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1 引言
输油管线课是油气储运工程专业的主干课。管线设计和输送工艺是该课程的核心内容,要求学生掌握输油管线的设计方法,具备基本的设计能力;掌握管线运行的基本知识,具备判断并处置各种工况的能力。
输油管线课的内容包括固定管线和机动管线两部分,二者既有相同之处,也有所区别。对于机动输油管线来说,输油时临时地面铺设,输油任务完成后撤收。因此,它具有线路状况的不确定性、工艺设计的快速性、输送设备的通用性以及意外工况处置的特殊性等特点[1]。课程的理论课教学,精讲管线输油的基本原理、工艺设计计算、各种工况的分析判断方法等内容,通过课程设计、实验、实习巩固所学的理论知识、分析方法,并探讨研究尚无定论的问题。几年的实践表明,课程理论教学与课程设计、实验、实习相结合,是提高教学质量的有效途径。
2 实践教学分析
输油管线课实践教学的内容比较丰富,包括针对管线工艺的课程设计、管线输送的各种实验(沿程摩阻实验、水击实验、输送工况实验、排空实验、不满流实验等)、输油设备的操作实习、管线输送的综合实验等。
课程设计是由教师给学生提供基础数据,学生运用所学过的知识,独立完成一条机动管线的设计计算,提交设计图纸和计算说明书。各种实验的组织方式依实验本身的性质不同而异,有所不同,有些安排在课程教学中进行,有些则安排专门的实验课。设备操作实习、管线输送综合实验安排集中周实施。
本课程实践环节内容多,学时较少。2008年之前,实验条件主要是实际设备和属于物理模拟的管线系统,实践教学的效果不够理想。属于验证性、演示性的实验(比如管线沿程摩阻、不满流实验),能够达到教学的要求;对于设计性、研究性实验,由于实验准备工作多、时间长,实验的效果难以完全达到要求;用实际管线设备进行的综合性实验,学生分布在不同的岗位,许多实验过程没有实际体会,能力的锻炼有局限性;创新性实验只是极少数学生有可能在课外进行。
分析实践教学状况,可以看出:验证性、演示性实验在实践教学中扮演主要角色;设计性、研究性实验没有得到足够的重视,停留在传统的方法上;创新实验还不利于培养学生的创新意识和创新能力;综合性实验更多的是形式,研究得不够。
3 实验教学平台建设[2-5]
按照“虚实结合、互为补充、综合运用、注重创新”的实验教学理念,经过多年的建设,构建了虚实结合的实验教学平台(图1)。
一是采用物理模拟的手段,建设了一条长度为3.2 km的小口径管线系统,设置多个调速泵站,工艺流程与实际管线相同。既可用水代油进行实验,以节约实验经费、便于管理、确保安全,又能用实际油品实验,进行输油工况特别是不同油品的顺序输送研究。建设了一个供油装备性能检测实验室,能够进行各种输油设备、器材、仪表的性能实验。
二是运用模拟仿真技术,构建机动管线模拟训练系统。将管输动态分析运用于输油模拟实验,真实反映管线系统流动状态变化的全过程,开发了工艺设计、输油仿真、调度指挥、泵站监控等软件。可以根据需要设置不同长度、不同起伏状况的虚拟管线,进行各种工况的模拟实验。建设了油料器材、设备仿真实验室,构建了仿真实验平台,开发了软件,为学生提供了学习、研究和创新的环境。
三是研制了以机动管线制式输油设备为原型的输油泵机组、供油泵机组半实物模拟器。模拟器仪表、指示灯、操作手柄的布局与实物相同,所有操作与实物一致,既能够进行输油泵机组、供油泵机组的使用操作训练,又能与模拟软件构成完整的模拟实验管线系统,进行输油调度、情况处置的实验。
四是配齐了能够铺设10 km管线,开设四个泵站、两个计量站的机动管线管子、器材和设备,为学生进行综合输油实践提供了物资基础。
4 教学实践
2009年以来,在教学实践中运用已建成的实验教学平台,对输油管线系列课程的实践教学进行改革与探索,取得较好的效果。
用虚拟管线对课程设计进行优化 课程设计阶段,学生分成若干个小组,3~5人为一组,教师给学生提供课程设计的基础数据。先由学生独立完成一条机动管线的有关计算、流程设计、泵站布置、排空设计等,形成初步设计方案和设计说明书;再分组将每人所设计的机动管线系统按照设计参数构建虚拟管线,进行计算结果的验证和设计方案优化,讨论并找出设计中存在的不足和问题;第三步是每位学生修改完善自己的课程设计。此做法既加深了学生对管线设计内容的理解,熟练掌握设计方法,又学会了利用计算机软件进行输油管线设计的方法。
用物理模拟系统进行输油设备性能实验
一是结合理论课的教学进度,分别进行管线输油的有关单项实验。比如利用小口径管线系统进行管线沿程摩阻、开式和闭式输送方式等验证性实验,长陡下坡线路不满流、气顶液排空等演示性实验等。利用供油装备性能检测实验系统,进行阀门流通能力、流量计检测精度等实验。在进行验证性、演示性实验的过程中,使学生学会实验设备、仪器的使用,熟练掌握实验方法,能够进行实验数据的处理。
二是进行管线输送的综合实验。综合实验分组进行,8~10人为一组,学生担任不同的角色、岗位轮换进行实验。按照管线输送的程序,主要进行管线充油、输送、典型工况变化、停输、排空的实验,人为造成输送过程中管线水击、位置固定的线路泄漏等实验。每组学生实验前提出实验方案,在教师指导下进行实验。
用模拟器进行输油设备的操作训练 机动管线泵机组由发动机驱动,输油中采用改变泵转速的方法进行输油压力调节,泵机组的操作水平直接影响管线输送的稳定性和安全性,因此,学生应当熟练掌握泵机组的操作。实物操作练习的效果好,但准备时间长、油耗高、易损坏设备和仪表,且受天气、场地等条件限制,训练效益较低。泵机组模拟器(图2)研制成功后,在教学实施时,先让每个学生在模拟器上进行操作练习,操作熟练后再动用实物练习。这种虚实结合的操作训练,有效地增强了训练效果,节省了经费。
用管线模拟系统进行输送工况实验 利用小口径管线系统进行管线输送实 验,虽然可以使学生掌握管线输送的基本情况,巩固理论课学过的知识,提高学生的动手能力,但是该管线系统站距较短,远小于实际管线,所输送的液体不可压缩,压力波沿管线传播的时间与实际管线相差较大,因此,管线输送中的特殊工况(比如最常见的线路任意位置泄漏)在物理模拟系统中难以进行实验。
构建包括泵站监控、输油调度、系统仿真、训练考核等软件和泵机组模拟器的机动管线模拟训练系统(见图3),采用真实的数据构建虚拟管线,设置虚拟情况进行与实际相同的输送作业,进行各种输送工况的实验。学生8~10人为一组,其中两人担任输油调度,负责设置实验工况,其他人在不同岗位进行操作,学生岗位轮换。学生也可以利用软件,独立进行管线输送的计算机模拟训练。学生可以应用管线模拟系统,探讨所感兴趣的问题,验证学过的输油工况变化规律、运行自己编写的有关计算机程序。
实物实验、模拟实验互为补充,克服了以短管线代替长管线实验所造成的数据失真问题,泵站操作和输油调度紧密结合,训练与实操无缝衔接,提高了实验的针对性、有效性。
用机动管线输油装备进行综合实验 实物综合实验单独安排,集中一周的时间进行,重点练习管线各种地形的铺设、穿跨越障碍、泵站开设和输送中的配合作业;检验课程理论教学、实践教学的学习情况,运用所学知识解决实际问题的能力;研究、探讨管线输送中出现的新情况、新问题;学习新研装备、新开发软件的使用。
用虚实结合的实验平台开展创新实验 在教学的各个环节,始终注意培养学生的创新意识、创新精神和创新能力。在理论教学中,把不同的学术观点介绍给学生,鼓励学生发现问题、提出问题、解决问题;实践教学中,鼓励学生在完成必须完成的实验任务的基础上,利用各种实验条件,进行探索实验、创新研究,并取得明显的成效。比如,利用供油装备性能检测实验系统,填补了多项国外引进油料器材的性能参数;进行了新研输油器材的探索实验,为确定其技术指标提供了数据支撑。利用油料器材、设备仿真实验系统,针对阀门的现场维修,提出了改进方案;对水底裸管铺设穿越河流进行模拟仿真,提出了新的稳管方法,获国家发明专利;利用管线模拟仿真系统,提出了不同口径机动管线配合使用的技术方案。
创新实验除了在课内安排一些学时外,更多的是学生利用课外时间进行实验。在教师的指导下,单个学生独立实验或兴趣小组专题实验,课外实验要提前预约。几年的教学实践表明,这种实践教学方法对激发学生学习的热情、探索的欲望,提升创新的信心和勇气,培养严肃的工作态度、严谨的工作作风,提高创新能力有显著的作用。
5 结语
虚实结合的实验教学平台,将流体机械、检测技术、计算机模拟仿真等融为一体,充分发挥实物实验、虚拟实验各自的特点和优长,互为补充,为实践教学提供了丰富的手段,克服了传统实验存在的问题,对培养和提高学生的动手能力、实验能力、创新能力发挥了重要作用,几年的教学实践充分证明这一点。随着教学改革的不断深入,应进一步深入开展实践教学的研究,探索规律,总结经验,不断提高人才培养的质量。
参考文献
[1]张伟明,雍歧卫,蒋明,等.输油管线课程实践教学改革[J].实验室研究与探索,2008(1):119-121.
