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關鍵詞 互換性與測量技術 實驗 信息技術
中圖分類號:G644 文獻標識碼:A
實驗教學是以實驗室為教學場所,以儀器、儀表、設備為媒介,以學生操作儀器觀察現象、分析實驗結果為主要教學形式。通過實驗可以培養學生觀察、分析、判斷、綜合、推理、比較、抽象等基本能力。
如何能夠使理論教學體系與實踐教學體系建立緊密有機的聯系,如何更好地發揮實驗資源的效益,如何在實踐教學體系中更好地培養學生的創新意識,建立開放透明的實驗信息平臺,使學生在學習理論教學之后甚至在學習理論教學之前就可通過網絡資源掌握本門課程的相關知識,從而自主學習,創新實踐,不失為一個有效的探索。
以網絡技術和多媒體技術為核心的信息技術已滲透到人類社會發展的各個方面,信息技術正成為拓展人類能力的創造性工具。就教育教學而言,信息技術的發展,不但引起了教學環境和教學手段的變化,更重要的是帶來了教育思想和教育觀念的變革。互換性是機械制造、儀器儀表和其他國民經濟各部門生產建設中產品設計和制造的重要原則,遵循這個原則能使上述各部門有最佳的技術經濟效益和社會效益。互換性與測量技術是與機械工業發展緊密聯系的基礎。它不僅將實現互換性生產的標準化領域,計量學領域的有關知識結合在一起,而且涉及到產品的設計、制造、質量控制和生產組織管理等許多方面。因此互換性與測量技術是一門綜合性的應用技術基礎學科。課程是高等學校機械、儀器儀表、工業設計、交通工程、材料成型等專業一門極其重要的主干技術基礎課。因此,“互換性與測量技術”課程及實驗也必然面臨著根本的變革。
1 課程的任務及教學基本要求
本課程的任務是培養學生具有互換性,標準化與測量的基本知識;掌握機械產品零、部件精度確定的基本方法;掌握各種加工表面公差的合理選擇和配合件配合精度的選擇等基本技能;掌握幾何參數誤差項目評定、選用的原則與方法;培養學生分析問題、解決問題的能力和創新意識;為從事機械產品設計,制造及科學研究等方面打下較為堅實的基礎。
本課程設計的公差,配合較多,它不僅有許多術語、符號、數值表格和其他一些統一的規定,而且這些規定具有很強的經驗性。課堂教學中應以保證機械零、部件幾何參數互換性為主線,為達到這一目的,在整個教學過程中應當十分注意課堂教學與實驗之間的聯系和配合。
2 實驗平臺信息化實踐研究
理論研究的結果表明,學生創造能力的培養與學生的知識體系有著直接的聯系。按照思維理論,當人的思維是非線性思維時,才有可能產生靈感,才有可能激發出創造潛力。非線性思維是建立在非線性知識系統之上,非線性的知識體系是在開放的系統下形成的。實踐教學體系改革的目標是知識學習和能力培養并存。因此我們要改變傳統實踐教學內容陳舊、教學模式單一、教學方法死板的現狀。
在我校工科專業中,教學實驗環節一般都落后于課堂理論教學的探索和發展,這和工科專業實踐性極強的專業特點是不相稱的,影響學生質量的很重要的一個問題是工程實踐能力不夠,綜合能力較差。為此,構建和完善實踐教學體系是提高教學質量的極其重要的一環。
改革目標:實驗平臺信息化實踐研究是在系統論、建構主義學習理論和信息技術與實驗資源整合理論指導下,探討如何通過實驗教學內容信息化、教學資源信息化、教學手段信息化、教學模式信息化、教學評價信息化來達到工科實驗教學改革的目標,從而激發學生科學實驗的興趣,培養學生建構自身知識體系的能力、探究學習能力、動手實踐能力、解決問題的能力、協作學習能力及創新能力。
改革內容:將相關實驗資源變成一個開放的系統,為學生營造一個開放透明的學習環境,為教師提供一個開放透明的科學實驗環境,提高實驗資源利用率、共享率。具體實施過程中采取以下主要措施:
(1)教學資源和教學內容信息化。建立實驗教學設備資源庫,使教師和學生充分了解學院內的實驗資源設備情況及功能,為開展實踐教學和科學研究奠定基礎。
建立實踐教學內容信息庫,包括實驗大綱、實驗指導書、實驗報告、課程的多媒體課件實現網上資源共享,引入一些實踐知識及一些科學前沿的知識,通過這種形式,使封閉的教材系統變為面向外界開放的系統,以便學生自主學習。開展網上論壇,網上答疑,為教師、學生營造了一個開放的學習環境。
(2)教學手段信息化。充分利用E-mail、“實踐教學網站”的論壇區和師生反饋區與學生進行交流,學生根據自身需要隨時隨地自由選擇學習內容,下載學習信息,咨詢問題,自由選擇合作、交流的對象,使“因材施教”的原則得到了最大限度的貫徹,互聯網將課堂教學向教室之外延伸,為學生開辟了廣泛的獵取知識的空間。
