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關鍵詞:土木工程;畢業設計;質量控制;問題
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)12-0137-02
土木工程專業的畢業設計是本科教學計劃中最后一個重要的綜合性實踐教學環節[1,2],是對本科四年學習成果的綜合訓練。學生在學習基礎課、專業基礎課、專業課及相關的實踐環節期間主要是以接受知識和應試教育為主[3-5],學生在畢業設計期間,應將在校期間所學到的專業知識綜合運用到工程實踐中去,熟悉結構相關的設計規范和結構構造,靈活應用,獨立完成設計任務。通過畢業設計,學生應該具備綜合運用并深化所學基礎理論、專業知識和基本技能,掌握結構工程設計的基本概念、結構工程設計基本過程以及具有獨立分析和解決工程實際問題的能力。土木工程專業畢業設計完成的好壞,不僅影響畢業生以后工作能力,同時也直接影響土木學科的發展以及學校的辦學水平。高等學校應高度重視畢業設計質量,采取有效措施,抓好畢業設計工作的每一個環節,使畢業設計在人才培養中發揮應有的作用。
一、土木工程專業畢業設計存在的問題
目前雖然對土木工程專業的畢業設計給于關注和重視,但畢業設計環節質量滑坡現象依然存在,主要存在以下原因。
1.前期準備不足。在畢業設計之前一般要求畢業實習,畢業實習或采用分散實習或集中實習,這兩種形式都存在不足。采用分散實習,有的學生可能找不到合適的工程了解或者干脆就不去找,只是應付一下。采用集中實習的方式,由于集中起來學生比較多,也不容易達到預期的效果。
2.學生素質的參差不齊。有的學生前期專業知識儲備不足,在基礎課程學習的過程中,沒有掌握所學課程的基本內容,不清楚每一門課程主要解決什么問題。這樣學習一門課程忘記一門課程,沒有建立起基本的結構概念。反映出部分學生理論功底不扎實,沒有系統地掌握土木工程專業的知識。學生對指導教師的依賴性較強,不能正確、靈活地運用工具書,甚至沒有養成查閱工具書的習慣。部分學生對畢業設計的重視程度不夠,自身的綜合素質有待提高,對畢業設計不重視、態度不認真;甚至認為畢業設計就是走形式。
3.部分學生投入精力不夠。主要表現為以下幾種情況:(1)有部分學生前期的課程沒有獲得學分,在畢業設計期間補修這些課程,導致畢業設計時間不能保證。這部分學生平時積累的專業知識非常少,再加上時間不足,設計質量難以保證。(2)畢業設計期間,各種各樣的人才交流應聘會接連不斷,學生花很多時間去跑招聘會、面試,學生為了找到工作自然無暇顧及畢業設計,對畢業設計工作帶來很大影響。主要表現在:許多學生為尋找一份如意的工作而四處奔波,畢業設計在很大程度上只能為找工作讓步,從而造成投入畢業設計精力不足;有些學生認為工作單位已定,畢業設計成績不影響畢業分配,因而消極對待;有些用人單位要求已簽約的學生提前上崗,致使學生留給自己的做畢業設計的時間比較少。(3)部分學生考上了研究生,畢業設計期間,需要參加復試,由于復試的權重越來越大,學生不敢掉以輕心。為了在復試中表現優異,只好擠掉畢業設計的時間。以上這些原因導致部分學生無暇顧及自己的畢業設計。沒有足夠的時間和精力作保證,沒有時間查閱以及規范相應的設計資料,就不能對所設計的工程進行深入的思考,順利完成畢業設計尚且可能會存在問題,更談不上畢業設計的質量了。
4.部分教師指導畢業設計投入不夠。多數教師承擔有大量的教學任務和科研任務,還有部分教師承擔有產業開發工作,用于指導畢業設計的時間偏少,精力投入不足。也有部分教師責任心不強,在選題、指導、評審等程序上不負責任、不嚴格要求。有些教師本身缺乏科研與工程實踐背景,缺乏指導畢業設計應有的基本業務能力,指導水平不高。
5.畢業設計過程管理不到位。雖然畢業設計有具體實施、檢查、評分等各項管理規定,但在實施細則方面卻不完善,特別是在“過程管理”方面缺乏一套行之有效的辦法。在畢業設計期間,從學院的層面上進行中期考核,但由于檢查的老師比較少,檢查的學生多,看得不夠仔細,甚至有些學生渾水摸魚,拿別人的設計成果充數。另外中期考核的結果對于畢業設計的總成績基本沒有影響,學生也不重視中期考核,制度很好,效果不佳。畢業設計期間僅進行一次考核,從次數上來說也偏少。在畢業設計期間,學校要求指導老師每周或每天的指導時間,各個專業執行起來不完全一樣,缺少對指導老師的定量考核,部分指導老師不重視,自然指導效果不好。
6.畢業設計成績評定成績標準不統一。畢業設計成績基本上由指導老師評定的成績、評閱老師評定的成績以及答辯成績三部分組成。由于各個畢業小組的情況不一樣,各個指導老師評定的標準也不完全相同,同樣的設計成果,可能在不同小組之間的成績差別較大。評閱老師評閱的時間偏少,缺乏統一的標準,給出的成績不夠客觀。畢業答辯過程中,各個答辯小組評分標準不一致,個別老師所提問題難易成度把握的不好,部分學生闡述的內容重點不突出,介紹不具體,很容易導致所給的成績不能真實的反映學生的真實能力??傊诖疝q及評審中走過場偏多,評分標準偏低。
二、提高土木工程專業畢業設計質量的措施
針對畢業設計存在的問題,從轉變觀念提高學生的重視程度入手,充分發揮指導教師的作用,調動學生的積極性,強化過程管理,制定詳細的統一標準,提高畢業設計的整體質量。
1.1國外教學評價理論與實踐西方的教學評體系較為完善,是我國教育行業可以學習和借鑒的。西方的教學評體系的主要理論依據是布魯納的結構課程論以及贊可夫的教學與發展論,西方在教學評價領域的主要有CIPP評價模式、游離評價模式、教育學派評價體系等教學評價體系,這些評價體系理論對于國際教育評價體系的發展起到了極大的推動和促進作用。目前,在西方國家教育評價體系研究的帶領下,許多國家都形成了符合自己國情的教學評價體系。教學評價體系旨在關注學生和諧發展,并強調主體多元,重視定量與定性分析相結合,注重形成性評價作用的發展趨勢。國外的教學評價體系中,主要采用以教學檔案、學生評分、同行評價、個別、課程檔案以及課堂評價為主的評價策略。
1.2三進三循環模式下的教學評價體系培養模式概況目前,我國的影視動畫逐步發展,與此同時,對高職影視動畫專業的人才培養提出了較高要求?,F階段,影視動畫行業有著巨大的人才缺口。目前的影視動畫行業人才結構并不十分合理,高端人才稀缺,管理人才、經營人才也十分缺乏,原因在于學校僅做到了知識培養,而沒有做好學習與實踐的銜接工作。專項人才在影視動漫行業十分缺乏。綜上所述,現階段的高職畢業生所面臨的就業問題十分嚴峻,影視動漫行業同時存在著人才短缺和高職畢業生就業困難的雙重問題。近期,重慶工商職業學院影視動畫專業展開了一系列的研究課題,課題名稱為《工學結合下影視動畫專業“三進三循環——能力遞進”人才培養模式改革研究與實踐》,旨在通過優化影視動畫專業學生的學習方式與實踐方式,使學生在新的教學模式下能夠以就業為導向,更大的發揮創新能力,在學習和實踐中展示出自己的綜合職業能力。作為校方,目前最為關注以及急需研究解決的問題,就是如何通過引導學生進行學習實踐,使學生走向市場,實現就業。基于上述背景,重慶工商職業學院開始了《三進三循環人才培養模式下的教學評價體系》的研究。該研究課題與重慶貝格菲斯動漫有限公司合作進行。這個專項研究,旨在能夠為影視動畫專業的畢業教學提供新的思路,且希望能為動漫創意產業發展和高職影視動畫專業教育教學創新尋求新的發展道路。
2“三進三循環”的基本內容
在人才需求、職業能力及職業標準的調研和對高等職業教育人才培養模式的系統研究基礎上,結合實際,總結提煉了影視動畫專業人才培養模式,即按照影視動畫專業崗位(群)能力需求,與動畫企業深度合作,共同構建影視動畫“三進三循環”能力遞進人才培養模式。
