基于“岗课赛证”融通的“专业综合实训”课程改革与实践

余 愿

(湖北开放大学/湖北科技职业学院,湖北 武汉 430074)

一、引言

随着国家战略的实施,制造业正朝着高端化、智能化、网络化发展。职业教育面临着人才培养与经济社会发展和产业转型升级需要之间存在不对称和不适应的问题,职业教育课程改革迫在眉睫。

李克强总理在2021年全国两会政府工作报告中明确指出,“增强职业教育适应性,深化产教融合、校企合作,深入实施职业技能等级证书制度”。教育部在《关于推进中等和高等职业教育协调发展的指导意见》中也指出:“高等职业教育是高等教育的重要组成部分,重点培养高端技能型人才,发挥引领作用。”[1]高等职业教育应大力探索深化产教融合,实现教育质量的全面提高。这些都为职业教育课程改革指明了方向。

“专业综合实训”是湖北科技职业学院智能制造技术专业群中相关专业的一门必修实践型课程,为了满足综合性人才的需求,课程内容涵盖数控、自动化、工业网络、加工、生产管控等领域,但各专业教学能力目标和要求不同,选择开设的项目范围和内容也不同,例如,机电一体化技术专业侧重于生产线中机电一体化设备的控制,机械设计与制造专业侧重于机床上下料、加工、生产管理控制,工业机器人技术专业侧重于工业机器人操作编程、工业网络控制。因此,还需要针对专业技能要求对课程内容进行模块化设置,同时打破各专业明显界限。

本文以“能力本位”观为主导,以工作任务、工作过程为依据,以湖北科技职业学院智能制造技术专业群“专业综合实训”课程为例,进行基于“岗课赛证”融通的课程改革,确定课程目标,开发课程内容,改进教学模式,改革评价体系,推动综合性技能型人才的培养,实现课程在智能制造技术专业群中的“开放共享、互通互用”。

二、“专业综合实训”课程教学实施现状

(一)项目内容不能体现教学柔性化特点

根据学生专业知识与技能基础、认知与实践能力、学习和行为特点,课程按照智能制造生产控制流程分解成的模块组织开展教学,但是教学内容相对单一,设置的项目任务相对固定,没有根据智能制造技术专业群学生学习能力和学习目标的不同,构建多层次目标的课程学习系统。智能制造技术日新月异,要适应区域经济产业发展,应对智能工厂工艺柔性、产品柔性、扩展柔性、运行柔性的特点,还需进一步将智能工厂对技术技能人才的需求融入课程具体内容中。

(二)教学方式不能充分培养学生的创新能力

课程教学内容包括理论知识教学、设备硬软件教学、学生实操三个环节。理论教学采用讲授法讲解相关知识点,设备硬软件教学以教师操作示范为主,在学生实操环节,大多数学生会按照教师示范的流程和思路来编写程序,而忽略了学生创新能力的锻炼,造成了学生在解决不同背景下的同一类问题时,缺乏举一反三的思维能力。智能制造系统的升级完善,极大地依赖于技术技能型人才的创新性设计,在教学过程中培养学生的创新能力和批判性思维是人才综合素养提升的核心要素。

(三)评价考核不够全面

课程考核主要考查学生对知识点的掌握情况和教学项目的参与度、完成度情况。目前,“专业综合实训”课程评价考核不够多元化。培养综合性技能型人才对学生的专业能力、工程能力和创新能力提出了更高的要求[2]。在教学考核环节,除了考核学生实训过程中必须完全掌握的技术内容外,还要将工程意识、工程实践能力、工程创新的考核贯穿于整个教学考核过程中。

三、基于“岗课赛证”融通的课程改革

(一)根据职业岗位需求,确定课程目标

深化产教融合首先要进行充分的企业调研,从企业岗位的工作要求出发,将职业岗位能力要求和工作过程的核心要素纳入课程目标的设置中,实现人才培养与社会需求、行业需求对接。

1.职业岗位的调研分析

“岗课赛证”融通教学改革的核心理念是以课程为载体,依据职业岗位需求设置课程标准,对接职业技能等级证书设置课程目标,参照技能大赛任务整合课程内容。首先,学校要与企业进行深度的产教融合,围绕智能制造产业链到相关企业走访调研、专题研讨和顶岗实践,深入分析总结出适合智能制造技术专业群学生的就业岗位类型。调研发现企业与课程联系较紧密的岗位有工业机器人系统运维员、工业机器人调试工程师、工业机器人集成应用工程师,其典型工作任务、工作岗位职责和岗位职业技能要求见表1。