[2]李兵,邢立民,等.运用模拟教学平台培养学生的实践能力[J].实验科学与技术,2007(6):114-116.
[3]张伟明,蒋明,等.输油管线模拟实验系统的构建[J].实验技术与管理,2009(4):60-61.
关键词:电气工程 工程应用 培养体系 建设研究
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)11(c)-0168-02
1 该文研究的背景
1993年,麻省理工学院前院长莫尔提出“大工程观”这一概念,此后,世界高等工程教育领域要求“回归工程”的呼声越来越大。在美国很多工学院设有称为“Special program”的工程实践项目,培养学生工程实践能力。欧洲工程教育整合了工程中的理论与实践,提出了融合“专家型”与“通用型”培养目标、满足多样性需求的课程体系。比利时鲁汶工程联合大学坚持“基于项目的学习”,并通过项目“工程师的一天”,完成学生对于工程师的认知学习。
国内学者也对工程教育进行了深入研究,赵婷婷在《课程综合化:中国高等工程教育改革亟待解决的问题》中强调课程体系的综合化是工程学科综合化当前亟待解决的问题之一。浙江大学王沛民在《工程教育基础-工程教育理念和实践的研究》中,论述了工程教育课程的相关问题。刘吉臻等在《工程教育课程改革的思维转向:工程化的视角》中指出,课程目标要从学科知识体系转向为工程技术与实践能力的培养,必须运用集成化的思维去构建课程体系和内容。王仲民等对传统课程设置中“理论-实践,认识-技能,基础-应用”的单向思维模式提出了质疑,强调工程教育要围绕工程实践重新组织课程。2006年6月,教育部战略研究重大专项课题“面向创新型国家建设的中国工程教育改革”第三次研讨会在徐州召开。此次会议纪要提出:要使课程设置从单一的“工程专业课程”转变为以“大工程观、大系统观”为指导的课程架构体系。高等工程要教育培养出能适应社会经济、科学技术、文化发展需要的工程人才。
2 该文研究的目的和意义
电气工程及其自动化专业本身就是一个工程性很强的工科专业,课程体系与结构的设置水平,直接决定其工程应用能力的高低,在改革其课程体系过程中,应突出地反映这一特点。以“大工程观”教育理念为指导,将工程所需的知识、方法、手段等融合到课程体系中,特别是与工程紧密相关的人文、管理、社会责任等,在大工程观的教育理念下采取项目教学的方式将实际工程问题带入课程内容,完善其课程体系,让学生从一个个完整的项目学习过程中,潜移默化地接受工程意识,从而达到增强工程意识与能力的目的。
党的十七大提出了走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署,实现这个目标势必需要大批工程技术人才。这就需要在构建培养体系时突出工程能力的培养,工程能力是工程师最基本的素质之一, 但其培养却是我国当前高等学校教育体制中的薄弱环节。我国高等院校发展近年特色不明显,并偏于强调通才教育的重要性,大部分本科院校的培养目标执着于培养各种高层次的研究型人才,培养的学生侧重于基础理论与研究,本科层次的实践动手能力没有得到应有的重视,从而造成了高等教育人才培养体系中工程实践教育一定程度的缺失。
3 构建面向实践与应用的电气专业课程体系
通过分层次总结和分析国内外高等院校电气工程及其自动化及相关专业培养体系的现状,对国内研究型大学以及国外著名高校的电气工程及其自动化及相关专业培养体系进行分解对比,结合实际,初步制定了电气工程及其自动化专业培养体系框架。在突出特色的同时,希望既能培养电气工程及其自动化专业学生的工程应用能力,又能强化学生的科技创新能力。
根据该校的师资和学生情况,将专业培养目标设定为培养具备电气工程领域扎实的基础理论、专业技术和较强的实践能力,能够在电力系统及其自动化、电力电子及电力传动等电气工程领域从事系统设计、研发、运行维护等工作的工程应用型技术人才,并分为电力系统及其自动化、电力电子与电力传动两个专业方向。电力系统及其自动化方向主要围绕电力系统的规划、运行、调度和监测及控制技术,面向电力系统运行的运行控制、调度等领域进行培养。电力电子与电力传动方向以电气工程领域内的大功率电力电子器件、电气传动控制系统为主要研究对象,培养学生在电能质量控制与新能源技术、现代电力电子器件等方面的技术应用能力。
所有课程分为公共基础课、学科基础课、专业课三大部分,为提高学生的人文素养,在公共基础课中设置了素质选修课,强化人文素质。公共基础课和学科基础课与其它电气类专业大体相同。专业课分为必修,方向选修和任选三部分。为了强化培养学生的工程能力,在课程学时比例设置上加大了实验、实践环节所占的比重。针对主干课程和学生工程能力培养的需求,设立了工程训练、计算机实习、电工电子实习、电子线路课程设计、数字电路课程设计、电力电子技术课程设计、自动控制原理课程设计、运动控制系统课程设计、认识实习、电气控制及可编程控制器课程设计、生产实习、电气工程基础课程设计、电力系统分析课程设计等实践环节,总学时达到了35周,在整个教学环节中所占比重明显提高,达到了总学分比例的20.3%。此外,实验学时在课程总学时的比例也进行了调整,大部分课程都缩减了理论学时,增加了实验学时。如电机及拖动基础,实验由8学时增加为16学时,电气控制及PLC由8学时实验增设为34学时,理论教学缩减为32学时。
4 结语
该文以建立工程应用型电气工程及其自动化专业培养体系为主要研究内容,以提升电气工程自动化专业本科生的工程素质为研究目标,对电气工程及其自动化专业课程体系的建设进行了初步探讨,对于培养面向新型工业化的电气工程及其自动化专业高级工程技术人才具有一定的参考意义和实用价值。在实践过程中还需要根据实际执行状况不断进行反馈,逐步对培养体系进行修正,不断完善培养体系。该文参考了诸多院校网上公布的有关专业的培养方案,在此表示感谢。
参考文献
[1] 赵婷婷,雷庆.课程综合化:中国高等工程教育改革亟待解决的问题[J].高等工程教育研究,2005(2):32-36.
[2] 王沛民.工程教育基础-工程教育理念和实践的研究[M].高等教育出版社,2015.
