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关键词 互换性与测量技术 实验 信息技术
中图分类号:G644 文献标识码:A
实验教学是以实验室为教学场所,以仪器、仪表、设备为媒介,以学生操作仪器观察现象、分析实验结果为主要教学形式。通过实验可以培养学生观察、分析、判断、综合、推理、比较、抽象等基本能力。
如何能够使理论教学体系与实践教学体系建立紧密有机的联系,如何更好地发挥实验资源的效益,如何在实践教学体系中更好地培养学生的创新意识,建立开放透明的实验信息平台,使学生在学习理论教学之后甚至在学习理论教学之前就可通过网络资源掌握本门课程的相关知识,从而自主学习,创新实践,不失为一个有效的探索。
以网络技术和多媒体技术为核心的信息技术已渗透到人类社会发展的各个方面,信息技术正成为拓展人类能力的创造性工具。就教育教学而言,信息技术的发展,不但引起了教学环境和教学手段的变化,更重要的是带来了教育思想和教育观念的变革。互换性是机械制造、仪器仪表和其他国民经济各部门生产建设中产品设计和制造的重要原则,遵循这个原则能使上述各部门有最佳的技术经济效益和社会效益。互换性与测量技术是与机械工业发展紧密联系的基础。它不仅将实现互换性生产的标准化领域,计量学领域的有关知识结合在一起,而且涉及到产品的设计、制造、质量控制和生产组织管理等许多方面。因此互换性与测量技术是一门综合性的应用技术基础学科。课程是高等学校机械、仪器仪表、工业设计、交通工程、材料成型等专业一门极其重要的主干技术基础课。因此,“互换性与测量技术”课程及实验也必然面临着根本的变革。
1 课程的任务及教学基本要求
本课程的任务是培养学生具有互换性,标准化与测量的基本知识;掌握机械产品零、部件精度确定的基本方法;掌握各种加工表面公差的合理选择和配合件配合精度的选择等基本技能;掌握几何参数误差项目评定、选用的原则与方法;培养学生分析问题、解决问题的能力和创新意识;为从事机械产品设计,制造及科学研究等方面打下较为坚实的基础。
本课程设计的公差,配合较多,它不仅有许多术语、符号、数值表格和其他一些统一的规定,而且这些规定具有很强的经验性。课堂教学中应以保证机械零、部件几何参数互换性为主线,为达到这一目的,在整个教学过程中应当十分注意课堂教学与实验之间的联系和配合。
2 实验平台信息化实践研究
理论研究的结果表明,学生创造能力的培养与学生的知识体系有着直接的联系。按照思维理论,当人的思维是非线性思维时,才有可能产生灵感,才有可能激发出创造潜力。非线性思维是建立在非线性知识系统之上,非线性的知识体系是在开放的系统下形成的。实践教学体系改革的目标是知识学习和能力培养并存。因此我们要改变传统实践教学内容陈旧、教学模式单一、教学方法死板的现状。
在我校工科专业中,教学实验环节一般都落后于课堂理论教学的探索和发展,这和工科专业实践性极强的专业特点是不相称的,影响学生质量的很重要的一个问题是工程实践能力不够,综合能力较差。为此,构建和完善实践教学体系是提高教学质量的极其重要的一环。
改革目标:实验平台信息化实践研究是在系统论、建构主义学习理论和信息技术与实验资源整合理论指导下,探讨如何通过实验教学内容信息化、教学资源信息化、教学手段信息化、教学模式信息化、教学评价信息化来达到工科实验教学改革的目标,从而激发学生科学实验的兴趣,培养学生建构自身知识体系的能力、探究学习能力、动手实践能力、解决问题的能力、协作学习能力及创新能力。
改革内容:将相关实验资源变成一个开放的系统,为学生营造一个开放透明的学习环境,为教师提供一个开放透明的科学实验环境,提高实验资源利用率、共享率。具体实施过程中采取以下主要措施:
(1)教学资源和教学内容信息化。建立实验教学设备资源库,使教师和学生充分了解学院内的实验资源设备情况及功能,为开展实践教学和科学研究奠定基础。
建立实践教学内容信息库,包括实验大纲、实验指导书、实验报告、课程的多媒体课件实现网上资源共享,引入一些实践知识及一些科学前沿的知识,通过这种形式,使封闭的教材系统变为面向外界开放的系统,以便学生自主学习。开展网上论坛,网上答疑,为教师、学生营造了一个开放的学习环境。