2.1“三進”的基本內容“三進”是指學生三進。第一個階段是傳統的教學環節,在學校實訓室中進行,在這個環節中學生學習了影視動畫的基礎知識,是為接下來的環節打基礎的階段。第二個階段是實踐階段,也就是學生進行畢業設計的階段,在學校安排的工作室中進行,學生可以在這個階段初步掌握影視動畫的實際操作技能。第三個階段是頂崗實習階段,在與學校合作的企業中進行,企業會為學生提供專業的工作環境,讓學生實際參與影視動畫的制作環節,真正獲得工作技能,為今后參與招聘、走上工作崗位提供了強有力的技術支撐。
2.2“三循環”的基本內容“三循環”是工作流程的三循環。一次“設計、制作、后期”的過程是一個循環,三個流程完成了三次“設計、制作、后期”的循環,實現了學生的能力遞進。第一次循環為實拍影像的課程群,學生在這個階段掌握實拍影像的基本技能。第二個以團隊方式組合,策劃劇本,動手設計和制作角色以及場景模型,按照分鏡臺本進行拍攝,最后再后期合成制作成動畫短片。第三個循環學生需要進行畢業設計的制作,完成畢業設計的過程,學生的專業能力得到很大的提高。至此,畢業生完成了“三循環”的能力遞進。
2.3三進三循環人才培養模式下的教學評價體系的項目目標高職三年制影視動畫學生,通過三進三循環專業人才培養模式三個階段的培養,達到基本動畫制作及設計能力。從定格動畫——flas——tbs動畫,完成了三個完整的循環,通過專業基礎能力——職業核心能力——職業綜合能力的培養,能基本適應動畫崗位需求以及基本的設計——制作需要。在進行教學評價時,需要全面考慮影視動畫學科的程度、目標、課型以及教師的教學風格、教學方法等方面的因素。主要的評價標準是在教學過程中,教師能否真正培養學生的學習能力和實踐能力,真正實現教學質量的提高。國外對于教學評價體系的研究指出,要提高教學質量,就必須做到合理地組織課堂,教師要對教學內容有充分的把握,注意與學生的交流。我國在近十幾年開始逐漸重視教學評價的研究與實踐,正在逐漸改變“重結果、輕過程,重知識、輕能力”的傳統教育理念。我國正逐步向多元化、多維度的教育方式邁進,實現綜合性教育評價體系。
3三進三循環人才培養模式下的教學評價體系項目進展情況
3.1項目的進展情況課題組對相關工作進行了詳細分工,制定了工作計劃,研究和實踐工作進展順利。課題組組長負責規劃和組織實施本課題研究工作,對課題研究工作進行指導、監控和評價;課題組核心成員參與研究、實施工作,主要完成人才培養模式的制定、課程體系的構建、教學環境的建設及評價方式的改革等的實施。在制定好工作計劃后,研究小組立即開展了人才需求、職業能力、職業標準調研,確定了影視動畫專業人才培養目標。研究小組通過各種渠道,收集整理了80多篇相關文獻,進行了高職教育人才培養模式的系統研究,從理論上分析、研究了國內外現行的高職人才培養模式的內涵、規律及特色。在人才需求、職業能力及職業標準的調研和對高等職業教育人才培養模式的系統研究基礎上,結合實際,總結提煉了影視動畫專業人才培養模式,即按照影視動畫專業崗位(群)能力需求,與動畫企業深度合作,共同構建影視動畫“三進三循環”能力遞進人才培養模式。最后依據人才培養目標,分析職業崗位工作過程,確定工作任務,提煉出典型工作任務,將典型工作任務歸納成行動領域,再分析支撐行動領域的相關能力,進而遵循能力培養規律形成了“能力遞進”模塊化課程體系,并編入2014級影視動畫專業人才培養方案中。
3.2三進三循環人才培養模式下的教學評價體系的成果教學評價體系的成果主要是開展教學內容、教學方法與手段、教學資源環境、教學評價及教學管理改革于一體的綜合改革實踐,踐行“課程展覽、作品參賽、人才招聘”三位一體的教學評價機制。在教學的過程中,引入行業專家參與到課程教學的環節中去。學校需要為學生配備行業導師,要做到每個班級都有行業導師的配備。導師在帶領學生學習,引導學生實踐的過程中,需要有統一的管理體系,這就需要建立導師管理制度,開展導師工作制,建立完善的“導師評價、專家評價、學生互評”的評價機制。針對整個三進三循環的系統教學,在每門課程完成以后,會舉辦課程展覽,組織教師和行業專家觀展,對課程教學作一個評價;以賽促教,積極發揮參賽對教學的促進作用。展覽和比賽可以督促學生完善自己的設計,在完善設計的過程中掌握更多的專業知識,并熟練地應用到實踐中去。學生在這樣的參賽機制下,在各大比賽中獲得了優異的成績:2013至2014年間共獲得國家級獎項5個,省(市)級獎項若干,獲得了2014年第七屆重慶市高職院校技能大賽第一名。同時,在三進三循環人才培養模式的結束階段,結合畢業設計,舉辦學生畢業設計作品展,學生畢業前的“雙選會”與畢業設計作品展同期舉行,3年來共邀請全國各知名動漫企業上百家來學校參加,不少動漫企業通過畢業作品展考察學生的職業能力、選用人才,實現由學校到社會實踐的順利轉型。
4結語
課程體系改革的基本內容按照課程體系改革指導思想的要求,課程體系改革的基本內容有:(1)制定新的培養計劃和教學大綱;(2)了解本專業學科范圍內科學技術的新發展,編寫路橋方向課程體系的教材和教學參考書;(3)對課程體系、教學內容、教學方法、考核辦法進行改革實踐;(4)建立實習基地,對實習、課程設計和畢業設計等實踐性教學進行改革實踐。課程體系改革的途徑為了適應社會不斷發展的需要,在課堂教學學時少的情況下,優化課程設置,整合和重組課程內容,改進教學方法,以實現學生在知識、能力和素質上協調發展,適應人才市場的需求。1.構建課程平臺,明確專業方向。土木工程的范圍非常廣泛,包括土木工程材料、基礎工程、建筑工程、交通土建工程、橋梁港口工程、地下工程、水利水電工程、給水排水工程、土木工程施工、建設項目管理等。土木工程專業各個不同的方向,在基礎力學、工程材料和結構分析等方面具有一定的相通性。為了適應學生就業市場的變化和單位對人才的合理配置要求,為了加強學生的工程能力與素質教育,在大學的前三學年,為土木工程專業學生搭建公共教育平臺(即公共基礎課程、大類學科基礎與專業基礎課程),到第四學年由學生自主選擇不同的專業方向(即專業方向課程),只有這樣培養出的學生才能做到真正的面向企業﹑服務社會。2.優化課程設置,突出專業特點。在制定土木工程專業培養計劃上,應對課程內容進行優化設置。如將力學類、結構類、施工管理類及工程材料、工程測量課程等分別采用精簡歸并重復性內容,剝離共性理論性內容,重新構建課程等辦法,避免課程的重復。同時,在課程間反復協調的基礎上,修改課程教學大綱,使學科基礎課實現“寬厚”,專業課實現門類多、內容新、學時精和信息量大。只有這樣才能較好地實現土木工程專業的真正方向,較容易地解決“專業口徑寬、學時少”出現的各種矛盾,以滿足學生專業課學習的要求,滿足畢業生在工作中的專業改向、新項目研究或繼續專業學習的要求,為將來在不同的領域發展奠定基礎。
提高教師素質,建設特色教材。在教學中,教師既要具有扎實的專業知識,又要積極參與實際工程項目,同時還要進行科學研究,在自我學習提高的同時,有義務將本學科最新的研究成果應用到特色教材的建設中。與教學計劃、教學大綱配套的系列教材是課程體系改革成果的載體和改革得以實現的手段,也是實現培養目標的重要保證。方向課程體系的教材內容應相互協調,緊密結合工程實際,要與教學計劃要求吻合,要有利于培養和提高學生分析問題、解決問題的能力。結合新的應用型人才培養模式的改革與實施,在路橋方向課程體系的改革研究與實踐中,我們編寫出版了《橋梁工程》、《路基路面工程》、《高速公路》、《道路勘測設計》、《土木工程專業路橋方向畢業設計指導》等十幾部教材和教學參考書。緊跟學科發展,培養創新思維。學生專業能力的提高,創新思維是關鍵。為了擴展學生的知識面,我們適當增加了法律、管理、工程經濟和反映本專業新技術的選修課等,例如:《交通工程學》、《公路經濟學》、《公路網規劃》、《道路景觀設計》、《公路測設新技術》、《地鐵與輕軌》、《路面管理系統》、《路基處理技術》、《工程加固技術最新進展》、《道路橋梁檢測新技術》、《midasCivil軟件工程應用》等,努力培養學生的創新思維,滿足企業對創新應用型人才的需要。定期舉辦專題講座,例如:道路工程專題講座和橋梁工程專題講座。