关键词:微课程 设计 模式 应用
在我国,广东省佛山市教育局胡铁生基于现有教育信息资源利用率低的现状,率先提出了以微视频为中心的新型教学资源――“微课”。微课是指按照新课程标准及教学实践要求,以教学视频为主要载体,反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源的有机组合(胡铁生,2011)。
但目前关于微课程的研究大多仍在阐释其理念与应用前景,故需要对实践中的微课程设计模式进行深入的审视与总结,本文对多种设计模式进行探讨,以期为微课程理念如何更好地促进学生学习寻求启示。
一、微课程的设计及教学应用模型
1.内容设计――知识点的微型化处理。在内容选择上应主题鲜明,不追求内容的系统化覆盖,而是依据“微目标”的标准和最小粒度原则,选择短小精悍且自包含的知识点材料。每一组块的微视频都能够独立承担单一、完整的知识内容,这些知识点能够、但不必需与其相邻近的知识点松散组合。在内容分割上,尽量将课程分割成微小的知识点,或者提供给学习者一个单一而且有实际意义的主题,以便学习者可以在短时间内完成学习。具体实践上可以采用微内容结构脚本进行知识点的切割处理:将传统教学中一个整体的教学内容分割成“主题――话题――学习对象”三个部分,其中,一个学习对象承载着一个单独的知识点。
2.媒体设计――合理运用视听媒体技术。因为微课程视频的持续时间更短,所以要求教师合理把握教学内容导入的节奏,拍摄时宜多采用教师以及黑板(投影屏幕)的中近景景别;字幕的强调和提示功能非常重要;镜头调度做到意有所指而不是做毫无意义的推拉变化等。对倾向于视听演示性的微课程来说,在实践中常采用“屏幕录制软件(如 Camtasia Studio)+PPT”的制作组合。
3.可用性设计――加强艺术表现力和情境感染力。在微课程的设计、制作以及的过程中,应始终重视用户体验,把学习者需要放在首位。让短短几分钟的微课程带有艺术气质的美感或闪现智慧火花的幽默;让微课程中的小故事和小策略能够设计得更为巧妙深刻;能够科学合理地实现最小粒度原则控制学习任务负载;能够更好地实现声画匹配、噪音控制、镜头转接以及流畅播放等。
二、基于微课程的信息化教学模式设计
在相关研究中,微课程大都贴上“教师”的标签,意味着微课程的制作一般都由教师来完成。 鉴于微课程制作具有可选的方法多、 操作简单的有利条件,该模式尝试以学生自制微课程为切入点。
1.课前学习,建构新知。(1)搭建微课程开放交流平台。该平台将实现以下基本功能:信息与资源共享;互动与答疑;练习与测试;学习跟踪。(2)自主学习新知识。在学习过程中, 学生可以在平台上各抒己见;可以完成教师布置的预习作业初评自己的掌握程度;还可以及时提出碰到的疑问和难题,学生对自己感兴趣的话题可以进行回复、评论,“提问――回复”形成N对N的辐射性深度参与方式,互动解惑,完成自己对研究主题的意义建构。
2.课堂内化,探究知识。(1)组织多元课堂活动。建构主义学习理论认为,知识获取是学习者经过自我协商和相互协商发展知识, 达到意义的最终建构的过程。因此,教师要积极创造有利条件,吸引学生开展协作探究学习。(2)促进整体式协作探究。学生将个人或小组的各类成果制作成微课程的形式到平台上与大家分享交流,实现知识的输出。教师应及时记录学习情况,充分挖掘学生在探究过程中的潜在创意,做好建设性指导与评价。
3.课后复习,巩固已知。利用平台上用于评价的资源自我评估, 判断自己是否成功掌握了知识,达到学习目标。根据归纳与探讨,现有以下观点:
首先,应注重与现实课堂的整合。微课程应当扎根于现实课堂,作为核心教学资源的微视频在课堂中可以承担不同的角色: 课程引入、核心概念讲述、探究过程的演示、课后的练习等; 在与课堂整合层面,需要注重教学设计。其次,微课程不仅仅是微视频的呈现,而是一门完整的课程,有一套完整的教学设计, 因此教学支持服务应当是其中不可或缺的部分。最后,学习资源动态生成,师生相互建构学习内容。片段化的微课程需要系统性,需要多种类型的资源以一定的结构进行组合并形成有意义的关联:这种关联不是线性的,而是发散性的网状结构;不是静止不变,而是在动态前进的一门微课程的设计雏形出来之后, 需要经过教师同行、学生进行评判、实践, 并在交流中不断对微课程这个产品进行完善。
参考文献
[1]关中客 微课程[J].中国信息技术教育,2011,(17),14。
“微课程”是指时间在10分钟以内,有明确的教学目标,内容短小,聚集一个问题的小课程。有以下特点:容量小:一个课程仅围绕一个特定的知识点;时间短:教学视频一般不长于10分钟;自足性:一个微课包括教学目标、教学内容、教学资源、教学活动、教学评价等,具备完整的教学设计;基元化:不能再分成小的单元;易传播:适合移动学习和碎片化学习。
按照课程所体现的内容,分为理论讲授型微课程,内容适用于讲解基本概念规律或原理等;推理演算型微课程,内容适用于原理、规律、定律的推演等;答疑解惑型微课程,内容适用于习题、解惑等;情感感悟型微课程,内容适用于德育类主题内容等;技能训练型微课程,内容适用于动作技能、操作技能、语言运用技能等内容;实验操作型微课程,内容适用于利用仪器或设备、器材还原过程发现规律等。
二、如何设计好适合学生自主学习的微课程
学生究竟需要什么样的微课程?部分教师已经形成了长期以讲授为主的“计算机辅助教学”的思维定势。因此,学习运用微课程的过程,其实是教师转变教学理念,掌握信息时代新的教学方式和教学策略的过程。在这一转变过程中,教师首先自己要学会微课程设计制作方法。微课程设计制作需注意:时刻谨记微课程用户是学生;一个微课程只说一个知识点;尽量控制在10分钟以内;不要轻易跳过教学步骤,即使是很简单、很容易的内容;要给学生提供提示性信息(例如:用颜色线做标记,屏幕侧边列出关键词,用符号图形标注等);微课程是整个教学组织中的一个环节,要与其他教学活动环境配合,记住:在微课程中适当位置设置暂停,或者后续活动的提示,便于学生浏览微课程时转入相关的学习活动,让学生在学习单统一调度下学习微课程;微课程应有恰当的提问,问题的设计要恰当安排基本问题、单元问题和核心问题,灵活使用多样化的提问策略促进学生思考;每一个微课程结束时要有一个简短的总结,概括要点,帮助学习者梳理思路,强调重点和难点;对一些重要的基本概念,要说清楚是什么,还要说清楚不是什么,让学生明确基本概念和原理;对于关键技能的教学,要清楚说明应该如何做,不应该如何做;用字幕方式补充微课程不容易说清楚的部分,注意:只需呈现关键词语,不必像电视剧一样将所有台词都打出字幕,这会增加学生的阅读认知负荷;教师要使学生养成良好的自主学习习惯(例如,要根据学习单的指导看视频,看完视频以后要回到学习单讨论、练习),要告诉学生使用微课程的技巧(例如,遇到没有听懂的地方可以暂停重听);在学习单上将微课程和相关的资源与活动超链接起来,方便学生在学习单的统一调度下跳转学习;一门课程开始的时候,要清楚地介绍这个课程的评价方法和考试方式,引导学生根据教学目标学习。
三、中小学信息技术微课程开展情况
1.信息技术与微课之间的关联
信息技术是指能够完成信息的获取、传递、再生和使用等功能的一类技术,它通过教师直观的讲解及简单的演示,然后通过学生的自作练习掌握技能。信息技术课程在与其他传统学科相比具有以下特点:基础性:信息技术课程的设置将为学生今后有效地解决实际问题做好基础铺垫;发展性:信息技术课程起步晚,各方面还不够成熟总在不断变化与发展;实践性:操作与知识和过程与结果两大块并重。
信息技术课堂是由若干个短小精悍的微课学习环节组合的,如能将其中的教学环节制作成微课,学生就可以结合个人的兴趣和能力选择适合的学习内容,达到因材施教、弥补个性差异、查漏补缺的目的。
微课是以信息技术课程为基础而开展的一种新型的教学模式,符合由美国哈佛大学教育研究院的心理发展学家霍华德加德纳(Howard Gardner)提出的多元智能理论中所强调的语言、空间、音乐等智能的培养和发展。
2.现阶段中小学信息技术微课程存在的问题
在信息技术课程的具体实施过程中,由于受到各方面的限制,微课建设方面存在以下问题:学校或教师对微课、翻转课堂等概念的理解不到位,造成错误的盲目实践;面向的教学对象模糊,教学目标定位不清;对微课的本质认识不清,与传统课程教学组织形式相混淆;在设置教学环节时不规范;技术和设备的限制,拍摄效果差。
3.中小学信息技术微课程的优势
微课作为一种新兴教学设计模式和学习方式,可以预见将具有较好的教育应用前景。对于教师来说,微课可以作为一种新的教研模式利用,它突破传统的听课评课模式,有了微课资源的支持,教师的电子备课、课堂教学和课后反思将更具针对性和实效性,基于微课资源库的校本教研,区域网络教研将大有作为,教师将在这样的资源应用中得到更好的专业提升。