(2)教学手段信息化。充分利用E-mail、“实践教学网站”的论坛区和师生反馈区与学生进行交流,学生根据自身需要随时随地自由选择学习内容,下载学习信息,咨询问题,自由选择合作、交流的对象,使“因材施教”的原则得到了最大限度的贯彻,互联网将课堂教学向教室之外延伸,为学生开辟了广泛的猎取知识的空间。
(3)教学模式信息化。信息技术引人课堂教学,最根本的是要改变教学结构,即从以教为主的教学模式转为以学为主或双主教学模式。因此我们探索采取的教学设计是课堂教学模式+探究式教学模式。学生通过网上实践教学内容信息库了解实验内容、各个实验方案,有些实验可以让学生自行设计实验方案,根据自己的实际情况选择适合的实验方案,通过在规定时间内的网上申请与批准,最终实现实验目的。
增加探究式学习的目的是通过这种形式使课堂教学向外延伸,为学生打开通往外界的窗口。探究式学习模式的特点是遵循现代教育以人为本的观念,重视个性发展,给学生发展以最大的空间。学生通过主题探索与教材以外的世界发生联系,只有这些联系发生得多了,才能使学生的思维定势发生变化,由教材体系的线性思维转变为与外部世界相联系的非线性思维,有了非线性思维,才可能出现直觉思维,才有可能创新。在探究过程中关注整体性,讲求协同作战,也锻炼了学生的协作能力。主题探究式学习方法的支持平台主要是计算机及网络技术,互联网上丰富的资源为学生探究式学习提供了便利。同时学生对学到的知识进行重组,达到知识建构的目的,并由此激发学生的创造灵感。
(4)教学评价信息化。教学评价采取过程评价+总结评价。过程评价就是学生在完成整个实验教学过程中,从多维角度测评学生的能力,鼓励自主学习与创新方案。为了合理评价学生的学习能力,设计探究式学习学生实验方案申请表、实验报告表、评价量规、调查问卷等。
参考文献
1.1合理规划理论教学,精选教学内容根据山西师范大学的“3.5+0.5”的培养模式和食品科学与工程专业的培养目标,教师在掌握机械基础教学大纲的前提下,明确教学目的、任务和要求,结合学生认知特点和生产实际,精选教材。教材选用魏兵主编的“十一五”国家级规划教材《机械基础》。该课程教学计划安排51课时,课时少,内容广,必须对教材内容进行优化。合理选择教学内容,以“必需、够用”为原则。精讲基础知识和基本设计方法,强化公式应用,弱化公式推导。工程力学主要讲解理论力学和材料力学的基本概念、机械零件基本变形形式和强度计算,熟悉构件的受力分析和计算方法;互换性与技术测量重点讲授极限与配合,紧密联系实际;工程材料主要讲解工程材料的种类、牌号、性能和应用,以金属材料和塑料为主,结合食品行业的发展,增加食品行业当前采用的新材料、新技术和新工艺;机械设计部分包括常用机构、连接、机械传动、轴系,这部分内容和后续课程及生产实际联系密切,工程应用多,属于课程的核心内容,机械传动中的带传动、链传动、齿轮传动突出基础知识和设计方法,强化设计方法和公式应用;机械加工基础以毛坯的制造工艺和切削加工方法为主要内容;液压与气压传动重点是液压传动的原理、组成和特点,常用液压元件的功用及常用的液压回路。介于课程学时少,结合课程的特点,部分教学内容采用自学加辅导或讲座的方式,引导学生多途径学习。
1.2多种教学方法结合机械基础课程实践性强,传统的理论教学采用“填鸭式”的教学方法,教学过程中教师和学生之间缺乏互动,学生被动接受知识,学生感到枯燥乏味,不利于学生的学习。采用多种教学方法,激发学生学习积极性,变被动学习为主动学习。对于工程力学基础、工程材料基础知识、基本概念等采用讲授式教学法。教学过程中教师要注意和学生的良好互动,避免注入式教学。机械设计中的常用机构、机械传动、轴系难度大和实际联系密切,采用讨论式教学。理论知识讲解前,选择和生产实际常见的议题,在学生充分讨论后,教师再讲解,调动学生学习的积极性,避免了“教师教、学生被动学”的单一教学模式,达到事半功倍的效果。采用典型案例教学法,如以齿轮轴为典型案例,通过材料的选择、结构设计、强度校核、公差与配合的选择、机械加工工艺制定等环节,可以把工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计、机械加工的相关知识联系在一起,架起了课程的桥梁,知识结构相互衔接,课程体系更加完善。