(3)教學模式信息化。信息技術引人課堂教學,最根本的是要改變教學結構,即從以教為主的教學模式轉為以學為主或雙主教學模式。因此我們探索采取的教學設計是課堂教學模式+探究式教學模式。學生通過網上實踐教學內容信息庫了解實驗內容、各個實驗方案,有些實驗可以讓學生自行設計實驗方案,根據自己的實際情況選擇適合的實驗方案,通過在規定時間內的網上申請與批準,最終實現實驗目的。
增加探究式學習的目的是通過這種形式使課堂教學向外延伸,為學生打開通往外界的窗口。探究式學習模式的特點是遵循現代教育以人為本的觀念,重視個性發展,給學生發展以最大的空間。學生通過主題探索與教材以外的世界發生聯系,只有這些聯系發生得多了,才能使學生的思維定勢發生變化,由教材體系的線性思維轉變為與外部世界相聯系的非線性思維,有了非線性思維,才可能出現直覺思維,才有可能創新。在探究過程中關注整體性,講求協同作戰,也鍛煉了學生的協作能力。主題探究式學習方法的支持平臺主要是計算機及網絡技術,互聯網上豐富的資源為學生探究式學習提供了便利。同時學生對學到的知識進行重組,達到知識建構的目的,并由此激發學生的創造靈感。
(4)教學評價信息化。教學評價采取過程評價+總結評價。過程評價就是學生在完成整個實驗教學過程中,從多維角度測評學生的能力,鼓勵自主學習與創新方案。為了合理評價學生的學習能力,設計探究式學習學生實驗方案申請表、實驗報告表、評價量規、調查問卷等。
參考文獻
1.1合理規劃理論教學,精選教學內容根據山西師范大學的“3.5+0.5”的培養模式和食品科學與工程專業的培養目標,教師在掌握機械基礎教學大綱的前提下,明確教學目的、任務和要求,結合學生認知特點和生產實際,精選教材。教材選用魏兵主編的“十一五”國家級規劃教材《機械基礎》。該課程教學計劃安排51課時,課時少,內容廣,必須對教材內容進行優化。合理選擇教學內容,以“必需、夠用”為原則。精講基礎知識和基本設計方法,強化公式應用,弱化公式推導。工程力學主要講解理論力學和材料力學的基本概念、機械零件基本變形形式和強度計算,熟悉構件的受力分析和計算方法;互換性與技術測量重點講授極限與配合,緊密聯系實際;工程材料主要講解工程材料的種類、牌號、性能和應用,以金屬材料和塑料為主,結合食品行業的發展,增加食品行業當前采用的新材料、新技術和新工藝;機械設計部分包括常用機構、連接、機械傳動、軸系,這部分內容和后續課程及生產實際聯系密切,工程應用多,屬于課程的核心內容,機械傳動中的帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動突出基礎知識和設計方法,強化設計方法和公式應用;機械加工基礎以毛坯的制造工藝和切削加工方法為主要內容;液壓與氣壓傳動重點是液壓傳動的原理、組成和特點,常用液壓元件的功用及常用的液壓回路。介于課程學時少,結合課程的特點,部分教學內容采用自學加輔導或講座的方式,引導學生多途徑學習。
1.2多種教學方法結合機械基礎課程實踐性強,傳統的理論教學采用“填鴨式”的教學方法,教學過程中教師和學生之間缺乏互動,學生被動接受知識,學生感到枯燥乏味,不利于學生的學習。采用多種教學方法,激發學生學習積極性,變被動學習為主動學習。對于工程力學基礎、工程材料基礎知識、基本概念等采用講授式教學法。教學過程中教師要注意和學生的良好互動,避免注入式教學。機械設計中的常用機構、機械傳動、軸系難度大和實際聯系密切,采用討論式教學。理論知識講解前,選擇和生產實際常見的議題,在學生充分討論后,教師再講解,調動學生學習的積極性,避免了“教師教、學生被動學”的單一教學模式,達到事半功倍的效果。采用典型案例教學法,如以齒輪軸為典型案例,通過材料的選擇、結構設計、強度校核、公差與配合的選擇、機械加工工藝制定等環節,可以把工程力學、工程材料、互換性與技術測量、機械設計、機械加工的相關知識聯系在一起,架起了課程的橋梁,知識結構相互銜接,課程體系更加完善。