对学生来说,如果有足够丰富的微课资源,就能更好地满足个性化学习,实现按需选择学习,既可查缺补漏,又能强化巩固,是传统课堂学习的一种重要补充。我做过一个利用电子日历来探究年月日知识的课件,也曾尝试在不同环境上过该课。我发现,对于可操作性强的教学内容,可放手让学生通过操作学习相关知识,教师的作用就是向学生提供探究学习材料和作引导,使研究有较强的目的性。
1 CDIO人才培养模式
CDIO是当今国际高等工程教育的一种创新模式,其核心理念是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO 培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,要求采用综合的培养方式,使学生在这四个层面达到预定目标。
2 课程教学现状
在整个计算机科学与技术知识体系中,操作系统课程具有承上启下的重要作用。它既是对先修课程的总结和提高,提高学生对计算机系统的整体理解,又为学生学习后续专业课程打下必要的知识基础,引导学生理解大型系统软件的基本结构、模型和算法,掌握各类系统的集成应用。在应试教育的大背景下,由于课程本身较强的逻辑性和抽象性决定该课程的难度较大,学生的实践能力不强,总体来说存在如下问题:
2.1 教学内容抽象
操作系统课程中主要涉及到进程管理、作业管理、内存管理、文件系统和设备管理等五部分内容。五部分内容相互联系,构成了操作系统的课程主体。学生在学习操作系统中常常发现操作系统课程中内容与 Windows、Linux、Android和IOS等系统有很大的差距。课程所学内容和实际操作脱节,因此很难提高学习兴趣。而教师在教学过程也常常遇到不同章节连贯性差、理论性强等问题,使得授课过程大受影响。
2.2 实验手段单一
操作系统教学主要分为理论教学和实践教学两部分,总共为72学时。由于实践教学课时很少(仅为18学时),学生缺少实践锻炼,很难深刻理解操作系统的基本原理。有些学校增加了课程设计环节,但时间也很短,想要在短短几周时间内完成操作系统的课程设计,显然也不符合实际情况。目前我们学校操作系统课程实验安排是让学生模拟实现几个经典算法,比如进程调度算法,存储器管理中静态、动态分区算法。实践教学中验证性内容偏多,设计性、综合性和探索创新性实验内容偏少,没有适当的方式激发学生的编程兴趣,使学生获得乐趣和成就感,因而也影响学生探讨问题的积极性和创新能力的提高。
2.3 教材陈旧,理论重于实践
国内的操作系统的教材普遍注重理论性,内容有些陈旧,没有将一些新颖的知识引入课堂,大都是原理的介绍但又缺乏理论和实践的连贯性,而规范的课程实践指导资料市面上比较少。操作系统是一门实践性很强的课程,光靠这些理论知识是无法使学生真正地掌握操作系统的设计思想和理念的。
3 基于CDIO模式的教学改革思考
在深刻认识传统教学模式下《操作系统》课程教学过程中的众多弊端,笔者开始尝试借鉴CDIO的培养模式,从以下几方面进行改革。
3.1 以问题为驱动改革教学内容
操作系统中的算法都很抽象,容易产生枯燥乏味的感觉。为了激发学生的学习热情,培养学生分析问题、解决问题的能力,在教学过程中采用问题式驱动教学法。在知识点的讲授过程中采用“提出问题---分析问题---解决问题”的模式,引导学生由生动的实例过渡到操作系统的算法中。比如在介绍了死锁的概念后,抛出问题“怎么样能有效预防避免死锁的发生?如果你是操作系统,怎么解决这个问题?”可以让学生互相讨论,提出自己的观点,随后引入银行家算法来解决。通过这种方式调动学生的主动性,营造活跃和谐的课堂气氛,既给学生提供了充分的思考、质疑探究和创新的空间,又提供机会让学生边学边做,能对所学的知识理解得更加深入。所以这需要授课教师在备课中好好设计问题,吸引学生注意力调动积极性。
3.2 以实用为导向的教学
在进程管理章节,介绍信号量的PV原语,这是一个难点,要让学生更容易接受理解,可以补充选择身边的事例进行分析,比如司机售票员之间要想正确的同步,必须采用信号量机制在协调他们的活动。在整个教学过程中,一般会设置3-9学时的“指导性自学”环节,如能充分利用好这个环节,会达到事半功倍的教学效果。每节课设置一个课程相关的开放话题,分组讨论,指导学生课前查阅资料制作ppt上台演讲,最后老师总结发言。这样以来,变学生被动学习为主动学习,提高了学生学习的积极性,充分发挥了学生的主观能动性,也增进了师生之间的交流沟通。
3.3 网络教学综合平台
笔者所在学校在两年前就开通了全校的网络教学综合平台,给学生营造一个良好的自主学习氛围,将教学从课堂延伸到课外。网络平台中的电子教案、课后练习、实验辅导、教学录像等教学资源为学生提供课外自学的网络环境;在线答疑、作业提交、网上留言为师生提供了实时和非实时的交流互动平台。同时教师也可以不断更新教学资源,上传操作系统新发展动向和技术等相关资料。
3.4 课程考核评价体系改革
课程考核评价是对教学有积极导向作用,是检验课堂和实践教学质量的重要手段。传统考核方式偏重理论知识考核。为充分发挥考核评价体系的导向作用,笔者在探索构建开放式、全程化的考评体系。课程总评成绩中,平时成绩占50%,期末成绩占50%。平时成绩综合考量学生出勤、课堂提问、课程实验、课后作业等情况等,有效地将学生自主学习等情况纳入考评体系。通过改革课程考核评价的内容、形式和方法,充分体现了CDIO模式下的能力培养目标,有效促进学生在注重实践、积极参与的精神和动手能力等方面的培养,基本达到了强化专业学习基础、突出编程能力的培养目标。
关键词:课堂教学;实践教学;创新能力
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
“计算机操作系统”是计算机专业的一门重要专业基础课,传统的课程教学着重讲授操作系统的基本概念和原理,课程内容主要包括进程管理、存储管理、输入输出系统、文件系统、用户接口五大部分。作为计算机专业的传统必修课,“操作系统”课程的重要性是勿容置疑的,但该课程传统的教学模式中存在以下几个显著的问题:
(1) 内容枯燥难懂,充斥着大量的原理和概念。由于很多教材的内容以及课堂的讲解都很少与实际操作系统相联系,学生往往觉得课程中的概念、原理抽象而且苦涩难懂,由此对课程学习缺乏兴趣,最后以死记硬背对付考试。
(2) 课程的内容陈旧,远落后于该领域最新的研究成果。如计算机系统安全、分布计算、嵌入式系统等内容几乎没有涉及。
(3) 课程实践环节与理论学习严重脱节。由于课程内学时的限制,传统的实验环节往往是对主流操作系统(如Linux)的初步接触与使用,而对操作系统内核本身没有任何触及,这样学生在课堂中所学的操作系统原理以及概念流于形式,对以后从事这方面研究或系统开发工作的帮助十分有限。
本文针对操作系统传统教学模式存在的问题,并在总结和完善该课程以往教学实践和经验的基础上,提出了构筑全新的“教―学”体系,建立长效“实践教学链”教学模式和实践、尝试创新型的“六步教学法”。我们“计算机操作系统”课程组将其运用在该课程的教学教育改革过程之中,取得了明显的实际效果。教学质量显著提高的同时受到了学生们的好评和院校两级督导组的肯定。我们建设的“操作系统”课程已于2006年评为西北工业大学
校级精品课程;2007年获得校级教育教学改革研究项目的资助;2008又获得教育部――微软精品课程资助。下面是对该课程课堂和实验教学创新实践的总结供同行及相关人士探讨。
2重视课堂教学仍是现阶段课程教学的基础
2.1课堂教学,需要“适应国情”
尽管随着我国教育和科技的发展,许多国内一流高校的计算机课程体系在不断的改革,但对于地处西部的本科学生而言,不论从其自身的家庭环境,还是就读高中的计算机教育情况都有所不同,因此计算机文化从一入学就参差不齐;加之大学三年的学习后,同学之间在对计算机本身的理解和实践水平上相差甚巨。这种情况决不是个例,几乎每年授课时都会遇到,所以主讲教师在授课速度、课程内容以及授课方法的选择上,需要在教材的基础上制定可被大多数学生接受的教学大纲和计划,以便使学生在最大程度掌握知识的同时提高学习兴趣。在目前的国情下我们还无法做到一对一(或一对少量)的教学,因此在实施教学的过程中把握这样一个原则,即主要抓中间,兼顾两端,是我们这几年在课堂教学方面的一个基本经验。根据实际的学生反馈,这种照顾大多数学生“适应国情”的方法具有一定的推广意义。
2.2课堂教学,需要“提高教师水平”
在所有课堂教学环节中,要达到高质量的课堂教学效果,教师的引领、启发和向导作用必不可少。因此,教师需要做到对授课课程的熟练把握和对教学内容的融会贯通。具体而言,主讲教师在全面熟悉教材的基础上要做到以下几点。(1)要全面了解计算机操作系统国内外发展的最新动向,对新老知识进行仔细的研究、取舍和衔接;(2)要全面、透彻的理解教学大纲要求,同时明确和了解教学对象的实际情况,在两者之间找到平衡点,通过授课和练习,使学生的课程知识在大纲要求的基础上更加丰富;(3)要加强教师的科研锻炼,使其在实践中深入理解计算机操作系统知识的内涵,通过参加科学研究、工程实践及实验教学,获得书本、论文以外的一手信息,以便有效改善和提高自身的知识结构及教学水平。