1.3采用多种教学手段提高教学效率机械基础课程的研究内容比较抽象,相当一部分学生在学习时因缺乏空间想象力和工程设计而产生厌学情绪。课程学时少,内容多,采用现代教育技术方法,通过运用多种媒体,提高课堂效率,有效提高教学效果。讲解平面连杆机构、机械传动、金属切削机床、轮系、液压系统原理时,由于学生没有实际生产经历,缺乏相应的想象能力,采用动画技术,生动形象,让零部件运动起来,使抽象理论直观化;讲解连接、轴系、切削加工方法、液压元件时,采用实物、幻灯片、图片展示教学内容,生动形象,增加学生感性认识,拉近书本知识和生产实际的距离,加深学生对理论知识的理解,更好地突出教学重点和难点。
1.4增加综合设计实验教学内容课程的实验课时为4学时,传统的实验为认知实验,实验设备是机械基础陈列柜和模型,以演示讲解为主,时间多集中安排在课程中期。改革后,开放实验室,学生自主实验,不占实验课时,时间安排每个模块的理论课讲授之前,学生递交实验报告。通过认知实验使学生建立机械零配件的结构、机械加工、液压传动系统的感性认识,对机械基础知识有一个初步了解。增加综合设计实验内容。①轴系结构设计实验。轴系结构是回转机械的重要组成部分,轴系结构的性能决定机械的性能和寿命。轴系结构设计实践性强,涉及内容多,灵活性大,是课程的重点和难点。通过拆卸、结构分析、装配、调整、结构设计的全过程,学生掌握轴系设计的步骤和方法,培养学生的创新能力和工程实践能力。②机械传动方案的创新组合设计、分析实验。传动方案的设计是创新设计的主要内容,学生根据教师的要求,选择传动类型、自行设计传动方案,根据设计方案自行组装,以培养学生的综合设计能力和动手能力。通过开设综合设计实验,在创新实验的环节中,学生通过方案构思和改进、实验操作和观察,达到培养创新意识、创新设计能力。
1.5增加具有食品工程教育特色的实践教学环节增加工程训练,训练时间安排在理论课开课后第6周。工程的本质是一种社会实践,在科学的基础上增加工程训练的内容。学生知识面窄、面向工程实际不足,没有足够的工程训练,现代工程设计思想、方法和综合应用多方面的知识解决工程实际问题的能力不足。工程训练中,学生学习金属加工工艺知识,自己动手操作各种设备,使用多种量器具,增强动手能力,激发创新欲望,培养创新能力。增加课程设计,时间安排在理论课结束后进行。课程设计是实践教学的重要环节,培养学生运用所学的知识分析和解决问题及独立思考的能力。课程设计时间1周,工作量大、时间紧。采用接近工程实际的题目:一级减速器设计或小型食品加工机械等。每个学生的任务书各不相同,设计方案和设计思路完全由学生组织设计,充分发挥以学生为主的教学理念。学生基本具备机械传动系统的设计计算、材料的选择、会查阅资料,能够正确使用国家标准,绘制工程图的能力。通过课程设计巩固所学知识,掌握机械方面的设计方法和步骤,培养学生工程意识、分析问题和解决问题的综合能力。
1.6考核方式改革课程考核方式,实行教学全过程多次考核和考查,提高平时成绩在总成绩中的比例。理论考核采用闭卷考试,成绩占课程成绩的70%;实验考核成绩占课程成绩的30%。细化实验考核内容,从实验准备、实验过程、实验效果、实验报告多方面考核,注重实验过程和创新能力的考核;工程训练、课程设计单独考核。
2结论
关键词:计算机组成原理;实践教学;创新人才
吉林农业大学发展学院是民办独立院校,2000~2008年,计算机科学与技术专业总共招收本科生510人,最近5年每届招收本科生约65人。按照现代教育思想来审视基础理论与实际应用、素质与能力之间的辩证关系,我们发现传统教育思想是以传授知识为着眼点,而现代教育思想则以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力为主要目的,培养综合素质高的创新型人才[1]。要实现这一目标,必须首先实现教育思想的转变,还要把最新的计算机知识融入到课程体系中。我校课程组近年采取了一系列的实践教学措施,在学生的知识获取、能力提高和素质培养等多方面进行改革,以实现计算机教育的培养目标。
1创建课程实践环境
