业技能证书，则表示该门课程合格。

2.3  以学生为中心实施教学方法改革

坚持学生为中心的教学理念，以学生为主体、教师为主导，实现课堂教学对学生学习的引领和指导功能。注重学生学习主动性、积极性和学习兴趣的培养，通过交互式教学、问题导向的讨论，训练学生的思维，激发他们的求知欲和好奇心，提高学习兴趣。采用理论、实验、实训、设计“四位一体”教学模式，坚持产学合作，注重专业理论学习与技能训练的结合，将实践能力培养贯穿整个人才培养过程，遵循大学生实践能力形成规律和认知特点，按实践教学阶段化、模块化、教学方法多样化原则，实施三层次实践教学体系。三层次包括基础层、核心层和扩展层：基础层由工业机器人系统认知实习阶段和基本职业技能训练阶段构成；核心层由职业岗位能力培养阶段和职业岗位技能训练阶段构成；扩展层由创新实践活动阶段构成。

在实际教学过程中，将教、学、做、评合一，采用计算机虚拟仿真技术，首先进行工业机器人知识点讲授与演示，学生进行模仿学习；然后设计教学任务，让学生作答，在作答过程中完成学生成绩的考核，突出过程考核，淡化期末考核。将课堂教学与现代化网络教育技术紧密结合，利用智慧职教网MOOC学院、云课堂、腾讯课堂等新型在线教学平台的工业机器人教学资源，以全体学生的学习活动为中心，实现课堂教学模式的创新和发展。

2.4  加强校企深度融合，建设符合工业机器人“1+X”标准的实验实训室

加强校企合作，与企业在人才培养方案制订、课程教学内容、实验室建设、学生校外实践、教师素质提升等方面开展合作。积极申报教育部产学合作协同育人项目，通过项目驱动，实现机器人专业建设水平的快速提升。机器人专业实验实训室的建设坚持“从简单到复杂、从仿真到实操、从部件到整机、从系统到综合”的原则[6]。围绕机器人专业核心课程，建设校内机器人实验中心，主要包括机器人原理实验室、电气控制与PLC编程实训室、机器人虚拟仿真实验室、机器人创新设计实验室、工业机器人编程实训室、工业机器人集成应用实训室。根据工业机器人“1+X”认证的要求，申报并获批机器人考核站点。校内实验实训室建设遵从国际化制造业标准，遵循国际企业文化7S管理理念，参考国内外同类院校实验实训室环境设计与布局，体现职业技术教育教学理念。在实验实训室内部双语标识实验室管理制度、设备安全操作规程等重要文件。实验实训设备先进，数量充足，符合“1+X”认证的设备要求，能够满足专业课程教学和实训要求，可提供技术研发、技术培训和技能鉴定等服务，能够承担境外留学生、企业职工的培训任务。同时，与国内知名机器人企业共建校外实践基地，从而显著提升企业认知，增强毕业实习和毕业设计效果。

2.5  开展“1+X”证书制度下师资队伍建设工作

按照“1+X”认证标准要求，积极进行师资队伍建设。实施专业教师理论和实践能力提升计划，建立理论教师技能培训、技能竞赛等制度，提高理论教师工程实践能力。每年有计划地选派中青年教师到知名机器人企业、国内外高校和职业院校培训访学或挂职锻炼。加强青年教师尤其是新入职教师的培养，通过外派学习交流、培训、组织教学技能大赛等方式为青年教师的职业发展提供良好条件。安排教师参加第三方评价机构主办的“1+X”工业机器人师资培训班和考评员培训班，从专业能力到职业技能鉴定环节提升教师综合素质。机器人专业教师积极参与工业机器人相关职业技能标准开发，共参与完成工业机器人系统运维员、工业机器人系统操作员、工业机器人操作调整工、工业机器人装调维修工四项标准的开发。切实抓好兼职教师队伍建设，引进和聘用有实践经验的机器人企业的专业技术人员参与专业教学过程，增强实践环节的教学效果，将企业理念、规范、文化带入学校，突出学生的综合能力培养，努力构建一支专兼结合的“双师”结构的高素质师资队伍。

