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【关键词】电力系统 实践性教学 CDIO 改革与实践
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)22-0078-02
一 引言
工科院校的实践性教学一般分为:课程实验、课程设计、实习环节和毕业设计。在这些教学环节中,“重知识、轻能力,重学术、轻应用,重说理、轻实效”是工科教学存在的普遍问题。基于这种现状,我院以体现当今工程教育中先进教育理念CDIO模式为指导思想,对整个学院人才培养模式作了较为深入的改革和探索。本文结合我院人才培养模式的改革背景,将CDIO教育理念融入实践性课程设置和教学过程中,针对电力系统方向的实践环节中课程实验、课程设计和毕业设计的指导思想、教学模式、设计内容和实施过程做出总结,希望对应用型本科学生的工程实践能力和创新思维的培养能起到一定的指导作用。
二 我院电力系统方向设置的背景与定位
1.电力系统方向设置的背景
我院从2005年开始实行“按电气信息类大类招生,两年后按学生的兴趣和需要分专业”的“2+2+x”教学改革。即两年基础课学习,两年专业平台课学习,“x”就是同一专业的学生到专业平台课学习完成后,根据自己的专业兴趣和目前的社会需求选报专业方向,选修一组某专业方向的限选课程和该方向的选修课程,并进入该方向为期一年的毕业设计过程,以达到学以致用,学有所长。我院电气工程及其自动化专业在这项大的人才培养模式改革的背景下形成了“电机设计”、“电机控制”、“建筑电气”和“电力系统”几个专业方向。进入专业方向后,实践性教学环节的安排除了课程实验外,主要有:为期3周的方向课程设计,为期2周的毕业实习和为期1年的毕业设计。
2.电力系统方向人才培养目标定位
电气工程及其自动化专业电力系统方向人才培养的目标定位是:培养能从事电力系统运行、设计、试验、控制和计算机应用等领域工作的高级应用型工程技术人才。毕业生可在电力系统、发电厂、供电企业、电力工程设计单位、电力设备及电力自动化设备开发单位及用电单位等较宽范围内就业。
三 基于CDIO工程教育模式的实践性教学环节的改革与实践
1.CDIO工程教育模式概述
CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)四个英文单词的缩写,它是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达。CDIO工程教育的理念是充分利用大学学科齐全、学习资源丰富的条件,以尽可能接近工程实际,涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计项目为主要载体,结合专业核心课程的教学,使学生能得到全面的训练和提高。
2.基于CDIO工程教育理念的“板块式”课程实验设置
我院基于CDIO工程教育理念的“做中学”和“基于项目教育和学习”的思想,改革以往课程实验以课程为主题,以知识点为核心,专业内各课程间条块分割,没有整体优化和统一的培养目标的缺点,提出课程实验的“板块化”设置。板块化实验项目的设置以专业核心课程和相应的选修课程之间知识点的相互联系为原则,强调基于项目的实验构思、设计、实现、运作。让课程实验真正起到“亲身经历与感受”的作用。
基于以上原则,我院把教学实验设计成若干个具体的实际工程系统,每个工程系统由3级项目组成:1级项目为工程要求,提出总的培养目标和要培养的工程实训能力;2级项目为进一步划分的工程各子系统的设计与分析;3级项目
才是具体的实验内容和试验科目。如我院设置变电站设计与保护大板块的实验课程,将电力系统分析、发电厂电气主系统、电力系统继电保护、计算机仿真、电力系统规划、高电压技术等课程融合成为一个大板块的实验课程,这些课程都具有很强的内在联系,即以发电厂电气主接线方案为平台,依托短路计算和潮流计算来实现电力系统中设备选择与运行、保护的整定与实施、能量的变换和传递、系统的控制运行及其动态过程仿真分析等环节。学生通过这一个大板块理论和实验课程的学习,其工程实践能力的培养在机制上就更加灵活,学生的实验课程安排就不再受到理论课程的教学学时数的局限和理论课程教学前后次序的束缚,学生在学习理论课程的细节之前,就能树立电力系统整体知识的要点和宏观概念。在教学时间上也能够得到有效的保障,如学生通过开放性实验室的运行,可以获得远远超过课内实验学时的工程操作的训练时间,通过自主性、综合性、设计性、创新性实验内容的设置,在学习效率和质量上能得到进一步的提高。
3.基于CDIO模式的课程设计的设置
从电力系统方向培养目标和基本要求中,可以看出:(1)课程设计是本方向主要实践环节,传统的课程设计一般是按照各主干课分别设置的,鉴于上述我校的专业设置背景,不可能有这么多的学时。(2)课程设计以发电厂、变电所设计和运行控制为主。基于此,我校在课程设计的模式上作了一些改革,即在完成全部课程后,进行为期3周的电力系统方向课程设计。我校选定电力系统分析、发电厂电气主系统和电力系统继电保护三门课程作为方向必修课程,选定高电压技术、电力系统综合自动化、电力系统规划和电力系统运行和控制作为方向选修课程。按照人才培养模式的要求、知识体系的要求和时间的限制,把课程设计内容定为以发电厂、变电所设计为主线,贯穿所有课程的内容,完成一个完整的项目设计过程。
基于CDIO工程教育思想,把课程设计分解为一个具有三级项目的工程。项目设计的核心思想是鼓励学生进行主动学习和综合学习,开展学术研讨活动,推动学生学习系统构建、模型分析、算法比较、仿真开发、科学结论分析等技能。在课程设计项目中,教师只起引导作用,通过专题讲座、技术研讨、方案研究等形式启发学生的创新思维。通过CDIO模式下的课程设计,学生对于所选研究对象进行系统模型分析计算,可以培养学生用数学逻辑方法准确描述电力系统拓扑结构、反映系统行为的参数体系、系统行为的能力。项目内容可以完全跳出学生个体能力的差异,不同水平的学生可以选择不同复杂程度且适合自己的设计方案,按照要求完成各个环节设计任务,同样能起到能力锻炼和巩固知识的作用。另外,优秀的选题和成果可以用于替代今后教案中陈旧老套的实例,为更新教学素材作充分的积累。
4.基于CDIO模式的“产、学、研”相结合的毕业设计过程改革
CDIO工程教育思想是让学生以主动、实践和课程之间有机联系的方式学习工程技术。教学过程中加强与社会各行各业特别是专业技术行业的联系,这也是当前高等教育改革与发展的趋势之一。我院基于CDIO工程教育思想,实施按“产、学、研”相结合的模式来组织和管理为期一年的毕业设计(包括毕业实习)的教学过程。
我院按照以下三个环节来管理毕业设计过程:首先,建立严格的设计课题审批制度。指导老师按要求填写毕业设计选题审批表,包括课题来源、设计内容、技术要求、学生人数等。审批表先后通过课程组和学院组织的专家组审核合格后方可作为毕业设计题目;如果学生到生产单位或实践性教学基地去做毕业设计,须事先提出书面申请,还必须按教学要求选题和选派指导教师,将课题内容摘要、主要指标、文献资料和校外指导老师的姓名、学历、职称等以及单位提供的软硬件条件以正规格式报送学院,经过审查后方准前往,并同时指定校内指导教师做教学指导。其次,进行定期的检查汇报。为确保毕业设计的质量和进度,要求学生定期向专业课程组汇报毕业设计情况,我院的毕业设计质量监控体系设计了四个环节,即开题、中期检查、毕业设计课题验收、毕业设计答辩。这也是整个毕业设计质量监控体系的四个观察点。其中开题要检查的重点是检查文献阅读与利用的情况、总体方案的设计内容;中期主要检查总体方案中采用到的核心技术的试验情况;课题验收主要检查学生所设计的系统运行情况,数据分析与结果如何,是否完成毕业设计任务;答辩主要考查学生的毕业设计论文、学生的语言表达能力。最后把好答辩与综合评分关。学生的毕业设计成绩应由综合评分来确定,包括工作表现、能力和素质等方面的平时考查成绩、毕业设计成果的验收成绩、论文成绩及答辩成绩。无论是在单位还是在学校答辩,都要求综合考虑上述几项成绩,以确保毕业设计的质量。
四 结束语
从2005年开始,我院开始实施基于CDIO的实践性教学环节的改革措施,通过这几年的实施,取得了良好的效果。我院根据社会和企业的急需技术,有针对性地安排实践性教学,培养学生的一技之长与工程实践能力;坚持这个方针,我院培养的学生在激烈的人才市场竞争环境中,具有了自己的独特优势和生存空间,提高了学生的就业竞争力。同时,我院与企业联合加强实践性教学环节,在企业建立了长期稳定的实践性教学基地,也弥补了学校实验设备不足带来的不便。因此,可以认为,这种教学模式的改革无论是对于学生,还是对于教师、学校乃至社会都是有利的。
参考文献
[1]毕睿华、刘海涛、李军.基于CDIO模式下电力系统分析课程教学的探讨[J].南京工程学院学报(社会科学版),2009(9):65~68
[2]张慧平、戴波、刘娜等.基于CDIO教育理念的自动化课程的改革与实践[J].电气电子教学学报,2009(Z31):138~141
[3]霍俊仪、万东梅、靳会超.基于CEC-CDIO模式电气自动化技术专业课程体系构建与实施[J].职业与教育,2009(26):20~22
近年来,软件行业进入第二春,供需两旺。据调查,以北京为例,软件工程师每年需求50000人左右。据IT英才网数据显示:北京IT职场每月需求达3380个。 [1]但是,软件行业市场的供需出现了错位,一方面,IT企业对软件工程专业的人才需求旺盛,另一方面,软件工程专业的毕业生就业质量却不高。究其原因,是我们培养的人才不能满足企业对软件工程人才要求。
软件工程专业是国家教育部在2002年新增的专业。该专业以计算机技术为主的专业,实践性很强,专业的实践教学体系是培养学生实践能力、计算机工程能力、创新能力的重要途径。我们应该充分了解市场和企业的需求,制订和实施切实可行的实践教学体系。[2]
曲靖师范学院软件工程专业从2008年开办至今,已经培养5届学生,一直以来,我们不断丰富和完善该专业的实践教学体系,形成了相对完备、效果好的实践教学体系。
2 实验室建设是硬件基础
实验室是开展实践教学的硬件保障,实验室建设的好坏,直接关乎实践教学体系执行的成败。一直以来,我们非常重视软件工程专业的实验室建设。实验建设能充分满足软件工程专业实践教学体系的硬件要求。实验设备采购的指导思想是实验设备要先进、实用,充分满足学生的学习和教师的实践教学需要。
该专业已经建成硬件实验室有2个,分别是“计算机组成原理实验室”、“计算机组装与维护实验室”;通信与网络实验室有2个,分别是“计算机通信实验室”、“计算机网络实验室”;软件类的实验室有3个,分别是“软件开发与测试实验室”、“数据库实验室”、“信息技术创新实验室”。同时,为适应当今云计算的研究需要,我们投资200多万建立了云计算平台。
以上实验室的更新及新建,能充分满足师生完成实践教学的需要。