1.3采用多種教學手段提高教學效率機械基礎課程的研究內容比較抽象,相當一部分學生在學習時因缺乏空間想象力和工程設計而產生厭學情緒。課程學時少,內容多,采用現代教育技術方法,通過運用多種媒體,提高課堂效率,有效提高教學效果。講解平面連桿機構、機械傳動、金屬切削機床、輪系、液壓系統原理時,由于學生沒有實際生產經歷,缺乏相應的想象能力,采用動畫技術,生動形象,讓零部件運動起來,使抽象理論直觀化;講解連接、軸系、切削加工方法、液壓元件時,采用實物、幻燈片、圖片展示教學內容,生動形象,增加學生感性認識,拉近書本知識和生產實際的距離,加深學生對理論知識的理解,更好地突出教學重點和難點。
1.4增加綜合設計實驗教學內容課程的實驗課時為4學時,傳統的實驗為認知實驗,實驗設備是機械基礎陳列柜和模型,以演示講解為主,時間多集中安排在課程中期。改革后,開放實驗室,學生自主實驗,不占實驗課時,時間安排每個模塊的理論課講授之前,學生遞交實驗報告。通過認知實驗使學生建立機械零配件的結構、機械加工、液壓傳動系統的感性認識,對機械基礎知識有一個初步了解。增加綜合設計實驗內容。①軸系結構設計實驗。軸系結構是回轉機械的重要組成部分,軸系結構的性能決定機械的性能和壽命。軸系結構設計實踐性強,涉及內容多,靈活性大,是課程的重點和難點。通過拆卸、結構分析、裝配、調整、結構設計的全過程,學生掌握軸系設計的步驟和方法,培養學生的創新能力和工程實踐能力。②機械傳動方案的創新組合設計、分析實驗。傳動方案的設計是創新設計的主要內容,學生根據教師的要求,選擇傳動類型、自行設計傳動方案,根據設計方案自行組裝,以培養學生的綜合設計能力和動手能力。通過開設綜合設計實驗,在創新實驗的環節中,學生通過方案構思和改進、實驗操作和觀察,達到培養創新意識、創新設計能力。
1.5增加具有食品工程教育特色的實踐教學環節增加工程訓練,訓練時間安排在理論課開課后第6周。工程的本質是一種社會實踐,在科學的基礎上增加工程訓練的內容。學生知識面窄、面向工程實際不足,沒有足夠的工程訓練,現代工程設計思想、方法和綜合應用多方面的知識解決工程實際問題的能力不足。工程訓練中,學生學習金屬加工工藝知識,自己動手操作各種設備,使用多種量器具,增強動手能力,激發創新欲望,培養創新能力。增加課程設計,時間安排在理論課結束后進行。課程設計是實踐教學的重要環節,培養學生運用所學的知識分析和解決問題及獨立思考的能力。課程設計時間1周,工作量大、時間緊。采用接近工程實際的題目:一級減速器設計或小型食品加工機械等。每個學生的任務書各不相同,設計方案和設計思路完全由學生組織設計,充分發揮以學生為主的教學理念。學生基本具備機械傳動系統的設計計算、材料的選擇、會查閱資料,能夠正確使用國家標準,繪制工程圖的能力。通過課程設計鞏固所學知識,掌握機械方面的設計方法和步驟,培養學生工程意識、分析問題和解決問題的綜合能力。
1.6考核方式改革課程考核方式,實行教學全過程多次考核和考查,提高平時成績在總成績中的比例。理論考核采用閉卷考試,成績占課程成績的70%;實驗考核成績占課程成績的30%。細化實驗考核內容,從實驗準備、實驗過程、實驗效果、實驗報告多方面考核,注重實驗過程和創新能力的考核;工程訓練、課程設計單獨考核。
2結論
關鍵詞:計算機組成原理;實踐教學;創新人才
吉林農業大學發展學院是民辦獨立院校,2000~2008年,計算機科學與技術專業總共招收本科生510人,最近5年每屆招收本科生約65人。按照現代教育思想來審視基礎理論與實際應用、素質與能力之間的辯證關系,我們發現傳統教育思想是以傳授知識為著眼點,而現代教育思想則以培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力為主要目的,培養綜合素質高的創新型人才[1]。要實現這一目標,必須首先實現教育思想的轉變,還要把最新的計算機知識融入到課程體系中。我校課程組近年采取了一系列的實踐教學措施,在學生的知識獲取、能力提高和素質培養等多方面進行改革,以實現計算機教育的培養目標。
1創建課程實踐環境
“計算機組成與體系結構”是計算機科學與技術專業的一門核心和重要的專業基礎課,是一門實踐性很強的課程。它涉及的知識面廣、內容多、難度大、更新快,在基礎課和專業課之間起著承上啟下作用,該課程可以使學生建立計算機的整機系統概念,培養學生在硬件系統分析、設計、開發、使用和維護等方面的能力。教師通過傳授教材中的知識,使學生掌握計算機各功能模塊的工作原理,再互相聯系,開發他們的智力。所謂“知識”,就是人們在改造客觀世界和實踐中所獲得的認識與經驗的總和,而智力是指感知到思維的心理過程,特別是人認識客觀事物并運用知識解決實際問題的能力,是在掌握人類知識經驗和從事實踐活動中發展的,由觀察、注意、記憶、想象、思考等要素構成[2]。我們所營造的環境對學生的智力發展起著決定作用,改革課程設計實驗的方法可以促進學生智力的發展,鍛煉超常的智力品質,使學生學到更多的知識。為此,我們除了建設學校的實習基地外,還在校外建立了四個創新實踐基地,加強學生的實踐動手能力,提高他們分析和解決問題的能力。 2改革實踐教學內容