2.3课堂教学,需要“抓住重点”
课堂教学的关键一点,就是要充分“吃透”教材和教学大纲所要传授的教学内容。那么如何“吃透”呢?就是要尽可能多的搜集、整理和筛选国内外该门课程一流的教学及研究资料。我们知道现在某一门课程的一种教材往往做不到面面俱到,把所有知识点都能讲解的十分清楚,因此通过对大量不同教材的仔细分析和比较,最终选择和整理出阐述最清晰和最易于学生理解的那部分内容讲授给学生,是我们多年在课堂教学方面的又一个基本经验。
只有在大量分析和比较文献和教材资料的基础上,才能真正做到合理取舍,授课老师要清醒地认识到,把握好宝贵、有限的授课时间,抓住重点,讲清难点是课堂教学成败的关键所在。
3实践教学创新才是本科生课程教学的真正目标
3.1树立全新的“教―学”体系,明确实践教学的目标
这几年我们教学团队根据“操作系统”课程体系中课程内容更新较快、综合性强、实践性强的特点,每年都对授课内容、电子课件等教学相关资料进行更新和优化,从而保证内容的新颖性以及对新方向、新技术的把握。教学团队结合了卡内基梅隆大学的“learning by doing”等先进教学思想,形成了“理论讲解+实例演示+综合实验+专业竞赛”的递增式“教―学”体系;为充实和构筑该教学体系,我们加强与国际一流IT公司在教学、科研方面上的合作。2005年起通过与SUN中国工程研究院的紧密合作,联同北京大学、清华大学、国防科学技术大学、浙江大学、上海交通大学、北京航空航天大学等国内知名高校计算机专业的“操作系统”课程主讲教师实施了OpenSolaris项目(旨在推动中国操作系统教学水平的提升)。在该项目中我们教学团队承担了核心的IPC内核部分的分析工作,为此后自主设计“西北工业大学操作系统教学创新实验平台”奠定了坚实的实践基础。2006年在Intel公司的资助下,基于Intel多核的“操作系统”课程实验也相继设计完成。这些实验教学平台的建立为主讲教师提供了大量课堂“实例演示”和课内“综合实验”案例,为本科生感性认识和理解操作系统基本原理和概念起到了切实、有效的作用。与此同时,2006年4月我们作为牵头单位举办了首届全省知名高校操作系统教学研讨会;2006年10月,又联合SUN中国工程研究院和北京大学,举办了2006高校操作系统及Unix/C编程教学研修班,全国近30多所高校主讲“操作系统”课程的老师参加了本次研修。通过上述多种形式的教学活动,使我们与全国一流计算机专业高校共同分享在“操作系统”课程体系教学改革方面的优秀理念和成果,更使我们“操作系统”课程体系的改革不断地深化,逐步形成了四结合的全新“教―学”体系。
3.2建立“实践教学链”,培养学生创新能力
前面介绍了“教―学”体系中“教”层面的课程建设工作,为了从“学”层面来落实“实践教学”的目标,培养本科生学习“操作系统”课程的兴趣和提高他们的实践创新能力,我们建立了“实践教学链”新的教学模式。所谓“实践教学链”就是贯穿于本科生操作系统教学的5个一体化“实践”活动。它们是“课内实验+课程设计+全国竞赛+大学生创新训练+本科毕业设计”。通过“实践教学链”的设置,使本来相互独立的学习环节能系统的串接于整个课程的教学过程之中,进而加大了学生实践操作系统知识的机会,延长了深入认识和理解操作系统内部机制的学习时间。我们的实践经验得出,特别是通过串接“全国竞赛”、“大学生创新训练”和“本科毕业设计”这三个实践活动能有效促进学生对相关知识点的理解,改变传统教学“满堂灌”模式,调动学生的学习积极性和主动性,构建了学生的主体地位。2007年获得首届“SUN 2007创新之源编程大赛”二等奖的郭阎团队就是这种全新教学模式的典型实例。他们在与老师充分讨论的基础上,通过利用Java反射机制建立了基于插件的Solaris内核可视化框架。作为“竞赛”作品,实现了Solaris进程调度的可视化插件;作为“大学生创新训练”的项目内容,实现了Solaris进程内存空间分配和释放过程的可视化插件;作为“毕业设计”,又实现了UFS文件系统的文件检索过程及磁盘寻道活动的可视化插件。通过这三个实践活动的锻炼,学生对Solaris的内核结构和机制有了深入的认识和理解,激发了学习热情,并最终提高了他们的自信和实践创新能力。
3.3实施“六步教学法”,增强知识融会贯通
结合上面5个一体化“实践”活动,我们提出和尝试了具体的本科操作系统学习“六步教学法”并使其融入到“实践教学链”之中。第一步,要点提示。让学生在上课前明确所将课程章节的学习重点。第二步,教材预习及设疑。让学生预习将要授课的内容,并把不懂得内容纪录并尝试自己查找文献及相关资料初步解决。第三步,讲授释疑。课堂内授课老师针对典型案例和第二步过程遇到的问题进行评析,并设置课后练习与单元总结。第四步,课内实验。由老师设计相应的教学实验环节,让学生通过动手练习来理解课堂内容与相关技术。第五步,课程设计。通过课程设计系统学习重点内容,让学生初步具有独立验证所学内容的能力。第六步,毕业设计与竞赛结合。在毕业设计期间组织学生参加专业竞赛,通过竞赛活动让学生能够对所学知识融会贯通并得到实际应用。
通过建立上述“实践教学链”和实施“六步教学法”,使学生在整个操作系统的学习过程,能循序渐进的进行系统训练,大大提高了他们对该课程的兴趣和理解,培养了实践创新能力。
4结束语
当今世界,计算机技术的发展日新月异。因此,在“计算机操作系统”的教学中,在传统教学的基础上,必须充分发挥好教师和学生的共同力量,在努力抓好课堂教学质量的同时,致力于课程实践教学的创新,并充分适应我国教育的基本“国情”,积极培养学生的创新思维和创新能力,为学生将来发展成为创新型人才,在自己的岗位上为国家计算机事业的大步发展做出贡献奠定坚实的基础。
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关键词:运输管理实务 技能培养 途径
《运输管理实务》是高职物流管理专业的专业核心课
程之一。面向物流行业运输服务领域,培养物流一线运输管理高实战型人才。目前,国内各高职院校物流管理专业普遍开设了《运输管理实务》(或称物流运输管理实务)这门课程,如何设计运输管理的教学环节,实现“教、学、做”一体化,从而达到培养和发展学生的职业素养和能力,实现学校与企业对接的目标,是《运输管理实务》课程建设中的一项重要任务。
1 高职《运输管理实务》课程技能培养目标分析
1.1 掌握“够用”的理论知识 职业教育的理念其实就是以就业为导向,以服务为宗旨。在具体教学的操作上也应从以“知识为本”向以“能力为本”进行转变,着重培养学生的实践操作能力。因此在课程设置时不用学得太深太广,要突出以应用为主旨,以能力为核心,以“够用”为标准这一主题,充分体现“能力本位”的课程设置理念。
1.2 强化专业技能操作 对于物流工作者来说,过硬的物流专业技能就是指在熟悉物流专业理论知识的基础上,掌握物流领域的相关技能并熟练操作[1]。因此,课程设计要以学生的操作技能为最终目标,加大实训环节的力度。如在课程教学中要求每位学生掌握运输费用、单证填写、合同制定、软件操作等技能,从而达到企业对人才的需求标准。
1.3 培养良好的物流职业素养 物流职业素养主要体现在敬业精神、团队合作的态度上。敬业精神不仅要求具有吃苦耐劳的精神,更要求“用心”做好企业分配的每一份工作[1]。要树立团队合作意识,要有集体荣辱观。只有具备了良好的物流职业素养的人才能在现代社会竞争中取胜。因此,课程设计中多选取知名企业、知名人士的案例事迹,以此为引导,激励学生积极进取;学习上多采用合作学习的方法,充分调动学生的学习主动性。
2 实现《运输管理实务》课程专业技能培养的途径
2.1 进行项目化课程体系重建 “项目教学”(Problem-Based Learning) 法是以问题为导向的教学方法。PBL设计真实性任务,强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中,通过学习者的自主探究和合作来解决问题,从而学习隐含在问题背后的科学知识,形成解决问题的技能和自主学习的能力。
《运输管理实务》课程的整体设计需以职业需要为导向,对物流专业相应运输岗位的任务和职业能力进行分析分解,以应用为目的,以必需、够用为度,来确定课程的教学内容和实训项目。同时参照国家职业资格标准,将物流职业资格证书考核的内容融入专业课程教学中,将职业证书课程化。教学内容以各种运输方式的货运组织流程、单证流转、费用计算为主线,以运输组织、决策能力培养为核心,分为认知运输、铁路货运组织、公路货运组织、水路货运组织、航空货运组织、集装箱运输管理、运输纠纷解决、运输决策等8大任务项目,又依据企业具体运输作业流程和不同运输方式的运输作业组织设计出31个工作任务。以公路货运组织项目为例,分为公路运输工具选择、公路运输计划编制、公路运输调度安排、整车货物运输组织、零担货物运输组织、特种货物运输组织6个工作任务,进行基于工作过程的项目化教学。