為了把握最新道路與橋梁工程知識,定期邀請設計院﹑施工企業、管理部門和科研院所的知名專家舉辦專題講座,讓學生了解目前道橋工程的發展現狀、存在的問題及今后的發展方向,讓學生了解最新的管理方法、新穎的設計方案、成熟的施工經驗、成功的工程案例和最新的檢測設備和技術。注重實踐教學,加強應用能力。為了全面培養學生的實踐能力和工程能力,提高學生的專業素質,我們有實驗課、工地實習、課程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計和課外科技創新等實踐性教學環節,使學生逐步確立工程結構意識。根據課程的特點,對體現專業內容的實驗,在適當增加實踐教學學時的同時,由實驗指導教師根據內容對實驗小組的每位同學進行現場提問考核,重點考核實驗的步驟、環節,確保人人會做。實驗后學生要上交一份內容詳細的實驗報告。充分利用校外的實踐教學資源,選擇央企、大型國有或民營企業,由專業教師帶領學生到工地實習。時間視工程情況而定,一般在6周時間。首先,邀請工地的技術人員給學生介紹工程概況,然后,在技術人員的帶領下分成若干個小組進行現場參觀,技術人員講解技術要求,最后,學生根據所見所聞向技術人員提問。實習期間,學生在工地現場由技術人員安排工作,專業教師協調管理。
實習后學生要上交一份圖文并茂的實習報告。對專業課程設置的課程設計,例如:《橋梁工程》、《道路勘測設計》和《路基路面工程》等均設置1周時間的課程設計。教師列出主要參考資料,引導學生逐步分析基礎資料、認真討論不同的方案。在結構計算中,首先要求學生必須明確工程結構概念,再結合具體設計內容,引導學生重視結構構造問題,并按規范要求認真。設計后,學生要上交一本計算書和施工圖。為了加深學生對橋梁結構的了解,熟悉各種橋梁結構形式、構件構造特點及傳力特點,給出要求,讓學生采用最簡單的材料,自己動手制作模型。通過做模型參加競賽,使學生加深對各種橋梁結構形式構造的了解,讓復雜的理論知識感性化,同時也培養學生團結協作的精神,增進同學間的感情。6.改革考核方法,挖掘學生潛力。學生成績考核的本身,對教學改革有著明確的指導意義。學生成績的考核包括:理論考試、課程設計考核、實驗考核、實習考核、畢業設計考核及參加相關科技活動情況等部分。根據培養內容學分績點的不同,在考核形式上采用閉卷考試、開卷考試、綜合測試、大作業、命題論文、實習報告等多種形式。在考核內容上力求體現出學生掌握基本知識、理解重點知識、靈活運用綜合知識的能力。這種考核辦法改變了以前學生應付考試、死記硬背書本知識的尷尬局面,激發了學生學習的熱情,充分挖掘其潛力,使學生變被動學習為主動。通過課程體系改革的研究與實踐,我們深刻認識到,教學改革要服務于社會,要努力培養學生的創新意識,提高學生的工程應用能力,使學生真正具備較強的市場適應性和競爭力,以實現滿足社會對人才的需求。
作者:趙青 單位:安徽建筑工業學院
創新本身具有超越性,強調在積累前人的知識的基礎上,理解分析前人的知識,以積極主動的精神,去豐富、創新、發展前人的知識。包括持續學習能力、分析解決問題能力、探索創新能力。
二、畢業設計的特點
畢業設計是大學生即將完成學業前的最后一個綜合性實踐教學環節,是在教師的指導下,獨立從事科學研究工作的一種嘗試,是提升學生軟能力的一個平臺,其特點主要表現在四個方面。
1.學生主體性
畢業設計打破了傳統實驗時間、地點固定,內容一致,簡單模仿等特點,充分發揮學生的主觀能動性,學生在教師的指導下獨立進行學習和研究,學生處于主體地位,教師起指導和監督作用。
2.綜合實踐性
畢業設計的選題、調研、開題、確定和實現技術路線、撰寫論文、答辯等環節,是培養學生綜合實踐能力素質的載體,能使學生受到完整的解決一個實際工程問題所必需的綜合基本訓練。
3.全面開放性
畢業設計的時間、內容以及指導等是全面開放的。畢業設計一般持續一學期時間,學生在這段時間內可以按計劃自主安排時間,按自己的實際情況進行畢業設計,教師的指導具有隨時性、及時性和針對性,指導教師及時到位,并且能根據學生能力差異特點進行指導,做到有的放矢。
4.探索創新性
畢業設計要以科學理論和科研實踐為基礎,對要解決的問題進行深入的分析和研究,以嚴謹求實的態度去探索未知世界,最后創造性地提出解決問題的思路。這個過程本身就是一種探索創新的基本訓練。
三、畢業設計中軟能力的培養
1.選題
選題是畢業設計的第一步,也是關系到畢業設計能否成功完成的關鍵。教師要進行科學指導,有意識地培養學生的軟能力。選題中要注意以下幾點:一是指導教師要考慮每個學生學習能力的差異性,遵循因材施教原則。因為每個學生的學習情況不同,對于基礎差、能力弱的學生,注重其專業基本內容的鞏固和提高,調動他們的積極性和提高他們的自信心;對于基礎知識掌握牢固的學生,可以考慮培養和提高他們獨立思考和創新能力,引導和鼓勵他們深入鉆研,設計內容的難度可以適當提高。二是結合科研課題,選題具有一定的先進性和延續性。指導教師可以根據科研課題的研究內容和學生的特點與能力,圍繞科研項目的內容設計選題,這對指導教師和學生都是一種挑戰和創新,學生也能接觸到最先進的技術和學科前沿。這能激發學生的積極性和創新性,更能鍛煉學生的動手能力和科研能力。三是指導教師可以兼顧就業情況,充分發揮學生的主觀能動性進行選題。因為大部分學生在畢業設計之前就已經基本確定工作單位,可以適當考慮與學生畢業后從事工作相關的設計題目,這樣學生走上工作崗位后,可以很快熟悉自己的工作,增強自身的競爭力。四是畢業設計的課題可以設計成一個工程項目分組進行,考慮每組在研究內容上既具有獨立性又有關聯性,而且承前啟后,這就要求每組成員在不斷提高自己個人能力的同時,必須學會與其他成員溝通協作,有效地培養學生的團隊合作能力。
2.開題
在選題確定后,學生要有目的查找、收集大量與課題相關的中英文文獻,并進行閱讀,做到認識、熟悉、理解課題,熟悉國內外學術前沿,通過調研、辨析、比較確定初步的技術方案,完成開題報告。在這一環節中,有些學生認為,教師沒有給資料,不知如何下手;課題涉及內容從來沒有學過,看不懂;查找的相關文獻太難了,不知所云。指導教師可以適當指導:教會他們如何利用圖書館、網絡工具查閱資料,培養學生獲取信息能力;如何看中外文獻,培養學生對新知識的快速領悟能力和思辨能力;如果對知識點的理解有困難,如何去查找有關的解決方法,提高分析問題、解決問題的能力。這樣可以激發學生的學習積極性,使得他們自主而又愉快地解決學習上的困難,體驗到自主學習能力的提高而帶來的樂趣,最終建立學習新知識的能力與信心。
3.技術路線的確定、實現
這是影響畢業設計成敗的關鍵,在這個環節中,指導教師要用自己的業務水平、創新能力、工作態度及敬業精神等去感染和激勵學生,使他們勇于探索、吃苦耐勞、相互協作、敢于創新、樹立科研道德觀。在這關鍵的環節上,教師既要起到指導把關的作用,也要在具體細節上大膽放手,充分發揮學生的主觀能動性和創造性。在研究方法和手段方面對學生進行正確的引導和啟發,既符合科學經典,又不是簡單的重復,而是有所發現有所創新。尤其要注重學生個性的發展,弘揚個性,鼓勵冒尖,給學生提供充分的發展空間,以最大限度激發學生的積極性、主動性和創造性??梢怨膭顚W生在了解前期研究工作、獲得間接的科研經驗的基礎上,增強技術方案成功的信心。方案的實現過程中,同一課題組的同學可以進行自由討論,甚至爭論,啟發他們的思維,通過相互有效交流協作,做到取長補短,有利于鍛煉學生的溝通和語言表達能力。指導教師還可以有意識地讓學生經歷失敗,從失敗中取得經驗或教訓,鍛煉學生的承受力,從而提高他們的適應能力和抗挫折能力。技術路線實現過程中,要處理大量的實驗數據、分析實驗結果,要求學生一定要遵循科學規律,實事求是,要有嚴謹求實的態度,使學生經歷一次科研道德培養的過程。
4.撰寫論文