表1 智能制造技术专业群职业岗位

2.确定课程目标

通过对职业岗位中典型工作任务分析,确定“专业综合实训”课程总目标为:使学生掌握智能工厂中典型工业机器人系统和数字化柔性系统各加工单元硬件的配置方法;使学生具备智能制造装备安装调试、运行维护的能力;具备吃苦耐劳的品质、沟通表达的能力、与团队协作的精神。

(二)基于“岗课赛证”融通,重构课程内容

1.涵盖专业能力,细分课程内容

智能制造背景下区域产业升级改造需要的是综合性技能型人才,原有适合培养专门人才的细分专业培养模式,不能适应智能化人才的培养要求,依托湖北省智能制造技术高水平专业群建设,推动人才培养由专门化向综合性转变。

充分利用智能工厂设备实施课证融通,基于岗位职业能力,结合专业教学标准和职业技能考核标准,修订“专业综合实训”课程标准。结合智能制造业生产流程和企业案例将课程内容细分为6个模块:智能仓储开发模块、视觉系统开发模块、工业机器人应用模块、生产线控制模块、工业网络控制模块、生产管控MES系统模块,每个模块细分为不同内容,见表2。

表2 课程内容的模块化细分

各模块任务可以按照生产流程组合成具体的项目,既可以单模块训练,也可以作为生产现场的实际应用,针对专业群不同专业的需求引入合适的生产案例作为教学项目,同时面向自动控制技术专业群、数字化设计与制造专业群开展必修、选修、职业技能等级证书培训、1+X考证等,拓展课程的涵盖面,提高设备的利用率。

2.融入1+X技能点,设计学习任务

职业技能等级证书的考核能够反映个人职业技能水平,能够在职业活动中体现个人的职业综合能力。

职业技能等级证书在院校内实施,可以有针对性的培养复合型人才。[4]

目前,教育部公布的1+X证书试点名单中,工业机器人职业技能等级证书包括“工业机器人应用编程”“工业机器人集成应用”“工业机器人操作与运维”和“工业机器人装调”[2],分为初级、中级和高级,循序渐进的涵盖不同等级技能要求。基于职业岗位需求,结合我校工业机器人专业特色和智能工厂实训条件,选择将工业机器人集成应用职业技能初级、中级证书进行融入,对原有课程进行内容的改革,加入X证书对应的技能点。

以课程中的工业机器人应用模块为例,对机器人与PLC控制系统的通信和数控加工系统单元联调两个任务进行教学设计,见表3。前一任务相对简单,只涉及工作站中机器人和PLC两种设备的硬件设置和软件程序编写,技能要求对应的是工业机器人集成应用职业技能初级证书;后一任务是实际生产案例,涉及整个工作站的系统集成,是对PLC控制系统、工业机器人、视觉检测系统、数控机床、电气控制系统、气路系统、工业网络和总线系统的综合应用,技能要求对应的是工业机器人集成应用职业技能中级证书,但由于在此任务之前,学生已经达成了前期任务的知识和技能目标,为后续任务的完成奠定了基础,面对工业生产现场的真实案例任务时可以迅速上手,通过课程的学习掌握智能工厂各单元单独运行、系统整体运行过程,掌握设备的安装运行、集成应用等功能,技能水平和应用能力得到有效提高。

表3 部分任务的教学设计

3.融合技能大赛,拓展课程内容

职业院校技能大赛的引入是对讲授、学习、训练传统教学模式的课后补充,通过大赛促进教学改革、检验教学效果,以提升岗位技能为导向强化专业操作技能,以培养工匠精神为导向培育职业素养,以激发工程创造性为导向调动竞争意识,实现技能大赛目标和人才培养目标的有机融合。

以1+X职业技能等级证书考核题库为参考,通过课前、课中、课后测试题的形式拓展课程内容,按照学生课堂表现,推送不同难度的练习题至课程平台,使学生明晰技能大赛的考核点,熟练地将知识融会贯通,也消除学生对技能大赛的畏惧心理,激发学生参加技能大赛的意愿。

(三)以培养创造力为出发点,改进教学模式

1.构建“三位一体”的教学模式

依托工业机器人技能名师工作室,校企协同开发基于MCD数字化开发系统的数字双胞胎虚拟仿真平台,虚实结合、以实为主、相互补充,集设计、加工、智能控制为一体,真正实现“理、虚、实”一体化教学,实现虚拟学习、实践教学与现场应用的“三位一体”无缝连接教学新模式。

