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1“.教学做一体化”的内涵
我国伟大的人民教育家陶行知先生,为我们研究教学,提供了重要思路。他在教学活动上非常重视“做”,在教学方法上,主张“教、学、做合一”。即“事情怎样做就怎样学,怎样学就怎样教”。他强调的知行统一的思想,与当前职业教育以就业为导向,人才培养为目标的办学理念是非常吻合的。“教学做一体化”,即理论实践一体化教学法,打破了理论和实践的界限,将某门课程的理论学习、实践教学、生产、技术服务融于一体,教学环节相对集中,教学场所直接安排在实训基地,来完成某个教学项目。师生双方边教,边学,边做,理论和实践交融渐进,直观和抽象交错出现,理中有实,实中有理,突出学生动手能力和职业能力的培养。也即以职业能力培养为核心,实现教学内容、教学情境与企业工作任务、工作过程相一致,“教学做”为一体。
2.实施“教学做”一体化的条件
2.“1教学做一体化”实训基地
实训基地已经不是单纯的实验室,必然是生产功能与实训基地的结合,即“实训与生产合一”的生成性实训基地。另外,学生创新设计区,黑板、多媒体设备等设置布局合理、有序。这样便于师生互动、学生互动以及学生之间团结协作精神的培养。即结合企业生产真实环境和教学实际建设一个不同于真实企业生产车间也不同于实验室的一种新型的“教学做”一体化生产性实训基地。
2.2双师型师资队伍
教学与实践由同一位教师担任,保证教学与做的一体化,学生既掌握了有关的知识,也将技术练在手上,既学会了怎样做,又懂得了为什么要这样做,知识与技能也就实现了一体化。由同一教师担任教学与实训、实践指导工作,对教师也是一个挑战和学习的过程,不仅要备好理论课还要备好实践课,更重要的是要使两方面的教学有机结合,同时由同一教师担任教学与实训、实践指导工作,便于教师掌握学生学习状况,根据实际教学情况调整理论或实践教学的进度及补充相关的教学内容。
2.3项目化的课程改革
根据专业核心能力培养的需求,完善、创新专业课程体系,在专业、课程指导委员会指导下基于工作过程的任务引领型项目开发。围绕核心能力培养组织教学内容,设计开发项目。项目要与岗位工作建立起联系,实现理论与实践的有机结合,有效实现课程目标和专业培养目标。融“教学做”为一体,实现教学做一体化。
3.1课程设计的背景
早期我院电力电子课程理论和实践是分开的,且理论课是按章节,内容缺乏实际操作性,课堂上学生感觉没有实际作用听得累,老师讲得很多,但是不能被学生所接受,实践时又反过来找理论,出现理论实践脱节的现象。为了改变这种现状,实施基于工作过程导向,以项目为载体一体化教学。实现理论实践交融渐进,提高学生的职业水平。例如:对晶闸管的认识、选择与使用任务分析时,在实训基地引导学生,认识其三个电极,搭接电路总结通断条件;认识型号、进行额定电压电流分析;使用万用表进行好坏的判别、选取。这样带着这些问题学生就会自己去学习晶闸管理论了。学生在用中学,老师在学中教,学生在应用中也掌握了需要的理论知识。
3.2课程设计的基本理念
课程依据专业培养目标,以提升学生职业能力为导向,围绕专业典型工作岗位所涉及的电力电子系统的安装、调试、维护、检修能力等工作过程。坚持由浅入深、由简单到复杂的原则,以项目为载体进行课程设计。系统地训练学生对职业工作岗位上将从事电力电子系统的安装、调试、运行与维护等工作过程的实施能力。
3.3课程设计思路
基于工作过程,重构课程体系,内容以主要工作任务为依托、以维修电工(高级)资格证书为载体按项目在电工电子实训基地完成,每个综合项目都完成一个具体工作任务,理论、实践交融渐进,通过若干个综合项目有机整合,完成课程教学。所有项目来源于生产实际,逐步引入到相关电力电子器件的功能知识和测试技能,再深入到其构成电路和对应的触发电路,注重实际操作能力和灵活的应变能力,“教学做一体化”加强学生的技能水平,在课程实施上从教师为主导转向学生为中心,从课堂情境转向工作情境,从知识储备为主转向实际应用为主,在教学实践中成功地应用和推广。实现理论与实践的交融渐进提高,使学生全面掌握某方面电力电子技术的知识和技能。逐步培养学生作为工作者的态度、职业道德、团队协作和沟通能力。
3.4课程教学情境设计
以电力电子教学项目“调光灯系统的安装与调试”为例设计“教学做”一体化教学情境。在此过程中为了突出以学生为中心的教学理念,充分发挥学生的创新能力,突出学生做的重要性。所以在教学中也以项目为载体以工作过程主线来组织教学。
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.
论文关键词:电力电子技术;传统实验;仿真实验;设计性实验;创新性实验
电力电子技术是电气工程及其自动化专业一门极为重要的专业基础课程,该课程为后续专业课打下重要基础,它是控制技术和电力技术的交叉学科。简单说在电力拖动与控制、电机学、电力拖动自动控制系统等课程里都离不开电力电子技术这门课的基本理论。它广泛应用于每个领域,具有极强的实用性、广泛性,因此,让学生掌握好这门课有着重要意义。
一、电力电子技术传统实验的重要性与局限性
传统实验是电力电子技术这门课的重要环节,如何上好这门实验课,对我们实验人员提出一个长期探索的问题。首先是提高我们自身素质,改进实验装置,提高实验技能,创新实验方法。其次是怎么激发学生的学习兴趣,提高他们对该课的认知度,潜移默化地把他们的思维引进想探讨、想创新、想解决问题的高度。为学生提供直观形象的实验教学也很重要。
1.电力电子技术实验的特点
电力电子技术实验的特点是电路多波形多,分析原理以及输入输出结果,更多是以输入输出波形来分析验证,所以学生感到很抽象。理论知识课堂传授了,来到实验室可以从书中电路图形走进实际的元件、导线连接的真实电路,利用实验设备、仪器、仪表,验证其正确性,理解原理、性质,观察各种状态下输入输出波形,对照理论知识,充分证实、验证原理的正确性,进一步巩固了所学内容。
2.电力电子技术实验的内容
在该课实验中,半控型器件组成的单相整流、三相整流、单相逆变、三相逆变,是第一部分实验。自关断全控型器件组成单相正弦波逆变电源,单相交流调压电路,直流斩波电路性能研究,单相交直交变频电路研究,半桥型开关稳压电源性能研究是第二部分内容。第一部分是靠改变触发角来改变电路状态,改变输出结果。第二部分是靠PWM信号调节占空比,靠SPWM信号改变调制度来控制各点状态波形的。
3.电力电子技术实验的重要性
电力电子技术实验得到结论的过程就是实际操作能力的培养过程。实验结果也不尽与理论完全相符,那么提出问题,找出不同,再去实验,直到分析出原因的过程,就培养了学生分析问题,解决问题的能力。同时也掌握了实验的基本方法基本技能以及实验手段。在实验中能够真正掌握仪器,仪表的使用方法以及注意事项,学会如何获取更准确的数据,就是操作应用技术的提高。在传统实验中每一次小小故障,都是对同学一种安全意识的培养,不正确的操作的危险性,提示他们树立一丝不苟的工作精神的重要性。所以,传统实验教学是必不可少的过程,是实践教学的重要环节,是培养学生综合实践能力的手段。
4.电力电子技术传统实验的局限性
电力电子技术实验的操作过程基本是在老师指导下,一步一步按实验规程运作的,它不允许学生有太大的误操作,虽然有很多的安全保护,一旦出现元器件损坏就会影响后续实验,影响教学进程。由于学生能做的实验是老师给定的,不允许学生自我设计电路自己进行教学实验,放手他们实验,肯定会有不规范操作,造成设备仪器损坏,甚至实验瘫痪。这样开放电力电子技术实验室有着巨大困难。不仅实验中电压较高,存在安全问题,而且设备要重复好多班使用,必须保证再次实验继续。这样开放实验室就存在好多困难,不能让学生尝试创新性、设计性实验,导致学生求知欲望受到局限,整个实验过程学生纯属被动操作,降低了学生的学习兴趣。此外,由于课程所给学时数有限,遇到问题基本由老师来解决,这样降低了学生思考分析解决问题的能力,束缚潜能发挥。其次,装置﹑设备大都采用了缩小功率的 系统模拟,往往存在这样那样的误差。且仪器设备多少年重复使用,器件性能发生变化,实验数据与理论分析会有各种误差,影响了实验的验证效果,开放电力电子技术实验一直有着根本性问题。 转贴于 二、仿真实验给开放实验创新提供了很好的平台