3 软件工程专业技能训练是实践教学体系的抓手
在学生大学期间,为了在不同学期适时提高学生的综合实践能力,我们结合“软件工程专业人才培养方案”的要求,开展了贯穿大学4年的专业技能训练。我们把专业技能训练当作实践教学体系的抓手,专业技能训练根据训练大纲,着力提升学生应具备的专业素养和能力。
我院的专业技能训练主要包括两个级别,一级是课程设计训练,本训练以课程为依托,制定课程级别的训练大纲;二级是综合设计训练,主要训练学生的软件论文项目的开发能力,要求学生能灵活应用所掌握的知识和技能,完成一个综合性、设计性的软件项目。下面分别对这两级训练作详细介绍。
3.1 课程设计训练
“课程设计”是一个多义词词条。它可以指“为掌握某一课程内容所进行的设计”[3]。课程设计是课程实验的高级环节,课程实验是提升学生立体实践能力的根本,课程实验分为验证性实验、综合性实验和课程设计实验,我们在传统验证性实验的基础上开展课程设计实验,提升学生的课程综合实践能力。
以《Java程序设计》课程设计为例,课程设计的目的:利用Java语言的语法特性,结合数据结构算法、网络知识、文件处理和数据库等知识完成综合题目的设计和代码实现,并培养锻炼分析程序、撰写报告等能力。
软件工程专业的已经开出课程设计的课程有4门,分别是:OFFICE办公软件、计算机组装与维护、C语言程序设计、JAVA程序设计。我们针对这些课程,在编写实验大纲时,要求包含课程设计,设计方案要经过专业系的审核和教授委员的审定。最后,以审定通过的课程设计为依托,为后续综合实践能力的提升打下坚实的基础。
3.2 综合设计训练
综合设计训练的目的是锻炼学生综合所学知识,设计和开发一个小项目的能力。这些项目有“JAVA程序设计”、“商业数据库开发”、“J2EE企业应用”、“JAVA Web开发”等,这些小项目的训练要基于几门课的知识和技能,如“JAVA Web开发”就需要学生综合数据库、软件工程、JAVA程序设计语言等知识与技能。
综合设计训练要与毕业设计区别开来,此训练的主要目的是让学生体验和掌握项目开发流程,同时锻炼综合应用所学课程来完成一个具体的小项目。
3.3 软件工程专业技能训练安排
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为鼓励学生多渠道获得技能分,我们规定,学生参加通过全国软件资格(水平)考试(中级),可以获得2学分,参加通过软件资格(水平)考试(高级),可以获得3学分。
4 毕业设计是实践教学体系总结性的实践环节
毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。通过毕业设计,学生可以综合应用所学的各种理论知识和技能,进行全面、系统、严格的计算机技术及软件工程能力的练习。[4]毕业论文(设计)是实践教学体系的技能整合,我院对毕业论文(设计)作重大改革,着力打造学生综合实践能力。
参加毕业论文(设计)的学生分两部分,一部分在公司实习,同时要在公司完成毕业论文(设计)工作,余下的学生在曲靖师院完成毕业论文工作,为提高毕业论文(设计)的质量,经向教务处请示,允许我院结合专业实践性强的实际,改革本专业毕业论文(设计)工作。改革思路包括三点,一是我院学生的毕业论文(设计)以毕业设计为主,弱化对学生文本的要求,强化对实践动作能力的提升和检查,二是做好规范管理工作,制定相关文件,如:“信息工程学院毕业论文(设计)工作规定”、 “信息工程学院毕业设计开发文档的撰写与打印规范” 、“信息工程学院毕业设计开发文档”等。
5 校企合作助力实践教学体系
为提升学生的实习效果和就业质量。我们自2012年开始,与四川华迪信息技术有限公司开展毕业实习的合作,该公司是一家集软件外包、信息服务、学生专业技能培训为一体的公司,在以上业务深耕12年,在全国小有名气。我们的学生参加校企合作实习有两种类型,一是为期三个月的专业实习,二是为期四个月的就业培训。三个月的专业实习分为Java开发方向和计算机网络方向,Java开发实训的重点是提升学生的软件开发实践能力和水平,计算机网络方向的实训重点是提升学生的网络规划、设计、实施、部署的能力。
从2013年开始,软件工程专业的学生几乎都参加校了企业合作的实习,取得了良好效果,学生的专业实践能力提升了,就业质量明显提高,很多学生就在四川成都就业、创业。
6 结语
本文结合长期的思考和实践,不同的实践环节有机整合,大大提高了学生的职业能力和素质。软件工程专业的实践教学体系的构建和实践是一个系统的、长期的过程,还需要我们不断地探索,进一步提高人才培养质量。
参考文献:
关键词:项目导学;专业课;毕业设计
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)21-0186-02
一、引言
在教育改革大潮中,许多优秀的教学模式层出不穷。在各种教学模式的实施中,会遇到各种问题,其中教学成本增加就是一个不可忽视的问题。如何使新的教学模式有效地应用到日常教学中来,而增加的工作量又能够找到一个合理出口,同时还能促进教学质量提高,这是主要想解决的一个问题。“项目导学”这个教学模式并不是一个新的术语,从众多文献看许多教师认可这种教学模式,并在教学中进行了实践。但是很少有人提到如何解决多出来的工作量的问题。和普通的授课模式相比,将项目应用到教学中不可避免地会增加教师和学生的人力和物力:项目的实现需要经费支持,选择项目和完成项目必然要花费教师和学生的更多精力,而在执行过程中也需要教师对学生进行指导。如果没有一定的激励措施,长此以往就会使得双方失去积极性。通过研究与实践,我们将“项目导学”在专业课中进行应用,并把项目与毕业设计有机结合起来,按照毕业设计的要求来完成项目,使得项目在专业课中能够有质量、有保障地完成。
二、什么是“项目导学”
“项目导学”教学模式和项目教学法含义基本相同,都是以项目的形式组织教学,和“项目导学”的概念相比,项目教学法更常常出现在教学改革中。文献[1]中给出了“项目导学”的定义:项目导学是将项目案例开发的过程、方法和思想与教学工作结合起来。这里,“项目”是学习载体,“导”是教师根据教学目标加以指导和引导,“学”是学生学习,包括学生的课堂学习和自主学习,包括有教师的指导学习和没有教师的独立学习,通过项目这个载体学会知识的综合运用以及学到知识得来的方法,以及知识学习过程中的态度情感。本课题中“项目导学”中的项目主要为专业课程学习服务,在教学过程中由学生和教师共同选择所需合适的项目,达到“项目导学”的教学目的。根据专业课程的内容需要,选择合适的项目作为学习内容,在真实项目案例的学习情境中,学习项目的解决流程,完成呈现项目作品,作为学习评价的依据。
三、为什么要使用“项目导学”
学校的教学安排受学时所限,在有限的课时内只能交给学生最必要的知识,并且还是由各个教师分散进行,因此往往知识间的衔接会出现真空地带,比如学习了模电(指模拟电子技术)后,后续课程没时间能在教学学时内把模电的内容融入,造成前面学习的内容和后续内容脱节,无法得到很好的实践。如果采用了“项目导学”这种教学模式,那么项目中所涉及的问题除了在课堂学时内可以解决一部分外,其余的问题就需要学生在业余时间完成,把前后知识、以及课堂上无法涉及的知识有机地结合在一起。使用“项目导学”,他们在探讨项目的同时,已经不会紧紧满足课堂所学,极好地调动了学生对专业学习的积极性。
四、“项目导学”在专业课中使用的原因
一方面是由于教学安排时间的原因。对于高职高专来讲,学制三年,共有6个学期的教学安排,专业课一般都安排在第三四五学期,第六学期安排毕业设计和毕业实习环节。学习专业课的时候学生已经具有了相关专业的一定基础,可以说已经进入“专业门槛”了,具备了做项目的条件。
另一方面专业课的内容常常比较综合,具有较强的实践性,涉及内容比较广,而受学时限制,只有部分内容在课堂完成。学生也在这个时候对自己专业有了一定的兴趣,因此在专业课中使用“项目导学”具备了一定的可行性。
五、“项目导学”适合什么样的专业课
在选择“项目导学”的专业课程时,对于可以实施此教学模式的专业课的要求还是比较严格的,并不是所有的专业课都适合项目导学的方式。笔者所在的团队选择《单片机原理与应用》、《PLC应用》、《太阳能电池工艺与实践》、《光伏发电技术应用》、《电机与运动控制》等课程实施该教学模式。这些专业课特点是容易与项目相结合,对易实现、且工作量大小合适的项目有很多实际应用,选择余地比较大。另外我们选择这些课程也参考了历年学生比较感兴趣的毕业设计研究项目。这样才能为后续工作带来方便。
六、毕业设计是“项目导学”教学模式的最佳出口
前面所说的后续工作就是指“项目导学”这种教学模式在使用过程中与传统的讲授教学模式比较,增加了很多的工作量。教师和学生要一起研究设置合理的项目,项目的实现也需要一定的财力和物力的支持,因此完成的项目要找到一个合理的出口,来为这些额外多出的工作量买单势在必行。笔者在实践中将之与毕业设计结合,此举无疑受到教师和学生的认可和好评,增加了学生的参与积极性。项目成果归口在毕业设计,按照毕业设计的要求严格监督项目的执行,这种做法同时也保证了项目的质量。多年来,关于高职高专的毕业设计有多种声音。有一些言论觉得毕业设计可以取消,高职高专的学生可以不用做毕业设计,直接去企业实践就可以了。有一些言论是认为高职高专的学生水平低,毕业设计马马虎虎就可以了。这两种观点笔者都不同意。笔者不同意将毕业设计教学环节取消,主要原因是认为毕业设计是对学生整个专业学习的一个总结,学生通过做毕业设计,可以提高学生的写作能力和知识综合运用能力,这也是以后职业迁移的一个必要条件。在毕业设计环节的实际执行中,安排在第六学期(最后一学期),学校又要求学生必须进行毕业实习,大多数学生都是边工作便完成的,这样的结果就是毕业设计的指导缩水,导致了毕业设计的总体水平下降。即使费了很多心思提到第五学期来安排,效果还是不尽人意。原因是在第五学期布置毕业设计时,学生还有其他科目或者已经有意向工学结合了,也没有过多的精力去完成这个任务。毕业设计质量不断下降,优秀率逐年降低。许多在前面五个学期都取得很好成绩的同学,却折戟在最后一门毕业设计上,令人遗憾。
专业课中项目导学的研究成果按照毕业设计相关要求来整理,承担项目导学任务的老师将参与学生名单报到系部毕业设计领导小组,在毕业设计任务分配时将这部分学生划为项目导学的指导教师名下,实现了项目导学与毕业设计的对接。
七、“项目导学”教学模式使用过程中的几点注意事项
为了更好地推行“项目导学”教学模式,在使用它的过程中,还有以下几点需要注意:
1.项目的选择。因为出口要与毕业设计相关联,因此选择项目时候要注意项目的任务量,难易程度,这些要符合专科毕业设计的基本要求。在项目的实施过程中也以满足毕业设计的相关要求为最低的衡量标准。[2]
2.建立学生个性档案,把学生分成各个层次有的放矢地对其培养。这样的做法有助于把握项目的难易程度,以及作为推荐学生参与竞赛、研究性课程、创新项目等进行参考。