我校專門制定了一套符合獨立院校發展,培養應用型人才的、具有綜合能力教學指導思想、實驗項目完整的實驗教學大綱,并對實驗報告進行規范。這種規范培養學生基本程序設計素質和良好的程序設計習慣,對訓練科學嚴謹的工作作風起到促進作用。通過設計指導思想的確立,讓師生明確在課程設計中要做些什么、了解什么、掌握什么、達到什么目的,建立完整的設計方案[3]。
3精心設計實踐過程
我們采取“理論―抽象―設計”的方式開展上機實踐。根據不同的教學對象,精心設計了幾組不同類型的綜合性的問題,不僅抓實驗過程中的輔導,還抓實驗前的準備工作和實驗后的總結工作。
在設計方案中,讓學生了解、熟悉、掌握各種元器件的功能、原理和作用,靈活掌握不同元器件在不同電路中的作用,使設計出的電路原理簡單、功能性強、使用方便,具有更好的互換性和實用性。通過邏輯框圖設計電路,按不同的要求使用各種元器件組裝、調試電路,通過實驗確定設計的合理性。
讓學生檢驗和驗證自己設計的電路,使用一個小程序運行電路,檢驗設計思想是否合理、元件的使用是否恰當、電路是否簡單以及能否實現邏輯功能等,從問題中找出解決的辦法。
4提升學生綜合分析能力
課程設計是對學生的全面綜合訓練,目的在于使學生通過課程設計掌握全課程的主要內容,提高綜合應用知識和軟件開發的能力,加強寫作能力,為今后的畢業設計和畢業論文的撰寫奠定基礎[4]。在教師承擔的科研課題中,應盡量多吸收學生參加,讓他們把所學理論知識應用到設計實踐中,提高知識獲取、分析問題和解決問題的能力,為將來的就業打下基礎。對于課程設計,最后每個學生都要進行面試和答辯,提交課程設計報告,因此學生必須能夠清楚地介紹設計思路和主要技術手段,并回答問題。
能力總是同成功地完成某項活動或任務相聯系,是指一個人完成活動或任務的本領。在教學實踐中,除了經常性和有針對性地培養學生的觀察能力、專注能力、記憶能力、創造能力、想象能力和思考能力以外,還應強調自學能力、獨立工作能力和科學研究能力,盡量讓學生自己思考、設計,啟發學生的思維,激發學生的求知欲。在設計中,雖然有的學生學習成績不太理想,但也能自行設計,并能獨立完成調試工作,這使學生嘗試設計開發的艱辛和體驗到成功的喜悅,建立集體創新攻關的概念,培養學生的實事求是的作風,真正做到理論與實踐相結合,提高自學能力和獨立獲取知識的能力。
5結語
培養學生的綜合能力是現代技術發展的要求。這是因為科學技術發展十分迅速,知識更新周期大大縮短;學生在校期間不可能把一生所用的知識學到手;因此應提高獨立工作能力,也就是運用知識解決實際問題的能力,包括分析問題和解決問題的能力、科學實驗能力、設計能力、編寫技術資料與報告的能力、組織管理能力及硬件動手能力和創新能力[5]。通過教學和實踐,教師與學生、教學與科研、成果與教材、教育與發展形成一個有機鏈條,構成互動互利的整體,更新了知識結構,把教學與課程建設、學科發展、科學研究、社會需要、人才培養、就業去向緊密結合。
總之,國家強盛靠人才,人才素質靠教育,教育水平看能力,能力培養靠實踐。學生自己動手做實驗,自己動手做設計,知識才能學活用活,真正提高分析問題和解決問題的能力,成為高質量的人才。
參考文獻:
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Innovation and Discussion of Practice Teaching in "Computer Organization and Architecture"
YAO Yu-xia1,2 ; LIU Xiao-yan1 ; SUI Qing-ru1 ; ZHANG Yun1
(1.Faculty of Computing, Development School of Jilin Agricultural University, Changchun 130600,China;