1.仿真实验打开学生实验空间
随着计算机软件的丰富,各种仿真软件可以极大满足电力电子技术的仿真实验。学生可以就书上所讲内容,自己可以使用不同软件的界面功能,运用模块库的内容,设计搭建电路,改变各参数,比较准确验证实验,更有效加深巩固理论知识。如果操作不正确不会出现事故,极大程度满足学生的创新思维和对该课知识的探索性要求,实验强度也大大减轻。我们在电力电子技术课程的实验教学中引入了MATLAB仿真,它对于加深学生对这门课程的理解以及以后的课程设计打下基础,对实验教学开放起到了良好的作用。通过仿真实验的方法,学生可以直观、形象地掌握不同电路工作特性,验证自己所学概念的正确性,同时可以培养学生自主创新能力,调动学生的积极性,开阔尝试思维空间。
2.仿真实验有着很多优点
(1)仿真实验不受时间、空间和物质条件的限制,学生可以在课外自行上机,促进课堂教学知识巩固,有助于学生自学能力的培养。利用这样一个虚拟实验平台搭建电力电子原理电路,分析仿真电路,将电力电子器件的工作状态清晰地展现在学生面前,既具体又生动,这样的效果是可想而知的。电力电子技术实验具有图形多,更多是要观察,同一时刻,不同点的输出,在传统实验中,我们实验室提供示波器仅有两路输出,同一时刻只能观察两点波形。而在MATLAB仿真中我们可以同时观察六路信号,这样很直观的留给学生同一时刻的不同点的输出记忆,对原理理解更简单化。
(2)仿真实验还可以利用软件模块的参数设置功能,通过改变元件参数值,经仿真直观地观察到工作电路相关性能变化。被仿真的电力电子电路元件出现各种故障,如开路、短路或脉冲丢失,都可以方便地模拟出来,这样大大加深了学生对所学知识的理解,对培养学生的探索精神和创新能力有这很大的帮助,为实验教学创新模式提供了完备的教学环境保障。
(3)仿真实验给学生提供可行性实验平台,弥补了工程实验的不足,学生可通过仿真实验验证自己设计电路的正确性,每一次仿真实验的成功都会给他们极高的成就感自豪感,提高了学习兴趣。
(4)在电力电子技术实验创新过程中,以MATLAB 仿真趣味化,使学生在轻松愉快的环境中,不断产生质疑、不断探究,自主搜寻、思考分析,获得问题的答案。这给电力电子技术实验教学和学习带来了革命性的变化,充分发挥学生的想象力,提高了学习的主动性与积极性,激发了学生的创新意识和探索精神。
三、开放实验室,让学生再回到传统实验中
一直以来,电力电子技术实验室开放有着很多困难,因为学生基本实验技能有限,实验时间有限,开放实验放手他们操作,故障会多,仪表使用不正确,仪器、元件设备烧损不可避免。继续实验困难重重,实验经费要求很高,这样开放实验形同虚设。我们知道开放实验,主要是为有探索要求的学生。所以实验室三级模式化有着重要意义。首先是每个学生都必须的传统实验模式,其次是对有兴趣想做设计性探索性实验的学生提供模拟实验环境。最后是对有极强实践要求的学生,仿真实验成功的学生提供实验室,在实验台上完成他们仿真成功的设计方案。这样一套循序渐进三级模式实验,可以满足不同需求的学生要求。对实验室开放也提供了可行性方案。
关键词:工程教育;专业认证;课程体系
作者简介:黄云志(1976-),女,安徽淮南人,合肥工业大学电气与自动化工程学院,教授。(安徽 合肥 230009)
基金项目:本文系安徽省重点教学研究项目(项目编号:2012jyxm024)的研究成果。
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)02-0093-02
近十年来,我国高等教育快速发展,但在数量快速发展的同时,也面临着很多问题,突出表现为工程教育缺乏行业的引导和支持,人才培养定位不明,培养模式单一,专业教师普遍缺乏工程经历,产学脱节使工科毕业生工程实践能力不足,不能适应产业发展的要求等。为促进我国工程教育的改革,加强工程实践教育,提升工程教育质量;建立与注册工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系;促进我国工程教育参与国际竞争,教育部在2006年启动了工程教育专业认证试点工作,并依“国际实质等效性”原则制定了认证标准。截止到2012年,已经完成国内部分高校的机械工程及其自动化、电气工程及其自动化、化学工程与工艺、计算机科学与技术等7类专业的认证工作。
在工程教育的学历互认方面,目前国际上有三个协议,即《华盛顿协议》、《悉尼协议》和《都柏林协议》。《华盛顿协议》是世界知名度最高的工程教育国际认证协议,是1989年由美国、加拿大、英国、爱尔兰、澳大利亚和新西兰等国的民间工程专业团体代表上述6国签订的国际性协议。该协议承认签约国所认证的工程专业(主要针对四年制本科高等工程教育)培养方案具有实质等效性,认为经任何成员国认证的专业的毕业生均达到了从事工程师职业的学术要求和基本质量标准。
2013年6月19日,在韩国首尔召开的国际工程联盟大会经过正式表决结果,同意接纳中国为《华盛顿协议》的预备成员。为顺应国际教育与科技的发展趋势,培养高素质工程技术人才已成为当前高等工程教育发展中的重点目标。工程教育专业认证制度融入了国际先进的高等教育理念,是提高工程人才培养质量的重要保证,也是我国高等教育参与国际竞争的重要基础,将成为引领我国工程教育发展的航标。
一、工程教育专业认证标准
工程教育专业认证的核心是其认证标准,认证标准依国际实质等效性的准则建立,既是专业认证思想和理念的体现,又是专业认证制度实施的根本。适用于普通高等学校工程教育本科专业认证的《全国工程教育专业认证标准(试行)》包括通用标准与专业补充标准两个部分。通用标准是各工程教育专业应该达到的基本要求,专业补充标准是在通用标准基础之上根据本专业特点提出的具体要求。通用标准包括学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件等7项一级指标。[3]
专业认证是以学生为中心,评价全体学生的表现;以培养目标为导向,培养目标是围绕着学生工程能力的培养,内容设计是对学生进入工程专业领域的的预期,师资队伍和支持条件必须有利于学生达成目标;强调持续改进,持续改进的基础是对常规教学活动进行的常态性评估与评价,效果通过学生的表现来体现。
二、电气专业课程体系建设
我国的电力行业正处在高速发展之中。改善能源结构,开发利用可再生能源,建设智能电网等都需要大量工程技术人才,目前高等学校制约工程技术人才培养的因素主要是工程教育与企业需求脱节、缺乏自主性的工程实训平台、实践教学没有落到实处等。合肥工业大学电气工程及其自动化专业以工程教育专业认证的标准为导向,根据社会需求和行业引领,定位专业培养目标;并在此基础上认真梳理了毕业要求和课程的对应关系,建立符合认证标准的课程体系;通过持续改进的途径保障教学质量。
1.毕业要求
专业认证的通用标准中明确规定了专业毕业生知识、能力与素质的10条毕业要求。专业的培养规格一定要覆盖通用标准的基本要求,培养规格确定后,建立毕业要求与专业教学过程的对应关系。通过公共基础课、学科基础课以及专业课程体系的设置、课程的讲授,以及实验实习、课程设计、工程实训等实践教学环节的安排,毕业设计(论文)综合训练、各种形式的人文素质及科技讲座、学生社会实践活动等环节保障学生的知识、能力和素质目标的实现。具体实施中:第一,遵循“精减学时、整合资源、突出实践、构建平台、完善标准、交叉教学”的总原则制订培养方案。第二,本着“厚基础、宽口径、强能力、高素质、重实践”的原则,加强通识教育,构建人文社科基础、自然科学基础、工程技术基础和基本技能等有机结合的公共基础教育平台;按学科大类构建专业基础课程平台和实践教学平台,拓宽专业面向,形成宽口径专业培养计划。第三,“以学生为主体”,因材施教,注重个性发展原则,进一步压缩课内学时,设置个性化学分,为学生自主学习留下充足空间,引导学生形成研究性、批判性、创新性学习思维。强化学生学习能力、实践能力和创新能力的培养,使其达到知识、能力、素质协调发展,个性得到充分发展。