3.强调教师团队合作。作为一名高职高专的教师,承担着教学、学生管理、科研等一系列的工作,每个人的精力是有限的,但是组成教师团队就能更好地完成项目的指导工作。目前我们仿照本科的导师制,我们称之为“导师团”,由相关课程的任课教师组成一个“导师团”,一起来把握项目的可行性和对学生的指导工作。
4.这种教学模式需要对学生进行分组,与学生进行双向选择的环节必须进行。主要的原因是该教学模式效果好的前提是必须得到学生的高度重视与积极参与,才能取得更好的效果,所以一定要把学生的参与意识参考进去,以免项目半途而废。如江苏学生有“专转本”的机会,正好与专业课学习的时间冲突,在实施过程中这部分学生有转走的希望,不会参加本校的毕业设计环节,所以不肯多投入精力用于实践;也有的同学所以实施该模式时还需要因地制宜,因人而异。
5.将“项目导学”教学模式引入专业课教学中,适合于普通教师的实际操作,实施过程比较简单、可行,普通教师可以对自己上课班级学生调研,根据自己的科研方向和学生专业方向(岗位需求),以及自己的精力和学生的实际情况来选择学生。所做的项目最后要按照毕业设计的相关要求形成文档,申请可以替代毕业设计。最后只需要跟教研室主任提出替代毕业设计,之后将该生毕业设计划至该教师名下即可。
八、结束语
专业课中实施项目导学,不但会使得同学们更好地理解专业课的内容,还会使得学生更好地理解课程之间的衔接,项目最终成果亦可以作为毕业设计。“项目导学”教学模式对学有余力的学生专业能力的培养提供了新的有效途径。该模式推广切实、有效,不会带来更大的教学成本;学生最后的成果是毕业设计所要求的成果,不会重复工作,把毕业设计提前至少一年半布置,为学生节省出半年的时间,能更好地促进就业。“项目导学”教学模式在专业课中的应用,不但解决了高职高专毕业设计质量不高的问题,也给同学们提供了更加广阔的途径来提升自己的实际动手能力。学生在校期间如果想要获得更进一步的能力训练,需要寻求多个途径,但是如技能竞赛、研究性课程等毕竟资源有限,覆盖面很窄,所以开发在专业课中实施“项目导学”为学生能力的培养提供了巨大空间。“项目导学”教学模式的实施对任课教师提出了更高的要求,在教学过程中且没有成熟的教学资源来参考,要求教师要有项目的把握能力,能够解决教学过程中所遇到的各种问题。
参考文献:
黑龙江科技大学机械工程专业是省内唯一一个为煤炭行业输送矿山机械设备设计和制造人才的专业。根据煤矿高效生产、安全生产的要求,按照建设国内同类院校一流水平的教学服务型大学要求,本专业以社会需求为导向,以知识传授为基础,以能力培养为重点,以德育教育为根本,以工程技术为主线,注重知识、能力、素质的全面协调发展,注重为学生搭建发展平台,培养具有较强的实践能力、创新能力、职业技能和可持续发展的机械工程高级应用型人才。因此,机械工程专业建设要以学生为本,以市场为导向,以提高人才培养质量和服务社会能力为核心,坚持科学发展和创新发展,深化“三大”教育理念,加强专业和课程建设,实施卓越人才培养计划。科学合理的专业建设规划是专业建设的必要前提。目前,经济发展对人才的需求日益多样化,作为应用型本科高等学校对人才的培养目标不是学术的卓越性,而是要满足服务地方区域经济建设和行业领域对多样化人才的需求。因此,制定专业建设规划要充分考虑学校办学层次与学校定位、专业建设基础、现有师资和教学资源。全面了解国内、特别是国内知名的煤矿机械制造企业和相关高校本科专业人才培养的现状、人才培养方案、行业企业对人才的需求;充分调研毕业生和用人单位的意见;科学分析当前和今后一个时期国家产业发展战略、地方社会经济发展对人才的需求。在充分考察和调研的基础上,结合机械制造方向培养目标,深入思考,认真分析和总结提炼,研究制定机械工程专业的总体建设思路、实现的建设目标、采取的保障措施等。
二、修订专业人才培养方案,完善课程体系,体现创新能力和工程应用能力培养
1.人才培养类型和培养模式人才培养模式的核心是构建科学合理的人才培养方案,而一个科学合理的人才培养方案必须把握好各类课程及各教学环节之间的关系和学时比例。为实现机械专业学生全方位、多角度的能力素质培养,根据人才培养目标要求,在培养类型上,根据学生特长和意愿,实施两种类型的培养:一是特色应用型人才培养;二是选择优秀学生实施卓越人才培养。在培养模式上,充分利用校企合作平台,采取企业需求和学校培养相结合的方式,探索校企合作人才培养机制。开展3年本科理论知识学习加1年企业生产实践的复合型人才培养,每年选拔15名优秀学生开展“3+1”人才培养。“3+1”培养模式分两个阶段进行,第一阶段是前三年学生在学校完成理论课及课程实验、通识教育实践内容;第二阶段是学生深入企业,实行“学校+企业”的双指导教师制,利用一年的时间到校外企业进行工学结合、顶岗实习,进行职业岗位能力培养。实践内容包括学习企业课程、生产实习、毕业实习和毕业设计等。2.人才培养方案在人才培养方案制定上,邀请相关企业和部门专家参与到人才培养方案的制定与修改中,对常规学生的人才培养进行适当调整。对实施“3+1”人才培养的学生,在前期制定的“3+1”人才培养方案基础上,结合企业,细化具体内容并进一步落实。在人才培养方案和课程设置上以市场对机械专业人才的需求为导向,构建突显实践能力培养的、与人才培养模式相适应的本科人才培养方案。同时,将实践教学环节和素质拓展环节贯穿于教学全过程,为实现卓越工程师创新能力和工程应用能力培养提供平台。
三、深化实践教学改革,增强学生工程应用能力和创新能力
结合专业特点和人才培养要求,进一步完善以能力培养为主线的实践教学体系。改革实践教学的考核评价,把课程设计、课程实验、专业综合实验、生产实习、机械工程训练、毕业实习、毕业设计、素质教育等环节有机结合起来,合理安排各实践环节,更新充实实践教学内容,改革和创新实践教学模式,培养学生实践动手能力。在课程实验方面,合理设置实验项目,增加综合训练项目的比例。注重实验室开放的质量和效果;在生产实习方面,扩建实习基地,完善措施,确保实习质量,避免走马观花,流于形式。选择相关实践企业参与实习考核标准的制定,有条件的话可以在部分班级做生产实习校企双评试点;在毕业设计方面,采取多种形式和手段,继续深化学生毕业实习、就业、毕业设计一体化的改革。利用机械学科的设备优势,选取优秀学生做毕业论文、三维设计与仿真,其他学生加强专业基本训练,注重细节,杜绝假大空的毕业设计。为了解决学校教学与实际生产之间的差距,让学生更好地感受到一线生产、管理、服务的特点,引入企业高级技术人员、管理人员到学校定期为学生开设课程或进行讲座,以弥补理论学习与实际生产之间的差距。
四、加强团队建设,提升师资队伍整体实力
培养造就一批高素质的适应社会需求的机械专业人才,必须有一支与之相适应的教师队伍作保障。在现有师资队伍基础上,通过学历提高、企业挂职锻炼、名校盯课、聘请知名企业专家等途径,加大教师实践能力的培养。在教学团队建设上,对部分有发展潜能的教师进行重点培养,加强教学团队建设,形成一套行之有效的工作机制,增强教学团队的凝聚力和战斗力。针对部分从学校到学校的教师,通过与企业合作,派遣他们到企业进行实践技能和职业素养培训,并且在制度上给予保障。关于实验师资的培养,改变教育教学过程中重理论、轻实践,注重理论教师培养的思想,加强实验师资的培养与建设。同时,鼓励专业课程教师投入到实验教学研究中去,鼓励他们进行实验教学研究的创新,从而建立校企“双师型”的教师队伍。在科研团队建设上,围绕机械工程学科建设和专业人才培养需要,明确本专业团队学术研究方向,满足科研促教学需要和区域经济发展需要。
五、条件建设,加大实验实践基地建设
加大实践教学投入,加强实践教学条件建设。注重校内外教学和科研实践基地的内涵建设,搭建较为完善的专业能力培养平台,以学生专业实践能力和创新能力培养为主线,以专业实验室和实践基地为依托,制定分阶段、分目标的关于能力培养的实施方案;搭建较为完善的职业能力培养平台,以培养学生职业素养和职业能力为主线,以校内职场模拟和校外顶岗锻炼为载体,制定科学的实施方案;结合能力培养平台的搭建,制定了实验室、实训室和校外实践基地建设的长期规划,分阶段确定建设目标;加强图书资料、多媒体课件、学术报刊、网络视频等资料的建设。
六、结束语
关键词:遥感 实验室建设 本科 思考 实践
中图分类号:G6 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)09(c)-0133-04
Reflection and Practice on Constructing the Laboratory for Undergraduate Education of Remote Sensing
ZHOU Ji LI Shihua ZHANG Xu
(School of Resources and Environment, Center for Information Geoscience, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Sichuan,611731, China)
Abstract: Laboratory is an extremely important platform for undergraduate education of remote sensing. Because of the characteristics of remote sensing, both theories teaching and applications are required by a laboratory for undergraduate education of remote sensing. By selecting the laboratory for environmental remote sensing as a case, this paper describes the principles for constructing this laboratory and the detailed designed experiments. Furthermore, results for this laboratory are presented from four aspects, including the teaching of undergraduate courses, innovative training for undergraduate students, works on the bachelor theses, and the newly designed experiments by teachers. With the shared reflections and practices on this laboratory, lessons can be learned by other universities.