2. Information and technology college of Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China)
機械類專業是理論多,工程實踐性較強的專業,而傳統的人才培養模式缺乏對學生進行工程實踐能力和工程創新意識的培養及訓練,導致畢業生走向工作崗位后知識面窄,動手能力較差,綜合素質較低等,往往不能迅速適應工作環境[3]。實踐技能能力的培養是一個循序漸進的過程,學生對技能的接收也有一個從簡單到復雜的過程。可通過“理論指導實踐,實踐為理論服務”的原則,加強對理論知識的理解和吸收。因此,建立以培養工程實踐能力為導向的實踐教學體系,應參考職業、崗位的需求,以培養學生技術應用能力和綜合職業素質為宗旨,設計有針對性的實踐教學項目,構建基礎知識、專業技能交互滲透,專項能力培養、專業實踐能力培養和綜合職業能力培養逐步遞進的實踐教學體系[4-7]。實踐教學體系結構模型如圖1所示,可分為自成體系的3個層次,分別培養基礎實踐能力、專項實踐能力和綜合應用能力。二年級階段注重培養基礎能力,提供各種必要的知識儲備,主要回答“是什么”;三年級主要培養專項實踐能力,由各種實踐專業核心能力構成,主要解決“做什么”;四年級主要進行綜合能力培養,將前兩者融合并實施,主要解決“怎么做”。三個層次的培養互為條件,互為補充,共同構建實踐技能。其中,基礎能力訓練、專項實踐能力培養是基礎,綜合能力是關鍵[2]。
二、實踐技能培養的實施
(一)突出實踐地位,提高基礎能力
實踐技能總是表現為某種操作活動,但其背后必須有相關的理論知識作為依托,二者相輔相成,缺一不可。沒有理論知識指導的實踐是機械的、盲目的,沒有實踐驗證的知識是抽象的、籠統的,只有將兩者結合起來,才能構成真正意義上的實踐技能。基礎能力的培養層主要以校內學習、校內實驗為主,使學生具有可持續發展的基礎理論知識,通過有關專業基礎的課程設計、課程實訓和綜合實驗等實踐環節進行,培養學生動手操作的基本專業技能及專業知識的應用技能,為專業實踐能力培養奠定基礎。在教學計劃安排時,要保證實踐教學環節時間,機械類專業在進行課程安排時,實施整體優化,構建專業課程體系,有關聯的實踐環節可以集中安排。對基礎理論課程削枝強干,按需精取保留社會對專業人才要求的核心知識能力,提煉出主干課程,整合主干課程內容,突出實踐教學安排。通過案例教學或專題講座,采取啟發式、互動式、討論式、角色扮演等多種方式,避免空洞的說教、減少思維約束,培養學生知識獲取和思維能力。例如,大多數學生不了解機構的運動,針對平面機構自由度的問題,可引導學生使用紙帶、圖釘、冰糕棍、慧魚創意組合模型等物品制作機構加以驗證,直觀而又富有趣味,激發學生的創造欲望,提高基礎實踐能力。此外,利用課余時間,可以組織參加“挑戰杯”大學生課外學術作品大賽、機械創新設計大賽等項目,以拓展視野,提高創新能力。近幾年來,機制、工業設計等專業設計出許多結構新穎、功能創新的作品在多項競賽中獲得佳績,表明學生基礎實踐能力得到提高。
(二)開拓實踐思路,加強專業實踐能力
專業實踐能力培養主要以實習為主,結合頂崗實習等具有職業氛圍的實訓場所進行,培養學生機械設計、制造、工藝規劃以及工程管理等專業實踐能力。利用校內學習掌握的基本實踐知識和專項實踐技能,結合工程實際和有關專業知識解決工程問題,所解決的工程問題可以是現實工程中的具體問題,也可以是以往工程中曾遇到過的實際問題。通過該階段實踐提高學生的專業知識綜合應用能力,培養學生的全局觀念,提高學生的適應能力和協調能力。之前機械類專業的實驗、實習活動比較分散,培養活動單一,學生不能很好的了解實踐目的,不知如何應用。例如,在互換性與公差試驗中介紹了齒輪公差等級的測量方法,卻不了解其具體用途,制圖時不知如何標注,學習齒輪設計時又不知各參數在公差測量上的意義。有鑒于此,應加強圖1中專業核心能力的培養,可采取以下方式開拓實踐教學思路:1.增加訓練技能、培養思維、啟迪智慧的設計型和綜合型實驗;采用實驗報告、現場操作、口試、設計實驗等多種考核方式,提高學生動手能力和創新能力。為此合并、調整部分課程的實踐教學部分:將汽車電器、汽車理論、汽車構造的實驗合并為汽車拆裝實習;機電一體化、液壓傳動合并創立機電綜合設計實習等。這樣可以避免有關知識和技能缺乏系統性的弊端,建立全局觀念。2.在部分實踐性強的課程,如互換性與測量、沖壓工藝與模具設計、機床夾具等實施邊學邊實踐,將部分課堂教學內容搬到實驗室中進行教學等。