論文的撰寫是對畢業設計階段實踐過程的總結,一方面通過寫論文可以使學生懂得科技論文、技術報告、產品說明書等的寫法,培養學生良好的寫作習慣,提高學生語言表達能力;另一方面可以引導他們對待科學的態度,科學來不得半點虛假,論點要站住腳,論據要充分。指導教師可以強調對學生的基本道德要求,堅決杜絕數據作假和禁止抄襲,不做主觀結論和不嚴謹的結論,培養他們誠信品質和實事求是的工作作風。論文嚴格按照有關格式進行編寫,培養他們嚴謹認真的習慣。教會學生基本的論證方法,幫助學生用掌握的論據來證明自己的觀點,提高他們思辨能力、分析和解決問題的能力。
5.答辯
學生在答辯過程中學會運用準確的語言陳述自己的觀點和結論,畢業答辯不僅可以測試學生對專業知識和技能的掌握程度,而且可以訓練他們的思維、反應,提高演講和語言表達能力。有些學生答辯時比較緊張、介紹不得要領或照本宣科等等,指導教師可以進行適當的指導:調整心態,注意表達主要內容,學習演講技巧,做答辯稿等,做好充分的準備??傊?,畢業設計是指導教師與學生近距離交流時間相對較長階段,教師要言傳身教,用自己嚴謹治學的態度和作風感染身邊的每一位學生,用自己的人格魅力激勵學生,這必將對學生軟能力的提高具有深遠的影響。
四、結論
關鍵詞:工程教育;專業認證;能源與動力工程;畢業設計;復雜工程問題
一、畢業設計在工程教育中的重要性
工程教育專業認證是目前我國高等教育大力推進的一項重大改革舉措,其核心是確保工科專業的畢業生在畢業時能夠達到行業認可的既定質量標準要求,其本質是一種以培養目標和畢業要求為導向的合格性評價。在認證標準畢業要求12條中,“復雜工程問題”被多次提及。在畢業生的能力達成評價中,解決復雜工程問題的能力是核心所在。解決復雜工程問題的能力包括問題識別、問題表達(建模)、問題分析、解決方案設計、現代工具使用、結論綜合評價(局限性、合理性、可持續性等方面的評價)等等多個方面的能力。這些能力的培養,主要通過理論教學環節和實踐教學環節完成。理論教學環節為學生提供解決復雜工程問題所必需的工程知識,而實踐教學環節鍛煉學生綜合運用所學知識動手解決實際工程問題的能力。畢業設計是工科專業實踐性教學的重要組成部分,是本科教育階段的最后一個,也是學時最長的一個教學環節。一直以來,畢業設計是評定學生畢業成績的重要依據。目前,工科專業的畢業設計通常采用項目課題式的教學方法,即指導教師擬定一個課題,然后學生運用所學的專業知識,圍繞課題相關內容展開分析和設計,最終得出結果并進行評價。這樣,在專業認證背景下,在畢業設計教學過程中,如果指導教師擬定的課題能夠很好地包含一個復雜工程問題,然后學生圍繞這個復雜工程問題開展方案分析、設計和評價,提出對整個復雜工程問題的完整解決方案,學生的解決復雜工程問題的能力必然會得到很好的鍛煉。因此,發揮畢業設計在解決復雜工程問題的能力培養方面的作用,是當前工科專業工程教育教學改革必不可少的環節。
二、目前畢業設計中存在的問題
在解決復雜工程問題的能力培養方面,畢業設計目前主要存在以下幾個問題。1.畢業設計選題不合理。畢業設計課題的擬定是否科學合理,直接決定著學生解決復雜工程問題能力的培養是否達到預期效果。但目前來看,指導教師選題存在較多不合理之處,主要表現在以下幾個方面。(1)重復性選題過多。很多指導教師進行畢業設計選題時,課題的基本內容和往年相比幾乎改動不大,導致多屆學生題目類似甚至雷同。由于本科生知識體系的限制,課題內容存在部分重復是不可避免的。但一些過于老舊的題目,已經不符合當前科學技術的發展和社會的需求,無法達到培養學生能力的目的。此外,課題內容的重復將帶來論文抄襲和重復率較高的問題。這反映出指導教師缺乏一定的創新性,在日常教學和科研中缺乏深入思考。(2)選題不符合復雜工程問題的要求。畢業設計要培養學生解決復雜工程問題的能力,那選題就必須涉及一個實際的復雜工程問題。但目前一些選題并不符合復雜工程問題的要求。出現這種情況的原因是指導教師對什么是復雜工程問題理解不深刻,或者無法將復雜工程問題和專業知識相聯系。其本質在于指導教師自身工程實踐研究的經驗和能力不足,無法發現和準確描述自己專業領域的復雜工程問題。(3)選題不符合本科生知識結構。一個好的選題,課題內容需要對應課本所學基礎知識和專業知識。但一些教師往往是根據個人喜好和科研方向確定選題,內容范圍超出本專業本科生的知識結構,學生無法理解課題內容,因而也達不到復雜工程問題解決能力培養的目的。(4)選題難易程度不合理。課題的難易程度直接決定他們能否順利完成畢業設計并達到預期的鍛煉效果。部分指導教師的選題過于簡單,甚至是專業課程設計題目的變形,學生在短時間內即可完成課題。而部分指導教師的選題過于復雜,來源于所帶博士或碩士課題的部分內容,包含大量理論分析或復雜的數值模擬,本科生會感覺無從下手。2.學生對畢業設計的重視程度不夠。畢業設計是對學生本科期間所學知識的綜合檢驗和考核,也是學生和老師就某一個具體問題進行面對面交流學習的機會,但這一重要過程并沒有得到學生的足夠重視,達不到培養解決復雜工程問題能力的目的。這種不重視表現在以下幾個方面:選題時拈輕怕重,盡量選擇簡單的課題,而這類題目往往不能體現復雜工程問題;認為畢業設計的內容與即將從事的崗位關系不大,不愿深入理解課題中的復雜工程問題,敷衍了事;專業知識不扎實,不足解決問題,但學習主動性不足,依賴指導教師。3.畢業設計教學過程不規范嚴謹(1)選題審核不嚴格或審題無依據。一些畢業設計選題并不符合專業認證對解決復雜工程問題培養的要求,但題目沒有經過嚴格的審核就下發供學生選擇。同時,缺乏可操作性強的審題依據,也會導致審題人員不能很好地對題目進行審核。(2)指導教師投入不足。指導教師還承擔著其他的教學和科研任務,因此部分指導教師在畢業設計方面投入的時間和精力不足。學生遇到困難時,無法與老師進行及時溝通,全憑自己的理解開展課題研究,導致學生的能力得不到培養。(3)畢業設計過程管理過于松懈。畢業設計沒有固定的教學地點和時間,除了開題、中期考核等僅有的幾次檢查以外,缺乏更多的組織管理,這導致部分學生放松自我,畢業設計完成不好。(4)畢業設計考評過于寬松。過于寬松的考評制度,讓學生認為只要參加了畢業設計的整個過程,最終都會順利通過。這導致部分學生對課題設計結果的好壞不夠重視,能力得不到培養。
三、畢業設計教學過程的改革措施與實踐
1.制定選題標準,嚴把審題關。依據工程教育認證標準中提到的“復雜工程問題”的主要特征,制定具有良好可操作性的選題標準,引導指導教師理解復雜工程問題在本專業的內涵,進而擬出能夠滿足復雜工程問題解決能力培養的選題。同時,嚴把畢業設計審題關,對不符合要求的選題,要求指導教師修改或者重新擬定題目。這樣,就從源頭上確保畢業設計以復雜工程問題解決能力培養的目的。筆者所在的能源與動力工程專業制定了面向解決復雜工程問題的畢業設計選題和審題方案。制作了內容詳盡的審題表,要求指導教師擬定選題時,需要對標復雜工程問題的特征,并給出相關的依據。同時設定了審核環節,每一個題目至少由兩名審題人審核,審核不通過時進行修改或重擬題目,并重新審核,直至通過。本專業2018屆畢業設計首次按照該辦法進行選題和審題,有13.2%的題目不符合復雜工程問題的特征并進行了修改或重擬。經過一年的試行,在20畢業設計中,只有不到3%的選題進行了修改或重擬。2.以專業認證為基礎制定培養質量評價準則。以專業認證和本科專業類教學質量國家標準為基礎,制定合理的畢業設計課程目標和完善可行的評價標準,客觀準確地評價學生在畢業設計過程中解決復雜工程問題能力培養的效果;制定合理的畢業設計課程目標與本專業畢業要求支撐關系矩陣,考查畢業設計的課程目標達成情況。筆者所在的能源與動力工程專業,首先充分考慮本專業復雜工程問題的解決過程,制定了畢業設計需要達成的10個課程目標:復雜工程問題識別與分解能力、問題分析與建模能力、調研能力、創新設計能力、方案論證與優選能力、工具與資源使用能力、設計結果分析與判斷能力、撰寫能力、口頭表達能力和國際視野。明確了畢業設計考核和評價方式由平時表現成績、中期檢查成績、成品質量(論文)成績和答辯成績4部分組成,確定了18個打分環節并制定每個打分環節的詳細評分標準。確定了畢業設計10個課程目標能夠支撐的12條畢業要求指標點,給出了支撐關系矩陣。