Key words: Remote sensing; Laboratory construction; Undergraduate education; Teflection; Practice
b感技术是空间信息技术的重要组成部分之一,目前各国都把发展遥感技术作为抢占未来科技制高点的国家战略。随着卫星及其应用产业纳入国家战略性新兴产业体系,以及高分辨率对地观测系统等国家重大专项的持续推进和新的应用领域不断兴起,遥感信息产业未来将保持高速增长[1]。目前,遥感技术已被广泛应用于防灾减灾、资源探测、环境、国土、农林业和水利等众多行业,并在相关领域取得了重要成果。
遥感实验是获取实测数据、强化方法应用、实践遥感理论、发展遥感技术的重要基础手段,对于大学本科期间相关遥感课程的学习具有举足轻重的作用。遥感本科实验室主要面向地理信息科学、遥感科学与技术、空间信息与数字技术及相关本科专业的遥感基础理论实践和遥感应用分析等的专业人才培养。该类实验室强调理论与实际应用相结合,通过开展遥感图像判读、数据采集、分析和应用等,增强学生对遥感知识的专业理论实践理解和应用分析能力,为测绘、国土、资源、环境、农林业、水利、减灾及气象气候等行业提供高技术专业人才[2-5]。该文以电子科技大学面向空间信息与数字技术、环境工程等专业本科教学建设的环境遥感本科实验室为例,介绍对该实验室建设的思考和实践成效,以期为国内相关高校的遥感本科实验室建设提供参考。
1 建设背景
电子科技大学资源与环境学院于2012年1月成立。学院成立初期有空间信息与数字技术、环境工程(按环境信息技术方向培养)两个本科专业,2015年新增地球信息科学与技术专业。为满足空间信息与数字技术等专业的教学,在学校的大力支持下,学院于2013年启动“环境遥感实验室”“地理空间信息工程实验室”和“环境工程实验室”的规划与建设工作。其中,环境遥感实验室主要依托于学院在遥感方向的专业人才队伍。
2 建设思路与规划
2.1 建设目标与总体思路
环境遥感实验室定位为学院遥感本科教学的理论与应用中心和实现培养空间信息与数字技术、环境工程实用型专业人才战略目标的重要支撑。实验室建设目标为较为先进的环境遥感教学实验平台、配置较为齐全的实验仪器,满足空间信息与数字技术、环境工程等专业的教学实验,直接支撑本科课程《空间信息导论》《遥感原理》《资源环境遥感》《数字图像处理》和《遥感综合实验》等的开展,使得学生在环境遥感实验室开设的实验项目中得到充分的实践锻炼。同时,实验室还将服务于本科毕业设计和创新训练项目,增强学生理论联系实际和实践动手能力。除该学院的相关专业外,实验室还将为本校电子工程、通信和航空航天等空间信息应用专业提供环境遥感实验平台。
根据学校本科实验室建设的总体规划,环境遥感实验室主要分2013年3―12月、2013年9―12月两期建设。综合考虑遥感类课程教学的需要、学校的电子通信学科背景和特色以及学校的经费投入,实验室第一期建设的指导方针为“涵盖基础理论、涉及重点领域、满足信息处理”,第二期建设的指导方针为“补充基础理论、增加重点领域、支撑信息处理”。其中,本科阶段遥感类课程涉及的主要基础理论知识点是地物反射、发射辐射理论,应用领域知识点则包括遥感在植被、土壤、大气、水环境等的应用,遥感信息处理知识点包括影像显示、预处理、增强和分类等。图1为环境遥感实验室的总体建设思路。
2.2 实验设计
环境遥感实验室建设之前,空间信息与数字技术、环境工程的本科教学中,与遥感紧密相关的课程实验仅有“土地利用遥感调查”。该实验依托于《遥感原理》,共10学时。为加强对学生实践能力的培养,在本实验室第一期建设中,共设计了6个实验,分别如下。
实验1:遥感图像处理与专题信息提取。主要内容:遥感图像处理软件的使用方法、遥感图像判读与土地利用现状调查方法等。共28学时。依托于《数字图像处理》和《空间信息导论》。
实验2:地物反射光谱采集与处理。主要内容:典型地物的光谱测量方法及其反射光谱特征分析。共8学时。依托于《遥感综合实验》。
实验3:地物辐射参数采集与处理。主要内容:典型地物红外辐射特征测量方法、相关热辐射仪器的定标方法等。共8学时。依托于《遥感综合实验》。
实验4:植被参数遥感采集与处理。主要内容:植被参数野外测量、植被参数的遥感建模及分析方法等。共8学时。依托于《遥感原理》和《资源环境遥感》。
实验5:土壤环境参数采集与处理。主要内容:土壤环境参数的采集与分析方法、土壤含水量的测定方法、土壤各层真实温度的采集方法等。共6学时。依托于《遥感综合实验》。
实验6:大气环境参数采集与处理。主要内容:近地面大气环境参数、气象因子观测方法。共6学时。依托于《遥感综合实验》。
第二期建设中,共设计了两个实验,分别如下。
实验1:水环境参数采集与处理。主要内容:水质采集测量方法、水质参数遥感建模及分析方法等。共16学时。依托于《遥感综合实验》和环境工程专业相关课程。
实验2:地球物理参数采集与处理。主要内容:地表主要地球物理参数的采集与分析方法,包括反照率等。共12学时。依托于《遥感综合实验》。
2.3 仪器设备购置
根据环境遥感实验室建设中设计的8个教学实验,规划购置的主要实验仪器设备(含专业软件)包括ENVI/IDL软件(含扩展模块)1套、地物光谱仪2套、植物冠层分析仪1套、叶绿素仪3套、激光测距测高仪3套、电子天平3套、在线固定式测温仪3套、黑体辐射源1台、手持式测温仪4套、烘箱1台、土壤水分监测仪3套、气象辐射站1套、多参数水质监测仪1套、土壤温湿度自动监测系统2套、植物冠层分析仪1套、台式计算机10台等。学校共投入经费约128万元。
3 实践成效
3.1 本科教学
环境遥感实验室遵循“边建设、边使用;边实践、边总结”的思路,于2013年秋季学期即投入本科教学。至2013年12月,环境遥感实验室第一期、第二期建设基本完成,并顺利通过学校组织的验收。利用已购置仪器,2013―2014学年秋季学期和2014―2015学年秋季学期,依托《遥感综合实验》课程,开设了32个学时的实验课程,参与学生分别为28人、21人,实验内容涵盖了上述大部分实验项目。2013―2014学年夏季学期依托《数字图像处理》课程,开设了相关实验,参与学生数为50人。2014―2015学年秋季学期依托《资源环境遥感》课程,开设了10个学时的实验课程,参与学生为24人。图2为《遥感综合实验》课程学生室外实验照片。
3.2 本科创新训练与毕业设计
除支撑课堂教学外,本科实验室的其他重要职责还包括支撑本科创新训练、毕业设计等。截至2016年,该实验室已支撑了多名学生的本科毕业设计,如“基于ASTER数据的成都平原土壤水分反演”“基于MODIS EVI-Ts特征空间的土壤水分反演”“基于MODIS数据的中国西南地区干旱时空特征分析”“建筑表面温度的日变化特征及其影响因子分析”“校园水环境水质测量及其光谱特征分析”“土壤湿度对土壤剖面温度与表面温度的影响分析”等。还支持了本科生的本科创新训练项目“基于MODIS数据的中国西南干旱时空特征分析”“我国多云雾地区地表温度时间序列构建与应用”“针对AMSR-E地表温度的验证与评价研究”“基于三维激光点云数据的园林植被立体实测建模”“校园水体颗粒污染监测研究”等的开展。通过参与上述工作,学生得到了充分锻炼,一方面增强了对遥感的兴趣;另一方面促进了对课堂教学内容的理解。
3.3 教师新实验项目开发
在学校“新实验建设专项”的支持下,空间信息与数字技术专业教师也依托于本实验室,不断设计与开发新实验项目,如“植被叶面积指数测量及遥感反演”“基于Matlab的RS图像处理方法设计”“地物反射、辐射测量与遥感波段匹配实验”“基于三维激光扫描的空间地物建模”“典型地物热红外图像采集与处理实验”“典型地物方向反射/发射特征观测与分析实验”等。所开发的新实验项目,也陆续应用到本科课程教学中,并实现对实验室原有实验项目的更新升级。
3.4 实验室管理规章制度建设
为保证实验室的有序运行,该实验室由专人管理,并相继形成了《环境遥感实验室设备目录》《环境遥感实验室管理制度》《环境遥感实验室仪器管理制度》《环境遥感实验室仪器借用登记表》等规章制度和文档材料,做到仪器设备的有序、规范化管理。从3年的运行效果来看,实验室仪器使用率合理,实验室仪器设备目录、仪器介绍、仪器设备管理制度和仪器借用都有严格规范管理和相应记录文档,未出现仪器设备事故。
4 结语
环境遥感实验室自2013年开始建设,同年底初步建成,至今已运行三年,较好地支撑了《空间信息导论》《遥感原理》《资源环境遥感》《数字图像处理》和《遥感综合实验》等课程的教学以及本科生的本科毕业设计、创新训练等,达到了预期的目标。此外,部分设备还支撑了研究生的教学和教师的科研工作。环境遥感实验室作为学院遥感本科教学的理论与应用中心,成为我校培养空间信息与数字技术、环境工程等专业人才战略目标的重要支撑。下一阶段将根据电子科技大学的学科背景,开展实验室在“遥感+信息”融合方面的探索,并支撑《遥感原理》等融合课程的建设。
参考文献
[1] 张曼倩.中国遥感发展四十年,如何在下一路口抢占先机[J].卫星应用,2016(9):33-36.
[2] 陈文波.非遥感专业课程教学面临的问题与解决途径. 实验科学与技术,2016,14(4):117-120.
[3] 曾永年,谭柳霞,王慧敏.我国高校遥感科学与技术专业现状分析[J].测绘科学,2016,41(5):168-172.