融理論教學于實踐教學之中,既提高了學生的學習興趣,又加強了實踐教學。例如,壓鑄工藝與模具設計課程共30學時,安排10學時實驗,將近四成內容安排在實驗室講解,學生親自觀察設備結構、運行過程,了解不同參數、結構對壓鑄產品質量的影響,師生可討論原因、解決方法,增強了教學的動態效應和真實感,幫助學生更加透徹的了解和認識機械。3.對于實踐時間長的項目如金工實習、機床夾具設計、機械設計課程設計等課程,可以實施彈性教學,可以充分發揮學生自己的主動性,提高實踐教學效果,同時也有利于照顧學生之間各方面的差異,培養學生的創新能力和組織能力,提高其全面素質。例如,以往的機械設計課程設計是以減速器為主,學生參照指導手冊模擬設計[8],照搬步驟,禁錮思維,無法體現創造性,等到做畢業設計時會感到無從下手。從2010級開始鼓勵以小組形式自選題目,嚴格按照設計流程完成傳動方案設計、零件設計等內容,不流于形式,切實提高工程設計能力。4.在實習環節,通過校企合作最大限度地利用社會資源,合理安排認知實習、專業實習、畢業實習、畢業設計、社會實踐等節點。我院已連續多年安排學生頂崗實習,達到了很好的實踐能力培養目標要求。
(三)融合理論實踐,重視綜合應用能力
理論與實踐之間并不是簡單的一一對應的關系,某種實踐可能會涉及到一種或多種知識,某種知識也可能會應用到一種或者多種實踐中。為實現“理論指導實踐,實踐為理論服務”的目標,促進理論與實踐的有機融合,要重視綜合應用能力的培養。綜合應用能力的培養需要一定的實踐環境,要有多家企業作為校企共建實習基地,以生產頂崗實習或畢業設計為手段,以老師現場指導為輔,讓學生獨立具體承擔一項技術工作或管理工作,培養學生的愛崗敬業精神和競爭上崗意識,為學生積累工程技術經驗和管理經驗,達到專業綜合應用能力培養要求,縮短學生上崗前的準備時間,使學生畢業后能很快適應工作崗位要求。在實踐教學體系的建設中,機械類專業應以社會對人才的需求為導向,科學設計技能訓練項目,強化學生的專業技能。為此,應與用人單位廣泛的溝通交流,參考行業專家、企業高級技術人員和管理人員的意見,針對崗位對人才知識、能力和素質的要求,實施綜合應用能力教學。同時跟蹤企業反饋的信息及時調整實踐教學,使培養出來的畢業生滿足市場對人才實踐能力的要求。實踐證明,經過綜合能力培養的學生在各項能力、組織紀律、管理、人際交往等各方面得到提高,深受企業歡迎,我院機械類專業就業率居全校前兩位。
三、結語
過程裝備與控制工程專業在國民經濟和社會發展中起著極其重要作用。首先,化工、石油化工、能源、動力是國家的支柱產業,這些行業的發展以工藝過程為先導,以先進的裝備和控制技術為保障,而過程裝備與控制工程正是這些產業的支柱。我國過程裝備與控制工程專業的前身是化工機械專業,成立于二十世紀五十年代初期,基本上參照原蘇聯的模式。1951年大連工學院首先成立“化學生產機器與設備”專業,1952年天津大學、浙江大學、華東化工學院等先后成立“化學生產機器與設備”專業,簡稱為“化機”專業。在此后的幾十年里,該專業在國民經濟中發揮了無可替代的作用,尤其在化工、石油化工、輕工、制藥等行業作用尤為明顯。該專業主要特點是“化工”和“機械”的交叉與復合。既可以處理化工類的問題,又可以處理機械類的問題,還可以解決化工和機械的綜合問題,而后一類問題在過程工業中非常普遍,實現了化工與機械的復合,曾被譽為“萬金油”專業。這正是“化機”專業生存以及“化機”專業人才一直受到社會青睞的根本原因。近幾年“化機”專業數量迅速擴大,目前我國已有140余所高校設置了該專業。然而,進入20世紀90年代,社會對“化機”專業人才的要求發生了改變。主要是由于過程裝備越來越趨向大型化、精細化和自動化,流程參數(如壓力、溫度、流量等)與過程的進行必須實施精確的自動控制,將“過程”、“裝備”與“控制”三個相關學科緊密有機地結合在一起,實現“化-機-電一體化”,這是“化機”專業改革的必然[1]。根據教育部1998年頒布的《普通高等學校本科專業目錄》,遼寧工業大學將“化工設備與機械”本科專業正式更名為“過程裝備與控制工程”專業。本專業不是一個獨立的學科,實際上是將機械工業和控制工程經發展和改造,使之能服務于過程工業。因此,過程裝備與控制工程是一個融“過程”、“機械”和“控制”為一體,將“化工”、“機械”和“信息”學科緊密結合而形成的“化—機—電”一體化的多科型、交叉型專業[2]。
二、專業建設的指導思想