在2018屆和20畢業設計過程中,本專業嚴格按照此標準進行畢業設計考核,取得了較好的效果。明確細化的考核方式對畢業設計教學的目的性、針對性和主動性都有所提升。3.加強管理制度建設和落實。為了更好地培養學生解決復雜工程問題能力,除了畢業設計選題和評價兩方面做好之外,必須建立嚴格的畢業設計過程管理制度,并做好落實工作。本專業圍繞畢業設計過程管理,主要采取了以下一些措施。(1)組織畢業設計動員大會。學院教學院長、系領導、輔導員和指導教師代表出席會議。除了講解畢業設計具體流程、學習紀律要求等之外,重點解讀畢業設計教學大綱,讓學生知悉畢業設計的考核方式和評分標準,深刻認識到畢業設計的重要性。(2)明確時間節點做好過程控制。對任務書、開題報告、讀書筆記、外文資料翻譯、中期檢查、畢業論文和答辯等環節都給出了明確的時間節點,并要求學生和指導教師嚴格執行。教師對學生畢業設計情況的指導與檢查每周不少于兩次,并需要簽字確認。(3)畢業設計全過程突出產出導向。教師在指導過程中,必須始終圍繞如何培養學生綜合應用所學知識解決復雜工程問題的能力。學生在學習過程中,必須時刻關注自己的設計或分析是否滿足課程目標,自己的能力是否得到提高。畢業設計所有考核環節必須嚴格按照評價標準進行評分,并對課程目標達成度進行分析?;谝陨洗胧?,讓指導教師和學生都深刻認識到畢業設計在復雜工程問題解決能力培養方面的重要性,能夠在畢業設計過程中及時發現問題,不斷改進。教師指導和學生學習的積極性也得到了明顯提高。
關鍵詞:能源動力類 實踐環節 改革與實踐
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)09(b)-0080-02
為了適應社會和行業對能源動力類人才的發展要求,培養具有實踐能力和創新精神的卓越精英人才,并且讓學生能夠接受符合自身特性的個性化實踐教育,我們重新構造符合經濟、社會、科技發展和人才培養規律的、結合國家實踐基地的立體化實踐課程體系,探索實踐課程授課方法,把社會需求和人的全面發展需要結合起來,促進學生自主學習和個性發展。
華中科技大學能源與動力工程學院作為首批入選實施“卓越工程師教育培養計劃”的院系之一,通過依托學科和專業優勢,積極利用現有資源條件,充分挖掘專業潛力,對“卓越工程師教育培養計劃”的進行系統的探索與實踐,致力于培養具備能源動力素質的卓越工程師,在卓越班教學計劃中突出具有專業優勢和特色的基礎上,特別加強工程實踐課程和實踐教學環節的改革。
本文圍繞卓越工程師人才培養目標,依托卓越工程師培養計劃,探討能源動力類實踐教學環節培養的改革,通過加強校企的緊密合作,立足國家工程實踐中心,校企合作進行實踐教學,推進卓越工程師的教育改革,為滿足適應社會發展需要的能源工程領域的卓越人才培養需求進行有益探索。
1 課內教學與課外實踐相結合,提高學生動手能力
學院在專業基礎課程建設中積極將課內教學與課外實踐結合起來構建專業基礎知識結構。在組織《能源與動力裝置基礎》課程教學時,主動以“認知+實證”為突破口,因為該門課程涵蓋了以往熱能與動力工程專業所有專業方向的專業主干課程基本內容的能源類綜合課程,課程內容涉及到能源動力工業中幾乎所有裝置、設備的工作原理和基本結構。為了使課程學習生動形象,該課程不僅在課件中加入了大量動畫等多媒體素材,而且因課制宜,與課程同步進行現場課外實踐,使學生的感性知識與理性知識相互交融,加深了對理論的理解認知和對機器的實證。學生通過理論知識的學習,然后通過課外現場的實踐再學習,有利地提高了學生動手能力。
能源動力類本科專業是一個寬口徑專業,涵蓋了多個不同的專業方向,由此,近幾年,在建設能源動力類各專業方向課程同時積極共建實驗課程。結合能源動力類碩士二級學科平臺與本科專業方向對接共建實驗課程,更新實驗教學體系,將涵蓋以往的十余門課程二十余個單項實驗,改造成四門獨立實驗課程(見表1),各16學時。四個專業方向的模塊課程對應著四門獨立實驗課程,四個專業方向的模塊課程的課內教學與課外實踐的獨立實驗課程同步進行,有效地做到了課內教學與課外實踐有機結合。其中每一個綜合實驗可實現多個相關的實驗聯系,可使學生對實驗內容有較完整更全面的認識,以得到綜合性的訓練。
在具備能源動力類專業設備的宏觀框架知識結構后,結合學院各專業方向的細化課程相繼開設。創建的“認知+實證”的特色專業平臺課程,由于課堂教學與課外實踐同步進行,化復雜為具體、化抽象為形象,使理論與實踐密切結合,培養了學生的創新意識,提升了學生的動手能力。
2 校內實習與校外實習相結合,提高學生實踐能力
實習環節安排在大學期間的二、三年級,在整個本科生培養的課程體系中起著承上啟下的作用。校內實習體現了對先修的一些基礎課程知識的綜合應用,校外實了知識的綜合應用外還為后續相關專業課程的學習乃至未來的技術工作奠定基礎。由此,校內外實習的有機結合,學生的感性知識與理性知識進一步得到相互交融,加深了對理論的理解和對機器的認知。校內實習實行隨時開放自己動手實踐的模式。在教師的指導下,讓學生自己動手拆裝各種機器,觀察結構,研究其工作原理,討論其操作與控制系統,而且可以多次反復進行,學生在實習過程中還可以進行一些創造性的設計,利用開放式的試驗裝置,如冰箱、空調綜合實驗臺等,自行試驗,不僅提高了動手能力,而且培養了學生的獨立工作能力和創造性的思維。校內實習有一定的優越性,但與校外實習的在線生產實際有一定的區別。校外實習可以彌補校內實習的不足,通過企業調研,和工程技術人員交流,了解行業前沿的學科動態及產品發展趨勢,尋找工程實踐中的技術難題,去自主學習、研究性學習、探索解決方案。企業技術人員結合生產現狀,對學生進行講解,進一步加深對產品和生產過程的了解,加深對專業工程實際的認識,同時擴大視野,樹立工程、系統、設備裝置、現代化生產的概念,并提高到理論上來理解,觸發理論到產品的思維。
學院在校內外實習交替安排在三、四、五、六學期的四個學期(見表2),前三個實習環節由學院統一安排,第四個環節根據學生選定的專業方向分散到相應的一到兩個廠家進行實習。
通過校內外的實習,使學生很好地掌握本專業的一些實驗的理論方法和步驟,并對實驗和生產流程具有實際的動手運行操作能力及處理突發故障的能力提升。同時,為學生充分展示了專業廣闊的前景,營造濃郁的氣氛激發各類學生的興趣。讓學生有深入實際的時間,有消化理論,對實踐有延續深入洞察,有可能進入創造思維的機遇。校內、校外相結合,開拓了學生由理論到產品的視野與思維,提高了實踐能力。
3 設計性環節與課外科技相結合,提高學生創新能力
設計性教學環節在培養課程體系中是非常重要的環節,高校的設計性教學環節占學生在校4年時間的25%左右。傳統設計環節的內容、方法、要求已經不適應現代教學形式與環境的變化,設計性教學環節的改革也嚴峻的提到教學日程上來。通過設計性教學環節與課外科技創新結合,結合學科優勢及科研成果,利用學生課外科技活動,共建實踐創新的設計課程,有效地實現了“設計課程+課外科技”的結合。
設計環節是學生綜合運用所學知識解決實際問題,培養創新能力的最好階段。熱能與動力工程專業的設計實踐環節有三個:機械零件課程設計,專業課程設計和畢業設計。為了使學生能長期不間斷地受到理論與實際應用相結合的訓練,培養學生工程設計和科學研究的能力,改變過去三個設計各自孤立進行,互不相干的作法,將三個設計在時間安排上結合起來進行,相繼覆蓋兩年。
在設計環節改革中,強調結合教師科研、課外競賽進行專業理論、技術和基本工程設計規范的訓練,并注重培養學生綜合運用各學科知識,進行產品、工程設計。在畢業設計選題時,指導教師結合學生的科技活動中的課題設下創新點,有計劃地在設計環節指導過程中啟發誘導學生來攻闖創新關。通過引導、學習、實踐的項目周期訓練,使學生能夠將理論知識靈活應用,激發和創造學生的潛能。學院學生在近幾年的科技活動和全國節能減排大賽中成績喜人。在設計環節的管理上,把課外實踐活動納入學分管理,調動了學生進行課外實踐活動的積極性。以上措施有效地實現了“課程設計+課外科技”的結合。