2.2 创新教学模式,进行情境环境下的项目驱动教学 情境环境下的项目驱动教学是把情境教学法和项目驱动教学法进行有机融合,设置较为真实的教学情境,用“项目导向、任务驱动”为教学手段来组织编排教学活动。教师通过使用多媒体课件、视频资料、网络资源及各种教具、教辅设备,为学生营造一个集视、听、做、说于一体的教学环境,根据职业岗位能力培养的需要,以项目为载体实施教学与考核[3]。在项目或任务实施的整个过程由学生作为主体,教师只起引导、指导和辅导的作用。通过项目的实施,让学生了解和把握该项目完成的每一个环节的基本要求和实践技能。通过情境化项目教学使学生有如亲临其境,不仅能够吸引学生注意力、激发学生的学习兴趣,增强学生的学习能动性,还能加深对课程内容的理解,完成对知识的掌握,真正做到边学边做,学中做,做中学。在教学过程中教师遵循情境设置、任务描述、任务解析、技能训练、学生评价、总结提高等环节完成每一个教学情境下的工作任务。
下面以公路零担货物运输组织为例来说明该教学法的设计思路。
2.2.1 情境设置。通过仿真教学情境的设置,凸显实践教学,突出职业能力的培养,并能吸引学生注意力,激发学生的学习兴趣,让学生变被动学习为主动学习,从而顺利完成任务。例如,可以创设如下的情境。先飞达物流有限公司是主要从事公路汽车货物整车、零担运输、仓储配送等物流综合服务的一家公司。现有三批货物,第一批:100箱方便面,每箱体积620×350×300(mm),总重1.5吨。第二批:50箱娃哈哈矿泉水,每箱体积350×350×250(mm),总重0.9吨。第三批:10筐香蕉,重300公斤。要将三批货物从农副产品批发市场运到万佳丽超市。
2.2.2 任务描述。根据上述的信息资料,进一步向学生布置任务和分配角色。首先让学生明确任务可以按照零担承运的有哪些货物?然后让学生分配角色,包括货主、调度员、装卸员、收货人、运单审核人等角色,明确各角色所承担的责任,要求完成整个运输过程。
2.2.3 任务解析。学生为了完成上述任务,会自主地分析该任务所需要掌握的知识,从而确定学生学习的目标和内容。为了完成零担货物的运输。学生事先就会对以下内容进行学习和准备。如:公路零担货物运输条件、零担货物运输组织形式、零担货物运输流程管理(托运、交货、仓储、配载装车、中转、卸货、交付)。各角色小组同学对各自角色明确工作任务后,由教师审查并给予指导。
2.2.4 技能训练。各角色小组同学对任务剖析并做好准备后,进行模拟操作。在该过程中教师充分发挥主导作用,对整个过程进行监控,让全体学生分角色参与整个过程。各角色小组还可以轮换角色进行模拟,使学生在学习中发现问题、解决问题,逐步丰富学习经验和提高学生完成任务的能力。
2.2.5 学生评价、总结提高。学生评价是学习者学习情况反馈的一种有效途径,也是最能体现学习者掌握知识,运用知识解决问题能力的一种方法。评价可以通过自评、组内互评、小组互评三个环节完成,最后由老师集中点评,既要让学生有完成任务的成就感,体验到成功的喜悦,也要让学生明白自身的不足,今后加以改正。
2.3 加强实践教学环节
2.3.1 充分利用实训模拟条件。充分运用运输管理模拟软件,模拟企业实际业务环节,模拟整车、零担货物运输组织的过程,模拟单证的填写和流转等,加深学生对本课程所学知识的理解和运输业务运作全貌的了解,逐步提高学生的实践操作技能。
2.3.2 加大校企合作力度。校企合作工作是高职学校改革发展的内在要求和必然趋势,要推进校企合作工作,学校必须完善各项制度和体制,采取多种形式、多个途径推进校企合作工作。如通过建立健全专业教学指导性组织、推行“契约式”校企合作、校企共建实训基地等多种途径;校内外专家教师交流座谈、学生顶岗实习、教师下企业锻炼等多种形式来充实实践教学环节,培养出更加适合企业需求的应用性人才。
2.4 重视师资队伍的培养建设
2.4.1 注重双师素质队伍建设。教师本人应该树立“活到老、学到老”的理念,不断充实自己,提高自己的实践能力与技能水平。积极争取学校支持,以脱产或半脱产形式进行生产岗位实际锻炼;积极引导和鼓励教师开展教学和科学研究;积极发挥物流行业专家对教师的指导作用,通过与物流行业专家的交流,提升教师的教学、科研能力。同时教师应努力获取行业资格证书,全面提高自身的专业技术。
2.4.2 开展教师知识更新与拓宽的培训。积极组织教师参加各类学术研讨会、长期和短期培训活动,了解国内外物流行业发展最新动态,有效调整教师的知识结构,拓宽教师的知识领域,不断提高教师的学术研究能力和理论水平,做到“为教一天,学习一天”。
2.4.3 培育合作式的“双师型”师资队伍。随着知识的快速更新,学生的技能训练需要一个具有理论和实践双重能力、精于物流领域的、善于完整育人功能的“双师型”教师团队来共同完成。因此,课程教学模块可以分别由擅长该模块的教师进行强化攻关,利用教师集体的智慧解决问题,从而提高整体技能水平。
3 总结
《运输管理实务》课程要想让学生的物流专业技能得到更大提高,需要教师在教学实践中不断完善和探索,但有一点必须明确,只有确立了学生的学习主体地位,才能激发学生的学习兴趣,真正达到理想的教学效果。
参考文献:
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[2]邵华,韩洲熊.高职院校《运输管理实务》课程情境化项目教学实践探索[J].陕西青年职业学院学报,2012年第1期:21-23.
关键词:电气工程及其自动化;教学体系改革;教学实验
作者简介:周勇(1990-),男,山东淄博人,曲阜师范大学电气信息与自动化学院本科生;张强(1990-),男,山东枣庄人,曲阜师范大学电气信息与自动化学院本科生。(山东 日照 276826)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)36-0107-02
电气工程及其自动化专业作为一门实践性很强的课程,学生除了要具备基本的理论水平外,还需要开展大量的课外实践活动来充实自身理论水平,通过实践来提升创新能力。因此,全面促进电气工程及其自动化专业实验教学体系改革,建立理论与实践相结合的教学模式就成为当前教学工作的重点。近年来,根据我国高等教育改革的发展规划,创新教育和创造教育逐渐推进,构建特色专业,发挥高校专业特长,努力推荐实验教学改革,全面地创新了电气工程及其自动化专业的实验教学体系和教学模式,并且取得了很多优秀的教学成果。
一、电气工程及其自动化实验教学的现状
电气工程及其自动化实验是一项非常重要的基础性实验课程,通过课程的学习,可以加深学生对于一些电气、电子电路等专业理论知识的理解,也可以开发学生的创新能力,提高学生的动手能力,为其他工科类的课程学习以及科学研究打好坚实的基础。目前,高校电气工程及其自动化实验教学中还存在着很多方面的问题。
1.实验教学方面
当前,高校电气工程及其自动化专业的实验教学手段较为简单,教学方法和教学效果并不理想,学生的创新能力和独立思考能力得不到有效的发挥,无法提升学生的学习积极性。另外,实验教学手段的简单化也造成了实验教学成绩评估缺乏真实性,实验设备的落后致使学生动手能力与理论水平能力不足;实验师资队伍的建设能力不足等。
2.校外实习方面
高校工科技术应用人才的培养必须要有良好的硬件设备,这是高校专业特色的重点所在。但是当前由于高校经费不足,实习单位接待困难以及其他安全方面的因素,造成了电气工程及其自动化专业实习效果难以得到有效的保障。更多的是学生自行联系实习单位或者虚造实习单位,无法实现电气工程及其自动化专业的基本培养目标。
3.课程设计和毕业设计方面
当前,高校电气工程及其自动化专业的设计题目较为单一,每届学生的设计题目都大同小异,缺乏更新和创新。学生实践性少,极易出现课程设计和毕业设计雷同的现象。加之指导教师缺乏工程设计实践经验,因此整体上课程设计和毕业设计缺乏一定的创新,学生的理论和实践结合能力欠缺。
4.开放性实验
由于当前高校实验室更多以科研为主,科研设备的投入资金较大,因此实验室开放性能力不足,学生对于实验设备和实验平台缺乏应有的了解,一些开发性的实验就无法开展,在实验设计的过程中也就缺乏创新性。对此,高校实验室应该加大对学生的开放力度,同时不断提升实验室的软硬件,以适应课程实验教学的需要。
二、实验教学体系改革的方案
1.课堂教学与工程实践训练同步进行
电气工程实践训练课程的设置是高校电气工程及其自动化专业人才培养的重点。一般来说,该课程的设置共分为工程实践训练基础和工程实践训练实验两个部分。前者以课堂教学理论为主,主要是从课程理论的方法和技术上为后面的工程实践训练打好基础,其目的在于能够将用于工程实践训练实验的理论学习透彻,引导学生能够积极思考和讨论。按照提出问题、分析问题和解决问题三步走的思路,充分调动学生的学习积极性。后者则以实验教学为主,注重学生的动手能力,将课堂理论知识搬到实验中,带领学生熟悉有关的电气设备,并且设计实验方案让学生能够自主地对设备进行安装、调试和测量,使讲课和实验有机结合起来,引导学生边学边用,更大程度地激发学生的学校兴趣,使学生全身心地投入到电气工程实践实验训练中。