“计算机组成与体系结构”是计算机科学与技术专业的一门核心和重要的专业基础课,是一门实践性很强的课程。它涉及的知识面广、内容多、难度大、更新快,在基础课和专业课之间起着承上启下作用,该课程可以使学生建立计算机的整机系统概念,培养学生在硬件系统分析、设计、开发、使用和维护等方面的能力。教师通过传授教材中的知识,使学生掌握计算机各功能模块的工作原理,再互相联系,开发他们的智力。所谓“知识”,就是人们在改造客观世界和实践中所获得的认识与经验的总和,而智力是指感知到思维的心理过程,特别是人认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力,是在掌握人类知识经验和从事实践活动中发展的,由观察、注意、记忆、想象、思考等要素构成[2]。我们所营造的环境对学生的智力发展起着决定作用,改革课程设计实验的方法可以促进学生智力的发展,锻炼超常的智力品质,使学生学到更多的知识。为此,我们除了建设学校的实习基地外,还在校外建立了四个创新实践基地,加强学生的实践动手能力,提高他们分析和解决问题的能力。 2改革实践教学内容
我校专门制定了一套符合独立院校发展,培养应用型人才的、具有综合能力教学指导思想、实验项目完整的实验教学大纲,并对实验报告进行规范。这种规范培养学生基本程序设计素质和良好的程序设计习惯,对训练科学严谨的工作作风起到促进作用。通过设计指导思想的确立,让师生明确在课程设计中要做些什么、了解什么、掌握什么、达到什么目的,建立完整的设计方案[3]。
3精心设计实践过程
我们采取“理论―抽象―设计”的方式开展上机实践。根据不同的教学对象,精心设计了几组不同类型的综合性的问题,不仅抓实验过程中的辅导,还抓实验前的准备工作和实验后的总结工作。
在设计方案中,让学生了解、熟悉、掌握各种元器件的功能、原理和作用,灵活掌握不同元器件在不同电路中的作用,使设计出的电路原理简单、功能性强、使用方便,具有更好的互换性和实用性。通过逻辑框图设计电路,按不同的要求使用各种元器件组装、调试电路,通过实验确定设计的合理性。
让学生检验和验证自己设计的电路,使用一个小程序运行电路,检验设计思想是否合理、元件的使用是否恰当、电路是否简单以及能否实现逻辑功能等,从问题中找出解决的办法。
4提升学生综合分析能力
课程设计是对学生的全面综合训练,目的在于使学生通过课程设计掌握全课程的主要内容,提高综合应用知识和软件开发的能力,加强写作能力,为今后的毕业设计和毕业论文的撰写奠定基础[4]。在教师承担的科研课题中,应尽量多吸收学生参加,让他们把所学理论知识应用到设计实践中,提高知识获取、分析问题和解决问题的能力,为将来的就业打下基础。对于课程设计,最后每个学生都要进行面试和答辩,提交课程设计报告,因此学生必须能够清楚地介绍设计思路和主要技术手段,并回答问题。
能力总是同成功地完成某项活动或任务相联系,是指一个人完成活动或任务的本领。在教学实践中,除了经常性和有针对性地培养学生的观察能力、专注能力、记忆能力、创造能力、想象能力和思考能力以外,还应强调自学能力、独立工作能力和科学研究能力,尽量让学生自己思考、设计,启发学生的思维,激发学生的求知欲。在设计中,虽然有的学生学习成绩不太理想,但也能自行设计,并能独立完成调试工作,这使学生尝试设计开发的艰辛和体验到成功的喜悦,建立集体创新攻关的概念,培养学生的实事求是的作风,真正做到理论与实践相结合,提高自学能力和独立获取知识的能力。
5结语
培养学生的综合能力是现代技术发展的要求。这是因为科学技术发展十分迅速,知识更新周期大大缩短;学生在校期间不可能把一生所用的知识学到手;因此应提高独立工作能力,也就是运用知识解决实际问题的能力,包括分析问题和解决问题的能力、科学实验能力、设计能力、编写技术资料与报告的能力、组织管理能力及硬件动手能力和创新能力[5]。通过教学和实践,教师与学生、教学与科研、成果与教材、教育与发展形成一个有机链条,构成互动互利的整体,更新了知识结构,把教学与课程建设、学科发展、科学研究、社会需要、人才培养、就业去向紧密结合。
总之,国家强盛靠人才,人才素质靠教育,教育水平看能力,能力培养靠实践。学生自己动手做实验,自己动手做设计,知识才能学活用活,真正提高分析问题和解决问题的能力,成为高质量的人才。
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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)