2.课程体系建设
为支持培养目标的达成,专业教学充分依托和利用科研优势与特色,以工程应用创新能力培养为主线,提出“优化基础理论,注重工程思维,强化实践能力,培养创新精神”课程体系建设原则,依据专业认证标准对专业知识点的要求,按照工程基础知识、技术知识、能力模块三部分构建特色鲜明的课程体系。
对于专业基础课程“自动控制原理”、“电力电子技术”、“工程电磁场”、“电机学”、“电力拖动基础”等课程,以优化夯实为导向,整合和完善课程之间内容上的衔接和知识点上的更迭,实现整体的优化。对于专业课程,拓展两个方向:电力系统及其自动化、电机与电力电子。在电力系统方向“电力系统继电保护”、“电力系统自动装置”、“电力系统调度自动化”等课程;电机与电力电子方向“现代电源技术”、“电机设计基础”、“特种电机”等课程中注重培养学生工程思维能力,对抽象出来的数学描述从工程实际需求引入,强调符合工程实际的参数选择等。对于专业课程设计和综合实践课程,要求在实验装置上调试而非单独的计算机上机仿真。同时结合科研优势与特色,将太阳能发电技术、风力发电技术、柔性输电技术、现代电源技术等新能源利用方面的课程纳入到教学计划中,将前沿技术引入课堂教学内容,加强学生专业综合素质的培养,培养学生的创新精神。
通过三个层次的实践教学体系,保障实践教学落到实处。实践内容包含基础认识、综合应用和研究创新等三个层次。具体内容为认识实习、专业社会实践、课程设计、综合实验、实习实训、毕业设计和课外科技活动等环节,给出各环节与培养目标的对应关系,列出能力矩阵。
基础层次涵盖物理综合实验、电路理论、电子技术等基础课程实验、基础课程设计和基础综合实验,以及工程训练、电子实习、EDA与数字系统课程设计、认识实习等实践教学环节,侧重于基本实验方法、操作技能和初步工程概念培养,使学生认识专业,掌握基本技能。综合应用层次通过专业课程和综合实验/设计、专业课程设计等实践教学环节,着力培养学生的专业技能和初步工程实践能力,使学生了解专业知识,掌握解决工程问题的方法。研究创新层次通过毕业实习、毕业设计,创新计划项目、创新创业大赛等系列创新实践活动,主要加强学生工程实践能力、创新能力和创业意识的培养,使学生真正学以致用。
内容丰富的实践教学体系注重将教学实验室、校内实习基地、大学生科技创新基地和校外实习基地进行统筹规划与建设,同时结合专业教师反映学科发展方向的科研成果,自行研制实验设备,加强实验条件建设。
针对优化的理论和实践体系,采用了“以学生为中心,以工程问题为引导”的课程教学,并结合认证标准,重新编写了课程教学大纲和实践大纲,强调课程与培养目标的关系、知识点的掌握具体通过哪些教学目标的实施,课程过程规范等内容。
3.持续改进
专业认证通用标准要求:专业应建立教学过程质量监控机制。各主教学环节有明确的质量要求,通过课程教学和评价方法促进达成培养目标;定期进行课程体系设置和教学质量的评价。结合学院本科教学管理的实践经验与质量保障体系的理论研究,面向“基础学习、专业学习、实践训练”三个阶段的教学全过程,本专业建立“以质量监控为基础,以过程评价为核心,约束与激励结合,反馈与改进互补”的校院两级教学质量保障体系,以教学督导组为主体,全体师生参加,保证人才培养模式的实施。
在教学管理中,过程评价体系的建立尤为重要。过程评价体系包括评价对象、评级内容和评价主体三个基本要素。评价对象是全体教师,评价内容是理论教学和实践教学过程,实践教学包含综合实验、课程设计、毕业实习和毕业设计。评价主体是学院的教学委员会、教学督导委员会及全体学生。评价体系是通过各种制度化的学院教学管理文件来表现,按照评价内容建立相应的评价制度和量化评分标准。理论课程教学包括:讲稿及课件、督导及听课、学生评教、试题评价、试卷分析等。课程设计教学包括:培训过程的督导、教学计划及实施方案、指导过程评价、答辩过程、报告及成绩评定评价等。毕业设计教学主要包括毕业设计选题及任务书评价、开题报告、中期进度检查评价、论文情况、答辩情况、指导答疑过程及毕业论文文档等评价。实习实训类课程主要包括培训过程的督导、教学计划及实施方案评价、报告及成绩评定评价。
面向理论教学全过程,建立了重过程、重平时的课程成绩评价方法。面向实践教学全过程,解决了传统工程教育实践教学环节评价难的问题,切实促进学生理论学习与实践学习相结合,提高学生的实践创新能力。
从专业基础课课程设计及课内外实训项目入手,例如电子技术基础的课程设计,采取精细化管理,按照多教师、小分组、一人一题,小组答辩的方式,督促学生改变过去课程设计相互抄袭、蒙混过关的现象;在综合实验环节发挥科研的优势,将科研中的问题抽取出来,作为设计性的实验。如“自动控制原理”中磁悬浮系统和倒立摆系统的设计;“现代电源技术”中开关电源负载实验;“继电保护与调度自动化综合实验”中负荷预测和状态估计等;积极组织学生参加全国大学生电子设计大赛、挑战杯大学生课外科技作品大赛、全国嵌入式设计应用大赛、数学建模大赛、美新杯物联网大赛、中国大学生DSP设计大赛等。
本专业对各门课程的课程目标达成状况建立了持续的评价机制,对从各种途径获得的评价信息,通过分析、归纳、总结形成反馈信息,用于教学计划修订和教学过程各环节的持续改进,切实提高本科教学质量。
三、小结
1不断探索实验教学改革,寻求最佳实验方法
1.1教学目的和教学形式上的调整在以前的教学中,实验课基本上与理论教学同步,理论课上到哪儿,实验就做哪儿。而现在是将所有的单个实验独立设课,构建一个完整的实验内容体系,即综合为一周的课程设计[1],其目的是:在调动学生积极性和主动性的基础上,培养其综合性能力,而不仅是单纯的动手能力。综合能力的培养过程就是将理论知识转化为实际解决问题能力的过程,它应该包括实验设计、实验操作、综合归纳、灵活运用理论知识解决实际问题,查阅文献资料和工具书以及严谨学风等方面的培养。为了达到这一目的,其实验教学就应该在多方面与传统的实验教学有所不同,灵活多变的教学方法和现代化的教学手段可以激发学生的兴趣.要在开放形式上做到多样化,并要能适应不同水平和能力的学生。
1.2逐步放手,启发式辅导过去实验教学,教师以“抱”为主,也就是当学生不会使用仪器设备时,最简单的如示波器的使用等都由教员为其讲解,从来不看说明书。又如实验中出现故障,学生就请教老师来排除,其结果一次实验课下来,老师很辛苦,学生收获却不大。现在的实验,指导教师以“放”为主,即教师仅在实验方法上给予必要的指导,实验的总体设计、实验设备的选用以及实验数据的处理都由学生来完成,若与理论不符,允许重新进行实验。由于实验设备及场地的限制,过去实验教学的学生是二人一组,甚至三四人一组,若一组中有一个学生的实验或动手能力稍强,就会出现其他学生的“陪坐”现象。现在充分利用八小时以外的时间,实行实验预约的一人一组的制度,给学生营造了独立完成实验的条件与氛围。
1.3在“放”的过程中必须加强教学管理在给予学生实验比较大的自由度的同时,还要加强学生的实验过程的控制和测量数据的管理,防止学生伪造实验数据,弄虚作假:一是强调弄虚作假的危害性,一旦发现将按实验课程设计不及格处理。二是经常抽测学生的实验数据,并将抽测结果定为考试成绩的一部分。三是规定实验开始前联接的实验线路必须经教师检查,实验结束后的实验结果经教师认可后方可将实验线路拆除,防止设备损坏和数据错误。
2因材施教,搞好多层次教学电力电子技术实验室开放教学所面对的学生是多层次的,从提高教学质量的角度来说,应该注重因材施教,以达到不论能力如何都能在其中得到培养和提高的目的。为此在教学中对不同能力的学生采取了不同的教学方法,提供了不同的条件。