比如,电气工程及其自动化实验实训基地大都有成套的装置和设备,都是模拟一个变电工程,一般2~4个学生可以共用一套装置。而课程设置则可以涵盖到供电系统的设备安装、调试、测量、信号、控制等内容,可以对学生进行全过程的工程实践训练。每个学生还可以根据老师布置的课程进行独立的设计实验方案,绘制相关的图纸并且根据设备的型号和有关的技术特性,将设备安装到实验屏上再亲自进行全部接线、核对和通电检测,并且进行各种参数的测量和一些事故的试验排查等。教师也可以设置多种多样的事故,让学生们反复实践和探索,逐一进行论证,得出结论。
2.结合学生就业单位开设专业综合实验
电气工程及其自动化专业属于一个综合性和实践性较强的专业。一般大学四年级会开展有关的实验课程,而专业指导教师也可以根据自身的研究特长来为学生开设不同的实验课题。专业指导教师还可以根据学生的签约单位生产特征来给学生进行独立的课程设计,使实验能够与生产实际工程结合起来,这样也有助于学生今后的工作开展。
一般来说,电气工程及其自动化专业开设的实验主要有小接地电流系统的实验、铁磁谐振实验、电网调度自动化通信综合实验、发电机综合实验、变压器综合实验等等。要出色地完成这些综合实验项目,必须做到以下几点:第一,做好资料的查找工作。学生可根据课题研究的方向,查阅相关的资料,根据查阅的资料设计相关的实验方案和实验步骤,拟定所需的实验仪器设备和有关的实验费用。第二,对实验方案进行解释和论证。在指导教师的帮助下,要学会对设计的方案进行论证,指导教师要对学生的方案进行复核,指出其方案操作中可能存在的问题。通过这种方式的实训,可以更好地培养学生的创新能力,使得综合运用知识的能力得以全面提升。
三、构建实验课程体系的保障
1.建立创新研究理念,搭建产学研联合培养模式
创新研究理念是指在电气工程实验教学内容中引入能够反映本学科专业的前沿理论知识和一些先进的现代研究成果,以此来更新和完善教学内容,而不是单纯依赖于教科书。在教学手段上,要综合运用诸如多媒体实验教学、现代通讯技术等来活跃实验课程氛围;教学方式上则可以采用一些诸如回归启示法、故意出错法等研究型的教学方法和双向的教学模式,改变以往的简单灌输式的教学方式,以示范和学生探索为主,积极开发学生的实验创新能力。另外,还可以根据实验项目课程的安排,有选择性地设置一些课外研究课题,教授学生如何独立地对有关的课堂进行立项、分析、论证和方案设计以及实验成果总结。必要的时候,可以充分应用现代化的生产技术,使学生的实验课程与当前的实际生产相结合,以课程群方式建设数字化的工厂实验室、校内外实践基地。通过搭建产学研联合培养模式,来培养学生的实际操作能力。
2.建立科学管理体制,完善管理制度
实验教学体系改革需要一套完善的管理制度和科学的管理体制作为保障,因此,要深化管理制度的改革,深化教学改革,实现办学水平的全方位提升。由于我国高等院校管理制度的复杂性和多样性,各项制度之间常出现互相抵触的现象。为此,有必要以现代管理理念对现行的高校管理制度进行研究,使其形成一个完整的体系,更好地促进教学管理水平的提升。要积极制订与电气工程及其自动化专业实验教学相配套的教学管理制度,制订有利于符合培养目标要求和完善的教学计划,健全实验教学质量管理责任制,建立科学化系统化的教学质量监控和评估体系,加强科研管理水平,努力提高实验教师队伍的整体素质,创新教师队伍管理,重视高校工科技能型人才的培养意义。
3.开放实验室,开展科技活动
实验室建设是实验教学体系改革的重点,实验室是学生学习的第二课堂,有利于学生实践能力的培养,也是学生创新能力和创造能力发挥的重要场所。近几年,我国高等院校加大了实验室的建设投资力度,购买和开发了许多的先进仪器设备,并且建立了完善的实验室管理制度。实验室建设涵盖的专业和研究领域众多,课题研究的能力得到了极大的提升。各实验室还配备了实践经验丰富和责任心强的实验教师,部分高校还利用业余时间开发专业实验室,让更多的学生直接参与到高校的课题研究项目中。另外依托一批实验系统开发平台,更多的同学有机会参与到电气工程实验课题的联合实验中,教师也可以引导学生利用平台对实验进行模拟,与学生一起联合进行课题实践。因此,实验室的开放既解决了学生找不到开展科技活动的仪器设备和实践场地的难题,又有效地避免了高校实验室资源过度浪费的现象。
参考文献:
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关键词:操作系统;计算机专业师范生;课堂教学;实验教学
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
2007年3月5日国务院总理在政府工作报告中指出,在教育部直属师范大学实行师范生免费教育。这意味着,近代中国在相当长时间内实行的师范生免费教育制度,如今将重新返回大学校园。自2007年秋季入学起,教育部直属6所师范大学:北京师范大学、东北师范大学、华东师范大学、华中师范大学、西南大学和陕西师范大学开始招收生免费师范生。华中师范大学计算机科学系已经招收了07级和08级2届计算机专业的免费师范生,一共约200人,以后还会继续招收。由于计算机专业不像中文、数学、英语等专业那样原来就是师范专业,有现成的针对师范生的授课大纲和经验,这些学生的课程如何设置成了一个亟待研究解决的问题。
“操作系统原理”课程是学习计算机科学的必修课程,又是一门理论性与实践性都很强的课程,要求学生掌握计算机操作系统的基本原理、基本概念;了解操作系统的设计方法;学会使用常用的操作系统;而且要求学生能够理解和实现简单的相关算法。这门课程的内容和教学方法针对师范生如何调整,是本文要说明的主要内容。
2针对师范生的“操作系统”课程的问题
2.1课程的地位问题
毋庸置疑,在原来的教学体系中,“操作系统”课程处于专业课的核心地位,是极为重要的专业必修课,但是对于毕业后要从事中小学信息技术教学的师范生来说,这门课程的地位如何?这需要从分析中小学对信息技术教师的基本要求入手,为此笔者分析了国家制定的高中初中和小学的信息技术课程标准,并访问了一些中小学的信息技术教师。
我国在中小学对学生信息技术教育的目标主要是激发和培养学生的兴趣,使学生能掌握某些技术的运用,并鼓励创新。
初中和小学的信息技术课程的基本要求有:
(1) 了解计算机的结构和工作原理。
(2) 能利用因特网有效获取信息,解决实际问题。
(3) 能使用文字处理、绘画、电子表格等简单软件表达想法。
(4) 能运用常用远程通讯工具进行合作学习。
高中信息技术课程包括必修与选修两个部分,共六个模块。必修部分只有“信息技术基础”一个模块,选修部分包括“算法与程序设计”、“多媒体技术应用”、“网络技术应用”、“数据管理技术”和“人工智能初步”五个模块,信息技术课程各模块之间的关系结构如图1所示。
由此可见我国中小学的信息技术教育是以计算机的基础知识和应用为主,在高中包括C或Java语言编程、Dreamware、Photoshop等多媒体工具的使用、Access数据库的使用等,以使用工具为主,同时包含简单的理论知识。
笔者还采访了一些中小学的信息技术教师,他们普遍认为中小学信息技术教师由于学科的特殊性,不可能像其他专业的教师那样只完成教学任务,而是要做很多与计算机有关的工作,如校园网络的建设和维护、网站的制作;竞赛培养如NOI竞赛;为其他专业教师做教学比赛的课件;学校硬件维护,如功能教室、多媒体教室、电视台、网络教室等设备维护。这使中小学对信息技术的教师要求很高,要求教师知识面广,有很强的应用能力,并有一定的专长。
据此可以了解“操作系统”课程虽然不是师范生以后要讲授的课程,但仍然十分重要。在中小学的信息技术基础课程中一般都要讲解Windows系统的使用,师范生通过学习“操作系统”课程能够更好地理解和运用Windows系统;师范生需要做学校各种设备的维护和网络维护,了解各种操作系统的特点和管理方式对他们有所帮助;同时,师范生要有较好的程序设计能力,能为学校构建小的应用或演示系统,学习“操作系统”课程能使他们更好地理解系统调用,提高编程能力。因此,“操作系统”课程仍然是重要的专业必修课。
2.2课时的调整问题
由于“操作系统”课程的内容非常丰富,涉及理论和实验,课时量较大,我系原来的课时是72学时/学期,即每周4节课。并且在下一个学期安排“操作系统课程设计”课程,使学生有时间完成几个大的操作系统试验,如进程的调度和演示、文件系统的模拟和演示等,使学生能够通过编程模拟实现部分操作系统的功能从而进一步加深对操作系统原理的认识,提高动手编程的能力。即便如此还是有很多学生反映课时太少,授课时有些地方讲解得不够详细,例子不够多,编程时有很多困难等等。