机械类专业是理论多,工程实践性较强的专业,而传统的人才培养模式缺乏对学生进行工程实践能力和工程创新意识的培养及训练,导致毕业生走向工作岗位后知识面窄,动手能力较差,综合素质较低等,往往不能迅速适应工作环境[3]。实践技能能力的培养是一个循序渐进的过程,学生对技能的接收也有一个从简单到复杂的过程。可通过“理论指导实践,实践为理论服务”的原则,加强对理论知识的理解和吸收。因此,建立以培养工程实践能力为导向的实践教学体系,应参考职业、岗位的需求,以培养学生技术应用能力和综合职业素质为宗旨,设计有针对性的实践教学项目,构建基础知识、专业技能交互渗透,专项能力培养、专业实践能力培养和综合职业能力培养逐步递进的实践教学体系[4-7]。实践教学体系结构模型如图1所示,可分为自成体系的3个层次,分别培养基础实践能力、专项实践能力和综合应用能力。二年级阶段注重培养基础能力,提供各种必要的知识储备,主要回答“是什么”;三年级主要培养专项实践能力,由各种实践专业核心能力构成,主要解决“做什么”;四年级主要进行综合能力培养,将前两者融合并实施,主要解决“怎么做”。三个层次的培养互为条件,互为补充,共同构建实践技能。其中,基础能力训练、专项实践能力培养是基础,综合能力是关键[2]。
二、实践技能培养的实施
(一)突出实践地位,提高基础能力
实践技能总是表现为某种操作活动,但其背后必须有相关的理论知识作为依托,二者相辅相成,缺一不可。没有理论知识指导的实践是机械的、盲目的,没有实践验证的知识是抽象的、笼统的,只有将两者结合起来,才能构成真正意义上的实践技能。基础能力的培养层主要以校内学习、校内实验为主,使学生具有可持续发展的基础理论知识,通过有关专业基础的课程设计、课程实训和综合实验等实践环节进行,培养学生动手操作的基本专业技能及专业知识的应用技能,为专业实践能力培养奠定基础。在教学计划安排时,要保证实践教学环节时间,机械类专业在进行课程安排时,实施整体优化,构建专业课程体系,有关联的实践环节可以集中安排。对基础理论课程削枝强干,按需精取保留社会对专业人才要求的核心知识能力,提炼出主干课程,整合主干课程内容,突出实践教学安排。通过案例教学或专题讲座,采取启发式、互动式、讨论式、角色扮演等多种方式,避免空洞的说教、减少思维约束,培养学生知识获取和思维能力。例如,大多数学生不了解机构的运动,针对平面机构自由度的问题,可引导学生使用纸带、图钉、冰糕棍、慧鱼创意组合模型等物品制作机构加以验证,直观而又富有趣味,激发学生的创造欲望,提高基础实践能力。此外,利用课余时间,可以组织参加“挑战杯”大学生课外学术作品大赛、机械创新设计大赛等项目,以拓展视野,提高创新能力。近几年来,机制、工业设计等专业设计出许多结构新颖、功能创新的作品在多项竞赛中获得佳绩,表明学生基础实践能力得到提高。
(二)开拓实践思路,加强专业实践能力
专业实践能力培养主要以实习为主,结合顶岗实习等具有职业氛围的实训场所进行,培养学生机械设计、制造、工艺规划以及工程管理等专业实践能力。利用校内学习掌握的基本实践知识和专项实践技能,结合工程实际和有关专业知识解决工程问题,所解决的工程问题可以是现实工程中的具体问题,也可以是以往工程中曾遇到过的实际问题。通过该阶段实践提高学生的专业知识综合应用能力,培养学生的全局观念,提高学生的适应能力和协调能力。之前机械类专业的实验、实习活动比较分散,培养活动单一,学生不能很好的了解实践目的,不知如何应用。例如,在互换性与公差试验中介绍了齿轮公差等级的测量方法,却不了解其具体用途,制图时不知如何标注,学习齿轮设计时又不知各参数在公差测量上的意义。有鉴于此,应加强图1中专业核心能力的培养,可采取以下方式开拓实践教学思路:1.增加训练技能、培养思维、启迪智慧的设计型和综合型实验;采用实验报告、现场操作、口试、设计实验等多种考核方式,提高学生动手能力和创新能力。为此合并、调整部分课程的实践教学部分:将汽车电器、汽车理论、汽车构造的实验合并为汽车拆装实习;机电一体化、液压传动合并创立机电综合设计实习等。这样可以避免有关知识和技能缺乏系统性的弊端,建立全局观念。2.在部分实践性强的课程,如互换性与测量、冲压工艺与模具设计、机床夹具等实施边学边实践,将部分课堂教学内容搬到实验室中进行教学等。融理论教学于实践教学之中,既提高了学生的学习兴趣,又加强了实践教学。例如,压铸工艺与模具设计课程共30学时,安排10学时实验,将近四成内容安排在实验室讲解,学生亲自观察设备结构、运行过程,了解不同参数、结构对压铸产品质量的影响,师生可讨论原因、解决方法,增强了教学的动态效应和真实感,帮助学生更加透彻的了解和认识机械。