在本專業的設計性教學環節中,要求能運用已掌握的科學技術知識去分析問題,在能源動力類的機器設計制造、工程的計算與設計過程中,針對設備的結構尺寸公差的配合、工藝中的規程和精度配合、復雜系統的控制過程問題、復雜程序計算過程等,均能及時作出準確的判斷、正確的結論,提出可行的辦法,使問題得到解決。設計性環節與課外科技相結合,為學生知識水平、能力與素質同步提升,落實人才的多樣化和個性培養,促進學生自主學習和個性發展,為促進人才培養質量的提高起到了重要作用。
4 畢業設計與企業實踐相結合,提高學生綜合能力
畢業設計環節為學生未來的技術工作和發展起著重要的作用,為推進“卓越工程師教育培養計劃”的實施,進一步提高學生的工程素養,培養學生的工程實踐能力,工程設計和創新能力,提高企業在人才培養中的作用,根據社會對能源領域人才的需求類型,經過深入調研,學院將在共建工程訓練教學實踐平臺和與企業共同指導畢業設計和學位論文等方面進行合作建設,將主流技術和工程方法引入教學實踐中,將企業成功實施的項目實踐引入課堂教學,并鼓勵學生將最新的科學研究成果進行技術化、工程化。
高年級學生跟隨導師結合工程項目和課題進行科研訓練,部分保研生可提前修讀碩士階段課程。畢業設計和研究生階段實行學校和企業雙導師制,根據產業界需求,結合研究課題,加強項目流程等工程訓練,進行個性化培養。實踐畢業設計雙導師制和考核方式改革等措施,在學校配套政策的大力支持下,結合國家級實踐基地,探討畢業設計實踐研究,在四年級學生的畢業論文階段,請企業相關人員作為指導老師,獨立或結合校內教師對學生進行畢業論文的指導。
在大約一年的畢業設計環節中,首先明確學生的校內指導老師和企業指導老師,由指導老師對本科階段的企業培養計劃進行整體規劃和指導。本科階段畢業設計論文題目由學校導師和企業導師共同商討后確定,可結合碩士階段的方向設置企業實踐的重點和應達到的具體指標。學生下企業的具體時間根據課題研究的需要靈活確定,為課題研究提供現場運行數據和資料,以及進行試驗或驗證的機會。要求導師嚴格把關,以解決工程實際問題為出發點,確定研究課題。注重培養實踐研究和創新能力,為企業培養“留得住,用得上”的高端人才為主要目標。
近幾年,學院在實踐環節的培養上以實際應用為導向,以職業需求為目標。教學內容強調理論性和應用性課程的有機結合,突出案例分析和實踐研究;教學過程重視運用團隊學習、案例分析、現場研究、模擬訓練等方法。建立健全校內外雙導師制,以校內導師指導為主,校外導師參與實踐過程、項目研究、課程與論文等多個環節的指導工作。同時,加大實踐環節的學時數和學分比例,學生提交實踐學習計劃,撰寫實踐學結報告。學位論文選題側重來源于應用課題或現實問題,體現研究生綜合運用科學理論、方法和技術解決實際問題的能力,以培養碩士工程型的后備卓越工程師為目標。
以上針對能源動力類卓越人才實踐環節培養方面進行的一系列建設和改革,有益的推進了卓越工程師教育改革發展。
參考文獻
關鍵詞:電力系統分析;培養目標;工程教育認證
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)19-0102-02
一、前言
工程教育認證作為高等教育認證的重要組成部分,屬于專業認證,是由專業性認證機構(協會)組織工程技術專業領域的教育界學術專家和相關行業的技術專家,以該行業工程技術從業人員應具備的職業資格為要求,對工程技術領域的相關專業的工程教育質量進行評價、認可并提出改進意見的過程[1]。
我校的電氣工程及其自動化專業的綜合改革是以工程教育認證工作來引領的,旨在培養能夠從事與電氣工程有關的裝備制造、系統運行、自動控制、信息處理、試驗分析、電力電子等技術開發以及計算機應用等領域工作的寬口徑復合型工程技術與管理人才。通過模塊化課程體系有效地推進培養目標和畢業要求的實現。
《電力系統分析》是電力系統自動化模塊的主要專業課,占據整個模塊課總學分的1/3。該課程作為《電路基礎》、《電磁場》和《電機學》等先導課程的延續以及《電力系統繼電保護原理》、《發電廠電氣部分》、《電力系統調度》和《高電壓技術》等后續課程的基礎,發揮著“承前啟后”的作用,有著兼具理論性和工程性的特點。該課程的目標定位為:要求學生掌握電力系統的基本內容和基本概念;熟悉電力系統的基本運行方式和調節方法;熟練掌握電力系統的基本分析和計算方法;掌握電力系統各種故障及其分析方法;了解電力系統的穩定性分析,為培養高素質的電力工程技術人才奠定堅實的基礎。
在以培養目標為導向、以學生為中心的教育理念驅動下,本文從理論教學和實踐教學兩方面入手,討論《電力系統分析》課程基于工程教育認證標準的教學改革。
二、教學內容、方式和方法的探索
(一)教學內容的合理配置
《電力系統分析》主要包括電力系統的穩態分析和暫態分析兩部分。重點講述電力系統的三大常規計算,即潮流計算、短路計算和穩定性計算,這也是本門課程的重點難點所在。其中,穩態分析部分的電網等值電路、電壓降落和功率損耗是潮流計算的基礎,電力系統正常運行方式的調整與控制是潮流計算的應用。暫態分析部分的同步電機的數學模型是基礎,其電磁暫態過程主要針對故障分析時的短路計算,機電暫態過程主要針對穩定性計算[2]。
在教學過程中,三大計算自然要重點講述,但是其中的計算機算法部分可以適當壓縮學時,因為相應的課程實驗、課程設計和畢業設計部分會有針對三大計算的具體上機操作。而相應的基礎知識部分則需要仔細講解,尤其是部分同學《電路基礎》和《電機學》掌握的比較薄弱,基礎知識部分如果進度過快,會導致后邊的三大計算根本無法理解和掌握。
《電力系統分析》除了具有較強的理論性,還有一定的工程性。根據已就業同學的信息反饋,在教學過程中,應適當地引入個別工程實例以及目前的電力系統新技術專題,讓學生能將所學的理論知識和實際的工程聯系起來,激發學習的興趣和動力。
(二)教學方式的多元化
該門課程的理論性較強,教學方式仍以多媒體和板書結合的教師講解為主。然而課程中涉及到大量的計算,需要習題(作業、課堂討論和課堂測驗)來支撐。由于作業是在課下完成的,不可避免地出現部分同學互相抄襲的現象,導致不能通過作業來準確地反映出學生對知識的掌握情況。課堂討論和測驗的方式,一來可以方便教師準確地觀察學生的真實水平,二來通過學生到講臺上講解習題,提高學生課堂的參與度,便于學生自己找出彼此間的差距,活躍課堂氣氛,激發學習興趣。
除了上述傳統的課堂教學之外,還可以通過網絡課程的形式,將課程相關的電子資源分享給學生,并通過網絡論壇的形式,開展課程內容的相關討論。
(三)教學方法的靈活性
《電力系統分析》中有一些比較難以理解的章節,需要采用較為靈活的教學方法來授課。比如,同步電機突然三相短路分析這一節,涉及的內容較多,既有電機方程,又有短路電流計算,看起來十分復雜,尤其對一部分數學基礎不好的同學,看到這些復雜的公式會直接望而卻步。因此,教學過程中不應該側重具體的公式推導,而應該先從基本思路著手,和之前學過的較為基礎的電路知識進行類比講解。比如:把“短路前”和“短路后”看成電路中動態電路的“換路前”和“換路后”;短路電流的計算方法和“三要素”法相類比,即分別求出起始值、穩態值和直流、交流分量的衰減時間常數,帶入“三要素”法的表達式中,得出短路電流的計算公式。這樣,學生先從整體思路上有一個清晰的框架,然后,再針對每一部分進行具體的數學計算,就不會產生思路不清的困擾。
三、實踐教學的探索
如前所述,該門課程具有一定的工程性,需要相應的課程實驗、課程設計、畢業設計和實習等實踐教學環節,這樣才能使本專業的畢業生達到相應的培養目標和畢業要求。
(一)基于PSASP的課程實驗[3]
課程實驗設置的主要目標是通過實驗,培養學生的基本實驗技能,加深對電力系統的理解,學生利用仿真平成電力系統參數的錄入、潮流計算、短路計算、功率特性和功率極限等實驗,初步掌握電力系統的基本分析方法,加強對電力系統分析知識的掌握能力。