2.6  以需求为导向，积极进行教材建设

机器人专业加强教材选用管理，要求选用的教材必须符合社会主义核心价值观，符合社会主义市场经济建设、社会发展和科技进步对人才培养的需要，鼓励优先选用国家级规划教材或者获省部级以上奖励的优秀教材，提倡选用近五年出版的新教材或修订版教材。专业紧跟机器人产业发展和行业人才需求，基于产教融合、专业融合、课程与教学融合等现代教育教学改革创新的需要，围绕机器人技术，校企双元共同开发反映机器人行业新技术、新工艺、新流程、新规范的专业教材。在教材开发中，以工作任务为依据，以真实的工作任务为载体，设计项目模块，以工作过程为导向进行教材开发，实现“教材+微课+MOOC+教学”的深度融合，实现一书一课一空间的开发目标。近三年，专业教师出版机器人相关教材九部，对于专业建设起到促进作用。

2.7  以产出为导向，构建机器人专业教学质量评价体系

以产出为导向，构建“学校+同行+学生+用人单位”的教学质量多元评价体系，形成评价、反馈、改进的闭环。评价目标体现以人为本、注重发展的评价观，按校（院）/系/专业三级建立教学质量监控与评价机构，制定教学质量评价办法和运行机制，整体包括计划、执行、检查、改进四大模块，将教学质量监控与评价内容落实在教学过程的各个具体环节，实现教学质量监控常态化和全员参与。在评价过程中将人才培养目标达成度、毕业生就业率与就业质量、职业素质养成、同行评价、用人单位满意度以及专兼结合专业教学团队建设等方面作为重要教学质量考核指标。在科学合理的教学质量评价分析基础上，建立包括评价周期、评价依据和反馈方式的可持续改进机制，实现对人才培养目标制定、培养方案制订、教学大纲制定和教材选用、课程教学、课程考核、专业实践和毕业设计等主要环节的可持续改进。

3  结束语

在“1+X”证书制度背景下，机器人工程专业要深刻理解“1+X”证书制度的内涵特征和核心要求，依据工业机器人“1+X”职业技能等级标准，进行全方位的专业教学改革与实践。在专业教学改革过程中需要政府、企业、学校等多方参与、共同发力，强化产教融合、校企合作，不断在实践探索中研究细节问题，将“1+X”职业技能等级标准融入人才培养全过程，促进学生就业竞争力与院校人才供给力的稳步提升。

参考文献

[1] 李政.职业教育1+X证书制度：背景、定位与试点策略：《国家职业教育改革实施方案》解读[J].职教通讯，2019（3）：30-35.

[2] 李寿冰.高职院校开展1+X证书制度试点工作的思 考[J].中国职业技术教育，2019（10）：25-28.

[3] 曾珍.职业院校实施1+X证书制度的蕴意、难点及对策[J].武汉职业技术学院学报，2020（3）：16-19.

[4] 肖福流.基于1+X证书制度的应用型本科高校人才培养[J].教育与职业，2021（5）：27-32.

[5] 凌旭，戴俊良，肖芝.“1+X”证书制度下书证融通重构工业机器人技术专业核心课程研究[J].中国现代教育装备，2021（15）：156-159.

[6] 刘朝华，邓三鹏，王振华，等.职业院校工业机器人实训基地建设研究[J].职教通讯，2017（3）：58-59.

*项目来源：天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目“基于‘1+X证书制度的机器人工程专业教学改革与实践”（B201006603）。

作者：刘朝华，天津职业技术师范大学，教授，博士，研究方向为机器人技术；石秀敏，天津职业技术师范大学，副教授，研究方向为检测技术及自动化装置；王钰，天津职业技术师范大学，工程师，研究方向为电气工程自动化；陈青梅，天津职业技术师范大学，工程师，研究方向为机械设计及其自动化（300222）。