2.1教学型其任务就是让学生完成教学计划规定的实验内容,除课表规定的时间上课外,业余时间定时有教师值班,学生可选择时间和内容来做实验。
2.2提高型其对象是那些有能力、有兴趣且自愿在实验中进一步充实自己的学生,开放时间视情况而定,提供一些选作实验题目,供学生自由选择。这些题目的内容覆盖面较广,涉及电力电子技术的各个方面,在题目的内容上主要安排设计性实验,让学生查找资料和工具书,使其通过自己的努力去完成有一定难度的实验,为以后的毕业设计在综合能力方面打下良好的基础。
3实验教学改革应具备的条件实现这一教学改革涉及多方面的因素,需要许多先决条件和多方配合,也会遇到许多困难,同时也要具备一定的条件。
3.1课程安排应滞后于相关理论课程我们的目的是培养学生的综合能力,即将理论知识转化为解决实际问题的能力。所以让学生去做他们已经在理论上掌握的实验内容才有意义,才能使他们从中提高能力。同时这样也能使开放实验室的任务量均衡,这样也能为实验课的独立设课打下基础。
3.2实验辅导教师应具备一专多能的素质开放式实验教学所含内容较过去要广泛的多,由于多层次的教学需要广阔的知识面和扎实的理论基础,所以要求每一个实验辅导教师都要不断提高业务水平。另外,在开放实验室辅导时可能同时辅导多项内容,还要注重启发式辅导以及大量的管理工作,这就要求每个教师必须熟悉全部工作内容,能自如地应付所有可能出现的问题。
3.3开放实验室应该有较大的场所在开放式实验教学中,学生有很大的自由度,所以开放实验室有可能时而人多,时而人少。这将导致一是人少或无人时也要有教师值班;二是人多时容纳不下,另外,实验由原来的二人或多人一组变为一人一组,这也给增加设备和场地提出了新的要求,同时教师的工作量也大大增加。
3.4各级领导要重视实验室工作,认真抓好实验技术人员队伍的建设与提高各级领导要关心实验技术人员的工作、学习和业务进修,关心其技术职务的评聘和晋升,尊重他们的劳动。对他们所作的贡献和超工作量劳动给予奖励和适当的报酬,采取切实措施调动和发挥他们在实验教学改革和实验室开放工作中的积极性和主动性。
关键词:理论教学 实践教学 教学内容
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(b)-0163-01
职业教育作为一种教育类型,有着不同于普通教育的特点和规律。然而职教的理论研究却很落后,我国近几年才重视职教理论的研究和实际操作模式的探索。高职的教学重点不是理论知识,而是基本操作技能,现在的实际情况是本末倒置,实验验证理论,教学以理论为中心。开创具有高职特色的新型教育模式,对于加速高职发展将起到推动作用。
1 目前煤炭高职电类基础课程教学存在的问题
高职教育应以培养学生的工程技术应用能力和工程创新意识为重点。众所周知,电类专业要比机械行业等一些其它行业,专业知识要更新的快得多,如果不能不断的学习,很难跟上电类专业知识发展的脚步,而且在现阶段的教学过程中,很多实验项目已经很陈旧,还延续十几年前不变的老题目。实验器材也已经很落后,不能随着时代前进的步伐而逐渐更新。这就将会直接导致煤炭高职院校培养出来的学生理论水平虽然高,但是动手能力偏弱的特点,不能很好的适应现在的就业环境。
2 改革的方法与措施
为了能有效的提高学生的动手能力,就应该在加强理论教学的同时,对实践教学环节进行改革,使得实践环节能更好的服务于理论教学。为此提出以下方案:在搞好理论教学的基础上,组建青年教师实践教学改革小组,带领学习及动手能力强的学生成立小型实验室,目的是开展与理论教学内容相关的实践教学活动,对新的实验项目和仪器加以探索和学习,逐步完善实践教学内容。使得现有的落后的实验室的实验项目和仪器能进行同步更新,从而带动教学内容的不断更新,使学生学到的知识永远不落伍,跟现代的工程应用接轨。
为了构建一支与项目课程模式相适应的高职教学团队,高职院校应采取各种措施加大培养和引进“双师”素质专业带头人和骨干教师的力度,优化高职院校师资结构,尽快形成雁阵师资梯队。具体方法:第一,鼓励教师参与企业的科研开发,为企业提供技术服务,在实战中提高教师的科研实战水平,培养专业带头人。第二,充分利用社会资源,积极从行业企业引进兼职专业教师,建立一支较稳定的兼职教师队伍,并使他们直接参与学校教学、实训实习、专业建设、就业指导等各个环节,这样便可优势互补,尽可能造就专业骨干。第三,有计划、有步骤地让教师到工矿企业部门带岗轮训,强化训练专业教师职业岗位的实践技能。第四,鼓励中青年教师,尤其是新到岗的教师,积极参加职业资格或专业技能等级证书的考核,弥补新教师实践经验不足的缺陷。
3 教学改革计划与步骤
实行“项目驱动法”和“学习情境教学法”,对一些基础课程和专业基础课程,甚至专业课的内容进行整合和调整,使课程的结构和内容深度交叉和联系,各门课不再独立。通过一些简单的设计和训练,并结合工业应用和岗位实际建立一些设计项目,可以将《电气传动》、《电力电子技术》、《单片机》等课程进行整合,满足教学改革的需要。其中《单片机》是控制领域的核心技术,也是电类专业的专业基础课程,为了使得学生能很好的适应毕业后从事产品设计,需要培养学生们对核心芯片的编程能力和系统的开发能力。结合电类专业基础课程的内容,焊接、组装、调试具有实用价值的插件和产品,在此基础上进行设计、编程,以图有所突破和创新,并逐步引导学生参加教师承担的科研项目与对外科技服务等活动,做到产学研结合。具体的设计计划与项目如下。
3.1 进行与教学紧密相关的基本电子电路的制作
首先锻炼学生基本元器件和集成电路的使用,这能很好的强化模电和数电课程的理论知识,使学生进一步把理论和实践相结合,更能锻炼学生们的思维和动手能力;其次培养学生进行小功率电源电路的制作,电源是与电力电子技术这门课程紧密结合的,制作电源可以对《电力电子技术》这门课程进行进一步的深化和拓展;再次对学生能力进一步提高,进行小功率电机驱动电路和控制电路的设计,电机调速电路的搭建。电气传动和运动控制是动力的源泉,是电气自动化行业的重要领域。通过设计训练可以对《交直流调速》、《变频器》和《电气控制与PLC》实现综合实训和课程内容的整合,使之更加接近工业应用和煤炭高职学生的接受能力。对于有能力的学生,可以培养其进行无线电和红外线电路制作,使其跟上电气技术变革的步伐,锻炼学生不断的接触新技术能力,从而补充现有专业知识的不足。
3.2 进行与理论教学相关的设计项目,以达到对理论教学更深层次的利用的目的
具体要经过三个阶段:初级阶段设计项目可以选择微控制器的开发与应用,对现成开发板进行微控制器的编程,以及现成单元的简单组装和一些基本电气技术的训练可以提高学生的兴趣,也可以培养电器维修层次的学生;中级阶段可以进行自主开发,基于微控制器与现场设备的串行通信、点对点以及多机通信系统,通过这些具体项目的引导可以实现所学知识的综合应用和训练;高级阶段可以进行各种电子竞赛题目和课程设计及毕业设计,有利于开拓视野,把握电气行业新技术的发展方向,促进电类专业内涵的深化和专业领域的拓展。
4 具体的改革成果
成熟的项目可以逐步转化为上述专业基础课程的综合实验、实训题目、课程设计、毕业设计题目等。总结实践教学改革的成果,撰写论文,编写具有煤炭特色的实训教材。组织学生尝试参加各类学科竞赛和课外科技活动。开展教师与学生代表座谈会议,加强师生之间的沟通,及时反馈教学信息,改正教学方法。
最主要的是可以培养一批专业知识扎实,实践能力强的年轻骨干教师队伍,不断的接触新的行业知识和技术,不断的对现有实验室进行改革和更新,通过以上的成果阶段的转化,使得理论教学能更好的促进实践教学的发展,实践教学反哺理论教学,使理论教学更加完善。
综上所述,该项目的研究和实践,对煤炭高职教学改革研究具有深刻指导意义。使广大教师提高了对实践教学地位的认识,明确了摆脱传统教学模式,创立高职教育课程改革的方向。学生对高职教育实践教学有了一个准确的定位,将会使学习兴趣大增,学习积极性高涨,分析问题和解决问题的能力得以提高。
参考文献
关键词:自动化生产线;教学方法;电机与电气控制;PLC;课程设计
