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论文摘要:对当前职业教育中“建筑材料”课程的重要性进行了阐述,指出了课程建设的必要性和紧迫性,提出了如下课程建设的措施:精编教材;师资建设;实训基地建设;强化实践应用环节;培养学生的自信心;教学方法创新等。
建筑材料是建筑物的基本组成材料,是建筑工程重要的物质基础,材料决定了建筑物的型式和施工方法。而材料质量、性能的好坏,将直接影响建筑物的质量和安全,在建筑材料的生产、采购、贮运、保管、使用和检验评定中,任何一个环节的失误都可能造成缺陷甚至造成质量事故。因此,在土木工程专业中“建筑材料”课程显得相当重要
1“建筑材料”课程建设和改革背景
建筑材料课程理论内容相对较多,知识点比较分散,文字性叙述所占比例较大,计算部分相对较少。课程内容包括石灰、水泥、混凝土、砂浆、钢材等多种主要建筑材料的技术性能、特性和应用的基本知识,合理选用材料和制品的方法,常用建筑材料质量检验的基本方法,以及相关的国家标准及技术规范。课程学习是建筑结构、建筑施工技术、概预算等专业课程的基础。虽然刚开始学习时学生因其重要性而具一定的学习动力,但在随后的教学中,这种热情逐渐消减,知识点的繁多使得学生无法融会贯通。如何改变这种现状,使建筑材料课程教学适应职业技术教育发展需要成为当务之急。多年以来,我们坚持以学生为中心的教学理念,以培养理论基础扎实、实践能力强、综合素质高的应用型人才为目标,不断完善、不断进取,在实践中逐渐形成了科学的教学体系。在课程教学中,理论部分以“必需、够用”为度],对课程内容进行调整,并及时把学科技术最新发展成果引入到教学中来;增加实践性环节,让学生参与建筑材料的生产、性能检验等试验项目,培养学生的应用能力、实践能力,为学生走上工作岗位打下坚实的基础。
2“建筑材料”课程建设和改革措施
2.1教材建设
建筑业的不断发展,对建筑材料的要求越来越高。新型建筑材料层出不穷,材料类型也从单一型转向复合型,所涉及的技术标准、技术规范也在不断更新,这给教学工作带来很大的难度,也给学生的学习带来了麻烦。一本书更改的内容太多,会极大地降低教材的权威性,学生自习教材的兴趣相应降低。所以教学中要修订教材,我校在2000年和2005年两次编写“建筑材料”材料,编写过程中参照了最新的技术规范和技术标准,又注意由浅入深,贴近工程实际,理论和实践相结合,取得了良好的教学效果。
2.2师资队伍建设
加强教学团队建设,鼓励青年教师参与编写教材、教学文件、教学补充讲义,发表高质量的教研论文。在课程负责人的整体规划下,定期进行集体备课,经验共享,根据职教类的应用型教学特色,进行课程体系的研究和改革,开发多媒体课件,提高教学团队的整体授课水平。
注重中青年教师“双师素质”的培养,积极建立产、学、研合作单位,鼓励他们到生产、施工一线进行生产实践或参与工程管理。同时,鼓励中青年教师承接科研项目或试验生产项目。重视中青年教师、实验技术人员的进修工作,改善教师的知识结构,提高教师的学位、学历层次。安排青年教师担任学生实习和毕业论文指导教师。选派青年教师参加全国及省市专业学术会议。
2.3强化实践应用性环节
高职教育的目的是培养实践性、应型人才,通过实践性应用环节,让学生从感性认识上升到理性认识,巩固所学的材料理论知识,充分体现“行为知之始,知为行之成”。通过创建实训基地,给课程教学提供良好的实践性教学环境,以提升教学实验水平,增强学生的动手能力。在教学中,我们还通过建筑材料试验和综合练习这两个环节来提高学生的实践应用能力。材料试验练习中,让学生从取样到试验操作以及试验成果的整理分析等作系统训练。此外还让学生参与建筑材料生产试验项目,进一步认识建筑材料在工程中的应用。在综合练习中,提高学生的计算能力,主要是对各种组成材料进行正确的选择,如评定砂、石的颗粒级配,混凝土与砂浆、沥青混合料的配合比设计。
通过实践性教学环节,使枯燥的文字内容变得丰富起来,极大地激发了学生的学习兴趣,使学生对所学知识的掌握程度进一步提高,从而提高学生的专业技能及职业应用能力水平。
2.4教学方法创新
从以下几个方面改进教学方法:(1)工程案例教学。建筑材料理论是随着工程实践的发展而发展的,其工程应用性极强,若能结合工程实例更能激发学生的学习积极性,在工程案例的讲授中,采用启发式教学,培养学生工程意识,提高分析问题解决问题的能力;(2)开展以学生为主体的讨论式教学。注重课堂教学整体设计,通过引入实验现象、工程现象,组织学生通过讨论寻找答案,最后进行总结和归纳;(3)传统教学与多媒体教学相结合。除制作丰富的多媒体课件外,另配有工程图片、实验录像以及工程案例等附件部分以增强学生的感性认识,从而使一门严谨而枯燥的课程变得生动起来。
2.5采用科学的考核手段
采用科学的考核手段,正确评判学生的各种能力,可以激发学生的思维和学习兴趣,培养他们的自信心,使他们觉得有能力将建筑材料课程学好]。在考核学生时,不简单地以成绩来评定,也不以同一标准来衡量。要注重逻辑思维运用能力和创新能力,而对一些死记硬背的东西可降低要求。毫无疑问,培养创新能力是教学改革的重要任务,而直觉、自主是创造力的源泉,而我们的教育到底给学生多大的发展空间呢?每个人的思维方式是不同的,我们不可以用相同的标准来衡量学生,应该说每个学生都渴望成才,长期的失败、失败还是失败,会使他们产生畏难、厌学情绪,索I生破罐子破摔,对学习彻底失去了兴趣。笔者在教学过程中,给学生更多地鼓励和关爱,让学生觉得只要我努力了,就是成功的一半。我们对学生的要求是:不求最好,但求更好。
关键词:建筑材料;实验教学;开放实验
中图分类号:TU5-4文献标志码:A文章编号:1005-2909(2012)05-0114-04
应用型本科院校主要为地方或区域经济建设与社会发展服务,为提高人才职业竞争力,除了培养少量研究型和技能型人才外,把面向生产、管理、服务一线的应用型人才培养放在首位[1],更要注重社会化与个性化的统一[2-3]。土木工程材料实验作为土木工程专业实践教学的一部分,要打破原有局限,构建从课堂内系统、综合的实验操作到课外开放的自助式实践训练,形成演示性、验证性、设计性、综合性、研究性、应用性的多层次实验体系[4],以体现应用型人才的培养目标。
一、土木工程材料实验组成
土木工程材料实验除了土木工程材料课程基础实验外,还包括部分学生为参加学科竞赛而进行的实验,或者与毕业论文相关的实验以及为了创新科研而开展的开放实验。
(一)课程基础实验
各高校土木工程材料实验大致10~18学时,主要包括土木工程材料课程常规实验项目,如材料的密度、表观密度实验;水泥性能实验(标准稠度用水量、凝结时间、胶砂强度测试);混凝土用砂石实验(表观密度、筛分析);混凝土和易性实验;混凝土强度实验;砂浆性能实验;沥青实验(针入度、延度、软化点)。虽然各高校都要求课内开设一定比例的综合性或设计性实验,但受到实验学时数、实验设备和实验场地的限制成效一般。(二)学科竞赛实验
学科竞赛以综合性、设计性实验为主。从2010年开始,“全国大学生混凝土设计大赛”每两年举办一次,面向全国各高校大学生,由全国高等学校建筑材料学科研究会主办。大赛期间,各参赛队现场进行混凝土设计(包括根据现场材料和混凝土工作性进行调整)、试件成型、快速养护、性能测试等实际操作,并对试验结果进行数据处理和设计方案修正。比赛最后阶段,各队根据评委会的提问进行陈述答辩。此外,全国混凝土设计大赛从2010年开始,每年举办一次,邀请各地混凝土生产龙头企业、高等院校参加。2011年的大赛主题为“轻质与高强:普通混凝土强度和容重设计”,设计思想为“以最低容重实现设计强度”。这类大赛的举办促进了课堂理论与实验实践相结合,激发了学生学习积极性,提高了对所学知识的综合运用能力,不仅检验了学生对现代混凝土材料科学和制备技术的掌握程度,也促进了混凝土行业创新性人才的培养。
(三)科研实践类开放实验
开放实验既有教师提供的选题,也有学生自主选题。学生参加开放实验的目的各不相同,或凭个人兴趣,或为参与教师科研课题,也有纯粹为了拿科研创新学分,但开放实验是课程基础实验一种不可或缺的拓展和补充形式,可帮助学生形成创新意识和创新思维,提高专业技能、技术创新能力和综合素质。以土木工程材料为选题做毕业论文的学生一般都需要围绕研究课题开展实验,完成实验方案、实验步骤、实验原材料选择、实验方法确定、实验操作、测试结果与分析全过程。浙江省面向大学生的“新苗计划”就是以课题资助的形式鼓励大学生在校期间开展科技创新。
二、土木工程材料实验存在的问题
(一)课程基础实验学时欠缺
土木工程材料课程基础实验以演示性和验证性实验为主,且目前标准教学班人数均超过30人,甚至达到60人,实验场地、实验设备台套数难以满足教学要求难。演示性实验效果不佳,无法给学生留下深刻的感性认识。而目前各高校对课堂实验部分都要求综合性或设计性实验必须占到一定的比例,综合性或设计性实验往往持续较长时间,且所占学时较多,容易影响其他课程实验内容在教学计划学时内的完成。
(二)课程实验内容不足以体现行业发展和职业导向
随着能源的日益紧张以及对能源战略的重视,新型建筑材料不断更新,土木工程材料不断向绿色化、复合化、多功能化发展。工业废渣在混凝土中被资源化利用;各类高效外加剂在混凝土中广泛使用;传统墙体围护结构粘土砖被新型墙体材料如加气混凝土、轻质小型混凝土砌块、粉煤灰砌块、GRC板等所取代,节能材料迅速发展,而大多数应用型本科院校并未开设相关实验测试内容。
土木工程材料尤其是钢筋混凝土材料的耐久性得到了越来越多的重视,耐久性成为钢筋混凝土结构设计的一个主要内容,也是课堂教学的主要内容之一。学生除了需要巩固对水泥、混凝土、钢材等结构工程材料基本性能检测外,还需要加强建筑工程材料耐久性和工程特殊要求性能等领域的试验检测,主要包括:抗冻融、抗水渗透、抗氯离子渗透、收缩实验、早期开裂、混凝土碳化、混凝土中钢筋锈蚀、抗硫酸盐侵蚀、碱骨料反应等。
(三)实验创新性不足
由于课程基础实验部分学时受限,需要完成的实验教学内容较多,创新较困难。开放实验目前常以教师拟定题目为主,学生自主选题很少,且选题范围不够广泛,创新无从谈起。