关键词:机电一体化 教学 仿真 PROTEUS
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)08(a)-0135-02
“机电一体化技术”课程是机械制造及其自动化和机械电子工程等专业的一门专业必修课,因此,学好该课程能为学生毕业后择业打下良好基础。而该课程的微机控制部分和检测部分是以单片微机(MCU)接口技术为核心的实践性很强的学习环节,因此,本课程需重点强化人机、机电、计测等环节的实践教学内容,结合仿真软件能够使学生充分掌握单片微机接口系统的电路设计和仿真方法,是提高机电专业教学质量和培养机电工程开发型人才的一个重要内容。
1 课程教学环节中存在的问题
目前,涉及“机电一体化技术”课程中微机接口控制方面的核心教学环节是接口电路设计与程序设计,微机控制系统设计内容贯穿于课堂教学、课程实验、课程设计及毕业设计等教学环节中。而在这几个方面都不同程度存在一些问题。
1.1 课堂理论教学
在课堂教学中,主要介绍微机系统中的片内资源及典型接口电路。传统教学中,机电专业学生一开始接触这些知识点时,知识体系抽象,学习起来不好理解、费力,而且单片微机内部资源的应用、接口和程序运行过程等没有有效直观的展示和表现,仍然停留在云里雾里的阶段,甚至有些学生在学习完该内容后,还不知道各类中断服务程序是如何被执行,其主要原因是缺乏有效的演示方法。
1.2 课程实验与课程设计
在课程实验和课程设计中实践环节,大多数学校都会采用单片机实验箱(台)来完成实验内容,并且主要完成一些验证性实验,实验过程单一,主要的硬件连接以及主程序都是现成的,学生要完成的任务就是:上电后做一些简单连线,下载固件程序,记录实现结果。学生完成若干实验后,对电路实验中所使用的硬件电路,芯片间的关系以及程序流程内容并不怎么了解,并没深入掌握其本质内容,所以当学生初次接触实验箱(台)时,一旦接错线或电路出现问题时,非常容易造成实验设备的损坏。另外,在使用单片机实验箱(台)时,一旦出现不能远行的实验问题,原因查找更为困难。由于实验箱(台)系统比较复杂,维护也很困难,难以对损坏的部件维修,只能更换设备,会带来费用上的增加。
1.3 毕业设计
常规的毕业设计流程是:对机电系统进行总体规划和设计,并按照自己的设计方向(如机械结构部分、电控系统部分、系统控制软件部分)细化设计内容。对于电控系统设计方向题目,一般根据机电系统的各个功能模块,首先设计出整体理论电路原理图,并以该电路为参考,购买元器件;其次,按照电路原理图在面包板上进行电路搭建,最后,把写好的程序用编程器下载到单片微机实验板上运行调试。在实际操作过程中,由于学生电路设计和实践经验很少,会出现各种各样的问题,如电路设计的缺陷、电路搭建过程中出现的漏焊、错焊以及元器件的故障问题,都会给设计过程带来很大的麻烦,因此,有必要寻找一种简单有效的工具来解决这些问题,PROTEUS仿真软件的出现能够为毕业设计过程带来有效的帮助。
2 PROTEUS仿真软件
伴随着计算机软、硬件技术的发展,各种仿真系统为实际应用系统的设计与开发提供了有力的保证,极大的节约了人力和物力。在以往的MCS51系列、PIC系列、ARM系列单片微机学习、单片微机系统的设计开发中,常用的软件主要有Keil C51、Wave 等相应的专用开发软件。对于Keil C51软件来说,主要是进行MCS51单片微机控制软件的编译调试,Wave可以进行软件仿真,也可以在系统板上调试,并需要有相应的仿真器而且需要先设计出系统目标板才行。而能仿真微处理器的软件PROTEUS,是目前能够很好的进行单片微机及器件仿真的工具。
PROTEUS仿真软件的功能特点如下:
(1)符合单片微机软件仿真系统的标准,可以仿真的单片微机包括目前常见的MCS51系列、MicroChip PIC系列、AVR系列和ARM7等。并支持微机系统开发过程中所使用的大量存储器件和和接口芯片。
(2)仿真基于PROTEUS,能进行模拟电路分析、数字电路仿真、混合信号分析及频率信号分析等电路分析。
(3)提供虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表及虚拟终端等虚拟仪器仪表供选用,方便对仿真电路的虚拟测试分析。
(4)利用该软件还可以方便的进行电路原理图(SCH)的绘制和印刷电路板(PCB)的设计。
(5)PROTEUS能和Keil C51无缝集成,实现直接联调,在程序设计的过程中将程序虚拟下载到仿真电路中进行运行状态的测试和结果分析。
3 PROTEUS在单片微机教学中的应用[2]
3.1 仿真工具在机电一体化课程微机控制教学环节的意义
针对以往教学环节中的各类问题,仿真工具为实践教学提供了一个有效的辅助手段。借助PROTEUS可以对MCU和其电路进行有效的功能及过程仿真,并带有丰富的资源库,学生可以实现更多的实验项目,改变传统实验项目的局限性。并且PROTEUS能够替代硬件实验板和仿真器实现“软硬件联机”调试,到仿真结果与预期设计结果一致时,便可以购置硬件,进行硬件电路搭建调试。采用这种设计和开发方式效率高,控制电路调整便捷,不需要购置额外大量的实验材料,就能够完成前期大量的预实验过程和测试过程,可以极大的拓展学生的设计创新能力。
3.2 PROTEUS虚拟实验室引入机电课程的课堂教学
在机电一体化技术课程的接口设计环节中:
第一,应先采用PROTEUS进行实例演示,增强教学生动性和直观性。教师可以提前制作好一些典型的应用系统,如流水灯电路(对应户外建筑物的霓虹灯控制电路)、交通信号灯控制电路及户外LED显示屏控制电路、LCD显示电路(对应各类智能仪器仪表中的显示控制电路)、步进电机控制电路等,并进行现场实验演示。让学生对微机及接口系统有一个直观认识,明白局部系统和完整的控制系统的含义,清楚微机在机电系统中的作用和应用情况。
第二,利用PROTEUS快速明确微机系统中的基本概念,并掌握微机系统控制体系的难点,例如:MCS51系列单片微机中的P3口作为准双向口的概念,如何应用是较难掌握的一个问题;中断如何产生并进行终端响应的概念;八段LED显示器的位选和线选如何区别;串行通信如何实现等接口设计过程中的重点和难点,均可借助PROTEUS进行演示,并且在演示过程中,可以用不同(红蓝)颜色显示芯片引脚状态变化的功能,可以通过单步调试的方法观察微机接口各引脚电平变化情况,通过改变程序内容或指令,观察运行效果,从而掌握各程序语句含义,最终实现学生的有效快速掌握。
第三,实验过程中也可借助信号发生器、波形发生器、虚拟示波器、虚拟分析仪、发光管、电压电流表、LCD与LED显示器、虚拟串口、虚拟计数器对实验进行控制信号的输入、运行过程中的实时检测和状态显示,很直观判断和了解不同电路的作用。
第四,在机电一体化课程接口设计的实验环节,借助PROTEUS仿真软件提供的丰富仿真器件资源,打破学生每次实验时只能用到实验箱(台)的固定模块、实验项目简单、实验过程单调且实验内容少的局面,使学生深入了解接口电路的硬件原理及设计步骤,创造了更多的分析问题、解决问题的机会,提高了学生做实验的兴趣,并且学生的机电一体化系统控制系统设计能力得到很好的锻炼。
3.3 机电专业学生的课程设计和毕业设计环节综合能力提升
学生的课程设计环节,学生应根据实验室现有硬件实验条件,利用PROTEUS进行电路原理图的设计与仿真,并在相应的硬件电路上进行进一步实验,仿真程序在现有实验环境下运行,验证实物效果;借助此环节,系统和熟练掌握PROTEUS各个功能。在进行毕业设计时,导师可以让学生根据毕业设计题目,规划和设计机电系统或微机控制的总体结构,在师生之间共同讨论方案可行性之后,由学生进行后期的详细设计,这将最大限度的培养学生的自主创新意识。在详细设计环节,学生采用PROTEUS进行电路原理图设计,编制测试程序、系统控制程序并调试,等各项仿真目标实现后再购置器件进行电路焊接和系统调试。采用这种形式可以降低因方案不正确或电路搭接错误而造成硬件投入,提高学生实验能力和开发能力。
4 结语
将PROTEUS软件引入机电一体化技术课程的各个实践教学环节中,提高了学生的实验兴趣和创新能力,提高了教学效率,对学生实践能力的培养具有现实意义。而且由于其仿真过程直观,操作灵活,必将收到良好的教学效果,为机电一体化技术接口设计教学环节提供了良好的实验平台。
参考文献
[1] 代启化.基于PROTEUS的电路设计与仿真[J].现代电子技术,2006,234(19):82-84.
摘要:
针对应用型高等院校办学定位特点,依据实际教学情况,阐明了地下工程专业方向人才培养特色与思路,论述了开展以提高工程能力为导向的专业人才培养模式的基本思想及可行性,提出了构建统一关联的实践教学培养体系及有效实施工程实践教育的诸多举措,并分析了今后面临的问题与对策。实践证明,紧密围绕工程实际,着力强化实践能力培养,是实现素质教育的有效途径之一。
关键词:地下工程;工程能力;实践教学;校企合作;应用型人才
中图分类号:TU9;C961 文献标志码:A 文章编号:
1005-2909(2012)01-0028-05
随着国民经济的高速发展,中国城市化水平快速提高,现代化城市建设的发展迫切需要充分开发利用地下空间这一重要的天然资源,其中,城市轨道交通建设成为当前中国地下工程领域的热点与亮点。截止2011年8月,全国已有33个城市正在规划建设或新建地铁。按照国家发改委已经批准的规划,到2020年中国地铁总里程将达6 100公里。前所未有的地下工程建设规模为新形势下高等学校人才培养提出了新的课题,即如何针对自身办学定位和专业特点,在教学体系、教学内容、教学手段和教学方法等人才培养模式上更好地适应行业需求。
作为一所以培养应用型人才为教育目标的教学型工科院校,北京建筑工程学院长期以来坚持“以提高课堂教学和实践教学质量为核心,积极推进素质教育,全面提高人才培养质量”的教学指导思想[1]。其中,具有悠久办学历史和良好教学传统的土木工程专业在人才培养方面成绩斐然,其多年来培养的毕业生在首都建设行业中已占据“半壁江山”。近年来,首都城市轨道交通建设蓬勃发展,为满足行业对专业人才日益旺盛的需求,更好地服务于首都城市建设,土木工程专业于2006年正式设置了地下工程方向,在土木工程学科地下工程专业建设人才培养方面开创了崭新的局面。
一、地下工程专业方向人才培养特色与思路
鉴于学校土木工程专业长期以来形成的鲜明办学特色,其地下工程专业方向培养的毕业生绝大部分将服务于北京城市地铁建设与地下空间开发等领域,尤其以一线施工企业居多,加之地下工程学科本身具有极强的实践性和应用性,因此,在地下工程专业人才培养计划中既要重视对学生吃苦耐劳和勤奋务实精神的培养,也要在知识结构上适当予以调整,包括增加工程一线所需的专业知识