中图分类号:G712文献标识码:B文章编号:1006-5962(2013)02-0027-02
高职机电一体化专业课程设置的培养目标是:面向工业企业生产现场,电气控制系统制造公司、机电设备制造公司、机电设备、电气设备、工控设备制造公司或公司、科技开发公司,培养适应社会需要,全面发展,适应本专业相对应职业岗位的高等技术应用性专门人才,主要岗位群定位是自动化设备安装员、自动化设备调试员、中高级维修电工等,本专业有五个主干学科:电气工程、电子工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程,都是为了岗位需要设置的专业知识。其中《自动化生产线安装与调试》作为一门核心专业课在第四学期进行了贯穿和综合。
1自动化生产线的课程设置
机电一体化专业人才培养能力有:识图绘图能力、机电安装调试维修能力、电控系统调试检修能力、自动线调试维护能力、机电设备管理能力及机电产品营销能力等。《自动化生产线安装与调试》前序课程有PLC技术、传感器技术、电机与控制,后序课程有机床维修等。在我们所要实现的教学目标中知识目标涉及到:机械手工作原理、握机械手控制原理、机械手气动原理、熟悉安全操作规程;能力目标有:对已安装的机械手机械部件进行测量;对机械手的气路进行基本调试;根据故障现象判断故障部位;检查分析、找到故障点并分析解决故障;遵守安全操作规程;素质目标有严谨的职业态度、规范的操作习惯、创新精神、团结协作精神、自主学习精神及沟通能力。
此核心课程以项目驱动教学开展课程教学,提升学生的职业能力,以具体自动化生产线为载体,融合认知、安装、调试和检测等内容,实现教、学、做、评一体化教学,突出课程的职业性、实践性和开放性。以学生为主体,采取多样化教学方法。以自动化设备改造为工作过程,涉及电路图分析、电气图设计、程序设计、设备组装、设备运行调试、设备检测、设备维护等行动领域,设置六个学习情境:零配件拆装、传感器检测、气路检测、异步电机检测、步进电机检测、整体检测调试,分成20个任务。
项目一:供料站的安装,有机械拆装、气路拆装、电器拆装三个任务;项目二:加工站的安装,设计任务有加工站组装、光电传感器检测、限位传感器检测三个任务;项目三:装配站的安装,设计任务有装配站组装、电磁阀检测、气缸检测三个任务;项目四 :分拣站的安装,设计任务有分拣站组装、传送带的检测、异步电机的检测、变频器的检测四个任务;项目五:输送站的安装,设计任务有输送站组装、光纤传感器检测、机械手检测、步进电机的检测、溜板检测四个任务;项目六:整体运行调试,有PLC控制网络构建、程序编写、综合调试三个任务。
2自动化生产线的教学方法与评价设计
2.1教学方法。
(1)讲授法:讲解项目任务,传授项目任务相关的知识点,针对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明。
(2)现场教学法:在符合生产要求的工作环境中进行操作技能和维修应用能力实践,提高职业氛围,在工作过程中提升学生的职业道德、职业素养和岗位适应能力。
(3)任务驱动法:将教学过程融入项目任务中,让学生自主讨论分析实施,学生在工作过程中得到知识。
(4)小组讨论法:学生每六~八人为一个小组,小组讨论分析,讨论解决,分工协作完成项目任务。
六步教学实施:明确任务、讨论分析、制定方案、检测故障、检验效果、总结分析。老师交代目标,注意观察和记录小组对现象分析情况,解答学生提出的问题,对跟主题分析偏离太远的小组予以引导,让学生自行摸索,在后期对学生可能会引起事故或损坏设备和工具的异常操作给予纠正,最后老师组织小组进行故障排除工作汇报,互评,并对每组进行考核评价,再引导学生自行总结。
2.2评价设计。
课程采用过程考核与期终考核相结合、企业考核与校内项目考核相结合、教师考核与学生考核相结合的多元化考核方式,利于理论联系实际,有利于学生的学习创新和思考,更督促他们到实际中去发现和改进,去寻找合适自己的项目和课题。
课程考核为:校内项目,企业,综合实训三大类。当堂课的考核有:教师考核、小组互评、小组自评;教师考核内容为五项:任务分析情况,实施方案制定,任务完成质量、分工协作精神、故障检测手段、安全操作规范、小组总结。
和很多专业课一样,多种教学方法和全面的评价方案,有效保证了教学效果。
3相关课教学
3.1电机与电气控制的教学。
本课程以发电机为主题,以工作任务为导向,以工厂实用型电气控制系统设计、安装、调试与维护情景教学为主线贯穿全课程,用实物进行直观性教学,使学生感性认识强,理性认识够。
典型的教学任务有三相异步电动机全压启动、三相异步电动机长动控制、三相异步电动机正反转控制、三相异步电动机延时启动控制(或三相异步电动机Y-降压启动)、机械手控制等。
课程特色是学生充分利用所学知识、网络资源、闲瑕时间作为期三个月的“继电控制课程设计”。任务书要求能够根据功能要求选择个元器件的类型及其型号;了解个元器件的工作原理和使用方法;把各元器件连接起来实现本课程设计的要求。设计内容和要求:两台电动机都存在重载启动的可能,任何一级传送带停止工作时,其他传送带都必须停止工作,控制线路有必要的保护环节,有故障报警装置。课程设计书要有课题介绍、题目、摘要、总体方案设计、设计目的、控制要求、设计要求、 硬件选型、主电路原理图的设计、 控制电路原理图的设计、重载保护电路设计、欠压保护电路设计、总结。
3.2PLC教学。
PLC是可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)的简称,早期是一种开关逻辑控制装置,随着计算机技术和通信技术的发展,其控制核心采用微处理器,功能有了极大扩展,除了最广泛的取代传统的继电器-接触器控制的开关量逻辑控制外,还有过程控制,数据处理,通信联网与显示打印,PLC接口采用光电隔离,实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离,减小了电磁干扰。
PLC有5种编程语言:
(1)顺序功能图(SFC)。
顺序功能图常用来编制顺序控制类程序,包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法是将一个复杂的控制过程分解为小的工作状态,这些状态按顺序连接组合成整体的控制程序。
(2)梯形图(LD)。
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式,是在常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的,形象、直观、实用,电气技术人员容易接受,要求用带CRT屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号,是目前用得最多的一种PLC编程语言。
(3)功能块图(FBD)。
功能图编程语言是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言,与数字电路中的逻辑图一样,极易表现条件与结果之间的逻辑功能。
(4)指令表(IL)。
采用经济便携的编程器将程序输入到可编程控制器就用指令表,使用的指令语句类似微机中的汇编语言。指令表程序较难阅读,其中的逻辑关系很难一眼看出,所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器,必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC,在用户程序存储器中,指令按步序号顺序排列。
(5)结构文本(ST)是文字语言。
编程语言的学习是PLC教学的一项重要内容,中间加以不同的应用实例:顺序控制电路、常闭触点输入信号的处理,使用多个定时器接力定时的时序控制电路、三相异步电动机正反转控制电路、钻床刀架运动控制系统的设计,LED数码管显示设计,还经常根据继电器电路图设计梯形图。