实验报告是对知识体系的充分体现,通过确定实验方案、了解操作程序、描述和分析实验结果,达到提高学生分析和解决问题能力的目的。但目前大多数高校土木工程材料课程实验都有配套的实验指导书及实验报告本,学生做完课程实验只需填写实验设备、实验结果即可,不利于学生创新能力的培养,严重影响了开放实验、毕业实习、毕业论文阶段时实习报告、论文报告的独立撰写。同时因为网络化,学生笔头表达能力直线下降,独立撰写的实验报告质量很难满足要求。
(四)开放实验效果不良
开放实验效果难以彰显,主要表现在:大多数学生参加开放实验带有一定的盲目性和被动性,较少考虑提高自身的实践操作能力和科研能力,这既受高等教育不良风气的影响,又与部分学生急功近利的思想有关。真正意义上的实验室“开放”程度还不到位,学生并不能随时进出实验室,实验室的整体管理水平与应用型人才培养目标不协调,实验指导教师与理论授课教师对实验操作或规程要求不一致。
三、土木工程材料实验教学改革措施
(一)加强开放实验,弥补课程基础实验的不足
高等教育的大众化和普及化,使应用型人才培养途径多元化、复合化[5],越来越多的土木工程毕业生将逐渐由设计单位转向施工、监理、房产、质检等部门,这对学生的实践操作技术要求更高。从建筑材料市场和企业看,国内的合资和外资建材企业越来越多,本土的材料行业小企业不断发展,需要越来越多的销售、检测人才。根据行业和职业需求,为培养学生的工程能力,开放实验应涵盖土木工程材料制备和加工、宏观微观性能检测、质量评定等方面,以小组为单位进行选题,加强学生动手能力、创新合作能力、社会责任感的培养。
部分选择继续攻读硕士学位的学生,需要以综合性实验或设计型实验为核心,通过创新型实验项目培养其综合研究能力。如了解材料微观形貌,水泥基材料不同水化阶段的物相形成、作用机理,矿物掺合料的作用及粉末材料细度等先进测试技术,加深对综合热分析仪、扫描电镜、激光粒度分析仪、压汞法孔结构测定仪等仪器设备的认识和了解,奠定基本的科研实践技能。
针对土木工程材料的发展趋势,在课堂理论教学中要贯彻土木工程可持续发展理念[6],不断完善传统的土木工程材料测试内容,以满足工程实际需要。把开展矿物掺和料、减水剂、膨胀剂、混凝土耐久性、保温材料的导热系数等测试内容纳入开放实验范畴。
(二)提倡科学探索,提高学生创新能力
要加强综合应用能力和科研训练,将实践教育与科研训练相结合,建立科研促实验教学的模式,激发学生的科学探索精神和创新意识[7-8]。教师通过科研及时掌握本学科的最新动态以及社会对人才培养的要求,更新教学内容,结合行业热点开发开放实验选题,将最前沿的工程技术成果及时引入本科实验教学,使实验内容更具前沿性、设计性、研究性,创新性。
在实验教学中强化科学精神的培养,从科学严谨性、法规权威性、工程技术创新性等方面启发和促进学生科学世界观的形成。鼓励学生在教师设定的开放实验大框架下自行设计实验方案,规范实验操作流程,实事求是地记录实验数据,详细记录实验过程中出版的异常并客观理性分析,独立撰写实验报告。对于随意变更、篡改实验结果的现象可实行一票否决制,取消实验成绩或重做实验。
(三)改进教学环节,改善实验效果
1.重视实验准备
尽可能结合理论教学,提前布置实验任务,使学生全面了解实验方案的设计、实验误差的分析及实验结果的处理方法。对于开放实验,更要重视实验目的和实验过程,结合理论知识和常规数据处理办法,综合分析实验机理和实验结果,并提炼出实验结论或解决思路。2010年全国高校大学生混凝土设计大赛,虽然各组都采用同样的原材料和实验条件,由于配合比设计和调整方法不同,和易性、试块强度及经济性差别很大,只有对相关知识点融会贯通,掌握混凝土强度、和易性、耐久性、经济性的各项影响因素,才有可能进行正确熟练的设计和操作。
2.保持课堂理论教学与实验操作要求的一致性
课堂理论授课教师与实验指导教师对相关实验内容、实验规范、操作要求的掌握和理解必须一致,以免造成理论学习和实验操作的脱节,避免实验室过程中实验操作的随意性。实验员和实验指导教师开展的科研实践相对较少,且以指导课程基础实验为主,随着开放实验的增加,需要经常组织业务培训。新采购的设备要及时提供相应的到货培训,对于一些高端的精密仪器设备,应建立有效的专人负责制度和完善的登记使用与维护制度。
3.加强实验室建设和开放式管理
在满足课程实验教学基础上补充部分科研设备,开创先进的实验教学条件,以保证毕业论文、学科竞赛、开放实验等过程对实验设备、实验室用房及辅助配套设施的要求。同时,要进一步提高资产管理规范化、实验教学信息化、网络化水平,使学生能随时预约并方便地开展实验,提高仪器设备共享程度和利用率。学校除不断加大对硬件设施的投入力度,建设校内实验室外,还可利用校外实践基地,建立校企共享实验室,既可保证教学实验条件,又能降低学校成本。
四、结语
根据行业发展和就业需求,土木工程材料实验要与应用型人才培养目标相吻合。合理组织土木工程材料课程基础实验、学科竞赛、开放实验和创新实践,以构成演示性、验证性、设计性、综合性、研究性、应用性的多层次实验体系。在保证课程基础实验的前提下,要加强开放实验,强化实验室建设和管理,保持课堂理论教学与实验室操作要求的一致性,培养学生科学探索精神,以实现土木工程材料实验教学改革的取得成效。
参考文献:
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Experimental teaching reform of civil engineering materials in application-
oriented universities and colleges
ZHANG Yunlian
(School of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University of Science and
Technology, Hangzhou 310023, Zhejiang Province, P. R. China)
关键词:土木工程材料;工程意识;工程能力;创新能力
土木工程材料课程属于专业基础课,一般开设在大学二年级,由于大多数学生缺乏基本的感性认识和工程实践,对该课程与后续专业课程之间的关系不了解,更不清楚该课程对日后所从事工作的重要性和意义。西南林业大学森林工程专业分别于2012年、2013年获批成为云南省教育厅及国家教育部“卓越工程师教育培养计划”专业。“土木工程材料”课程的教学以此为契机,及时更新教育理念,从理论教学、实践教学和科技活动三个方面进行改革,积极探索培养学生工程意识及提升学生工程能力、创新能力的教学方法和模式。
一、以工程意识培养为主的理论教学手段
1.充分利用认识实习
专业认识实习是学生专业课程学习的第一课,是开启学生专业兴趣的重要教学环节。为使学生提早对专业有所认识,了解各专业课之间的联系与作用,许多高校都设置了认识实习环节。土木工程材料作为土建类专业基础课,应充分利用好这一环节,使学生了解土木工程材料的种类、应用及工程技术要求等。为此,课程改革小组建议合理搭配认识实习指导教师的人员组成,承担建筑材料方面的主讲教师应积极参与认识实习。在认识实习过程中:一方面,带领学生参观工程现场,听取现场技术人员讲解,并与学生针对工程所选品种、施工工艺等进行广泛讨论,使学生从感官上实际认识土木工程材料;另一方面,通过观看《超级工程》《伟大工程巡礼》中关于土木工程材料讲解的部分科学纪录片,使学生能够对工程建设的全过程以及材料如何选择、应用有较为全面的认识。通过改革后的认识实习教学,学生对土木工程材料课程的理论学习内容更加明确。
2.合理优化教学内容
目前,土木工程材料教材为满足“大土木”的培养目标,内容上虽具有较大的包容性,但仍未能将原有知识体系有机地融合在一起。加之学时限制,无法面面俱到,如果不能合理安排,将会导致无法有效支撑后续课程的学习。为此,按使用领域将土木工程材料分为土木工程通用材料和专用材料进行讲解。其中,将石料、无机结合料(石灰、水泥)、水泥混凝土、建筑钢材、防水材料等列为土木工程通用材料,沥青与沥青混合料、墙体与屋面材料、土工合成材料、建筑防火材料等列为专用材料,以满足各专业的学习需求。对于通用材料的讲解,在材料基本性质方面主要以材料自身性质与组成特点讲解为主,不需要刻意结合专业特点,而在工程技术指标及工程应用方面则结合专业特点来安排教学内容。对于专用材料的讲解,主要结合专业特点及后续课程的需要而选择或增加,该部分内容主要包括:(1)建筑工程专用材料:墙体与屋面材料、建筑装饰材料、给排水管材等;(2)道路工程专用材料:沥青与沥青混合料、土工合成材料等;(3)消防工程专用材料:建筑功能性材料、建筑防火材料等。此外,适时引入材料应用实例,实例最好结合授课专业,以此强化学生的工程意识,培养学生的工程素质。
3.注重作业的有效性
除了课堂教学环节外,教师还应注重布置课后作业这一教学环节。作业不但是巩固学生课堂所学知识的重要手段,还是培养学生工程意识与创新思维的有效途径。授课教师通过布置课外作业,建立讨论、交流制度,促进创新思维和工程意识培养氛围的形成。土木工程材料课程与其他课程,如力学、数学等课程要有所差别,作业内容不能仅仅是课后习题或整理课堂笔记,应通过大量做题来巩固理论知识的学习。应定期要求学生查阅文献,或进行实地调查,通过阅读相关科技文献,学生才能及时了解土木工程材料发展的新动态和工程中存在的问题;而实地调查又能促进学生理论与实践相结合,更好地理解理论知识,也能够利用理论知识来解释调查中发现的问题。最后,通过在课堂上进行交流、讨论,还可以培养学生的创新思维。
二、以工程能力提升为主的实践教学手段
土木工程材料实践教学的目的是使学生通过实验操作和结果分析,明确土木工程材料的性质与材料组成结构之间的关系,掌握材料工程技术试验仪器操作与指标评定方法,因此,实践教学与理论教学具有同等重要的地位。
1.在实验课中提升学生的工程能力