在智能工厂实体设备现场应用前,利用MCD虚拟模型进行程序的验证和调试,在项目任务实施过程中发现问题并进行优化改进,能大大减少直接使用实体设备实训造成的设备损坏和人身安全隐患。学生在MCD数字双胞胎虚拟仿真平台中导入智能工厂包含的虚拟设备模型组件,包括工业机器人、机床设备、倍速链输送机、传感器设备、外围设备等。基于西门子TIA Portal软件进行程序设计,将程序中的I/O信号与MCD创建的信号进行匹配,在S7-PLC SIM虚拟PLC环境中运行程序,利用Robot Studio(机器人仿真软件)构建工业机器人虚拟机系统。

2.以成果为导向培养创造力

采用OBE成果导向法,以成果为导向,引导学生通过小组讨论、试错法确定设计方案,锻炼批判性思维能力,在搭建虚拟工作站模型、规划机器人路径、编写程序、仿真运行和调试优化过程中增强工程创新能力,逐步完成现场的设备操作运行,达成教学目标。

通过成果导向以学生为主体的翻转课堂,使学生明确成果目标,聚焦学习过程,营造沉浸式的学习氛围,在解决问题的过程中培养学生独立思考的学习能力,在反复的程序修改和优化过程中,培养学生的创新精神和职业素质。

(四)以岗位能力为标准,改革评价体系

改革课程评价体系,建立一套适合高职教育的课程考核评分标准。坚持以职业岗位能力为重点,从专业知识、实践技能、职业素质各方面在线上线下进行综合考评,考核过程贯穿课程始终,引起学生对课程的重视,以此提高课堂的有效性。

基于引入信息化网络教学平台,进行线上线下混合式教学改革,培养学生的自主学习能力,形成结果考核与过程考核相结合、课内教学与课外自主学习相结合的全程评价方式。线上重点考核学生对项目流程的分析、准备、总结情况,线下考核学生任务完成过程中的编程能力、实操能力、解决问题能力,评分内容包括任务工单的填写、流程图绘制、PLC程序编写、机器人程序编写、视觉脚本编写、电气图纸的绘制、网络通讯的接线与组态、MES系统操作应用,并且将安全操作规范和专业职业素养的评定贯穿于整个教学环节中。

四、课程改革实践效果

通过对“专业综合实训”的课程改革,学生职业综合能力得到了提高,为更好适应企业环境和实际工作打下了基础。

(一)构建了多层次目标的课程学习系统

模块化的课程内容使学生更加明确了专业知识侧重点和要求,方便学有余力的同学在课后拓展学习。课程改革后的教学难度依据岗位能力要求逐步提升,从易到难,从部分到整体,从单一到综合,有利于学生克服畏难情绪,帮助其完成学习目标。

(二)“理、虚、实”三位一体的教学模式,提高了学生的实操效率、正确率、安全性、参与度

采用OBE成果导向法,学生思维能力和创新能力得到锻炼,成果目标的完成情况较好。通过课后问卷调查和学生访谈了解到学生对课堂的满意度明显提高。

(三)“岗课赛证”的融通改革促进了工业机器人技术专业技能大赛、1+X证书考证之间的良性循环

教学任务导向促使学生在学习过程中不断训练X证书的技能点,便于学生取得X证书,在校内即可掌握到职业岗位的关键技能。学生参加职业院校技能大赛取得了较好的成绩,参加“工业机器人应用编程”1+X技能等级证书考试的人数和通过率也大幅度提高。

(四)基于智能工厂平台加大了校企合作力度

工业机器人技能名师工作室教师与企业工程师联合开发MCD数字双胞胎虚拟仿真平台,做到教学促进科研,科研反哺教学,提升了教师团队技能水平和科研能力。

五、结语

开展“岗课赛证”融通的课程改革旨在培养学生解决智能制造企业生产实践问题的能力,使学生具备岗位技能和职业素养。将“专业综合实训”课程原有知识体系进行整合及优化,更贴合行业产业多元化的需求,教学任务具有设计性、综合性、创新性,有助于学生实现知识和自我能力的全面提升。通过产教融合、能力递进,实现专业对接产业、课程对接岗位、教学过程对接生产过程,真正实现教学与实践零距离、学生毕业与岗位工作零过渡。