增加的学习情境还常有如下任务:洗手间的冲水清洗控制、进库物品的统计、竞赛抢答器装置设计、彩灯或喷泉PLC控制;寻找数组最大值并求和运算、电热水炉温度控制等。
3.3单片机。
单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。用于示波器、报警系统、移动电话、彩电等日常方面,在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信领域、医用设备领域、工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域也都有广泛应用。
数据大都在单片机内部传送,运行速度快,抗干扰能力强,可靠性高,微型单片化集成了如看门狗、AD/DA等更多的其它资源。教学内容以80C51为核心讲授单片机的的引脚、存储器组织结构、典型语句,以实例应用为线索:单灯受控闪烁、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯、单片机做加、减、乘、除运算等项目。各子任务都作硬件电路及工作原理分析、主程序流程图设计、源程序的编辑、编译、下载、单片机的I/O接口分配及连接。
教学采用ISP-4单片机实验开发板,可以完成大量的单片机学习、开发实验,对学习单片机有极大的帮助。该板采用在线可编程的AT89S51单片机,有程序下载功能,可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。
3.4变频器技术及应用。
变频技术让学生熟练掌握各种电力电子器件的工作原理、主要参数、驱动电路与保护技术;掌握交-直-交变频器、交-交变频器、谐振型变频的工作原理和应用范围;掌握脉宽调制控制、矢量控制和直接转矩控制等先进技术;了解变频器与感应电动机组成变频调速系统、变频器与双馈电机组成调速系统、变频器与同步电动机组成变频调速系统,掌握电力电子电机系统的组成、工作原理、控制方法、运行特性等,是强电应用和现代技术推广的有力体现。
3.5传感器与自动检测技术。
传感器技术代替人的感观,在各种环境下应用,检测技术是一套有效的反应体系,包括信息的获得、测量方法、信号的变换、处理和显示、误差的分析以及干扰的抑制、可靠性问题等。因此掌握常用传感器的工作原理、结构、性能,并能正确选用,了解传感器的基本概念和自动检测系统的组成,对常用检测系统有相应的分析与维护能力。对工业生产过程中主要工艺参数的测量能提出合理的检测方案,能正确选用传感器及测量转换电路组成实用检测系统的初步能力。
教学过程进行小论文制作,让学生提高计算机应用水平,使学生从文字处理水平提高到办公处理水平。对分节、目录、文献标识作严格要求。题目如数字显示电子称、基于霍尔传感器的转速表、单片机电子秤研究、光纤测温仪、烟雾报警器、小车寻迹设计、电熨斗自动恒温系统、电涡流探伤、电感测厚仪等。
4毕业论文指导分析
毕业论文专业联系实际,通常小型自动化系统以单片机为主,大型自动化生产线以PLC为主,系统运行动力离不开电机,观察离不开传感器,调速可用变频器,综合所学,学生的论文涉及广泛,有效教学可对应从如下方面侧重指导。
4.1立意选题。
根据实际和研究方向做好侧重和体现,如“触摸屏控制的碱液配置系统”和“两种液体混合装置的PLC控制系统”的系统性和方向性,“车库自动门的PLC自动控制”和“测速雷达信号处理系统”的检测指标要求等。
4.2材料整合。
在任务要求明确的基础上,首先确定相关技术指标,对应查找并列出论文结构,一份毕业论文至少含有三到五门课的内容,对应于研究方向进行相应编排和取舍。
4.3技术处理。
所搜集图片的背景往往有水印,要去掉,图片按要求进行不同方向的剪切。图表里的文字应是五号或小五,注意表格标题要单独标出等等格式要求。流程图、梯形图的设计与表现。
多种教学方法和理论联系实际教出具有学习能力和创新能力的学生,系统的学习与应用创造练就出具有竞争力的学生,专业课的有效教学和毕业论文的顺利设计将显示本专业沉甸甸的含金量。
参考文献
[1]吕景全.《自动化生产线安装与调试》,中国铁道出版社,2010年7月
[2]马玉春.《电机与电气控制》,北京交通大学出版社,2011年1月
[3]李建新.《可编程控制器原理及应用》,机械工业出版社,2012年9月
关键词:新能源发电;课程知识体系;教学改革;教学方法
作者简介:张涛(1981-),男,安徽阜阳人,三峡大学电气与新能源学院,副教授;武建瑞(1983-),男,陕西蒲城人,三峡大学电气与新能源学院,助理工程师。(湖北 宜昌 443002)
基金项目:本文系三峡大学教学研究项目重点项目(项目编号:J2011008)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)09-0073-02
能源是人类生存和发展的重要物质基础,随着社会发展对能源需求的持续增长,以及能源短缺危机和全球环境的日益恶化,能源对人类经济与社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越显著。[1]面对能源短缺危机和环境保护的双重压力下,必须通过能源利用新技术实现“开源”和“节流”。因此,大规模开发新的能源,大力发展高效、环保的电力工业成为解决能源问题的有效途径,培养这方面的人才对新能源的开发和利用具有重要意义。
三峡大学具有浓厚的电力行业背景,为了让三峡大学(以下简称“我校”)电气工程类专业学生了解新能源相关知识,“新能源发电技术”课程应运而生,它是电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的专业选修课程。该课程的讲授,能够帮助学生较为全面地了解和掌握新能源利用形式及其相关技术的前沿动态,有利于培养学生的创新思维能力。为了提高教学质量,结合电气工程类专业的特点,探索适合电力系统及其自动化专业课程授课内容和教学方法是十分必要的。本文将根据笔者近年来的教学实践,谈谈对该课程的教学改革与实践方面的几点体会。
一、课程教学存在的主要问题和矛盾
“新能源发电技术”课程是一门多学科交叉的课程,除了涉及电力和能源领域的知识外,还要求学生具有其他领域相关的知识,如课程中风力发电技术涉及空气动力学的相关知识,太阳能电池涉及的半导体材料的相关知识,生物质能中涉及的生物化学等相关知识等。[2,4]由于新能源发电技术的研究属于前沿科学,目前,我国部分高校的相关专业已开设“新能源发电技术”课程,但不同学科对该专业课程的教学需求不同,导致教材内容侧重点差异较大。该课程的建设中存在的问题较为突出,集中体现在:不同专业教材内容侧重点不同,缺乏适合电力系统及其自动化专业的教材;作为一门选修课程,学生重视程度不够;专业教学环节矛盾众多,包括课程与教材之间的矛盾,理论教学与实践教学之间的矛盾,教学目标与教学方法之间的矛盾等,这些都在很大程度上制约了“新能源发电技术”课程教学质量的提高。
对于电力系统及其自动化专业的学生,该课程需要涉及更多电气工程学科的相关知识,如电机学、电力电子技术、电力系统分析等专业知识。在新能源并网和储能技术中需要应用这些专业知识分析该研究领域前沿问题,有利于全面掌握新能源知识体系和培养学生分析问题的能力。由此可见,本课程内容丰富,知识点多,在该课程的建设中,需要根据专业特点,合理组织教学内容,让学生掌握晦涩难懂的外专业知识的,能利用本专业知识分析实际工程问题,激发学生学习该课程的兴趣,提高学生的综合素质,因此该课程的教学内容和教学模式的改革势在必行。
二、教学内容的改革
为了适应电力系统及其自动化专业学生的教学,在课程改革过程中,根据新能源发电行业现状和电气工程对新能源发电技术课程知识体系的需求,结合电力工程及其自动化专业的特点,精选教学内容,重新构建了新的课程知识体系,加强与电力系统及其自动化专业之间的联系。