過程裝備與控制工程專業建設的基本思路是“以過程裝備設計為主體,以過程原理與裝備控制技術應用為其兩翼(簡稱‘一體兩翼’)”的復合型專業[3],培養以工程師為主的應用型人才。專業發展方向:了解工藝過程,熟悉機械基礎,突出過程裝備及控制。研究內容包括:過程裝備設計與制造、高效節能裝備的開發、成套裝置的開發與設計、成套工程、設備結構及強度理論、過程安全理論技術與裝備、流程參數控制理論與技術、粉體理論與技術等。主要服務對象定位能在化工、石油化工、能源、輕工、制藥、制冷、動力、環保、生化、食品、機械和勞動安全等行業從事過程裝備與控制的設計、研究、運營、技術開發與及管理工作。三、專業建設的主要措施
(一)專業培養目標的定位
參照過程裝備與控制工程專業教學指導委員會制訂的總體框架,專業的培養目標重新定位為:培養具備化學工程、機械工程、控制工程和管理工程等方面的知識;能在化工、石油、能源、輕工、環保、醫藥、食品、機械及勞動安全部門從事工程設計、技術開發、生產技術、經營管理以及工程科學研究等方面工作的高級工程技術人才。本專業學生主要學習化學工程、機械工程及控制工程等方面的基礎理論,掌握過程裝備設計的基本概念、基本理論及基本方法,具備工程師的基本素質,能夠運用基本理論研制、開發、制造及生產組織管理等[4]。教學計劃體現了“一體兩翼”的專業總體構架,實現了化學工程、機械工程和控制工程多學科交叉。
(二)建設高素質專業師資隊伍
建立一支高素質、結構合理的師資隊伍,是專業建設的關鍵。目前,該專業已形成一支學歷層次高(博士占25%,碩士占75%)、年齡結構和職稱結構比較合理(45歲以下占65%、高級職稱占75%)、專業素質水平較高的教師隊伍[1]。為彌補原“化機”專業教師過程控制方面理論知識的欠缺,我們引進二位博士來做過程控制帶頭人。
(三)更新教學方法及手段
在教學方法上,采用互動式、啟發式教學,講課突出重點[1]。對容易理解掌握的內容要求學生以自學為主,教師只起督促、答疑質疑和考核作用,讓學生自學和教師講授、指導、解難答疑相結合。促進了學生學習的積極性,使學生獲取知識的能力大大增強。在教學手段上,利用先進教學技術,采用多媒體(CAI)和教學模具教學。如過程裝備制造、過程設備設計、過程機械和化工原理等課程,使用三維課件加圖片資料講解,增加動態演示效果,看到了只能下廠實習才能看到的設備結構、工作過程,形象生動真實。加深了學生對制造過程、設備結構和工作原理的理解,提高了教學效果。解決了黑板甚至掛圖也難以表達的問題。激發了學生學習的興趣。
(四)調整和優化課程體系
根據遼寧工業大學的實際情況,以培養目標為指導、以知識結構為框架、以培養規格為尺度,進行理論教學與實踐教學內容的合理配置。在教育思想上由傳授知識轉變為能力培養;在課程內容上按照“加強基礎、砍掉重復”的原則進行重組,并充分注意各課程的分工、銜接、協調與補充[2]。在教學計劃和課程體系方面,以過程裝備為主體,以化工過程和過程控制為兩翼,具體地說:過程的主體是化工裝置,包括化工單元設備及設備成套技術,且必須以工藝技術(化工過程)和過程控制為補充,從而使之成為培養工程型人才的搖籃。貫徹厚基礎、寬專業、強能力、高素質的基本原則[2]。結合遼寧工業大學的實際情況,過程裝備與控制工程專業課程體系如下:
1.精煉化工方面課程、加重機械方面課程、強化控制方面課程。由于過程裝備與控制專業是復合專業,即化機電的集成,它不可能將三個專業方向的課程全部照搬,故根據我校情況,在教學計劃中只設置了工業化學及化工原理兩門化工方向的課程,將普通化學砍掉;又因為過程裝備與控制工程專業是以機械為主體,故在課程設置上格外突出機械方向的課程。如:按傳統設置了機械制圖、工程力學、機械原理、機械設計、互換性與技術測量、工程材料、過程設備設計和過程機械等;在此基礎上添加了過程工業必需的基礎課程,我們設置了粉體力學、工程熱力學、工程流體力學等課程。此外,為加強過程裝備的自動控制,實現機電一體化,我們認為最核心部分是控制原理和控制方法的應用。為此,設置了電子技術基礎、機械控制工程基礎、PLC技術基礎和過程裝備控制技術應用等課程,從根本上實現了化機電的復合。