上述目標通過讓學生使用PSASP(電力系統分析綜合程序)軟件,在本專業的電力系統仿真實驗室完成電力系統潮流計算仿真、電力系統的短路計算仿真、單機―無窮大系統穩態運行方式和電力系統功率特性和功率極限等實驗。學生通過上機實驗,能夠基本掌握電力系統的分析方法,甚至個別同學還在使用PSASP的同時,使用MATLAB軟件實現相關的潮流和短路計算[4],并對兩種結果進行比較分析。
(二)課程設計和畢業設計
該門課程的課程設計是用單獨的一周時間來完成的,具體分配了3個設計題目,由學生自由分組和選題。主要是希望學生通過開展課程設計鍛煉解決實際工程問題的基本能力(查閱資料、工程問題的數學計算和分析、報告的撰寫及團隊合作)。
課程設計題目的選取來源于相關的科研項目,以潮流計算和短路計算為核心的相關工程性問題。主要考察對手算潮流和短路計算基本方法以及計算機潮流和短路計算的掌握情況。具體分組為2人一組,組員過多,會導致個別組員實際承擔的工作過少;一人獨立完成,時間不夠充裕。因此,2人一組可以較好地分配工作和保證課程設計的順利完成。
課程設計的驗收工作以現場答辯的方式來完成,答辯成績占總成績的40%。指導老師會針對每組提交的設計報告,提出2~3個問題,同時要求現場演示計算機仿真過程,并根據具體情況,提出1~2個問題,如果超出3個問題回答不正確,則視為課程設計不通過。答辯過程中,選擇同一題目的小組之間可以互相提問和評價,該環節占答辯成績的20%。這樣有利于學生加深對設計題目的理解和認識,同時找出設計過程中的不足以及同他人之間的差距。
畢業設計安排在大四的下學期,除了《電力系統分析》,其他相關的專業課程學生都已經選修完畢,具有一定的綜合運用電力系統相關知識的能力。設計題目來源于科研項目中的小項目,以鍛煉學生開展項目研究的能力。
畢業設計比之課程設計,題目要復雜得多,是對整個大學期間所學相關專業知識的整體驗收。《電力系統分析》所學相關知識作為畢業設計題目的核心內容,是對該課程教學效果的另一種驗收形式。相比考試而言,能更加有效地檢驗畢業生是否具備了培養目標和畢業要求中羅列的基本能力。
(三)實習環節
課程相關的認識實習和生產實習由于電力行業的特殊性,使得學生只能在變電站和發電廠進行參觀,而不能進行具體地操作。這個過程中就需要帶隊的教師能夠在參觀前和參觀過程中對所學知識的具體應用進行講解,以提高實習的效果。
通過學生對實習的反饋情況來看,大家對實習單位的興趣比較大,在具體參觀過程中,對電力設備和電力系統接線和運行方式的認識得到了加深,使原來僅停留在原理圖和結構圖上的電力系統形象化。同時,學生對畢業后所能從事的工作有了一定的了解,更能激發相關專業課程的學習興趣。
四、結語
通過以上教學內容、方式和方法的探索,使學生能更易于理解和掌握本門課程的理論知識,而實踐教學的具體開展,則通過課程實驗、課程設計、畢業設計和實習環節來確保學生將所學的理論知識用以分析和解決具體的工程性問題,更好地達到本課程的培養目標,從而自下而上地支撐本專業學生的畢業要求,使培養出的學生成為電氣工程相關領域的復合型工程技術與管理人才。
參考文獻:
[1]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究,2015,(02):15-19.
[2]夏道止.電力系統分析[M].第二版.北京:中國電力出版社,2015.
[關鍵詞] CDIO;化工實踐教學;項目設計;實訓改革
[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]10054634(2016)060097040引言
隨著社會科技的飛速發展,化工行業對工程技術人才的要求越來越高?;瘜W工程專業作為理工科專業之一,實施 CDIO 教育模式成為化工專業教學改革的重要方向之一[1]。化工實踐教學是化工專業課程體系中的重要組成部分,其內容包含化工實訓、化工仿真、化工認識實習、化工生產實習、本科生科研立項、專業課程設計、化學反應工程實驗、化工原理實驗及畢業設計等實踐環節。進行化工專業實踐教學的CDIO 模式改革,不僅可以提高教學質量,而且可以培養學生的工程素質、創新意識和團隊意識,提高就業競爭力。
1基于CDIO教育理念構建化工專業實踐教學體系按照 CDIO 工程教育模式要求,教學過程要以學生為主體,教學內容安排設計型及綜合型內容,引導學生主動學習,提供更多的實踐動手機會[2]?;谘嗌酱髮W省級化學實驗教學示范中心的化工實踐教學體系,是按照CDIO的工程理念對實踐教學內容重新整合設計,構建了課程教學演示、化工仿真操作、實訓綜合、化工設計、科研創新5個層次的化工實踐教學體系平臺,兼顧基礎性、綜合性、研究性,如圖1所示。1.1基礎型
基礎型包括教學演示和仿真操作。教學演示是使用化工設備多媒體素材庫及化工原理實驗仿真軟件, 以真實直觀的仿真界面和豐富的資料展示實際過程;仿真操作內容使用了“聚丙烯聚合工段仿真系統”和“苯胺生產3D虛擬仿真系統”等仿真系統[3],可以在計算機上真實地再現化工生產過程。仿真操作是學生在掌握化工產品的工藝流程及操作步驟的基礎上,用計算機模擬化工產品生產過程中的開車、停車、正常運行及事故處理,彌補了傳統實習學生無法親自動手操作的不足。通過局域網互聯的教師站,教師可以實時修改培訓內容,匯總并分析學生成績等。
1.2綜合型
綜合型內容由化工實訓基地的多套化工實驗裝置組成,如圖 1所示,這些實驗裝置的操作幫助學生樹立工程實踐概念,使其在完成化工產品的生產操作的同時在化工過程基本原理和化工實踐之間建立起緊密聯系。例如,在“化工生產工藝流程優化實驗裝置”的實訓過程中,要求學生通過仿真DCS控制系統進行生產操作,由原料乙烯、氧氣及冰醋酸經過換熱器預熱,在氣固相管式反應器中反應生成產品醋酸乙烯酯,粗產品經過水洗釜、氣液分離器分離后進入精餾塔進行精餾,得到的純醋酸乙烯酯在聚合反應釜中發生聚合反應得到聚醋酸乙烯酯。該項目要求學生在掌握“三傳一反”基本原理基礎上,學會熟練操作并完成各項工藝參數的控制。該項目的實訓操作不僅使學生理解了氣固相催化反應器、氣液分離器、醋酸乙烯酯精餾塔及聚合釜等化工單元設備的基本原理,而且可以培養學生的工程實踐能力,實現基本理論與工程實踐的結合。
科研創新型主要是在化工設計和科研方面。化工設計型按照CDIO的工程理念及教育模式要求,將本科生第6學期的化工原理課程設計、第7學期的專業課程設計及畢業設計環節整合到一起,由點到面,從局部到整體,對學生的分析和解決問題能力、創新意識和團隊意識進一步訓練。例如“丙烯腈合成工段設計”題目中,在化工原理課程設計中,要求學生在掌握化工過程基本原理后,根據老師給定的設計任務完成氨中和塔、空氣飽和塔或反應器等某一化工單元的設計計算,而在專業課程設計中,要求學生在完成某一化工單元的設計任務基礎上完成丙烯腈合成工段的初步設計與計算及工藝流程圖的繪制,在畢業設計時候,則要求學生在專業課程設計基礎上進行完整的工藝設計,包括主要設備的工藝計算、工藝設備、原料消耗、能耗表、排出物表及帶控制點的工藝流程圖等。
科研型是鼓勵學生自主創新,積極參加創新與設計競賽等。例如,學生在教師的指導與帶領下,完成了“基于Aspen plus的聚醋酸乙烯酯生產工藝流程仿真及優化”和“平推流與全混流反應器系統仿真”等創新項目,并在由中國化工學會、中國化工教育協會、教育部高等學校化工類專業教學指導委員會主辦的第九屆全國大學生化工設計競賽中榮獲全國二等獎、華北賽區一等獎的優異成績。
2基于CDIO模式的化工實踐教學體系改革與實踐2.1改革實訓內容,培養學生工程實踐能力
1)課堂教學引入討論環節,培養學生工程分析能力。 按照CDIO的教育理念,課程的教學過程應圍繞著設計項目展開。在化學反應工程教學實踐過程中,分別針對課程重點內容“均相反應過程”和“氣固催化反應工程”燒擄才帕肆醬翁致劭危由教師指定兩章的討論選題內容。例如,針對“氣固催化反應工程”中的難點“固定床反應器計算”,要求學生在擬均相模型求解算法和Aspen Plus反應器計算中選題,學生在討論課前需進行相關文獻資料的查閱整理,討論完后由小組派出代表進行主題發言,其他同學討論主題發言同學的意見,最后由教師進行總結。討論課使學生的綜合能力、創新能力及團結協作能力都得到了加強和鍛煉。