根据新能源发电站接入电网的影响不同,将这些新能源技术分为两类:稳定性能源发电技术和间歇性能源发电技术。
一些新能源技术(如生物质能、地热能和常规水电)在接入电力系统方面和常规电力技术一样容易,除了一次能源的形式不同,转换成电能环节基本相同,都采用同步发电机进行发电,对电网的安全和稳定不会造成影响。因此,这部分新能源知识重点讲解各种新能源发电技术的基本原理,最新的发电技术的现状和动向,及在利用过程中对改善环境带来的好处,培养学生新的能源观念和意识。同时结合电网发展的最近进展,这些发电技术作为分布式电源接入电网时,如何规划电网,接入电网对电网的影响等方面进行适当的讲解,加强与电力系统知识的联系,提高学生学习的积极性,
由于受到季节、气象和地域等条件的影响,另一些新能源技术具有随机性、波动性和间歇性的特点,如风能和太阳能发电等新能源发电技术,在接入电力系统方面需要克服更多的挑战,其电力大规模并入常规电网会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响。这部分内容重点讲解与电力系统相关的技术,涉及到电机学、电力电子技术和电力系统相关的知识点。在间歇性能源并网过程中,电力储能技术可以补偿负荷波动,解决风能和太阳能等间歇式新能源发电直接并网对电网的冲击,调节电能质量,使大规模风力发电和太阳能发电能够方便可靠地并入常规电网。随着可再生新能源发电技术的快速发展,电力储能技术也是电力系统及其自动化专业学生必须掌握的知识,所以储能技术也是该课程知识体系的重要部分。
本文提出的课程知识体系目前还没有相关教材,为此,笔者较为系统地构建并编写适合电力系统及其自动化专业的“新能源发电技术”课程讲义,使之更符合电力系统及其自动化专业的教学。从两学期的试用情况来看,学生认同感增强,明确该课程是本专业不可或缺的重要选修课,重视程度显著提升,在教学过程中取得了良好的效果。
三、教学模式改革
选择合适的教学方法,能够提高课堂效率。教学内容的不同,授课的教学方法也需要相应的改进,为此笔者对教学方法也进行了改革,使之与课程知识体系相适应。
1.采用学术专题讲座的教学方式
“新能源发电技术”课程知识体系要求运用新的教学方法。每种新能源发电技术各自成章,自成系统,各部分内容均有很多前沿的技术,仅靠书本知识已经不能适应科技的进步。[5,6]因此需要任课教师补充相关发展的新动向和新技术,以学术讲座的形式进行讲授与课程相关知识点。讲解过程中,以具体的行业问题为背景,采取启发式的讲解方式,层层剖析问题,可以让学生在有限的学时内,掌握发电技术的发展现状、发电原理、利用方式、开发存在的问题和研究现状及动向。如地热发电、海洋能发电、生物质能发电、太阳能热发电技术,都可以采用讲座的方式进行讲解。同时在讲座过程中,增加学生提问环节,让学生可以积极参与,引导学生自主思考。
为了强化实践,在每一个专题授课结束后,教师通过布置与该专题相关的设计题目,让学生学以致用。比如让学生设计太阳能热电站,利用波浪能发电原理设计相应的波浪能电站,设计新农村综合利用生物质能的方案,设计垃圾发电站工艺流程等,作为分布式电源接入电网时,结合不同能源开发利用的特点对该地区新能源开发和电网结构做出合理规划,并给出理由。通过这些综合性设计作业,可以增强大家的创新意识和实践能力,激发了学生的学习兴趣和主动性,训练了学生分析问题、解决问题的综合能力,起到了非常好的效果。
2.基于问题的探究式教学方式
传统的讲授方式,可以系统地讲解,课堂容量大。风力发电和光伏发电技术涉及知识点多,知识点零散,因此需要教师合理组织教学内容,使其与所学专业知识相结合。为此笔者精心设计每一个教学环节,精讲多练。但传统的授课方式,学生被动接受,学习积极性不高。
为此,笔者采用基于问题的探究式教学方式,在教学的过程中,教师起引导作用,对课程中的知识点进行分析,提出基于问题的讨论题目;并分析学生需要掌握的知识要点,为学生提供必要的参考文献,让学生课后自己查阅资料,引导他们学会自己总结知识点,利用所学知识分析实际问题。而学生在课后根据自己的兴趣自愿选题,并分小组进行研讨,研讨后,该小组总结讨论结果。在课堂讨论中,每个小组推荐一名学生做交流发言,将自己的研究内容做简要汇报。学生互相提问展开讨论,老师进行有针对性的点评,肯定了学生们取得的成绩,对错误的地方进行了补充和纠正。[2]为了达到分组讨论学习预期效果,要求每个小组在上交的文献报告中,明确每个学生所做的工作和参加小组讨论的发言内容,督促每个学生都参与讨论学习。通过这种教学方式,充分调动了学生的积极性和主动性,也很好地完成了教学目标,促进了教学质量的提高,达到“授人以渔”的目的。
3.改进多媒体教学方式
由于该课程设计的专业知识具有跨学科的特点,有些知识点学生难以掌握,有些原理较为抽象。如风机的偏航过程、变桨过程、风机的失速原理、斯特林发动机的发电过程等都比较抽象,在没有实物演示的前提下,学生经常不容易理解。因此在讲这些课程内容时,采用多媒体动画演示的方法,帮助学生理解基本概念和知识,让学生更快更易地理解和掌握这些内容。
四、考试方法的改革
虽然在教学内容和方法上进行了改革,提高了学生的学习兴趣,激发学生的学习热情,但仍有不少学生选课和学习动机不端正。他们不是为了完善自己的知识结构,提高自己的综合素质,只是为了凑满学分,对选修课缺乏足够的重视。[6]传统的闭卷考核方式不能全面地反映真实的教学情况。撰写课程论文,成绩只与论文写得好不好有关,有的同学东拼西凑,也能获得一个理想的成绩。这些方式都难以督促学生平常的学习,因此仍需完善课程的考核方式。根据“新能源发电技术”课程的特点,笔者对该课程的考试方式做了合理的改革,促进学生学习,公正地反映了学生的成绩。主要采取了以下一些措施:
1.注重对学生平时的考查
增加课堂随机考查的次数。通过提问、课堂测验等方式,让学生在上课时能集中精力听讲,防止学生上课“开小差”。回答问题和课堂测验计入平时成绩。
2.增加撰写文献报告和大作业
基于问题的探究式教学方式中,撰写文献报告和小组讨论环节能够有效培养了学生查阅文献、撰写论文、发现问题、解决问题、独立思考的能力,因此能够较为科学评价学生平时的努力程度。因此,课堂讨论和小组讨论中,根据学生在该环节中的贡献不同给学生不同成绩,这样能起到督促学生学习和检验学生学习效果的作用。
作业是课堂教学的有效补充和延伸,是教学中必不可少的环节。大作业一般具有综合性的特点,能够有效锻炼学生的综合能力,巩固平时所学的知识,是反馈教学效果的有效手段。因此增加大作业和撰写文献报告在平时成绩中的比重也是考查学生平时学习的有效手段。
3.增加平时成绩的权重
平时考核成绩权重由原来的30%提高到目前的50%,有效地避免了学生平时不学习,考试时突击学习也能取得不错成绩的弊端,提高学生学习的积极性和自觉性。
通过上述措施的实施,经调查表明多数学生都认可这种成绩考核方法较合理、公正,能够真实反映学生的成绩,受到了多数学生的欢迎。
五、结束语
“新能源发电技术”课程是电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的专业选修课程。本文针对课程建设中存在的突出问题,构建了适合电气工程类专业的“新能源发电技术”课程的知识体系,合理组织教学内容,并根据授课内容提出了合适的教学和考核方法。通过课程教学改革,激发学生的学习兴趣,引导学生主动学习,培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新意识,提高学生的综合素质,达到提高该课程的教学质量和教学效果的目的。
参考文献:
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[2]马明国,蒋建新.“生物质能源利用原理与技术”教学改革初探[J].中国林业教育,2009,27(4):64-67.
[3]陈春香,李啸骢,梁志坚,等.“新能源发电技术”课程教学改革与探索[J].中国电力教育,2013,(5):62,102.