教学,加强现场实际操作和施工技术与组织类课程的设置,强化实践教学环节训练等,力图使培养的毕业生知识面宽、实践能力强、综合素质高,在工程建设第一线实际工作中“用得上、留得住、干得好”。
尽管学校土木工程专业传统的房屋建筑、道路桥梁等专业方向多年来形成了良好的实践教学管理体制,积累了众多有益的经验,但亦存在实践教学环节(专业认识实习、课程设计、生产实习、毕业实习等)之间彼此分散、缺乏关联、相互脱节等问题,未能有效形成一脉相承的、统一的实践教学体系。此外,实践环节学时偏少,这些问题均在一定程度上对人才综合素质的深入培育造成了不利影响。正如文献2中指出:“对学生来讲,培养目标所要求的各种能力不是孤立存在的,而是有机结合的。培养的途径也绝不是某一个教学过程所能够解决的,而是一个综合的,复杂的系统工程。”
为强化应用型人才培养特色,加强学生实践技能训练,在认真总结既有专业方向实践教学环节的经验与不足的基础上,对地下工程专业方向课程作了调整,将地下工程施工(32学时)与地下建筑结构(32学时)两门主干专业课程独立单列(多数高校将地下结构设计与施工合并为一门课程—地下工程),突出施工课程理论教学的重要地位。着重对该专业方向大学4年期间的所有实习、科技活动周、课程设计和毕业设计等各主要实践教学环节的统筹考虑,力图形成一个科学的、系统的、密切衔接的实践教学培养体系,以有效提高实践教学质量,实现人才培养目标。
二、以提高工程能力为导向的地下工程专业方向人才培养途径
(一)基本思想
众所周知,与一般房屋建筑工程不同,城市地下工程建设项目大多具有建设周期漫长、线路标段分散、施工工法众多、受复杂地质条件影响大等特点,依照常规的实践教学安排,在某一个工地进行短期实习,难以实现深刻理解教学内容,取到好的实习效果。但相对于道路桥梁工程而言,地铁建设项目地点却主要集中在城市人口较密集区域,交通相对便利,非常有利于根据实际工程进展选择时机多次组织参观与实习。根据上述城市地下工程建设项目特点分析,借鉴不同高校在土木工程专业实践教学改革方面的有益做法[3-8],遵循自身培养计划对地下工程专业方向实践教学环节统筹考虑、系统训练的指导思想,明确提出了以“贯穿式工程实践教育”为主线的培养思路。所谓“贯穿式工程实践教育”,即遵循教育教学基本规律,紧密围绕实际工程,将大学一年级末开始的专业认识实习、科技活动周,大学二、三年级相关课程设计,直至大四上学期的生产实习,以及下学期的毕业实习、毕业设计有机衔接,构建前后呼应、由浅入深的实践教学体系。此外,为加强工程实践内容的连贯性,在地下建筑结构及地下工程施工等主干专业课程教学过程以及学生假期社会实践中,均明确要求安排一定数量工程实践的内容,这也在一定程度上解决了实践教学环节学时相对不足的问题。
(二)可行性分析
近年北京市轨道交通6号线、7号线、8号线二期、9号线、10号线二期、14号线、15号线等多条线路已相继展开,目前在施线路数量达13条。预计到2015年,13条新线陆续建成,北京轨道交通运营总里程将猛增至561公里。包括国内其他众多城市在内,前所未有的轨道交通建设在强力拉动内需的同时,也造就了星罗棋布的地铁工地,这为贯穿式工程实践教育的顺利实施奠定了坚实的基础条件。
地铁建设迅猛发展对人才培养的良好契机尚需要通过深化校企合作予以实现。这些得益于多年来对首都建设行业人才培养的卓越贡献,得益于业内深厚广泛的校友资源。学校一贯重视校外实习(实训)基地建设,已与北京城建集团、北京建工集团、北京市政集团、北京市政研究院、榆树庄构件厂等众多承担首都城市轨道交通建设的主力军建立了产学研合作关系,并签订了实习基地协议。这些均为学校地下工程方向人才培养构筑了宽广而坚实的平台。
(三)主要举措
1.科技活动周衔接认识实习,明确专业方向,激发学习兴趣
自土木工程专业2006级地下工程专业方向专业认识实习起,学校年年组织学生参观北京市丰台区榆树庄构件厂,重点针对厂内地铁盾构隧道预制管片生产制作过程进行观摩教学,以此作为工程实践教育的第一站。通过实习,学生不仅熟悉了管片钢筋绑扎、模板架设、混凝土浇注、养护脱模等主要工艺流程,而且通过观摩细部防水构造,以及组装好的竖向盾构隧道管片等实物展示,初步对盾构隧道的衬砌构造与作用有了理解。安排学生参观不同类型的在建地铁工程项目,在几届认识实习活动中,先后组织参观了北京市政集团承建的地铁4号线国家图书馆站、动物园站,北京城建集团承建的9号线东钓鱼台站、白石桥南站等工程,使学生对地下工程明挖法、暗挖法、盖挖法等主要施工工法现场概况积累感性认识。例如,在白石桥南站明挖基坑开挖现场,学生不仅观摩挖掘机开挖过程,在一定程度熟悉了钢支撑的构造及作用,初步了解了明挖法基坑施工工艺顺序,这些均为以后土力学、地下建筑结构及地下工程施工等相关专业课程的学习奠定了有益的基础。此外,土木与交通工程学院还积极推进地下工程施工学科及教学配套设施建设。2006年建立了施工技术仿真实验室,其中电动仿真盾构机模型及模拟盾构隧道施工的三维动画虚拟现实技术,为学生体验并掌握典型施工方法与主要操作技能提供了鲜活生动的素材。 认识实习周结束后,随即布置科技活动周的训练任务,即根据地下工程认识实习接触的主要内容,积极开展相关结构模型制作活动。学生自选题目,兴趣盎然地制作各种车站结构模型。这种活动不仅及时巩固了认识实习成果,切实锻炼了学生动手能力,也为培养学生结构构造与力学概念,拓展思维空间,发挥个人想象力和创造力提供了广阔的舞台。
2.确立定期回访工地机制,前后衔接主要实习环节
专业认识实习、生产实习和毕业实习宜构成土木工程各专业方向三个相互衔接且逐步扩展深入的实践教学体系。在地下工程方向贯穿式工程实践教育思想指引下,通过确立工地定期回访机制的做法能够实现三种实习环节的前后衔接与递进接力。经过认识实习周和科技活动周的初步实训,已经调动起学生专业学习的积极性和兴趣,在随后的二、三年级相关课程学习中,学生有必要定期回访、调研当初认识实习工地,针对该工程后续建设情况进一步积累工程实践经验。一般规模的地铁车站建设周期至少需要1~2年,而包括区间隧道在内的整个合同段项目建设则需要更长的时间,基本能够满足大学期间实习参观的要求。自2010年起,针对2007级地下工程专业方向大三学生暑假社会实践环节,开创性地提出强化假期工程实践的口号,以实现暑期社会实践与下学期生产实习相结合的目标,即根据各自以往跟踪回访地铁工地的情况,自主联系实习工地,并在现场工程技术人员指导下深入施工一线开展一定时间的暑期工程实践,为大四上学期即将进行的四周生产实习预热。当四周生产实习结束后,继续保持定期回访机制,直至最后一个学期毕业实习乃至毕业设计环节结束。这样从根本上实现工程建设与人才培养的全周期贯穿式吻合。例如:2006年、2007级相当一部分学生坚持3年间对地铁4号线动物园站及9号线白石桥南站等工地的定期回访,为后续专业课程学习,牢固掌握地铁车站结构设计原理及各种施工工法,出色地完成了毕业设计任务。
3.理论教学注重实践环节,课程设计、毕业设计立足解决工程实际问题
众所周知,课堂理论教学是人才培养的基础环节,应用型本科教育侧重于应用,在地下建筑结构、地下工程施工等主干课程教学中宜注重实践教学环节的改革与创新。例如:地下建筑结构课程教学中结合相关教学内容,安排课时上机操作理正、PKPM等深基坑支护结构设计软件,在巩固基本设计理论知识的同时,为下一步的课程设计及相关毕业设计提供实用技能训练的机会。在地下工程施工课程教学中主动联系参观地铁9号线玉渊潭竖井内安装的LOVAT盾构机及后来的掘进过程,以加强学生对盾构机构造、性能及工作原理的理解与掌握。此外,根据办学定位目标和人才培养特色,在课程教学内容选择上突出实用性,即立足于城市地下工程规划、设计、施工等方向,以工程案例为主线,将主要章节知识贯穿衔接,展示工程实例照片,播放典型施工工艺视频,
最大程度地实现学以致用、学有所用。
为检验专业实习及理论课程学习效果,进一步提高学生综合素质与专业技能,培养适应首都地铁建设行业需求的专业人才,在课程设计和毕业设计环节明确围绕地铁车站设计与施工领域进行由浅入深、循序渐进地训练。所编写的设计任务书和指导书力求通过学生在专业实习及理论课程教学中接触过的工程实例来反映现行规范的具体应用、最新科研成果及工程实践经验,使其领悟到如何将书本知识运用于工程实践,再从实践步步升华至理论的过程。例如:地下建筑结构课程设计主要针对地铁车站现浇钢筋混凝土楼盖体系进行结构设计,而毕业设计阶段选择地下结构设计课题组的学生则需要完成包括支护结构设计、车站主体结构主要构件结构设计在内的大量设计任务。地下工程施工组织课程设计要求针对明挖法施工的普通地铁车站所涉及的灌注桩及冠梁施工、基坑开挖、钢支撑架设与拆除、主体结构施工、地下工程防水施工及基坑回填等工种工程,确定施工展开程序及分项工程施工顺序,划分流水段,选择施工工艺与方法,编制施工进度计划表,绘制施工现场平面布置图,制定技术组织措施,而毕业设计阶段选择地下工程施工课题组的学生除要完成包括明挖法、盖挖法、暗挖法等多种工法在内的复杂地铁车站的施工组织设计,尤其要求根据具体工程特点,利用已有知识对关键技术问题进行针对性的分析探讨。所有的设计题目均紧密围绕实际在建工程,某些甚至就来源于学生们曾经实习过的工程。每位学生的工程背景不同,技术难点亦不同,可实现学生人手一题,有效防止成果雷同。这样通过对实践教学内容的精选配置,实践教学内容体系自身内部实现了良好的统一、协调,加之毕业设计期间形成的定期回访工地机制,进一步培养了学生的综合能力、创新能力、工程实践能力、分析问题及解决问题的能力,为其在毕业前获得合格工程师专业素质训练并取得相应成果创造了更好的条件。
4.实施的效果
地下工程专业方向自2006级实施“贯穿式工程实践教育”模式以来,在北京城建集团、北京市政集团、北京路桥集团等多家单位的大力支持下,依托在建的地铁工程深入展开了专业人才培养工作。在最近两年毕业设计期间,2006级学生康惟依托在建的地铁10号线成寿寺站—宋家庄站区间隧道,编制了现场施工进度计划网络图并进行优化分析,为科学安排施工工序,缩短工期发挥了积极作用。学生黄俊杰协助现场项目部编写了9号线白石桥南站监控量测施工专项方案,并绘制了全部测点布置图,使之进一步充实和完善。2007级学生蔡志勇依托在建的地铁14号线东风北桥车站,通过有限元计算和现场实际情况,重点分析了深基坑倒撑设计与施工的优化方案,为节约成本、简化工序提供了可靠的理论依据,此外还负责编写了盾构穿越五环、盾构联络通道等多项施工方案,凭借丰硕的实践成果,其毕业设计最终获得2011年北京建筑工程学院校级优秀毕业设计。2011年7月19日 ,《科技日报》“教育观察”版 “本期关注”栏目报道了蔡志勇等同学的事迹,特别强调了他们在暑期社会实践中就提前进入工程现场作为施工员实习对今后成才具有的重要意义。