首先,合理安排实验课程与理论课程的教学计划,如在水泥、水泥混凝土以及建筑砂浆的理论课程完成后,集中安排一次实验课,使实验内容与学时得到集中,学生能够有充足的时间准备实验和操作仪器等。其次,在实验课组织形式方面采取分组形式,要求学生在实验课前提交试验方案,其中包括实验目的、材料与仪器、实验步骤、数据与分析、问题与分析等,最后要列出参考规范,保证学生在实验前对试验全过程有基本了解,避免学生在实验过程中出现手忙脚乱、不知所措现象。最后,在实验过程中要求学生利用手机等形式记录实验过程中的各个环节,以便实验完成后组织学生对整个实验情况进行讨论与总结。
2.借助实习基地提升学生的工程能力
通过产学合作的方式建立校外实习基地,聘请实验检测技术骨干人员作为企业兼职教师,指导学生依托工程项目,在真实的工作环境中提高实践操作与结果分析能力,使学生更深刻地理解和掌握土木工程材料的基本理论和材料评定的基本技能。更为主要的是学生通过对某一土木工程材料的技术指标进行完整实验检测,可以增加对土木工程材料各技术指标的工程意义,也能加深对指标之间相互联系的理解。在评定过程中,学生通过翻阅相关技术规范提高了土木工程材料标准化的工程意识。
三、以创新能力提升为主的科技活动组织
创新能力的提升一方面要依靠理论教学环节培养思维,通过科研实践活动使学生在验证并巩固理论知识的同时,提高分析和解决问题的能力,激发学生的内在创新动力,为此,课程改革小组结合土木工程材料课程的特点,进行了一系列科技活动的组织。对于有创新想法的学生,土木工程材料实验室实行开放制度,以小组为单位填写申请表,在指导教师的帮助下利用课余时间进行创新性试验;如没有创新性想法,但又有参与创新性实验愿望的学生,可采取助研的方式参与到指导教师的科研课题中,使创新能力得到锻炼。教师在指导过程中发现可行性强的创新性实验,可进行校级科技创新项目推荐,或作为毕业论文选题,通过完成科技项目或毕业论文的写作,学生的创新思维、仪器操作、科技论文写作等方面的能力得到较大提升。此外,通过组建科技创新团队参加科技竞赛活动,将不同年级、专业的学生融合在一起,实现了激发学生创新积极性、提高创新能力的目标。近几年,以土木工程材料课程为依托,学生申请西南林业大学科技创新基金项目3项,其中,一项获第八届云南省大中专学生课外学术科技节二等奖;获批云南省大学生创新创业训练计划项目1项,国家级创新创业训练计划项目1项,学生通过参与教师的科研课题,完成毕业论文7篇。
四、结束语
通过对理论教学、实践教学和科技活动三个方面的改革,学生的工程意识有所增强,能够有目的地学习,避免了以往死记硬、学而无用现象的发生。学生的工程能力与创新能力得到大幅提升,发现和解决问题的能力也得到了提高,同时,也增强了学生的就业能力。
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关键词:土木工程;系统性和综合性;论文和科研训练;创新实践改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)01-0036-03
为进一步推进工程教育教学改革,借鉴世界先进国家和地区高等工程教育的成功经验,树立“面向工业界、面向未来、面向世界”的工程教育理念;以社会需求为导向,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,培养适应我国经济社会发展需要的工程技术人才;选择土木工程专业进行“卓越工程师培养计划”的工程实践与创新能力改革与实践研究势在必行。为推进土木工程专业“卓越工程师培养计划”的实施,建立以创新能力为核心的人才培养模式,改革课程内容、知识学习方式、考核方式和评价标准,加强实践教学及能力培养方式等关键环节。实施“全过程、递进式”的实践教学体系,建立稳定的大型企业实习基地,培养学生的动手能力、基本技能、表达能力和工程综合能力,创建高校和行业企业联合培养人才的新机制,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量土木工程技术人才。
一、土木工程专业培养目标
根据土木工程行业特征和土木工程教育特色以及企业培养目标,要求学生将所学的理论知识和工程实践紧密结合,在工程设计的实践过程中,能够运用科学的方法和手段,以及所学的基础理论和专业知识,去发现、分析和解决实际工程问题,能够参与项目开发和工程设计,能够进行项目立项阶段、可行性研究阶段、设计方案比选、初步设计、技术设计、施工图设计阶段的设计工作,具有专业软件的应用和开发能力,具有从事科学研究和科学实验的能力,具有一定的判断能力和创新能力,具有独立的分析问题和解决问题的能力,具有一定的市场经营和开拓能力,因此有必要要求学生在企业工作和学习,结合工作实践,进行论文选题,完成论文的研究工作。
二、土木工程专业培养标准及培养体系
在企业的学习和工作,应使学生具有良好的思想品德、道德修养;具有高度的社会责任感和吃苦耐劳的敬业精神;能够运用科学的方法和手段进行独立分析问题、解决问题的能力;掌握土木工程领域有关技术标准、规范并熟练使用;熟练掌握专业软件的应用,并初步具有专业软件的开发能力;具有一定的科研能力和实践创新能力;具有项目规划及工程管理能力;具有一定的行政能力,能有效地与人沟通与交流,能够与人协调以及整合可利用资源的能力;了解国内外建筑工程承包市场,具有开拓国内外建筑工程承包市场的意识和能力;掌握本领域最新技术发展趋势,具备收集、分析、判断、归纳和选择国内外相关技术信息的能力;能够应用外语交流,具有良好的国际观,了解国际先进的建筑材料、建筑技术和设计标准,与国际同行业接轨。在培养学生终身学习、勤奋、进取、不断创新,企业、行业和社会发展,自己的人生观和价值观等方面获得能力。学生在企业学习阶段,将在学校聘任的、具有高级技术职称的企业设计工程师以及学校指派的业务水平高、责任心强、具有工程实践经验的教师(双导师)的指导下,完成毕业论文(设计)的工作。毕业论文(设计)选题直接来源于企业工程设计实际或者具有明确的工程背景和应用价值,能够使学生通过工程设计中关键问题的研究,获得较全面的基本训练,培养能综合运用科学技术理论、方法和手段,独立解决工程实际问题和担负专门技术工作的能力。论文应在双导师的指导下由学生独立完成,论文形式主要是工程设计类、结构分析软件应用类、结构监测和试验类或工程管理类,论文评阅人和答辩委员中均应至少有一名来自企业部门的专家。
三、土木工程专业论文和科研训练的基本要求
根据土木工程专业培养目标、标准和培养体系,学生论文选题和科研综合训练应直接来源于土木工程实际或具有明确的工程背景,其研究成果要有工程实际应用价值,拟解决的问题应有一定的技术难度和工作量,也要求具有一定的理论深度和先进性。因此可从大土木工程领域中多方面选取,如:(1)工程结构设计与静动力力学分析;(2)大型构筑物的施工技术研究与应用;(3)大型构筑物现场监测与试验研究;(4)应用基础性研究、预研专题,如结构抗震与防灾减灾;(5)一个较为完整的土木工程技术项目或工程管理项目的规划或研究;(6)高层建筑结构或大跨钢结构设计;(7)桥梁设计和施工监测;(8)路基路面设计和施工监管;(9)高边坡与深基坑工程设计;(10)隧道结构分析与工程设计;(11)地铁区间和车站结构设计等。对于论文形式可以是工程设计性或研究性论文。论文主要应包括以下部分:中英文摘要、关键词;独立完成与诚信声明;选题的依据与意义;国内外文献资料综述;论文主体部分:研究内容、设计方案、分析计算、实验研究等;结论;参考文献;必要的附录(包括企业应用证明、项目鉴定报告、获奖成果证书、设计图纸、程序源代码、等)和致谢等。对于论文的内容可以要求有:(1)文献综述应对选题所涉及的工程技术问题或研究课题的国内外状况有清晰的描述与分析;(2)综合运用基础理论、科学方法、专业知识和技术手段对所解决的工程实际问题进行分析研究,并能在某方面提出独立见解;(3)论文工作应有明确的工程应用背景,有一定的技术难度或理论深度,论文成果具有先进性和实用性;(4)论文工作应在导师指导下独立完成。论文工作量饱满,一般应至少有一学年的论文工作时间;(5)论文写作要求概念清晰、结构合理、层次分明、文理通顺,版式规范。对于不同领域或形式的工程专业论文应有不同的具体要求,如:(1)工程结构设计类论文,应以解决基础建设或工程实际问题为重点,设计方案正确,布局及设计结构合理,力学分析数据准确,设计符合土木行业标准,技术文档齐全,结构设计方案能够投入实施或通过了相关业务部门的评估;(2)应用基础性研究类(包括应用基础研究、应用研究、预先研究、实验研究等)项目论文,综合应用基础理论与专业知识,分析过程正确,实验方法科学,实验结果可信,论文成果具有先进性和实用性;(3)工程结构力学分析和设计软件应用类的论文,针对实际工程结构应用背景,要求分析合理,总体结构力学建模正确,应用程序编制或工程软件应用正确,文档规范,并通过结构工作状态测试或可进行现场演示;(4)土木工程和施工技术管理类的论文,应有明确的工程结构应用背景,建立项目管理过程和经济概算预测及评估,研究成果应具有一定经济或社会效益,统计或收集的数据可靠、充分,理论建模和分析方法科学正确;(5)工程结构施工监测和结构试验类论文,针对实际工程结构施工现场,如桥梁、道路和大型结构物施工过程监测,关键结构的强度和动力学性能试验等。掌握试验和监测设备的使用技术,监测和试验数据可靠、翔实。论文阐明试验结果在具体结构现场的应用和有效建议。
四、土木工程专业论文和科研训练的质量评价体系探讨
如何评价学生的学习效果是关系到土木工程专业教育是否能达到培养目标的至关重要的问题。因此,有必要研究和科学制定有效的评价指标,来对学生的各种能力进行综合评价,实现多样化考核方式,包括产业界专家对学生实践能力的评价。通过引入企业质量管理理论,探索土木工程专业“卓越工程师培养计划”的实践教学质量管理模式,加强对实践教学各环节的全员、全程和全方位质量管理与监控。然而对学生论文和科研综合训练的质量管理则要对不同领域或形式的论文,根据论文内容的重要性给予不同的权重系数进行论文的质量评价与控制,见表1、表2。
五、结论