[4]孙欣,黄永红.“新能源发电技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育,2011,(35):95-96.
1 南京航空航天大学电气工程专业产学研结合现状
南京航空航天大学电气工程专业为国家级特色本科专业、国防特色重点专业、江苏省品牌特色专业、江苏省“十二五”重点专业以电气工程领域为对象,注重计算机科学、控制理论和信息科学在电气工程各领域中的应用,具有广阔的发展前景,相关研究领域在国内具有重要影响力。该专业设有电力电子与电力传动、电机与电器、电力系统及其自动化三个方向。培养具有电气工程领域较宽广的专业基础知识和工程技术基础,具有较好的电气分析、电气设计、电气系统设计、电气系统运行、科学研究、技术开发和管理工作能力的适应国民经济建设特别是航空航天、国防工业和新能源产业发展的高素质的电气领域的高级工程技术人才。
作为南京航空航天大学这样一所重点大学,重点是培养研究型人才,进行知识创新活动,最终目标是为社会服务,高校通过产学研合作,不仅能够解决学校教育与社会脱节问题,缩小学校和社会对人才培养与需求之间的差距,增强学生在社会的竞争力,而且也能够促进科技发展。近年来,南京航空航天大学开展了较多广泛且有效的产学研合作与实践,尤其在电类领域的合作,效果较为显著。通过合作,实现了将技术攻关、成果转化、平台共建、人才培养、干部交流等全方位的合作,实现了互利共赢,助推了经济发展。以南京航空航天大学与无锡市开展风电领域政产学研合作为例,自合作以来,无锡市委书记杨卫泽率领无锡市党政代表团先后两次访问学校,并就政产学研合作事宜与学校的领导深入交流。而且,学校党委书记崔锐捷、校长朱荻等校领导也多次带领学校相关部门负责同志及部分专家走访无锡市惠山区,实地考察区域经济发展,探索合作模式,推动政产学研合作。②
2 电气专业产学研结合的思考及具体做法
电气专业是电气信息领域的一门学科,由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关,成为高新技术产业的重要组成部分,触角伸向各行各业,小到一个开关的设计,大到宇航飞机的研究,都有它的身影。这个专业的学生能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作,是“宽口径”、“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大,正是由于社会大量的需求,不言而喻,电气专业培养学生的素质与质量,对该个专业领域,乃至我国国民经济领域的发展影响也是极其重要的。那么,培养出来的学生是否被社会所接纳,被企事业单位所需求,需要我们高校在培养学生时要制定合理的培养目标、培养模式,因此,产学研的结合,为高校的学生培养、学科发展提供了良好的契机。
2.1 产和研的结合
企业有较好的生产能力,但科技含量低,科学研究创新不够,如果要想在激烈的市场竞争中脱颖而出,甚至立于不败之地,需要把高校的知识资源和科技研究成果可以很好地转化,技术上进行创新。而作为高校,是服务发展的主体,是科学知识的生产者和提供者,对科学知识的传播、整合和流通起着重要的推动作用。高校在搞科研的目的也是为生产服务、为社会服务。产学研结合就是充分利用学校与企业、科研单位等多种不同教学环境和教学资源以及在人才培养方面的各自优势,建立良好的互动,把以课堂传授知识为主的学校教育模式与直接获取工程经验、实践能力为主的生产、科研实践有机结合,才能适时调整学生的培养模式,使学生获得良好的实习机会和实习场所,让高校培养出来的学生更容易走上社会,被企业所需求。电气工程专业就是一个实践性很强的专业,能够解决电气工程技术分析与控制等实际生产问题。
但是,在产学研合作中,高校在科研管理机制上存在一些问题,主要表现在:(1)科技成果转移渠道不畅。很多企业拿着大量资金寻找科技创新成果,而高校的科研成果又转移不出去,导致了高校、企业、科研院所等各方科技资源分散,浪费精力、物力和人力。(2)科研人员考核制度不利于成果转化。当前,高校普遍采用职称和职务等级发放科研津贴的,而职称职务的获得,主要是看权威性期刊的数量、申请的项目获得的奖励,专利情况等,对于科技成果能否实现产业化问题很少重视,致使高校老师很多科技项目申请后,过多地偏重于技术与理论,与社会需求脱节,大部分科研成果很多是只申请了专利,或者发表了论文的水平上,实际应用产出的效果不高。另一方面,当前部分教授评职称前,发论文,申报项目,有较多的研究成果,但职称评定后,科研动力不足,研究成果停滞不前,更多的是享受这个教授待遇,从而导致研究资源流失。(3)科技成果推广机制不完善,重视不够。高校由于学科建设发展需求、整体实力提升等众多因素影响,学校科技部和老师的关注点在于国家或省部级重大项目的申报上面,比如国家自然科学基金、国家级973、863等重大项目课题、各项科研成果奖励申报,而对真正获得的科技成果,如何将其转化投入不够,重视不足。
因此,在高度重视产学研合作的同时,更应该要结合学科、科研特色和优势,充分发挥科研管理制度对科技创新的激励、支持和引导作用,要进一步搭建平台,发 挥政府的作用,与政府、企业、科研院所及高校,产业四力强强联合,不断推动产学研协同创新的形成和发展,为科学技术的研究和创新做出贡献。
2.2 学和研的结合
随着电子、计算机、通信和信息等技术在电力行业的广泛应用和发展,给电气专业的学生带来了很好的发展机遇,这就需要高校培养出的电气专业学生,需要具备一定的科研能力,能够独立承担相应研究方向的科研课题。首先,让学生参与到老师的科研当中。从我校电气专业学生培养来看,学生实行“导师制”,对于优秀的学生,从大学开始就跟随导师做相应的课程设计,等到了研究生阶段,不仅能够很早,而且将课题研究有延续性,能更好地做出科研成果,培养科研能力。第二,让学生参与到各种科技创新比赛,老师进行指导,培养了学生的独立科研能力和科技创新能力。
产学研合作教育是培养具有创新精神和实践能力的高素质学生的重要途径。近年来,我校电气工程专业毕业设计课题,以及研究生课题,有80%的题目与产学研基地的实际和教师科研课题紧密结合,有部分学生直接参加教师承担的课题。通过多种渠道,不仅可以使学生更深入接触工程实际,增强实际工程意识,提高综合实践能力,在完成自己学业任务的同时,培养了科研创新能力和实践能力,
2.3 产和学的结合
人才培养是高校教育的发展之路。经济社会的发展对人才的需求是多种多样的,精英教育、大众化教育是高等教育的两个方向。精英教育培养拔尖人才,大众化高等教育培养各级各类专门人才,各具功能,不可替代。学校应根据不同的社会需求进行科学、准确的定位,确立自己的发展方向,形成有特色的人才培养模式、培养目标、培养方法和质量标准。③
电气专业的学生培养,需要保持和加强原有专业特色和优势,培养学生较强的工程实践能力,提高学生的就业竞争力。在实际操作中,学校应因材施教,引入各类培养机制,如结合产学研的合作平台,一是和企业联系,为学生提供相应的实习基地;另一种则是根据企业的需求,企业的科研方向,制定我们培养学生的目标、模式及课程体系。如开设专门的“卓越工程师”班,单独组织学生完成一门企业课程授课,一次企业参观实习,一次“工程技术讲座”。除此之外,每年暑假,我校的电气专业与陕西航空电气有限公司、陕西西航动力股份有限公司、河南许继集团、南京机电液压工程研究中心等多个校外产学研合作教育基地开展合作,这些企业每年为电气专业学生提供实习条件,提供合作科研项目。
3 总结
电气工程专业行业属于高精尖端行业领域,尖端人才的培养十分重要,它的社会需求较广,而培养这样的优秀人才,就需要高校制定适合社会需求的人才培养模式,通过产学研合作的模式,让学生、教师有良性发展,才能促进电气学科的发展,而外部则需要社会与企业的需求,产学研的结合便是达到这一目标的良好途径。
基金项目:南京航空航天大学基本科研业务费青年科技创新基金-高校科研管理中产学研协同创新机制研究(资助编号:NR2013029;项目负责人:李洁)成果之一
注释