由于师范生必须学习许多学校规定的师范类专修的课程,如教师口语(普通话),教师书法,心理学基础,教育学基础,现代教育技术等,计算机专业课程的学习时间有限,必须减少课程,压缩课时。因此“操作系统”课程改成54学时/学期,即每周3节,增加了18个课时的上机试验课时,但减掉了“操作系统课程设计”课程,这样就把2门课程合在一起上了。考虑到“操作系统”课程开始就讲授理论基础,没有涉及到实验的内容,于是上机试验课时间定在第9周之后开始,每周2节。
2.3课程内容的调整问题
我系原来使用的教材是陈向群主编的《操作系统原理(第二版)》一书,这是一本经典的操作系统教材,主要特点是对操作系统的基本原理阐述清楚,并能发反映一些较新的成果和发展方向,同时非常注重操作系统的课程实践,在每一章中都加入了对Linux系统和Windows Server2003系统的分析。其中对Linux系统的分析非常详细,如存储管理一章分析Linux系统的内存管理,分析了Linux系统的内存数据结构、页表管理、页面的分配回收、地址映射等内容,配有相关的图表和代码,使学生很快从操作系统的理论进入到实际,并产生了阅读相关的Linux代码、通过修改部分代码编译自己的操作系统的兴趣,学习效果很好。由于师范生在每一届的人数不到一百人,笔者认为暂时没有必要更换教材。但这本教材的内容很多,由于课时的压缩,必须对授课内容有所删减,具体修改如下:
(1) 减掉了第2章操作系统的硬件环境。因为之前开设的计算机组成原理课程已经讲授了这些知识,不需要再作介绍。
(2) 减掉了第8章死锁。死锁是操作系统中一个很重要的概念,但一些基本概念可以放在进程管理中的进程的同步和互斥中介绍,这一章的内容比较深,学生不容易理解。
(3) 减掉了第9章操作系统设计。由于课程针对师范生,他们主要从事教学和简单的编程、应用,一般不会从事操作系统的设计,故减掉了这一章。
(4) 减掉了第10章操作系统安全。这一章实际上内容很多,在几个课时内讲授没有很好的效果,因此被删除。
有些章节的内容还有一些调整,如在第6章文件系统中去掉了文件系统的性能问题和文件系统的可靠性小节,把文件系统的使用放在实验课中等等。
3教学方法的改革
由于课时限制,必须在比原来更短的时间内教授“操作系统”课程的内容并使学生能很好地掌握,同时希望培养学生的兴趣和创造性,为他们以后的教学工作做出表率,笔者研究改革了教学方法。
3.1对课堂教学的改革
课堂教学是教学中最重要的环节,传统教学方发重演绎、推理、按部就班,教师花很长的时间讲授,但学生不一定理解,束缚了学生的独立思考能力和创造能力。笔者注重培养学生正确的学习方法和良好的自学能力,采用了以下方法。
(1) 注重案例教学方法。“操作系统”课程理论比较枯燥难懂,笔者摒弃了过去只注重书本内容的教授方式,采用分析案例的方法,促使学生从实际出发,运用理论知识分析问题。在授课中用Linux作为实例讲解效果非常好,由于Linux的源代码是公开的,并且用C语言和汇编语言实现,讲解时可以把一部分源代码拿出来进行分析。比如讲进程时,PCB的概念很重要,但又比较抽象,这时可以把PCB的源代码拿出来作为案例讲解。学生通过分析源代码,能很快理解PCB的概念,否则教师可能花费很长时间讲解学生还是似懂非懂。对处理机调度、内存管理、系统调用、中断处理等内容的讲解也都可以先找好的案例进行分析,对学生帮助很大。
(2) 在课堂中穿插提问。提问是教师与学生交流的重要手段,但在大学授课中常常因为班上学生很多、课时紧、学生反应不积极等原因,教师很少提问。其实提问是学生对授课内容的反馈,也是学生参与教学的一种方式,能很好的提高教学效果。笔者把提问成绩作为学生的平时成绩,迫使学生认真思考所提问题,跟上课程进度,同时也鼓励学生广泛阅读相关资料,深入思考,提出问题。对能提出有深度的问题的学生实行加分鼓励,学生通过课程网站、电子邮件等提出和回答的问题也一样计为平时成绩,尽量使所有学生都至少有一次回答问题的成绩,作为期末成绩的重要参考。课堂提问虽然会占用时间,但好的问题能引起学生深入思考,又能使老师了解教学效果,及时调整进度,改进教学方法。
(3) 要求学生预习和复习。由于课时有限,课程进度较快,这需要学生课前预习,从而能更好的理解课堂内容。笔者在每次课前会提出一两个小问题,答案都在课本中,以检查学生的预习情况,在每次课后会展望下次课的内容,方便学生预习。在每一章上完还会提供一些参考资料,包括一些相关网站、原来学生的报告、相关论文等,需要学生课后复习,在后一次上课时随机抽查学生介绍自己看过并感兴趣的内容,上讲台做一个小报告,这种方式培养了学生的自学能力,调动了他们的积极性,活跃了课堂气氛。
3.2对实验教学的改革
实验是“操作系统”课程教学中非常重要的环节,通过实践学习操作系统是最佳的学习途径,但由于课时原因不得不对原来的实验内容有所压缩。笔者开设的操作系统实验内容和原因如下。
(1)Linux操作系统的使用。由于师范生工作后一般会做学校的校园网、实验室等设备的维护工作,可能用于网络服务器和一些设备中的Linux系统是学生应该掌握的。实验要求学生熟练使用Linux系统的图形界面和命令语句,了解系统的文件结构、用户接口等。
(2) 分析Linux操作系统的源代码。阅读并理解操作系统的源代码是学习操作系统设计的一种重要方法,学生可通过分析某个具体的系统较快地掌握操作系统的总体结构和设计思想。笔者选择的教材的最大特点就是每一章中都在最后一节分析了Linux和Windows系统的相应管理方法,这部分内容很多,没有时间全部在课堂上讲授,因此安排在实验中,要求学生分析其中的Linux代码,总结出对应的模块功能。
(3) 模拟实现操作系统的某些功能。学生通过为对操作系统中的一些典型算法的模拟实现,能更好地掌握操作系统的实现原理,使学到的理论知识形象化、具体化。笔者要求学生完成进程调度、作业调度、存储器管理中的命中率问题和文件管理的算法的模拟演示。学生需要选择其中的一个算法编程实现并提供良好的界面演示算法的运行过程,这使学生能更好的认识操作系统主要功能的实现机理。模拟所需的算法、主要数据结构和程序流程图都由教师提供,涉及的软硬件资源和数据结构都是自建的,这样简化了实验,使学生能够在较短的实验时间内在教师的指导下完成编程实验,而不是因为太难无从下手而放弃,能够达到实验效果。
3.3对考核方式的改革
考核方式是对学生学习效果的评价方式,是学生学习的主要参照物。在“操作系统”课程中,面对单调抽象的理论知识,上机试验以提高学生的能力尤为重要。所以笔者改变了传统的卷面考核办法,将总评成绩改为卷面成绩占50%,实验成绩占50%。同时,实验课的考核要详细化、规范化。由于试验是分组进行的,每组交一份实验报告,给一个成绩,应该对小组各个成员有所区分,实验评分时要求小组提交实验报告时按各人的贡献排名,组长排在第1位有5%的加分,组员的成绩按权值递减,分别是100%,98%,95%。这样避免了原来只是由个别能力强的组员完成整个实验,有些组员没有参与的问题,使评分更加合理。对于实验的考核包括上机演示、上机时提问和实验报告3部分,各占试验成绩的40%、30%和30%。每组都有10分钟的提问时间,提出的问题包括整体的设计思想、对开发工具的了解、用到的一些函数或变量的意义、现场对某个功能的修改等等,这样能检查出学生是否是从别人或网上得到的试验程序,得出充分客观的评分。
3.4充分利用网络资源
笔者所在课程组开发了操作系统精品课程网站,网站上有所有的教学课件、实验指导书、教学视频录像等课程内容;提供其它好的操作系统课件、操作系统实验的例子、Linux分析资料等很多有用的资源下载;还包括网上答疑、在线考试和提交作业等特色功能。学生可以在网站论坛上提问,教师能实时做出解答。在线考试系统能自动抽取教师定义的试题库中的试题,组成一份试卷,并在学生答完后评分并给出正确的答案(目前试题库中只有客观题)。教师能够在线布置作业、批改作业并统计成绩。这种方式提高了学生的学习兴趣和学习效率,加强了师生之间、学生之间的交流与合作,并能及时向教师反映学生的学习状况,为课程教学提供了有力保障。
4结束语
计算机专业的师范生还是个新事物,这些学生该如何培养值得我们探讨。我们培养的学生应该能满足现在各地中小学对信息技术教师的要求,又要有一定的前瞻性,能满足学生以后考研的需要。对学生的培养大纲和各门课程的教学计划都要认真研究,使我们的学生有好的理论知识和应用技术,能尽量满足社会各方面的需要。笔者根据自己的理解和实践,谈了自己对计算机专业师范生的“操作系统”课程的内容调整和对课程的授课、实验、考核方式的调整。这门课程已经上过一轮,学生反应很好,在学时压缩的情况下学生对理论知识的掌握情况和原来一致,达到了课程要求。并且学生能积极地提出自己的想法,关注相关的新技术新发展,这说明课程促进了学生的个性发展,培养了学生的自学和创新能力。
参考文献:
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