在我国经济发展转型升级与全面提升国际竞争力的关键时期,培养造就一大批创新能力强、适应我国经济社会发展需要的工程技术型人才,是增强我国核心竞争力、建设创新型国家、走新型工业化道路的必要条件。改革现有的工程技术人才培养模式,实现理论教学与实践教学有机统一、学校学习与企业实践有机结合,学生的知识、能力、素质有机协调发展是必要的。根据自身实际和专业特点,改革人才培养模式,根据社会需求和人才培养规律,制定相应的培养方案;重新构建课程体系,并进行整体优化,着重处理好知识传授与能力培养、理论教学与实践教学、基础课程与专业课程、培养口径与和职业要求等关系,形成有利于培养工程师应具有的知识、素质和能力的课程体系和实践教学体系。改革教学内容,删繁就简、推陈出新,增加新兴科学技术和工程应用知识;充分利用行业优势与特色,进行产学研合作,建立互动共赢、各负其责的校企联合培养体系,充分发挥企业在土木工程专业学位论文和科研综合训练等实践环节培养过程中的重要作用。
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关键词:培养计划;培养目标;材料科学与工程;麻省理工学院
欧美国家在20世纪60―70年代开始设立材料科学与工程系。名称变更反映了对材料领域研究认识的变迁,即“材料研究需要依据其行为和特征,而不是依据材料类型来进行”。1998年教育部对材料类本科专业目录进行了调整,将原来划分过细的十多个材料类小专业合并成了现在的冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等六个专业。同时,在引导性专业目录中还设置了材料科学与工程一级专业。虽然以材料科学与工程一级大学科来设置专业是必然趋势,但材料科学与工程人才培养模式仍在探索之中[1]。同济大学当年就设置了材料科学与工程本科专业,期望以欧美的模式来培养材料学科人才。实际上,早在20世纪80年代,当时的同济大学建筑材料工程系就为建筑材料专业的本科生开设了材料科学导论、断裂力学、表面物理化学和传热、传质与动量传递(简称三传)4门基础课程。近几年因为参与学院材料科学与工程专业培养计划的修订工作,查阅了国内外许多大学这个专业的培养计划,国内高校在材料科学与工程专业培养计划上的认识一直存在争议。美国麻省理工(MIT)材料科学与工程专业本科培养计划的公开信息最多,不仅有课程列表和学分要求,还有课程的详细简介。尤其是麻省理工的开放课程服务(OpenCourseWare),使得我们还能够进一步了解课程大纲和部分内容。此外,MIT材料学科是USNews全美排名第一的,他们的培养
计划应该具有更好的借鉴意义。本文在反复仔细研究其有关本科培养的各种公开资料的基础上,对其培养计划进行了分析,结合自己的教学工作实践,总结了一些心得体会,希望与国内同行共享。
一、麻省理工材料科学与工程专业的培养计划
MIT材料科学与工程系设3个专业(Course)。其一为一般意义上的材料科学与工程专业(Course 3),学生所得学位是材料科学与工程理学学士(Bachelor of Science in Materials Science and Engineering),其所授学位是被ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology,美国工程与技术鉴定委员会)授权的,绝大部分学生都选读这个专业。其二为课程选择度更大的一般专业(Course 3-A),这个专业的毕业生将获得没有特别指定专业领域的理学学士(Bachelor of Science without specification)学位,系里并不寻求ABET对这个学位的授权,只有很少学生选择这个专业,常常是医学、法学、MBA预科生选择这个专业。第三是考古与材料专业(Course 3-C),学生所得学位是考古与材料理学学士(Bachelor of Science in Archaeology and Materials),系里也不寻求ABET对这个学位的授权。从系里是否寻求对所授学位授权就可以看到,MIT材料科学与工程系本科生的主要专业是一般意义上的材料科学与工程专业(Course 3)。后面的讨论主要针对Course 3的培养计划进行。
1. 课程和学分要求
该培养计划的要求包括:(1)MIT的一般要求,共17门课程,其中自然科学6门,人文社科8门,限选科技课程2门,实验课程1门。(2)交流能力课程(Communication Requirement)4门。(3)系内课程,包括一套核心课程(Core subjects,共10门课),一个论文或2个实习以及4门限选课程,合计184~195学分。其2011―2012版本的课程和学分要求见表1,表中课程名称前面的数字表示课程号,后面跟表示学分的数字、课程性质、前修或同修课程号。MIT每门课程的学分由三部分组成,表示学习课程所需要的时间分布,中间用短线隔开,第一个数字表示讲课时间,第二数字表示实验、设计或者野外工作时间,第三个数字表示预习的时间,是以中等学生所需要时间估计的。1个学分大约相当于一学期需要14小时的学习时间。从表 1可见,一般专业课程,预习所需时间是讲课时间的2~3倍。
备注
*可以代替本先修课程的其他先修课程列在课程描述页面。
(1)这些课程可以算作必修课程或者限选课程的一部分,但不能同时计算。
(2)可以选9-12学分。
(3)通过申请,可以被类似课程替代。
2. 限选课程的选择
中列出了21门限选课程,每个学生只需要选择4门课(48学分)。理论上,学生可以在21门课程中任选48学分,甚至经过批准,还可以选择其他系的课程或者研究生课程来代替。实际上,由于材料的范围很广,这些选修课程是根据主要的研究领域来设置的,它们是: 生物与聚合物材料(Bio-and Polymeric Materials),电子材料(Electronic Materials),结构与环境材料(Structural and Environmental Materials),基础与计算材料科学(Fundamental and Computational Materials Science)。
因此,在MIT材料学院的网页上,曾经列出了各领域推荐的限选课程。网页上还列出了每一个方向的咨询教授,以方便对上述领域某一方面更感兴趣的学生选课。
3. 部分课程大纲和教学情况分析
(1)材料科学与工程基础课程
这个课程为15学分(5-0-10),总是与“材料实验”一起选修。课程安排也是交叉进行,实验周不上课,一共有4个实验周。这样,材料科学与工程课程讲课时间就缩短为9周(一个学期14周,最后一周为考试)。其课程安排为周一、三、五各2小时的讲课(lecture),周二和四各1小时的复习课(recitation)。所以一共27次讲课,18次复习课。实际讲课为24次,另外3次课为测验和考试。最后一次考试并不是考全部课程内容,即每次测验和考试都是分段内容。
这个课程由两个教授分别讲授,每个教授都是24次课,因此可以推论,每次每个教授将讲1小时。一个讲授结构和化学键(Structure and Bonding),一个讲授热力学和统计力学学(Thermodynamics and Statistical Mechanics)。
两部分课程分别布置6次作业,每部分每次都是2~3个题目,都有交作业的期限,没有按期交作业的,该次作业成绩为0。作业答案在交作业期限过后就会立即公布。课程总成绩由作业成绩占20%、三次测验占80%构成。得分标准为:总评80分以上A,70~79分为B,55~69分为C,低于55分为不及格。
(2)实验课程
MIT材料系内有2门必修的实验课程,即材料实验和材料综合实验。这两门课程同时还是加强专业交流能力培养的课程,所以,教学过程特别注意专业交流方面(包括论文写作、口头技术报告等)的形式要求。材料实验与材料科学与工程课程同时选修,在2年级第一学期进行。材料综合实验课(Materials Project Laboratory)基本上就是几个同学合作的科研项目,在3年级下学期进行。下面以二年级的材料实验为例,介绍其教学和考评办法。
如前所述,材料实验共4个实验周,实验周没有其他专业课。实验内容包括量子力学原理演示、热力学和结构,同时囊括了几乎全部现代材料分析研究方法(XRD、SEM/AFM、DSC、光散射等),并通过口头和书面方式加强交流能力培养。从教学内容看,这门实验课承担了教授材料研究方法的任务。
一般将50个左右学生(2011年的2年级学生只有43人)分成6个组。每个实验周有3个实验主题,每个主题下面2个实验,2个组共选一个主题,每组选做其中一个实验。6个实验同时进行。一周3次实验,每次4小时。因此,每个组每周只做3个实验(每个主题做1个实验),共12个实验。由于每个组只做了一半的实验,对另一半实验的了解,通过每周2次的1小时交流课程(recitation sections,一般隔天举行)来实现。交流课上,大家各自在黑板上即兴介绍实验的发现,回答教师和同学的提问。
该实验课由3个教授上,其中一个总负责。课程成绩评分标准
二、分析和讨论
1. 关于必修课和选修课
系内必修课程除毕业论文或企业实习外,共有10门。大学一般要求的17门课,理论上可以自由选择,但从表1系内课程的先修课程可以看出,微积分I和II,物理I和II是需要先修的,大学一般要求的6门自然科学课程就去掉了4门,能够自由选择的大学自然科学课程剩下2门。从系里建议的选课表(roadmap)可以看到,另外2门自然科学是化学和生物。所以,自然科学的必修课程实际上相当于14门。
限选课程要求包括GIR类型2门和48学分的系内选修课。有3门系内课程(共39个学分)可以作为GIR课程来选,但不能同时作为系内课程要求的学分。大多数系内选修课程的学分为12分,这样的话,系内限选课48学分需要选读4门。所以,每个学生可以有6门专业选修课程。有意思的是,在表1中只有21门限选课程,而该系主要的研究领域(或者说相当于我们的专业方向)有4个,平均每个方向只有5.25门课。如果去掉2011―2012年新增的2门课程,过去几年只有19门课,平均每个方向只有4.75门课程。看来,MIT材料科学与工程专业的课程设置,并不鼓励学生选单一专业方向的课程。实际上,在以前分专业方向限制选修课时,每个专业方向仅仅提供2~3门课程,进一步的分析见下文。