3.对于实践时间长的项目如金工实习、机床夹具设计、机械设计课程设计等课程,可以实施弹性教学,可以充分发挥学生自己的主动性,提高实践教学效果,同时也有利于照顾学生之间各方面的差异,培养学生的创新能力和组织能力,提高其全面素质。例如,以往的机械设计课程设计是以减速器为主,学生参照指导手册模拟设计[8],照搬步骤,禁锢思维,无法体现创造性,等到做毕业设计时会感到无从下手。从2010级开始鼓励以小组形式自选题目,严格按照设计流程完成传动方案设计、零件设计等内容,不流于形式,切实提高工程设计能力。4.在实习环节,通过校企合作最大限度地利用社会资源,合理安排认知实习、专业实习、毕业实习、毕业设计、社会实践等节点。我院已连续多年安排学生顶岗实习,达到了很好的实践能力培养目标要求。
(三)融合理论实践,重视综合应用能力
理论与实践之间并不是简单的一一对应的关系,某种实践可能会涉及到一种或多种知识,某种知识也可能会应用到一种或者多种实践中。为实现“理论指导实践,实践为理论服务”的目标,促进理论与实践的有机融合,要重视综合应用能力的培养。综合应用能力的培养需要一定的实践环境,要有多家企业作为校企共建实习基地,以生产顶岗实习或毕业设计为手段,以老师现场指导为辅,让学生独立具体承担一项技术工作或管理工作,培养学生的爱岗敬业精神和竞争上岗意识,为学生积累工程技术经验和管理经验,达到专业综合应用能力培养要求,缩短学生上岗前的准备时间,使学生毕业后能很快适应工作岗位要求。在实践教学体系的建设中,机械类专业应以社会对人才的需求为导向,科学设计技能训练项目,强化学生的专业技能。为此,应与用人单位广泛的沟通交流,参考行业专家、企业高级技术人员和管理人员的意见,针对岗位对人才知识、能力和素质的要求,实施综合应用能力教学。同时跟踪企业反馈的信息及时调整实践教学,使培养出来的毕业生满足市场对人才实践能力的要求。实践证明,经过综合能力培养的学生在各项能力、组织纪律、管理、人际交往等各方面得到提高,深受企业欢迎,我院机械类专业就业率居全校前两位。
三、结语
过程装备与控制工程专业在国民经济和社会发展中起着极其重要作用。首先,化工、石油化工、能源、动力是国家的支柱产业,这些行业的发展以工艺过程为先导,以先进的装备和控制技术为保障,而过程装备与控制工程正是这些产业的支柱。我国过程装备与控制工程专业的前身是化工机械专业,成立于二十世纪五十年代初期,基本上参照原苏联的模式。1951年大连工学院首先成立“化学生产机器与设备”专业,1952年天津大学、浙江大学、华东化工学院等先后成立“化学生产机器与设备”专业,简称为“化机”专业。在此后的几十年里,该专业在国民经济中发挥了无可替代的作用,尤其在化工、石油化工、轻工、制药等行业作用尤为明显。该专业主要特点是“化工”和“机械”的交叉与复合。既可以处理化工类的问题,又可以处理机械类的问题,还可以解决化工和机械的综合问题,而后一类问题在过程工业中非常普遍,实现了化工与机械的复合,曾被誉为“万金油”专业。这正是“化机”专业生存以及“化机”专业人才一直受到社会青睐的根本原因。近几年“化机”专业数量迅速扩大,目前我国已有140余所高校设置了该专业。然而,进入20世纪90年代,社会对“化机”专业人才的要求发生了改变。主要是由于过程装备越来越趋向大型化、精细化和自动化,流程参数(如压力、温度、流量等)与过程的进行必须实施精确的自动控制,将“过程”、“装备”与“控制”三个相关学科紧密有机地结合在一起,实现“化-机-电一体化”,这是“化机”专业改革的必然[1]。根据教育部1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录》,辽宁工业大学将“化工设备与机械”本科专业正式更名为“过程装备与控制工程”专业。本专业不是一个独立的学科,实际上是将机械工业和控制工程经发展和改造,使之能服务于过程工业。因此,过程装备与控制工程是一个融“过程”、“机械”和“控制”为一体,将“化工”、“机械”和“信息”学科紧密结合而形成的“化—机—电”一体化的多科型、交叉型专业[2]。
二、专业建设的指导思想