在已毕业的2006、2007级地下工程专业方向毕业生中,大多数学生凭借过硬的工程实践能力在激烈的就业竞争中脱颖而出,纷纷签约大型施工企业。其他一些考取研究生的学生亦纷纷表示大学阶段工程实践的强化训练令自己“受益匪浅”,为继续深造打下良好的基础。
5.问题与对策
以提高工程能力为导向的教育模式实施的关键,在于要保证具备与各实践教学环节相对应的实际在建工程项目。尽管实践教学环节安排有固定的认识实习、生产实习、毕业实习,且建立了定期回访工地机制,但毕竟每次接触工程实践的时间相对较短,往往只能看到工程施工的某些局部工艺或某种工法,很难认识地下工程施工全部细节过程。此外,因为时间和经费的限制,也难以保证每位学生都能在大学期间全面接触多个不同工程施工内容。随着城市轨道交通建设的回落,地铁建设工地数量规模的萎缩等问题都成为地下工程专业方向实践教学需要面对的难题。
为此,宜充分利用现代化摄影、摄像技术手段将各种可能接触到的施工工法的各个施工环节记录下来,然后运用多媒体技术将各种影音资料加工制作成信息量大、内容丰富、形式多样的信息化实践教学课件,以展现工程全貌和施工全过程,从而把施工现场搬进课堂,或者通过网络在线学习,让学生足不出户便可全面深入地认知施工过程和关键工序,以增长见识、获取经验。将以多媒体技术和网络技术为核心的信息技术引入土木工程实践教学环节的做法已有先例[9],且特意指出,如有可能,最后再选择适当的工地进行现场体验工程活动,对于那些现场看不到的前后工序可以反复观看教学课件,确保各实践环节的教学效果和质量。
三、结语
大规模的城市地下工程建设召唤大批合格的工程技术和管理人员,以培养应用型人才为办学定位目标的高等学校应审时度势,因地制宜,以加强学生工程素质与实践能力的培养为核心,不断探索研究教育教学规律,构建具有自身特色的应用型人才培养模式。实践证明,以提高工程实践能力为导向,开展贯穿式强化教育锻炼,使学生对专业知识体系有较为深刻的理解,并实现有效的融会贯通,有利于增强个人综合业务素质。
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Talent training mode of underground engineering specialty
WANG Liang
(School of Civil and Traffic Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, P. R. China)
Abstract:
关键词:大实验;大学生;实践能力;药学
中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2012)11-0071-02
哈尔滨商业大学正处于教学型大学向教学研究型大学转型的过程当中。这一转型,过程中不仅对哈尔滨商业大学教师队伍的科研能力提出了更高的要求,同时也相应地提高了哈尔滨商业大学毕业生的培养规格和标准。为了适应这一“根本转变”,哈尔滨商业大学在09版本科生培养方案制定过程中,在实践性教学环节中全面设置了专业课程大实验,以期达到增强学生的实践能力、培养适应社会需求的应用型人才的目的。
一、开设专业课程大实验的必要性
“纸上得来终觉浅,习到用时要躬行”。马卡连柯曾经说过,在学生思想和行为之间有一条小小的鸿沟,需要用实践把这条鸿沟填满。药学是一门实践性很强的学科[1],实践性教学环节又是整个教学过程的重要一环,是提高学生由知识向能力转化、改变“高分低能”的主要途径,是哈尔滨商业大学应用型人才培养目标的要求。随着近年来本科扩招、专业申报和就业的市场化,哈尔滨商业大学要生存,要发展,关键在于培养高素质、高质量的应用型药学人才。这主要体现在毕业生的实际能力和水平上,而实践性教学环节正是训练和提高学生的能力,以及检验教育教学质量的重要手段,同时也为我们改进、加强实践教学工作,提高教学质量提供了依据[2]。所以,必须努力抓好实践教学这一重要环节。学院历来有注重培养学生动手能力的传统,比如:增加实验课比例,派遣学生到制药企业实习,开设野外实习课程等行之有效的做法。但是随着国家在制药企业推行GMP认证,使学生到企业实习的机会大为减少,而且专业课理论学时的压缩也让实验课也不得不相应地减少课时,学生的实践动手能力有所下降。从2009年学院对往届毕业生所做的调查来看,多数毕业生都希望能够增加本科学习阶段的实践环节。在06版培养方案中,我们尝试着在部分专业课程中开设“大实验”的举措,从实践结果来看,效果良好。为此,学院在修订09版培养方案时,在实践性教学环节模块中全面推行专业课程大实验。
专业课程大实验不等同于实验课,相对于“大实验”来说,我们把通常意义上的课程实验姑且称之为“小实验”。以往我们所说的实验课是理论教学的一部分,占用理论教学课时,因此,受到理论教学时间安排的限制,使得实验课的内容相对简单、教学方法单一,主要是以验证性、互相脱节的实验等为主,实验过程中多是实验教师准备好实验所需的试剂、仪器,并将实验内容和实验方案事先制定好,学生进入实验室只是简单地按照教师的指令程序“按方抓药”[3],根本无须动脑思考,结果造成所有学生以相同的操作制造出相同的实验结果,拷贝出相同的实验报告,这样的实验课无法达到贯穿理论知识和综合素质培养的目的。“大实验”作为独立于理论教学之外的实践环节,具有时间充足、涉及本门课程的内容丰富且跨度较大的优势。一般整个“大实验”过程为1―2周,即20―40个学时,可以充分满足综合性或设计性实验的要求。
专业课程大实验不等同于毕业设计。“大实验”是针对某一门专业课程开设的实践环节,即某一个“大实验”只针对一门课程的教学内容进行设计,而且是多人共同完成一个实验。毕业设计是按照培养目标的要求而进行的综合训练,涉及多门课程的内容,并且由一个人独立完成,占用15个教学周。
“大实验”既弥补了实验课的不足,同时又在毕业设计之外增加实践环节,增加学生实践锻炼的机会,对学生更深入地领会课程内容、掌握实验技能起到一定的作用,也为学生能够独立完成毕业设计打下基础。但是,必须说明,开展“大实验”是在制药企业管理规范发生变化,实训场所在目前又无法解决的背景下,为加强实践性教学环节而采取的一种权宜之计,但目前看也是最切合学院实际的做法。
二、开展大实验的措施
(一)建立开放实验室
实验室是学生开展科学实验的主要活动场所,为了能让学生完成一个较为复杂的实验,必须为他们提供更为灵活自由的实验空间和时间。因此,在“大实验”周(一般为学期末),相关专业的实验室全天为学生开放,实验试剂、材料、设备按“须”提供,学生可以随时进入实验室进行实验。而且,教师也不再是上完课就走,而是要坚持在大实验过程中始终亲临现场,随时解决学生提出的问题,为学生提供一个宽松的实验环境。
(二)优化实验内容
相对于以往理论课中的“小实验”,大实验不再是单一而相对独立的实验内容,设计“大实验”时必须考虑能否贯穿课程内容或者综合多种实验手段以达到训练目的,因此,“大实验”是较为复杂而系统的实验。比如,药物分析大实验的设计就要把课程涉及的鉴定、检查和含量测定相关内容串联在一起,以达到综合训练的目的。
大实验的题目和内容一般是由实验指导教师设定,并要求学生先到图书馆查阅相关文献,了解所做实验内容,并自行设计实验工艺路线、实验操作方法,指导教师对学生提出的工艺和操作方法进行审核,在得到指导教师的认可后,学生便可提出实验所需试剂、材料及设备的申请,一切准备就绪后方可进行实验。这就大大提高了学生独立完成实验的能力。大实验的题目和内容除了指导教师提出的以外,还鼓励已具备一定专业知识基础的高年级学生在部分课程大实验中自设相关题目和内容(一般允许学生在第七学期的专业课大实验中自设题目和内容),由指导教师审核,只要实验室可以提供实验条件的项目均给予支持,以期促进本科生创新能力的培养。
(三)完善考核标准
“大实验”和普通的验证性实验不同,验证性实验要求学生在既定的条件下重复应有的实验现象,并以此作为考核学生实验课的标准之一。“大实验”是在教师提出一定的方向后,由学生独立设计实验思路、独立准备实验试剂材料,在教师的指导下独立完成。不同组别的学生做实验的思路和操作都有可能不同,实验结果也可能不尽相同,因此,不能以实验结果作为考核学生大实验成绩的主要标准。在整个“大实验”的过程中,学生体现出来的实验设计思路、同一组学生之间的团队合作精神、实验操作和实验报告的规范性、对实验结果的总结和分析能力都应被纳入实验成绩的评定标准之中。为了提高学生的创新能力,应鼓励学生创新实验方法和提出自己的科学见解,并以提高成绩给予肯定,对于自设题目和内容的学生在成绩上也应适当给予倾斜。
三、目前存在的问题和设想
开展“大实验”以来,在收到一定成效的同时,我们也发现一些仍存在的问题。一是学生的基础知识不够扎实灵活。专业课往往涉及多门学科基础和专业基础课程,针对专业课设置的“大实验”,必将涉及相关基础课程的知识和实验操作技能,此时,部分学生暴露出基础知识遗忘、实验无从下手的问题。所以,在专业课程开设“大实验”实践环节的同时,也要注重学生基础课程的理论学习和灵活运用的能力。二是缺乏与实验相关的技能。比如,专业文献检索和实验数据的统计分析能力。以往文献检索课程开在第七学期以为毕业设计服务,但是现在进入专业基础课程学习之初就开设“大实验”,它要求学生具备一定的文献检索能力。这就需要调整相关课程的开设时间。比如,可将文献检索课程提前到第三或第四学期专业课程开课之前。另外,虽然大学二年级就开设了数理统计学,具备一定的数理统计基础知识,但是大部分学生仍然不会进行数据处理分析。因此,应该在专业课开课之初或伴随某门专业课开课的同时开设医药学数理统计课程或讲座,并介绍相关数理统计软件的使用方法。比如,在讲授药理学课程的同时,可以开设医学统计学相关讲座,并介绍SPSS等相关统计软件的使用方法。三是实验准备工作、实验室条件仍然不能满足学生的需求。开设“大实验”的目的就是通过增加实践环节来提高学生的实践能力,同时也可以培养学生的创新能力。这就要求我们开设的大实验内容要具备一定的设计性。之所以是“一定”的设计性是因为目前我们还局限于教师给出特定的实验材料和实验内容,让学生在实验思路上进行设计。更能培养创新能力的方式是由学生根据文献资料和社会需求自行设计实验题目和内容。这就对实验准备工作,尤其是实验仪器设备、试剂和材料提出更高的要求。一方面,学院需要加大实验经费以及实验仪器设备的投入;另一方面,学生也可以参加学院实行的学业导师计划,即学生参加学业导师科研项目中涉及的相关专业课程大实验,以此解决实验经费和材料的问题。