反观我们的培养计划,我们的专业方向必修课程有5门(14学分),选修课程应选4门(8学分),合计9门课程22学分。因为我们的学分是按照每周上课学时数计算的。如果按照MIT的学分计算方法,学分约为每周上课学时数的3~4倍,考虑到我们的上课周数为17~18周,而MIT才14周,因此,我们的专业方向应选学分至少相当于MIT的88学分,比其4门课程(48学分)的要求多了5门课程(40学分)。可见,我们的培养计划更加注重学生专业方向知识和技能的培养。
另外,MIT材料科学与工程系的研究领域非常广泛,关于其主要研究领域的介绍出现在3个网页上。其一是在该系的学位要求中关于限选课程的介绍网页,4个主要的研究领域分别是生物与聚合物材料、电子材料、结构与环境材料、基础与计算材料科学。其二是在MIT的招生网页,4个主要的研究领域分别是:半导体材料和低维系统(Semiconductor materials and low-dimensional systems)、能源材料(Materials for Energy)、纳米结构材料(Nanostructures)、材料的生物工程(Bioengineering of Materials)。在介绍全体教师(Faculty)的网页,列出了30个研究方向(discipline),共122人次(有重复计算,因为实际教师只有35人),平均每个研究方向4.07人次(或1.17人)。少的方向仅1人如微技术、半导体,最多的是纳米技术,23人次。上面列出的生物工程(包括生物物理和生物技术)9人次,能源材料(包括能源与环境、储能)9人次。人数比较多的研究方向还有结构与环境材料9人次,高分子材料7人次,电、光和磁材料7人次。
可见,尽管MIT研究的材料类型很多,但其本科生培养计划中,涉及具体材料类别方向的课程特别少。
2. 关于考核与成绩
MIT很多课程的成绩评定都包括平时作业和出勤与课堂参与情况。有的课程,考试以外的项目在成绩评定中所占份额可达到50%,有的实验课程则更是高达85%这在一定程度上反映了MIT对大学生平时学习的管理是非常严格的,与我们头脑中关于国外大学生“自由”学习的图像截然不同。
3. 关于选课进度安排
MIT材料系没有规定统一的选课进度表。但从其推荐的选课安排(roadmap)看,具有如下特点:
(1)8门大学一般要求的社科课程(GIR)分布在8个学期选修,即每学期选修1门社科课程;
(2)一年级把大学要求的6门自然科学课程(GIR)学完,包括数学、物理和化学。
(3)二年级起全面进入专业学习。第一学期学习材料科学与工程基础、材料实验2门课程,两门课交叉进行,实验周不上课。上课周每天都有材料科学与工程基础课,实验周每天都有实验或交流,学习安排非常集中。
(4)每学期的课程一般为4门,其中1门为社科课程。
MIT二年级第1学期就学习专业基础课程,这比我们的教学计划提前很多。国内的教学计划进度安排曾经强调,前两年不安排专业课,以至于我们的材料科学与工程课程被安排在第5学期,材料研究方法更是被安排在第6学期,使得高年级学习特别紧张,深入接触专业知识和方法的时间被推迟。
4. 关于培养计划的修订
从网页上能够追溯到MIT材料系1998年的培养计划,其培养计划在2003年做了很大的调整。两者的比较
这两个培养计划的最大差别在必修课,课程名称几乎完全变了。但对比课程名称和教学内容可以发现,新培养计划中的“材料科学与工程基础”包含结构与化学键、热力学与统计力学两大部分内容,分别由两位教授讲授,似乎代替了原来的“材料热力学”、“材料物理化学”和“材料化学物理”3门课程,因为其教材之一仍然是物理化学(Engel, T., and P. Reid. Physical Chemistry. San Francisco, CA: Benjamin Cummings, 2005. ISBN: 9780805338423)。“材料实验”应该与原先的“材料结构实验”对应,“材料综合实验”应该与原来的“材料加工实验”对应。“材料的微结构演变”与原来的“材料结构”相似。取消了“材料力学”、“材料工程中的输运现象”2门课程。增加了“材料的电光磁性能”、“材料的力学性质”、“有机和生物材料化学”、“材料加工”4门课程。取消2门,合并2门,增加4门,课程总数不变。
选修课变化较小,只是增加了若干课程,特别是生物材料和纳米材料的课程。其实,两门生物材料课程是2000年增加的,当时选修课由4方向增加为5个方向。选修课的最大变化是理论上不再分专业方向,学生可以任意选课。但实际操作时,仍然向学生推荐各专业方向的课程组合。无论如何,每个专业方向的课程不足4门,学生必然需要选修其他方向的课程。
从2003年至今,必修课没有变化,选修课则有一些小的调整(表5)。其中2005年减少了高分子化学、化学冶金学(Chemical Metallurgy)2门课程。增加了2门数学,材料热力学(原来的必修课),先进材料加工,衍射和结构,材料的对称性、结构和张量性质,材料选择,共7门课程。可见,增加的这些课程仍然是与具体材料种类无关的。2007年和2011年分别增加了1门生物材料方面的课程。可见,即使是选修课的调整,仍然在继续加强有关材料行为特征方面的课程,减少有关具体材料种类的课程。
5. 关于培养目标与课程设置
过去,MIT材料科学与工程系培养目标分四类,研究型学位(Course 3)、预科型学位(Course 3A)、实践型学位(Course 3B,2003年取消)和考古型学位(Course 3C)。其中,研究型学位与实践型学位培养要求的唯一差别是不变的,即前者在四年级做毕业论文,后者在二年级暑假和三年级暑假做2个20周的企业实习,其他课程要求完全相同。现在把实践型学位取消了,但仍然保留了学生向这个方向发展的渠道,即学生仍然可以选择做毕业论文或者企业实习,学位合并在研究型学位(Course 3)中。
从2003年培养计划大调整来看,MIT材料科学与工程专业(Course 3)的主要培养目标是让本科毕业生继续深造。也可能是社会需求的变化促使MIT对培养计划进行调整。这从MIT选读实践型学位人数变迁或许可以看出一些端倪(表6)。从1998年到2002年,实践型学位人数多于研究型学位的人数,2002年突然降低,与研究型学位相当。查看大学2年级实践型学位学生注册数,从2002年起突然减少,由原来每年约20人突然减少为6人。2003年培养计划调整当年,还有5人注册为实践型学位,这应该是此前培养计划延续所致。
那么,没有了实践型(Course 3B)学位,是否还有学生仍然会选择实习代替论文呢。下面从2002~2008年MIT材料系本科毕业生去向分析。除了一些研究生院,网页一共列出了38家企业和17家政府部门或咨询机构。统计2002年以后(至2005年结束,当年仅剩下1人)各年4年级实践型学位人数(也约等于当年毕业人数)总和恰为38人,与毕业生去向统计的企业单位数刚好相同。这难道是巧合?是否可以推论,2003培养计划修改之后几乎就没有学生选择去企业实习了?
MIT材料专业取消实践型学位,以及此后可能几乎没有人选择实习代替毕业论文事实,一方面可能与美国产业向国外转移,本国企业对工程师的需求减少有关;另一方面,MIT培养计划中的课程设置调整也起了一定作用。因为选择实践型学位人数锐减在前(2002年),培养计划调整在后(2003年)。培养计划中去掉的必修课“材料力学”和“材料工程中的输运现象”,显然属于工程类课程。因此,其培养计划课程中增加材料研究型基础知识、减少工程知识的倾向十分明显,也说明其培养计划随社会需求进行了及时调整。
另外,尽管2003年培养计划中的必修课有较大调整,但选修课调整比较有限。而且调整前后,没有改变其材料类本科生宽专业培养的模式。
但在选修课中,把专业方向的基础课程去掉,仍然让人有点匪夷所思。例如,高分子化学在高分子材料领域历来就被认为是专业基础课。MIT在2005年却把这门课从本科生培养计划中去掉了。查看其高分子方向研究生培养计划核心课程,可以看到高分子物理化学、高分子合成、高分子合成化学等基础课程。可见,MIT把专业方向的一些基础知识培养放在了研究生阶段。
以上似乎给人这样的印象,如果不继续读研究生,则专业方向的基础知识是不太够的,无形中将人才培养的周期拉长到研究生阶段了。但从我自己教学的经验来看,学习高分子物理就可以了解高分子材料的行为和特征,未必需要清楚地知道高分子材料的合成与制备方法。我的一些研究生以前从未学习高分子方面的课程,为了让他们在研究中能够理解和使用高分子材料,我就是先给他们讲授高分子物理的基本知识。
另外,注意到MIT材料专业研究生数量是本科生数量的2.2倍,有很多研究生来自校外,特别是来自国外。所以,MIT材料专业培养计划中对专业方向选修课程的调整,结合研究生阶段的课程安排,既考虑到了本科宽专业基础的培养模式,又打通了本科生培养与研究生培养之间的关联,在研究生阶段加强专业方向基础知识的培养,也便于接受其他教育背景的学生来读研究生,还是十分合理的。
MIT材料专业的本科培养计划,不断强化了按照材料大类进行培养的模式,必修课和选修课都加强了材料基本行为知识的课程,减弱了材料类别基础知识的课程,把后者移到研究生教育阶段。这说明国外关于“材料研究依据其行为和特征,而不是依据材料类型来进行”的认识形成30多年以来,不仅没有改变,还在进一步加强。MIT在2003年对培养计划大调整时,加强了材料研究基础知识课程,减少了工程类课程,其本科生的主要去向是进一步深造,直接到企业就业的比例急剧减少。本科生阶段加强研究基础知识课程,把专业方向基础知识培养放在研究生阶段,加强了研究生的知识培养,可能是其材料研究能够长期在美国名列前茅的原因之一。