过程装备与控制工程专业建设的基本思路是“以过程装备设计为主体,以过程原理与装备控制技术应用为其两翼(简称‘一体两翼’)”的复合型专业[3],培养以工程师为主的应用型人才。专业发展方向:了解工艺过程,熟悉机械基础,突出过程装备及控制。研究内容包括:过程装备设计与制造、高效节能装备的开发、成套装置的开发与设计、成套工程、设备结构及强度理论、过程安全理论技术与装备、流程参数控制理论与技术、粉体理论与技术等。主要服务对象定位能在化工、石油化工、能源、轻工、制药、制冷、动力、环保、生化、食品、机械和劳动安全等行业从事过程装备与控制的设计、研究、运营、技术开发与及管理工作。三、专业建设的主要措施
(一)专业培养目标的定位
参照过程装备与控制工程专业教学指导委员会制订的总体框架,专业的培养目标重新定位为:培养具备化学工程、机械工程、控制工程和管理工程等方面的知识;能在化工、石油、能源、轻工、环保、医药、食品、机械及劳动安全部门从事工程设计、技术开发、生产技术、经营管理以及工程科学研究等方面工作的高级工程技术人才。本专业学生主要学习化学工程、机械工程及控制工程等方面的基础理论,掌握过程装备设计的基本概念、基本理论及基本方法,具备工程师的基本素质,能够运用基本理论研制、开发、制造及生产组织管理等[4]。教学计划体现了“一体两翼”的专业总体构架,实现了化学工程、机械工程和控制工程多学科交叉。
(二)建设高素质专业师资队伍
建立一支高素质、结构合理的师资队伍,是专业建设的关键。目前,该专业已形成一支学历层次高(博士占25%,硕士占75%)、年龄结构和职称结构比较合理(45岁以下占65%、高级职称占75%)、专业素质水平较高的教师队伍[1]。为弥补原“化机”专业教师过程控制方面理论知识的欠缺,我们引进二位博士来做过程控制带头人。
(三)更新教学方法及手段
在教学方法上,采用互动式、启发式教学,讲课突出重点[1]。对容易理解掌握的内容要求学生以自学为主,教师只起督促、答疑质疑和考核作用,让学生自学和教师讲授、指导、解难答疑相结合。促进了学生学习的积极性,使学生获取知识的能力大大增强。在教学手段上,利用先进教学技术,采用多媒体(CAI)和教学模具教学。如过程装备制造、过程设备设计、过程机械和化工原理等课程,使用三维课件加图片资料讲解,增加动态演示效果,看到了只能下厂实习才能看到的设备结构、工作过程,形象生动真实。加深了学生对制造过程、设备结构和工作原理的理解,提高了教学效果。解决了黑板甚至挂图也难以表达的问题。激发了学生学习的兴趣。
(四)调整和优化课程体系
根据辽宁工业大学的实际情况,以培养目标为指导、以知识结构为框架、以培养规格为尺度,进行理论教学与实践教学内容的合理配置。在教育思想上由传授知识转变为能力培养;在课程内容上按照“加强基础、砍掉重复”的原则进行重组,并充分注意各课程的分工、衔接、协调与补充[2]。在教学计划和课程体系方面,以过程装备为主体,以化工过程和过程控制为两翼,具体地说:过程的主体是化工装置,包括化工单元设备及设备成套技术,且必须以工艺技术(化工过程)和过程控制为补充,从而使之成为培养工程型人才的摇篮。贯彻厚基础、宽专业、强能力、高素质的基本原则[2]。结合辽宁工业大学的实际情况,过程装备与控制工程专业课程体系如下:
1.精炼化工方面课程、加重机械方面课程、强化控制方面课程。由于过程装备与控制专业是复合专业,即化机电的集成,它不可能将三个专业方向的课程全部照搬,故根据我校情况,在教学计划中只设置了工业化学及化工原理两门化工方向的课程,将普通化学砍掉;又因为过程装备与控制工程专业是以机械为主体,故在课程设置上格外突出机械方向的课程。如:按传统设置了机械制图、工程力学、机械原理、机械设计、互换性与技术测量、工程材料、过程设备设计和过程机械等;在此基础上添加了过程工业必需的基础课程,我们设置了粉体力学、工程热力学、工程流体力学等课程。此外,为加强过程装备的自动控制,实现机电一体化,我们认为最核心部分是控制原理和控制方法的应用。为此,设置了电子技术基础、机械控制工程基础、PLC技术基础和过程装备控制技术应用等课程,从根本上实现了化机电的复合。