总之,专业课程大实验的开设在一定程度上缓解了我院实践性教学环节教学周数的不足,以及实验实践内容单一且相对独立的缺陷,在一定程度上提高学生的实践能力甚至创新能力;同时也发现课程设置中的一些不足之处,这些不足正是以往实践环节薄弱造成的。因此,我院以开设专业课程“大实验”为契机将理论教学环节与实践教学环节有机地结合起来,以实现我院教学工作的可持续发展,为社会培养更多的具备实践能力和创新能力的应用型人才。
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生物工程专业综合实验是一门全面提高学生素质的复合型实验课程。实验教学改革以培养高质量学生为目标,结合地区经济发展,融合教师科研项目,联合社会企业人才,内涵式发展建设生物工程专业人才培养平台,探索了以学生能力和素质为核心的实验教学模式。
关键词
生物工程;综合实验;内涵发展;教学改革
以学生为主体,以学生为核心,以挖掘学生潜力为目标进行实验教学改革是非常有意义的尝试。生物工程是集生物化学、细胞工程、基因工程、分子生物学、微生物学、发酵工程、生物物质分离工程等众多生物技术的综合性学科,是一门实验性和应用性很强的学科。“生物工程专业综合实验”(简称“综合实验”)在本科生培养计划中占有非常重要的位置,是一门能使学生综合已学知识来设计和操作实验,对学生实验技能和实验方法进行综合训练的复合型实验课程[1-3]。加强实验教学是体现学科特点,提高教学重量的关键环节,在加强对学生的素质教育和培养创新能力有着重要的、不可替代的作用。
1生物工程专业综合实验的发展进程
我校重庆理工大学一直以来秉承“以产学研为特色,以理论研究和应用研究为主,突出为兵工和地方经济服务,以促进科技成果向产业和教学双转化为导向”的办学指导思想,自2002年生物工程专业建立后,学院就将“综合实验”作为一门独立的课程开设。课程目的一是强化学生对生物工程实验基本操作,二是培养学生综合运用专业知识和技能解决问题的能力。“综合实验”安排在第七学期末,学生在完成基础专业课和专业实验后,通过“综合实验”的学习和锻炼可对前期所学理论知识有更直观和深刻的认识。“综合实验”共72学时,经过了广泛调研和精心准备,总计开设12个试验项目。实验设置具有以下特点:一是专业学习和地区经济有机结合,实验选题主要以现有西南地区生物工程产业为主,结合专业学习中生物中游(发酵)和生物下游(分离)技术。例如“气体提升式反应器培养植物细胞”“废水生物处理及参数测定”“大豆异黄酮的超声提取分离纯化实验”等;二是基本实验技能和中试应用有机结合,即实现了学生在走向行业一线之前的大练兵,又增进其生产意识。例如“采用机械搅拌罐培养大肠杆菌”“发酵液的预处理及与滤饼质量比阻的测定”“酶制剂的盐析沉淀及酶活力的测定”“亚硫酸盐法测容积氧传递系数”等。“综合实验”内容全面、领域范围广,食品和环境都包涵在内,但也过于庞杂,学生做完实验后没有一个完整产品的生产过程概念,并且和生物化学实验有部分重复,如盐析沉淀和凝胶过滤实验。经过多年的教学总结,我们对专业综合实验不内涵式发展建设生物工程专业综合实验教学模式张丽杰(重庆理工大学药学与生物工程学院重庆400054)断调整和改进,删减和生化实验重复的部分,并把独立的实验整合成完整的生物技术综合实验,如下游分离实验,学生学习从酵母菌经过细胞破碎、过滤、脱除杂离子和蛋白质,最终结晶得到海藻糖晶体技术,使学生对整个下游生物技术过程有了整体把握,并在做实验的同时有机地应用其他学科所学理论。
2影响生物工程综合实验发展的瓶颈
2.1实验内容过于单一,学生选择的余地小
目前的综合实验主要集中在微生物的发酵、从酵母菌中提取纯化海藻糖,只是涉足生物技术领域中比较小的领域,不利于学生的就业。生物技术领域包括的范围很广,如生物制药、环境生物技术、食品、保健品、化妆品等,学生如果能够结合西南地区经济选择课题进行尝试创新实验,对他们创造力的开发和专业认知都会有所帮助,还有助于扩大就业面。
2.2实验教学模式单一,制约着学生创造性的发挥
目前生物工程专业综合实验还是按照老师准备实验药品、老师讲解实验内容、学生按照讲义步骤做实验、学生书写实验报告、老师批改实验报告的模式进行。学生没有自己的想法,完全按照老师的思路完成任务,出现问题不会思考,这对于本科教学是个致命的硬伤,学生的积极主动性及创造性完全被制约[4-6]。由于学生没有参与到试剂的配制、设备的选型和实验方案的制定,对生物技术的操作要领没有真正的掌握,如不明白试剂配制的精准会直接影响实验的结果,而在大学里缺失的一课在社会上可能会以惨痛的代价来弥补。在这种教学关系中,学生就像张着嘴等着喂吃的孩子,而老师就是给他们准备好饭菜的保姆,让人实在不敢想其后果。
2.3实践课各自一体,不能满足培养专业工程人才的培养目的
我校生物工程专业的实践课程的设置满足了本科教学要求,但实践课中的课程设计、生产实习、专业综合实验及毕业论文(设计)各成一体,使学生不能系统的掌握专业技能,无法把理论知识应用到实践中,造成了教学资源与时间的浪费。2.4实验内容的系统性还有待于加强生物工程专业综合实验目前只有下游技术进行了系统化,和上游及中游还没有完全整合。培养学生成为工程技术人才,对生物技术上游、中游和下游的完整理解和掌握是必不可少的,每个环节对生物技术开发和研究都非常重要,学生只有全面掌握才能灵活应用到实践中,并且增大就业面和就业机会。
3实验教学改革发展的方向
改革生物工程专业综合实验的教学模式,使学生能够由被动的接受老师灌输知识到主动积极参与实验,鼓励实验创新,增强动手动脑能力,培育毕业生成为真正适应社会发展的创新型人才。
3.1改革单一教学模式,鼓励学生自主创新能力
综合实验创新模式示意图由图1可知,改革后的综合实验以加强基础、拓宽专业口径、围绕区域经济,培养创新精神和实践能力,提高教学质量为原则,教师与学生采用平等讨论、切磋交流、协同合作的方式,形成以学生为中心的教学氛围。老师负责课题遴选[7-9],结合西南区域的生物工程优势和特色经济建立课题库。随着时间推移和社会发展,课题库可不断更新升级,确保综合实验的持续性、开放性和区域特性。而且,选题还充分兼顾了生物上游、中游及下游技术的完备知识体系,确保学生在增强能力的同时也为就业打下基础,更好地为地区经济服务。实验开展采用分组模式,兼顾学生独立思考和团队协作的能力锻炼,充分发挥主观能动性的同时也培养了团队合作意识,最终提升学生的综合能力。
3.2以创业为导向,将专业综合实验和课程设计、生产实习及毕业设计有机结合面对越发严峻的就业形势,为体现大学教育服务社会的价值,需要书本知识和社会发展有机结合。生物工程专业涉及到生物领域的方方面面[10-12],学生在大三掌握专业基础课及基本实验技能后,有意识地培养学生的创业思想。以《综合实验》为纽带,串联课程设计(第六学期)、生产实习(第六学期末)和毕业设计(第八学期),围绕区域特色课题进行全面系统研究。学生在掌握课程设计理论后到工厂企业进行参观实习,补充设计经验,然后选择课题进行试验(即生物工程专业综合实验),在毕业设计环节继续对该课题展开深入研究,并完成论文。在综合实验中鼓励学生敢于创新,即使是不成熟的想法也给予肯定和奖励。对于不成熟但具有可行性的想法,集中师生智慧和集体力量给予突破。通过系列培育,促使学生基本完成具有可行性的创业规划,其中包括最佳工艺路线的选择(可在专业综合实验、生产实习及毕业设计中完成)、市场研究报告(可在生产实习中完成)、工厂设计(可在课程设计、生产实习及毕业设计中完成)等。在实践过程中专业和实用的知识不断积累沉淀,为今后服务社会打下坚实基础。
3.3转变传统考核方式,制定以创新能力为核心的考核细则
改革后的专业综合实验将学生文献查阅、实验可行性分析报告、实验前准备工作、动手操作能力、分析解决问题能力、创新能力、团队合作精神等作为评分标准,而不单以实验结果的好坏判定,使成绩更能也可跟真实和全面地展示学生的反映学生的综合水平和创新能力。
4实施教学改革的方法和手段
4.1合理安排教学培养计划中的理论课和实践课
生物工程专业综合实验由上游、中游和下游三部分构成,由于上游技术(菌种筛选和基因工程实验)需要时间较长,可以在第五学期末分子生物学和基因工程等课程完成后安排一个2周的综合实验,让学生掌握微生物培养、分子克隆、PCR等生物技术。其他理论课可以适当增加实验课,有利于学生更好理解理论知识的同时,掌握单元操作技能,在综合实验时可以熟练利用基本实验操作为课题服务。如生物分离工程增加实验课程,使学生掌握过滤、细胞破碎、萃取、离子交换树脂、膜过滤等单元操作;发酵工程可以增加使用发酵罐实验课,让学生熟练掌握如何发酵的技术,而不是只在综合实验中涉及一次。另外综合实验可以安排在第七学期前期,避免和学生考研冲刺时间冲突。第七学期的理论课不宜安排过多,否则学生精力不够,弱化实验效果。
4.2打造专业教师团队,培育创新型人才
本专业教师要互相沟通,避免重复讲授某一知识点或某一实验技能,把课程设计、生产实习和专业综合实验、毕业设计结合起来,在兼顾教师科研项目的同时,以培育学生为目标,帮助其完成感兴趣的课题或者引导学生整体把握项目的意义。
4.3加强横向合作
与其他高校、工厂企业、科研机关建立实质合作关系,互惠互利地引进和共享资源。使学生能够根据需要走出课堂,参观学习实际生产工艺和技术设备,增加对本专业的认同感和学习动力。
5结束语
改革后的综合实验实现了四个转变:由知识传授为主转变为知识与能力并重发展;以理论传授为主转变为理论与实验并重;以硬件建设为主转变为软件硬件协同发展;校企分开培养转变为校企合作培养。综合实验具有可持续性、开放性和区域特色,更能提高学生对本专业学习的兴趣,在教学中培养创新氛围,让学生养成创新习惯和提高创新兴趣。通过专业综合实验教学模式的改革,使学生由被动学习变成积极主动学习,在巩固所学理论知识的同时,建立创新合作机制,真正做到学以致用,为学生走向社会、创业和继续深造打下坚实的基础,成为符合社会发展与具有全球竞争力的人才。
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