2.加強專業實驗,強調工程實踐,注重動手能力培養。實驗教學是本科教學的重要組成部分,它與理論教學同樣重要,對提高學生的綜合素質,培養創新精神與實踐能力具有重要作用。“過控”專業實驗室主要承擔“過控”的專業實驗,過去大多是化工機械方向的實驗,與“過控”專業要求很不相適應。為此對專業實驗進行了全面整合,按照過程裝備與控制工程專業人才培養目標的要求,堅持“厚基礎,重實踐”的人才培養思想,補充了過程裝備控制項目的實驗。實驗類型由單一的驗證性實驗,增加了綜合性實驗和設計性實驗。例如:新增了過程裝備與控制多功能綜合實驗,多容液位控制系統綜合實驗等。搭建實踐教學,科研平臺。實驗數據采集、測量、控制與數據處理系統大部分實現計算機控制,提高了學生的實踐和創新能力。同時,將實驗仿真和實際實驗結合起來,提高學生學習興趣、增加學生參與性、擴大學生知識面。目前可為本科生開設20余個實驗,供學生自由選擇。為學生實踐能力、科研能力和綜合素質能力的培養提供了實驗教學基地,并對教師的科研工作提供了一定的實驗支持,同時還可為社會承擔科研與開發任務。
3.充實和豐富實習環節內容,實現實習模式的多樣性。實習是工科學生完成工程師基本訓練極其重要的實踐性環節,也是目前高校整個教學過程中的薄弱環節[6]。其內容與實施方式安排的好壞直接影響學生素質與知識面。經多年教學經驗,我們感到培養一支具有豐富實踐經驗的實習指導教師隊伍是確保實習質量的關鍵。因此應該加強專業教師到校外實訓的建設,聘任在生產一線工作的具有高級專業技術職稱的專業人員來參與實習指導,從而提高實習指導教師的整體實踐水平[6]。其次,還要強化實習基地的建設。實習基地包括校內實習基地和校外實習基地。校外實習使學生開闊眼界、增長見識,學到校內無法學到的先進生產技術與科學管理經驗。建立校外實習基地必須是互惠互利,這就要求我們必須與企業建立良好的合作關系,為企業無償或有償地提供一些技術咨詢和科研服務,從而使企業愿意與我們合作,為學生實習奠定基礎[6]。即使這樣,也不可能一遇到問題就到企業去實踐,對于一些簡單的或特別復雜的問題,可將過去去校外實習的單一模式改為在校內實習模式。通過仿真軟件的訓練,提高學生工程意識和動手能力,既經濟、方便,又能達到實習目的。校內實習基于計算機、網絡、多媒體課件和仿真軟件,由人工建造的模擬工廠操作與控制或工業過程設備為工具,用實時運行的動態數字模型代替真實工廠的仿真實習,緩解由于實習經費緊張,造成實踐教學質量滑坡的壓力,并可以學到校外實習難以學到的知識;在仿真實習中,學生的主動性得到充分發揮,對化工過程,設備性能及控制參數有了更深理解。這種校內校外相結合的實習模式既緩解了實習壓力,又豐富了實習內容,受到了學生的歡迎。
4.改革畢業設計(論文)的模式,從單體化工設備為主轉向成套裝置設計。畢業設計(論文)是學生在校期間的最后一個實踐性教學環節,是培養學生綜合運用所學知識解決工程技術問題,是完成工程師素質基本訓練的一個關鍵性教學實踐活動。根據企業的要求,修訂了畢業設計(論文)大綱和畢業設計(論文)指導書,指導教師依據培養目標從工程實際或縱(橫)向科研課題選好題目(不設虛擬題目)后,采用雙向選擇方式。畢業設計(論文)內容以工程設計為主線,計算機為結合點,把機械、化工及控制技術三個學科的知識交叉、滲透、集成,考察和訓練學生的綜合能力,有利于培養學生對過程裝備系統性和大工程概念的理解,改變了原來傳統的單體化工設備設計模式[2]。學生在確定自己畢業設計(論文)題目后,采用計算機軟件(AUTOCAD、CAXA和Word)繪制工程圖樣并輸入和輸出畢業設計(論文)說明書,從中得到了真刀實槍的訓練。掌握科學研究的方法和提高處理工程實際問題的能力,使學生從過去單一的獨立設計模式轉變為部分獨立項目與部分協作項目設計模式,培養了學生協同工作能力。擴大了學生的知識面,提高了學生畢業后的就業機會。
5.加強能力培養,以體驗為手段,學研互動,讓學生在參與中提高創新能力。教學計劃有2個創新學分,其目的是幫助學生樹立崇尚科學的思想,培養學生創新能力。具體的做法由科研能力較強的教師把自己的科研成果、科研工作體會、工程實踐經驗傳授給學生,把工程案例帶進課堂。這些知識的傳授必然能夠啟發學生思維[5]。然后學生自己申報創新實驗的題目或參與老師的科研項目,以實驗室(實驗裝置或過程設備拆裝)或工廠為平臺,以教學模型或實物為道具,讓他們在動眼、動腦、動手過程中認識基本結構,了解基本原理、讓技術還原[5],從而激發學習興趣和主動性,獲得創新意識和創新能力,從中受到初步的科研訓練。最后,學生將成果以專利、發表科技論文、參與教師科研項目和創新實驗報告的形式申報,經評審合格獲取1~2創新學分。