2.加强专业实验,强调工程实践,注重动手能力培养。实验教学是本科教学的重要组成部分,它与理论教学同样重要,对提高学生的综合素质,培养创新精神与实践能力具有重要作用。“过控”专业实验室主要承担“过控”的专业实验,过去大多是化工机械方向的实验,与“过控”专业要求很不相适应。为此对专业实验进行了全面整合,按照过程装备与控制工程专业人才培养目标的要求,坚持“厚基础,重实践”的人才培养思想,补充了过程装备控制项目的实验。实验类型由单一的验证性实验,增加了综合性实验和设计性实验。例如:新增了过程装备与控制多功能综合实验,多容液位控制系统综合实验等。搭建实践教学,科研平台。实验数据采集、测量、控制与数据处理系统大部分实现计算机控制,提高了学生的实践和创新能力。同时,将实验仿真和实际实验结合起来,提高学生学习兴趣、增加学生参与性、扩大学生知识面。目前可为本科生开设20余个实验,供学生自由选择。为学生实践能力、科研能力和综合素质能力的培养提供了实验教学基地,并对教师的科研工作提供了一定的实验支持,同时还可为社会承担科研与开发任务。
3.充实和丰富实习环节内容,实现实习模式的多样性。实习是工科学生完成工程师基本训练极其重要的实践性环节,也是目前高校整个教学过程中的薄弱环节[6]。其内容与实施方式安排的好坏直接影响学生素质与知识面。经多年教学经验,我们感到培养一支具有丰富实践经验的实习指导教师队伍是确保实习质量的关键。因此应该加强专业教师到校外实训的建设,聘任在生产一线工作的具有高级专业技术职称的专业人员来参与实习指导,从而提高实习指导教师的整体实践水平[6]。其次,还要强化实习基地的建设。实习基地包括校内实习基地和校外实习基地。校外实习使学生开阔眼界、增长见识,学到校内无法学到的先进生产技术与科学管理经验。建立校外实习基地必须是互惠互利,这就要求我们必须与企业建立良好的合作关系,为企业无偿或有偿地提供一些技术咨询和科研服务,从而使企业愿意与我们合作,为学生实习奠定基础[6]。即使这样,也不可能一遇到问题就到企业去实践,对于一些简单的或特别复杂的问题,可将过去去校外实习的单一模式改为在校内实习模式。通过仿真软件的训练,提高学生工程意识和动手能力,既经济、方便,又能达到实习目的。校内实习基于计算机、网络、多媒体课件和仿真软件,由人工建造的模拟工厂操作与控制或工业过程设备为工具,用实时运行的动态数字模型代替真实工厂的仿真实习,缓解由于实习经费紧张,造成实践教学质量滑坡的压力,并可以学到校外实习难以学到的知识;在仿真实习中,学生的主动性得到充分发挥,对化工过程,设备性能及控制参数有了更深理解。这种校内校外相结合的实习模式既缓解了实习压力,又丰富了实习内容,受到了学生的欢迎。
4.改革毕业设计(论文)的模式,从单体化工设备为主转向成套装置设计。毕业设计(论文)是学生在校期间的最后一个实践性教学环节,是培养学生综合运用所学知识解决工程技术问题,是完成工程师素质基本训练的一个关键性教学实践活动。根据企业的要求,修订了毕业设计(论文)大纲和毕业设计(论文)指导书,指导教师依据培养目标从工程实际或纵(横)向科研课题选好题目(不设虚拟题目)后,采用双向选择方式。毕业设计(论文)内容以工程设计为主线,计算机为结合点,把机械、化工及控制技术三个学科的知识交叉、渗透、集成,考察和训练学生的综合能力,有利于培养学生对过程装备系统性和大工程概念的理解,改变了原来传统的单体化工设备设计模式[2]。学生在确定自己毕业设计(论文)题目后,采用计算机软件(AUTOCAD、CAXA和Word)绘制工程图样并输入和输出毕业设计(论文)说明书,从中得到了真刀实枪的训练。掌握科学研究的方法和提高处理工程实际问题的能力,使学生从过去单一的独立设计模式转变为部分独立项目与部分协作项目设计模式,培养了学生协同工作能力。扩大了学生的知识面,提高了学生毕业后的就业机会。
5.加强能力培养,以体验为手段,学研互动,让学生在参与中提高创新能力。教学计划有2个创新学分,其目的是帮助学生树立崇尚科学的思想,培养学生创新能力。具体的做法由科研能力较强的教师把自己的科研成果、科研工作体会、工程实践经验传授给学生,把工程案例带进课堂。这些知识的传授必然能够启发学生思维[5]。然后学生自己申报创新实验的题目或参与老师的科研项目,以实验室(实验装置或过程设备拆装)或工厂为平台,以教学模型或实物为道具,让他们在动眼、动脑、动手过程中认识基本结构,了解基本原理、让技术还原[5],从而激发学习兴趣和主动性,获得创新意识和创新能力,从中受到初步的科研训练。最后,学生将成果以专利、发表科技论文、参与教师科研项目和创新实验报告的形式申报,经评审合格获取1~2创新学分。