依据建筑与土木工程领域全日制工程硕士课程体系需要适应的目标,构建以基础理论与知识、专业素养与能力和科学系统的思维为三大平台的复合课程目标体系,见图2所示。三大目标的实现自下而上,同时相互配合,发挥整体作用。第一平台为基础理论与知识,是建筑与土木工程领域全日制工程硕士研究生所要掌握的基础理论。其中数理类知识包括数值计算、应用数理统计、结构动力学、有限元分析等课程,学会应用数学模型和物理方法进行理论计算和试验分析;计算机类课程包括数据库设计与实现,通过程序设计帮助实现系统模拟仿真等;专业基础课程包括高等钢筋混凝土结构、高层结构结构分析与概念设计、工程结构减振与控制理论等,学会房屋建筑工程结构设计、控制全日制工程硕士研究生课程体系改革与评价与优化原理与方法;专业课包括现代工程施工组织、高层结构工程施工技术等课程,掌握专业前沿知识;交叉类课程包括建设系统工程、工程经济学原理与应用、现代管理原理与方法,培养学生交叉学科视野和系统思维方式;实践课包括实验、设计、模拟、校内外实习等,锻炼学生实践能力和创新精神;人文课包括英语、哲学及德育等课程,提升学生的人文素养。第二平台为职业素养与能力的提升,它建立在基础理论与知识的平台上。职业素养要求学生具有良好的工程职业道德、强烈的社会责任感和丰富的人文科学素养;学习能力要求学生具有信息获取、知识更新和终身学习的能力;分析解决问题能力要求具有综合应用建筑与土木工程理论、独立地分析和解决实际工程问题的能力;设计能力要求学生具有开拓创新意识和进行建筑产品开发设计的能力,以及建筑工程项目集成的基本能力;创新能力要求学生具有由跟随创新、集成创新和原始创新组成的技术创新能力;管理能力要求具有良好的组织管理能力,较强的交流沟通、环境适应和团队合作能力[3]。第三平台为科学系统的思维,是在基础理论与知识的学习和专业素养与能力的培养中逐步形成的。系统性思维要求学生从全局的角度思考问题,培养发散思维和聚合思维、直觉思维和逻辑思维,具有统筹与预见能力。
复合型课程的支撑体系
为了顺利实现课程体系改革的目标,构建自内向外的复合型课程支撑体系,内部为课程设置、教学方法和考核方式,外部为导师队伍建设和产学研结合,如图3所示。
(一)课程设置
一要加强实践课程,包括实验、设计、模拟、实习等,处理好理论课程与实践课程的比例关系,提高建筑与土木工程领域工程硕士研究生分析和解决工程实际问题的能力;二要加强交叉课程建设,合理调整技术、管理、经济、法规课程的比例,使工程硕士研究生立足于“大土木”工程背景之下,概览建筑与土木工程各学科相互间交叉、渗透和融合的特征,拓展专业并形成较高的视野;三要加强人文课程,通过专题课或者学术讲座的形式,丰富研究生的人文科学素养。
(二)教学方法
教学内容首先要更加重视其宽广性、应用性和实践性,培养工程硕士研究生的应用能力和实践能力[4];其次要反映建筑与土木工程领域最前沿的知识,使研究生熟悉研究方向的新动向,增强科研兴趣;同时要做到与后续课程和论文研究的有效衔接,减少研究生课程学习的盲目性。教学形式要以研究型形式为主,如讨论式教学、参与导师课题等,实现研究生从被动接受到主动钻研的有效转变,教师起到启发引导的作用。教学方法还要灵活多样,如模拟软件、实地调研等,优化教学过程并提高教学质量和效率。
(三)考核方式
考核方式的改革首先要改变本科阶段一贯的终结性考核制度,将课程互动评价、阶段成果和终结性考试三部分作为每门课程的成绩。在论文或设计研究阶段,要加强论文开题、阶段报告、中期报告和论文答辩的过程考查,提高专业学位的授予水平,改变目前中国“严进宽出”培养模式的不利局面;其次,要将理论课程与实践活动结合,评价学生理论知识掌握情况和与之对应的实验或实践活动完成情况,形成多元化综合评价体系,促进评价结果的客观性和公正性。
(四)导师队伍建设
导师是研究生学习和生活的指导者,导师的责任感、知识结构和学术水平是保证研究生质量的关键因素。因此,要建立公平的竞争机制对导师严格遴选,从源头上提高导师队伍水平;要鼓励导师定期深入企业了解生产实际需要,与企业合作开展科学研究工作,推动科研成果的转化。这样一方面促进导师知识结构的不断更新和学术水平的持续提升,另一方面也提高了导师对专业学位研究生有针对性的指导能力。
(五)产学研结合
学校一方面吸纳社会上具有一定学术造诣的同行专家加入导师队伍,不仅满足工程硕士研究生规模扩大的需求,而且将行业课题带进学校;另一方面通过加强与建设领域内的投资建设、项目管理、工程设计、施工总承包、工程咨询等单位的联系,使建筑与土木工程领域工程硕士研究生达到其课程学习内容适应企业和社会需求,论文或设计选题来源于工程实践的目的。
课程改革的评价体系
根据复合型课程的目标体系和支撑体系的内容,建立相应的评价体系。结合层次分析法对评价系统进行分析,计算各指标权重,进行方案层的优先排序。评价指标体系如表1所示。笔者设计调查问卷,由国内相关高校建筑与土木工程领域的专家对各指标权重评判,结果如表2所示。表2数据显示,建筑与土木工程全日制工程硕士课程评价体系的一级指标中,相对重要程度依次为:课程设置、导师队伍建设、产学研结合、教学方法和考核方式。二级指标中,课堂授课、实验、设计和实践课程的合理安排、学生参与行业单位的项目实践和导师的学术水平是最重要的三项内容,也是建筑与土木工程全日制工程硕士研究生课程体系改革的首要任务。
课程改革的建议
(一)优化课程设置
优化课程设置是基础,关键要合理安排课堂授课、实验、设计和实践课程比例,形成以实验、设计和实践课程为主,理论授课为辅的课程结构。通过适当减少人文课程学分和课时数、增加学科基础课和专业方向课的实验和设计环节,以学科基础课和专业方向课将实验和设计为课程主线,增加实践课程的时间安排等优化课程设置。这样的课程结构更有利于工程硕士研究生主动吸收知识和掌握研究方法,提高研究生在科研工作中解决实际问题的能力。
(二)加强导师队伍建设
加强导师队伍建设是关键,侧重提高导师的学术水平。针对面向实践的工程硕士研究生培养,要改变以往以论文、论著和科研成果的数量作为衡量导师学术水平的单一指标的不利局面,将导师带领学生参与企业实践和社会课题也纳入导师学术水平评价体系。学校应对全日制工程硕士导师加强工程实践训练,同时吸收不同学科领域的专家、学者和实践领域有丰富经验的专业人员担任兼职导师,承担部分教学指导工作。“双导师制”培养学生,形成优势互补,从而改变导师过于理论化的学术现状,引导导师重视工程实践,全面提高导师的学术素养。
关键词:工程监理;毕业设计;改革;实践
随着教育体制改革的不断深入和完善,本科院校和专业院校的一个重要的教育环节就是毕业设计的改革。在工程监理专业设计的改革过程中,训练和检验学生运用专业理论知识设计建筑工程的能力是各大院校需要加强关注和重视的。现阶段我国很多高职院校的工程监理专业的毕业设计都在沿用这个模式。随着教育事业的逐渐发展,对高职教育目标的培养具有深刻的认识的,对于工程监理专业的学生需要加强专业知识和实操能力的培养,有利于该专业学生日后在社会上的更好发展。
1毕业设计改革背景
该专业主要为建筑施工企业、工程监理单位培养施工技术员和监理员,学生应重点掌握建筑施工技术、施工管理及建设工程质量、进度、投资控制的能力和技能。而传统的毕业设计是进行房屋建筑及结构设计和施工组织设计及预算,主要是训练学生建筑设计和结构计算能力以及施工组织设计与预算能力,这与专业培养目标和毕业生业务规格要求有一定的差距。基于以上认识,在最后一学期对学生进行职业技能综合训练,取消传统的毕业设计,并以职业技能综合测评取代毕业设计答辩。改革效果较好,学生动手能力逐年明显提高,受到了建筑企业的普遍好评。
2改革的目的和意义
工程监理专业的毕业设计的改革对该专业学生的发展具有较大的作用,其主要是将毕业论文答辩的方式取消了,只是对该专业的学生进行职业技能的检验和训练,这样一来,该专业学生的毕业设计难度降低了很多,对提升学生的专业素质和能力具有较大的促进作用,有利于实现该专业的教学目标和教学理念的有效落实,还有就是通过毕业设计的改革,有效的统一了人才培养方面实现了培养目标与教学内容,同时也完善了该专业的毕业考核,科学合理的统一了专业规格和考核内容。最后能够促使该专业的学生在学校期间就具备良好的专业素质和职业能力,为学生日后在社会上的发展具有极大的推动作用。这样一来,对于专业能力掌握的重要性和紧迫性能够被学生充分的认识到,在一定程度上,高职的教育特色能够完美的体现,同时教师的教学质量也能够得到较大的提高,促进学生更好的就业和择业。
3职业能力(技能)实训
根据教育体制改革的需要和人次业务培养的要求,工程监理专业毕业生的职业能力实训分为三个阶段,一共具有17周的时间。首先第一个阶段,建筑工程施工图纸的设计实训阶段,其的时间共需要5周,这个阶段设计的主要目的是培养该专业学生的建筑工程的设计能力、建筑制图能力和识别建筑施工图纸的能力。第二个阶段是建筑工程监理规划的设计实训阶段,共有2周的实践,这个阶段主要的目的是培养该专业学生立足于建筑工程的施工设计图纸进行工程项目的监理规划的设计能力。这两个阶段的职业能力的实训工作主要表现在建筑工程项目施工图纸设计成绩和工程项目的规化设计成绩的评定。最后一个阶段是建筑施工和建筑工程监理的实训,这个过程共有10周的时间,主要的内容主要是训练毕业生的现场技术和现场监理工作,这个阶段有利于毕业生施工组织、施工技术和施工监理等基本工作能力的培养。在这个阶段的实训完成之后,毕业生的职业技能的综合测评需要及时的进行,然后将第三阶段实训的测评成绩与前两个阶段实训的测评成绩进行相加处理,最后形成毕业生的最终成绩。
4职业技能综合测评
4.1测评组织。由建筑设计院工程师、监理公司监理工程师、建筑工程质量检查监督站工程师、建筑工程公司技术员及我系建工教研室专业教师组成A、B两个工作组。A组为建筑工程施工测评组,B组为建筑工程监理测评组。
4.2测评试题。试题侧重技能操作和能力测试,由专业教师及施工、监理企业的专家共同编写。试题分为A、B两类。A类一建筑施工能力(技能)试题:包括技术员实务、建筑施工技术、建筑施工组织、建筑施工方案、建筑工程测量、建筑材料使用及检测等。B类一建设工程监理能力(技能),包括监理员实务、建设工程监理概论、建设工程质量控制、建筑工程进度控制、建设工程投资控制、建筑工程合同管理等,题型为案例分析。
4.3测评程序。由工作组秘书组织学生依次到A、B测评组参加测评。被测试学生随机抽取试题,需抽取A类试题建筑测量仪器的使用和施工实务或管理各一题,抽取B类试题一道。抽取试题后(试题原则上不得更换),准备10~15分钟。然后学生对测评试题进行分析回答或现场操作,答题和操作时间不得超过30分钟。各组评委根据学生答题情况,现场打分,平均分作为学生该项成绩。
5成绩评定
最后综合成绩由建筑施工图设计、监理规划设计、施工技术和工程监理实训、综合测评等四部分成绩构成。
5.1建筑施工图设计成绩(15分)。根据房屋建筑施工图设计阶段表现、施工图质量、运用理论知识的准确程度、设计说明书等综合评定。
5.2监理规划设计成绩(15分)。根据监理规划设计阶段的实训表现,以及监理规划设计的质量、规划的合理性等综合评定。
5.3施工技术和工程监理实训成绩(10分)。包括施工表现、实训日记、实训报告(总结)、答辩成绩。
5.4综合测评成绩(60分)。其中建筑工程测量20分,建筑施工内、外业管理实务20分,由学生抽取A类试题现场测评;建设工程监理能力(20分),由学生抽取B类试题现场测评。
6结束语
综上所述,工程监理专业的毕业设计改革是顺应时代的发展,其是大势所趋,对工程监理专业的毕业生来说具有良好的发展机会,通过毕业设计的改革,学校和社会能够很好的检验学生的专业素质和专业能力,从而有效的增加学生的综合素质。近年来经过调查显示,各个建筑企业和公司对毕业生的专业素养和理论知识具有较高的要求,因此可以通过完善和健全工程监理专业的毕业设计,可以有效的满足社会和企业对学生的专业要求,不仅能够促进学生的更好发展,还能够促进我国教育行业的蓬勃发展。
参考文献
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教学中,我们引导学员从对建筑工程的初步认识,到工程图纸的识读,再到工程量的计量,再到工程造价的计价与控制,最后上升到对军队基本建设项目全过程的审计;从工程识图、建筑构造,到工程计价,再到军队基本建设审计,这是一个由浅入深、循序渐进的过程。在对部队调研、对毕业学员跟进调查的基础上,我们组织教员进行教学研讨,明确了只有通过不断强化“会识图、懂构造、精算量、通财务、能审计”这五项核心能力来保证教学质量(图2)。
1.1培养“会识图”的能力工程图是工程界的语言,工程图的识读是工程审计人员必备的基本技能之一。工程图是从理论到实务的媒介,在教学过程中,我们始终是围绕军队建设项目的图纸逐渐展开的,要求学员能看懂图纸。条件下的工程图纸,不仅仅是纸质的,更多的还有电子施工图。通过对投影原理和制图基本规定的教学,使学员学习和掌握建筑工程图识读的方法,体验和认识工程图识读在解决工程审计实际问题中的作用。通过阅读、绘制建筑工程图等环节,增强学员的看图意识,培养识图能力。
1.2造就“懂构造”的能力建筑构造课程主要研究建筑物各部分的组合原理及构造方法,一般从基础、墙体、楼地板、楼梯、屋顶以及门窗等六个基本部分加以讲授。由于建筑构造技术与工程实践联系密切,新型建筑材料及构造技术的发展也日新月异,建筑构造节点也较为复杂,再加上课堂讲授的内容比较抽象,学生要真正掌握这些知识都存在一定的困难。针对这些课堂上较难掌握的内容,我们采取的教学方法是教学广泛收集素材,以学院现有的建筑为实例进行教学,通过实地观察这一实践教学环节,了解建筑构造做法。
1.3强化“精算量”的能力从投资估算、设计概算,到施工图预算、工程量清单计价,再到招投标、工程价款结算与竣工决算等是一个完整而系统的知识体系,在内容上表现为前呼后应,连贯性很强,在课程的教学中,我们把这些知识串起来讲。要使学员掌握工程预算的编制,达到教学大纲的要求,核心是精通工程量计算的方法。近年来,随着我国网络信息技术的飞速发展,工程量的计算基本上已用工程计价软件(如广联达、鲁班等)代替了传统的手算。在条件下,“打铁还需自身硬”、“万里之行,始于足下”,先夯实工程量计算的手算能力是基础,在熟悉计算规则的前提上再培养学员使用软件统计计算工程量的能力。首先对建筑面积和各分部分项工程工程量计算的基本原理进行介绍,然后对工程量计算规则进行讲解,重点强化梁、柱、板、墙四大类构件的算量,详细讲解每类构件在各种实际工程情况下的计算。为强化实用性,对具有代表性的建筑结构(砖混结构、钢筋混凝土结构、钢结构等)分别准备一套工程量清单计价编制的实例,针对工程计量举办一次算量大赛,要求学员编制一份完整的施工图预算文件,要能从一个完整的图纸案例中计算各个分部分项工程的工程量,使学员将所学的理论知识进行实务性操作。从而强化学员进行工程量计算的实际操作能力,为学员毕业后胜任工程审计岗位奠定良好的基础。
1.4深化“通财务”的能力条件下的工程审计离不开财务部门的支持和配合,工程审计人员除了具备工程造价审计的本领外,还必须同时具备工程财务管理的知识。因此,工程审计人员是否通晓财务方面的知识也是衡量培养人才的硬指标。考虑到工程财务的特殊性,通过财务管理学、基础会计学、施工企业会计、基本建设会计学等课程的学习与训练,让学员熟悉基本建设资金运动的一般规律,掌握基建财务核算与管理的基本理论与技能,通晓军队基建财务方面的知识。
1.5突出“能审计”的能力除着重强调学员理解基本概念、原理和方法之外,还要侧重审计应用能力的训练,让学员形成审计思维方式,从而掌握包括基本建设计划审计、建设项目准备阶段审计、建设项目实施阶段审计、建设项目竣工阶段审计、建设项目经济责任审计及建设项目绩效审计等在内的各阶段的审计方法和审计重点。要学员了解军队工程审计的程序,包括编制审计计划,确定审计对象,审计前的准备,下发审计通知书,实施审计,提出审计报告并征求被审计单位意见,审定审计报告,提出审计意见,做出审计决定,受理复审,管理审计档案以及条件下的联网审计、远程审计等内容。重点要学会审计目标如何确定,审计重点如何选择,审计如何实施,审计结果如何运用等。
2培养工程审计人才五种核心能力的措施
为了培养复合型的工程审计人才,必须要完善课程体系,体现以工程技术为基础、工程法律为依据、工程经济与管理为核心、工程审计为特色的知识结构[1]。工程审计人才培养应紧密结合人才培养目标,与时俱进地调整课程教学模式,以培养学员创新能力为根本目的,改革现有的教学模式,理论教学和实践教学互相补充、互相促进,教学上由知识传授转变为理论教学和实践教学有机结合。经过前期的探索研究和实践,改进条件下工程审计人才培养措施的基本思路为:以部队需求为导向、以胜任岗位任职为目标、以强化实践技能为保证。
2.1科学定位人才培养目标人才培养目标强调学员创新能力的发展,教学不再是单纯的传授知识,而是在传授知识的同时,培养学员的实践能力和创新能力。人才培养目标力求使部队需求渗透到课程建设、理论和实践教学环节以及科学研究的各方面。同时,聘请部队实践经验比较丰富的同行来校参与课程设置和教科研项目的共建活动,理论联系实践、知识转变能力,来构建具有一定先进性并与部队建设需要的课程教学体系和特色,并完善优化课程教学方案。以人为本、以学员为中心、因材施教、挖掘人的潜能,促进学员进行研究式学习。根据工程审计的特点,教学设计主要要求学员在系统掌握工程识图以及其他相关的建筑构造、建筑施工技术、建筑材料、军队基本建设审计等课程相结合,在教员的指导下,以图纸为主线,进行系统的、完整的施工图预算编制,主要是掌握其编制方法,在此基础上熟悉军队基本建设审计的内容和方法,建立其对基本建设审计的感性认识。并通过理论和实践教学,使学员掌握建筑工程计价的基本原理及土建工程预算的编制原理和“手算、电算”的方法,能独立、系统、完整地编制工程预算和结算。
2.2创新课堂教学方式方法课堂教学应十分重视充分应用各种教学方法和手段,发挥不同教学方法的长处,以提高学员的学习热情和效率,提高教学效果。以多媒体技术为代表的教育手段并配合有传统的黑板教学手段,以增大课堂信息量、提高教学水平和效果。为配合理论教学,可增强实践性教学环节,组织参观实际建筑工程或工程模型。首先要深入了解学员基础情况,帮助学员制定学习计划,指导学员掌握正确的学习方法。同时学员也及时反馈教学意见,以帮助改进教学。根据实际需要,可成立工程审计兴趣小组,培养学生学习兴趣,提供交流平台。在教学实施过程中,可根据课堂实际需要,交叉使用电子幻灯讲授、习题讲解、课堂讨论等方法,以丰富教学内容,活跃课堂气氛,便于学员理解和巩固所学专业知识。此外,在课程教学中还应注重学员的个体差异,发挥学员的主观能动性,为学员的个性发展留下足够的空间。如采用案例式、启发式、互动式教学法等,让每一位学员都有机会发表自己的观点,从而激发学员的学习兴趣、培养其创新意识、提高其创新能力,因此应当贯彻在本课程的教学活动当中。坚持以部队需求为导向、以素质为本位、以能力为核心、以学员为主体,“教、学、做合一”的原则,推行项目教学法,采用“启发式教学法”、“案例教学法”等教学方法,保证教学质量。
2.3强化实践操作教学环节实践教学不仅是对专业理论课的应用,更是对学员分析与解决问题能力、预测与决策能力的培养。要想培养学员的专业技能与专业素质,简单的在课程的最后安排几个学时的专业实践教学,其时间显然是不充足的,不能保证实践教学的效果。且现有的实践教学环节没有针对学员的薄弱环节开设,教学过程往往流于形式,针对性不强。教员必须把握要点,在教学上采用引人入胜的新方法和新技巧。工程审计相关课程涉及工程领域,而工程建设领域各专业都已实行执业资格认证制度,取得相应等级的执业资格证书方可执业,这样我们在教学中就可以以工程审计所需要的工程造价执业资格考试为牵引,因而使本专业的授课具有独具一格的特色。本类课程教学的根本目的是学以致用,培养学员在实际工作中的操作能力。这些课程多以工程实例为基础,让教员、学员充当“造价工程师”的角色,设身处地地从“造价工程师”的角度出发,参与工程实例中工程量的计算,带着问题学习,增强实用性。
2.4利用网络课堂教学平台及时准确地完成工程预算的编制,这是工程建设的基本要求,也是决策优化、公平竞争的基础。然而,采用传统的手工方法编制工程概预算却是一项相当繁琐的工作,如大中型工程项目的工程预算编制依据之广、定额数据抄录量之多、表格计算量之大、核算工作量之巨、数据分布面之广、编制时间表之紧,皆非常人所能理解、体会的[2]。目前,用计算机软件编制预算代替传统的手工操作,这一工程预算编制的重大革新是大势所趋[2]。加强对工程造价软件的推广和应用,让学员在以后的工作中能适应工程审计的要求。在课程网络教学综合平台,设置有答疑讨论区。学员在讨论区不仅可以随时提出自己在学习过程中的任何疑问,由教员及时回答,而且讨论区有许多同学的和课程有关话题的讨论,大家纷纷踊跃跟帖,发表自己的看法。网络课堂答疑讨论区的开设,很好的拓宽了课程学习维度的同时,又极大的活跃了课后学习的氛围。课程作业都是由教员在网络学堂,学员在完成之后亦可通过网络学堂提交。此外,网络教学平台附有许多和课程有关的资料以及相关专业网站的链接供学生有选择性的查阅,使课堂教学向课外延伸(图3)。
2.5改革课程考试考核方式条件下的课程考核方式也应发生变化,考试内容应以考核学员动手能力为主,考试方法由闭卷改为开卷。课程教学的学时和考核标准应合理设置,本类课程的考核标准,可采取541式,即期末考试成绩占50%,课堂讨论发言、实践活动表现等占40%,平时作业、考勤等占10%。由于工程审计会随着类型、地域不同而发生的变化,尤其是市场经济的快速发展带动了定额的不断变化,因此工程审计类课程的教学较之其它课程更为艰巨和复杂,期末考试并不能很好反映学员学习的效果。行之有效的做法是:广收博览建设市场信息(规范文本、建设文件、市场价格、定额指标等),经系统化处理后充实到教案讲稿的相应章节中,并且及时地融入课堂教学中,在教学过程中随堂提问,根据回答情况和实践环节中的表现给出平时成绩。期末考试卷面内容包括理论教学方面的基本原理方法,注重学员基础知识的掌握和应用。通过考试内容与方法的改革,调动了学员参与实践教学的积极性,促进了教学质量的提高。
关键词 大学物理 实验 学以致用 专业 联系 打基础 举例说明
中图分类号:G642 文献标识码:A
On the Combination of University Physics
Experiments and Professional Knowledge
LIU Jian
(Faculty of Science, Shenyang Jianzu University, Shenyang,Liaoning 110168)
Abstract College physics experiment teaching and the teaching content of organic combination of instance, on the importance of college physics experiment teaching and expertise, and pointed out the direction of physics experiment teaching development efforts with other disciplines, cross lateral development.
Key words college physical experiment; apply the knowledge; professional contacts; laying the foundation; example
1 学学物理实验,具有非常重要的意义
1.1 学科之间横向发展,学科知识出现交叉
高校各学科发展方向有两方面,一是向着更深、更细的分支发展,研究尖端科学;另一方面就是建立各学科之间的联系,横向交叉发展,彼此互相补充,互相充实,与实践生活结合。物理实验也如此,物理实验虽然是基础的验证性的实验居多,但是也要与时俱进,以适应学生由基础向高深尖端学科内容发展的过程。当学生刚接触高深理论时不可能立即接受,物理实验课程如果和其它专业知识结合,可能成为学生学习高深理论知识的桥梁,因为实验是具体操作,是比较容易理解的。所以,物理实验发展方向就应该向着其他学科应用方向发展,成为学生“认可的、有用的”实验课。
1.2 作为实验基础课程,可以为其他实验课程打基础
学生通过物理实验学习,多了解其他专业知识,扩大知识面。可以基本掌握实验技能,为其他专业实验的学习打下良好的基础,动手能力的提高,对学生适应社会生活有非常大的帮助。加大各届学生之间宣传力度,调动学生实验热情,使物理实验“活”起来。
1.3 与其他专业课有必然联系
(1)课程内容设置侧重基础又结合专业知识。为培养综合素质人才,大学物理实验课程结合学校各专业的特点,经过了多轮的教学实践,不断改革,本着在基础原理技能培养的基础上,将原来的物理实验内容与其他专业知识整合,融入一些学生感兴趣,便于掌握,觉得“有用”的知识点。(2)选课体系有利于学生有侧重点的学习。物理实验现在实行选课,课程内容比学生所选内容多,学生可以根据自己的需要,自由选择与他们专业相关的实验,或者要扩展知识面,选择感兴趣的实验项目,学生自由选择项目给出了非常重要的信息,学生选择结果能够帮助物理实验教师了解学生需要,可以决定学科的发展动态,能够确立实验改革的方向。(3)对各专业学生毕业论文和专题研究有帮助。多届毕业生的毕业设计很多涉及要进行物理实验和咨询,这充分说明,物理实验课程对学生是“有用”的,不少其他专业的老师到实验室借实验仪器设备,进行材料分析,研究物质的性质,测试力的作用效果。这些都充分说明物理实验对某些专题研究很有帮助。
2 物理实验开设内容与专业联系实例
对所有专业学生来说,绪论中有效数字表示测量结果都是必不可少的学习内容。建筑类学校是以土木,建筑专业为主要专业的学校,其他各专业也都要接触测量,测量结果要使用有效数字加上单位表示,为准确的表示测量结果,有效数字位数取舍是关键,有效数字之间的运算规律是依据。所以绪论知识对所有各专业学生都要求必须学习。
(1)对环境专业学生来说,制冷系数测试实验是他们的最爱,很多学生都选择该实验项目,实验中介绍压缩机工作原理,通过实验学生能够了解日常生活中的冰箱、空调等制冷设备的工作情况,这与学生专业知识的学习建立起一定的联系。学生觉得所学知识“有用”。
(2)对交通机械专业。交通机械专业的学生主要进行机械工程领域知识的学习,未来从事机械工程领域设计、科技开发和应用研究等工作。他们需要在大学阶段掌握机械工程理论、电工电子技术、测试技术、计算机技术和信息处理等各种知识。对交通机械专业学生来说,最重要的应该是设计理念的培养和创新能力的提高。他们应该首先学会将日常生活中基本物理想象和本专业知识结合起来,再通过思维的整合产生设计理念,最后达到实际应用的目的。因此,在学生学习的每一个环节上,都应该有意识的安排一些与专业相关的课程内容。比如在大学物理中有声速的测量实验,通过该实验,学生可以掌握测量超声波在空气中的传播速度的方法,同时对驻波和振动合成等理论的也有了更加深入的认识,并且可以提高学生综合使用示波器、声速发生器等仪器的能力。传感器技术在日常生活应用也越来越广泛。在以上实验基础上可以给学生提供传感器,超声波发射接受等装置启发学生设计汽车倒车防碰装置。实验课与日常实际应用的结合吸引了学生的眼球,学生顿时觉得枯燥的实验内容有用了,即使实验有一定难度,学生也非常愿意做,这样就达到培养学生思考的目的,同时培养了他们的设计理念。
(3)对信息专业。信息与控制工程专业的学生将从事建筑智能化及电气自动化工程设计、施工、运行管理和科学研究等领域工作,学生需要掌握建筑自动化,电气自动化,通信自动化,安全保卫自动化等专业知识,具有建筑电气自动化工程设计、施工、系统运行与维护等基本能力。通信中应用最多的应该是光纤,物理实验课程中设置了光纤传感技术相关内容,通过光纤传感器原理的学习及对光纤传感器的实际应用使学生掌握位移、电压、温度信号的基本物理量的测量。在物体导热系数测量中,通过导热系数PID自动控温系统的介绍,使学生从实际中掌握所学专业的实际应用的意义,使学生更加热爱学习,同时也增强了学生对自动控温技术的理解。
(4)对土木专业。土木专业主要培养从事土木工程的设计、施工、安装、管理、科研以及工程项目规划等方面工作的高级工程技术人才。该专业学生通过系统学习和基本训练,掌握结构工程、道路与铁道工程、桥梁与隧道工程、岩土工程和地下工程等学科的基本理论和知识,具备土木工程项目的勘察设计、研究、开发、施工与管理等初步能力。要想具备以上能力必须学会测量。测量是土木学院学生最基本的技能。为培养学生测量能力,在物理实验中设置了分光计的应用实验,让学生学会测量光学角度,会进行光谱分析。学会用自准法调节仪器,分光计的调节比较麻烦,通过该实验培养学生的耐心,让学生懂得,要测量精确,前提必须熟练掌握仪器调节。从而可以使这种理念应用于专业测量仪器上。
(5)对材料专业。材料专业主要培养建筑材料科学与工程领域科学研究、技术开发、工艺和设备设计、建筑施工、监理、材料检测、技术及经营管理等方面工作技术人才。学生通过系统学习和专业训练,掌握该领域的基础理论、专业知识和基本技能;研究无机非金属材料及其复合材料的组成结构、合成制备与性能之间的关系;探索无机非金属材料及其复合材料的制备、加工工艺技术及性能测试评价。以无机非金属材料科学为中心,以工业化、工程化高新技术为先导,发展新型无机非金属材料。对无机材料物理性能了解需要通过一定测试和研究获得,物理实验对材料专业学生设置导热系数测量实验,使学生掌握导热系数测试仪的使用,会用稳态法测量不良导体导热系数方法,加深对热学基本知识的理解。
3 结论
大学物理实验作为基础操作课程,一定要与学生的专业学习联系起来,让学生觉得学学物理实验是非常必要的,是有用的。任课教师备课过程中,不应该仅局限于课本知识的熟悉,还要了解所教授学生涉及的专业知识领域,将实验教学和专业知识的结合既有利于调动学生的学习积极性,也有利于物理实验内容的充实。
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