2)采用3D虛擬現實仿真,提高學生學習興趣。CDIO的教育理念倡導“做中學”的教學方法,讓學生在知識的學習和應用之間形成良性互動。3D虛擬現實仿真技術[4]營造了“自主學習”的環境,學習者可以通過自身與信息環境的相互作用獲得知識與技能。在化學反應工程教學實踐中[5],使用了“苯胺生產3D虛擬仿真軟件”等仿真系統。如圖2所示,學生在掌握了苯胺生產的工藝流程及流化床反應器的內部結構基礎上,在3D虛擬生產環境中貼近真實地體驗實際操作的感受,在激發了濃厚學習興趣的同時更深刻理解了所學的專業知識,提高了學生分析和解決生產操作中各種問題的能力。
2.2采用項目式教學,培養學生工程設計創新能力和團隊協作能力CDIO倡導“基于項目的教育與學習”。在化學反應工程教學實踐過程中引入了Aspen Plus工藝軟件進行三級項目設計[5]。項目要求學生結合實際問題從Aspen Plus反應器模塊中進行選題,學生要采用類似討論課的方式分組完成反應器的選型及計算模塊選擇、物性方法及參數的設定、計算過程和結果輸出、項目報告及答辯等工作,以答辯的形式進行驗收。
三級項目的實施為后續的專業課程設計和畢業設計等實踐環節打下了良好的基礎,學生通過對反應器模塊設計的熟練運用,掌握了分析和設計化工過程的基本技能,同時也加深了對反應器設計基礎知識的理解。例如,在“乙烯法生產聚醋酸乙烯酯工藝設計”畢業設計題目中,學生按設計任務對氣固相催化反應器、油水分離器、醋酸乙烯酯產品精餾塔、水洗釜及聚合釜等化工生產單元進行分析,在完成設計計算后通過操作“化工生產工藝流程優化實驗裝置”來驗證計算結果。此類項目設計與實施是對學生的工程設計能力和團隊協作能力的進一步提高。
2.3利用化工實踐教學平臺,培養學生工程實踐能力CDIO的含義為構思―設計―實現―運作[6]。將這一理論應用到化工實踐過程上,就是化工過程的合成、設計、分析、評估和實現。利用圖 1所示的綜合型化工實訓裝置,選擇具有實際應用背景的產品開發項目,企業工程技術人員和校內教師作為指導教師相互協作,指導學生組成團隊合作完成設計案例。例如,在“聚乙烯醇合成工段工藝”設計題目案例中,以“化工生產工藝流程優化實驗裝置”為基礎進行二次開發,利用Aspen Plus工藝軟件設計了以聚醋酸乙烯酯為原料合成聚乙烯醇的工藝方案,初步完成了聚乙烯醇合成工段工藝設計計算、主要設備計算選型及工藝流程優化等工作。
2.4成績評價體系的改革
在化學反應工程教學實踐中,按照CDIO的教育理念,建立了一套完整實踐考核體系[5],依據全程監控的理念從7個方面進行考核,見表 1。其中,討論課、仿真操作及項目設計是考核的主要內容,學生在鞏固反應器基本知識的基礎上,又熟悉了應用Aspen Plus軟件進行反應器設計的基本內容,并通過平推流和全混流反應器的實驗操作做到了理論和實踐的結合,真正實現了“做中學”。期末的閉卷考試只占總成績的50%,閉卷考試分值的弱化也避免了以往學生考試突擊及作弊的現象。
2.5加強校企合作,突出教師工程素質培養
校企合作及企業的參與是真正實現CDIO 工程教育模式的關鍵途徑。全方位的校企合作不僅可以實現化工專業實踐與科學研究、工程實際及社會應用的有機結合,而且對教師的工程素質的提高有很大幫助。學校和秦皇島華瀛磷酸有限公司及中國阿拉伯化肥有限公司建立了長期的合作關系,積極推進校企共建平臺建設,利用學?,F有的科研平臺及信息資源等主動服務于企業,幫助企業解決實際問題,加大企業參c高校人才培養的步伐,并由企業工程技術人員和校內教師共同指導學生來完成項目案例,保障實踐教學的實施。
表1化學反應工程教學實踐成績評價
序號內容比例%考核方式1出勤5簽到2作業5作業內容及完成情況3討論10分組答辯、報告及PPT4仿真操作10仿真在線測試5項目設計10分組答辯、報告及PPT6實驗10分組操作表現及實驗報告7期末考試50閉卷考試3結束語
基于CDIO教育理念的化工實踐教學體系,在實踐教學的過程中效果明顯,提高了化工專業的教學質量,培養和鍛煉了學生的工程創新能力和團隊意識。結合學校的人才培養和教學理念,在化工實踐教學體系構建與實踐過程中,不斷深化CDIO工程教育改革,繼續構思與設計以構建實施新的人才培養方案。
參考文獻
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Construction and exploration of chemical engineering practice system
teaching based on the concept of CDIO education
Li Jianjun,Zhang Yongqiang
(College of Environmental and Chemical Engineering,Yanshan University, Qinhuangdao 066004,China)
1.1課程設置的基本原則
1)以培養職業能力為主要目標,以煤炭行業對專業技術人員的實際需求為依據,在原有的理論基礎上進一步加強礦井建設工程專業的理論建設。2)在原有礦井建設工程專業課程設置的基礎上,近年來該專業領域發展的新理論和新技術引入到教學過程中,豐富和完善原有礦井建設工程理論。3)切實加強礦井建設工程專業的實踐性教學,包括各類課程設計、實習及畢業設計,全面提高學生利用所學理論知識解決工程實際問題的能力。
1.2課程安排
本專業方向總學分為208(不含第二課堂及公共選修課學分)。其中,列入計劃的實踐教學環節累計學分占總學分的24%。理論課程由通識教育課程和專業教育課程構成,其中通識教育由必修課和公共選修課兩大模塊構成,專業教育課程由必修課和選修課(學生按組選學或跨組選學的專業特色課程)兩大模塊構成。按照課程在實現知識、能力、素質等要求及目標的重要上,可劃分為專業基礎和專業方向課程兩大類。其中,專業方向課程是為實現專業的培養目標而設置,本專業方向開設專業方向必修課程5門,12學分,專業方向選修課程7門,至少選修9學分;另外,公共選修課是為改善學生知識結構,提高文化素質,強化技能訓練,拓寬知識面而設置的課程,要求最低選修8個學分。理論教學課堂講授、上機和實驗每16個學時計1學分;體育課、聽力和其它教學形式每32學時計1學分;集中安排的實踐教學環節每周計1學分。
2實踐教學與第二課堂
2.1實踐教學
礦井建設工程是一個專業實踐性較強的學科,實踐教學環節成為專業教學過程中的重點內容。通過各類實踐教學的認真開展,切實提高學生的專業理論水平和運用專業知識解決現場工程實際問題的能力。因此,充分發揮我校的人力資源優勢,廣泛建立校礦聯合的校內、校外就業型實習基地,一方面促進該專業學生的就業,另一方面,也加快了學校“產學研”的合作,形成體系完整的實踐教學體系。實踐教學基本內容包括:入學教育(1周)、軍訓(1周)、軍事理論(1周)、思政課實踐活動(2周)、就業指導(1周)、形勢與政策教育(2周)、畢業教育(1周)、英語翻譯及寫作訓練等(1周)、英語聽說訓練(1周)、計算機基本技能訓練(1周)、數學建模(1周)、認識實習(1周)、工程測量實習(2周)、房屋建筑學課程設計(2周)、混凝土結構設計原理課程設計(3周)、基礎工程課程設計(1周)、生產實習(3周)、畢業實習(2周)、畢業設計(論文)(16周)、立井井筒鑿井設備布置課程設計(2周)、建井工程結構課程設計(2周)、爆破工程課程設計(1周)、巷道支護課程設計(2周)等實踐教學環節,不包括上機和實驗后共計49周。
2.2第二課堂
實施第二課堂培養計劃,設立第二課堂必修最低學分,將課外科技創新活動、學科競賽、學術活動、文體活動、社會實踐活動等納入人才培養體系,使課內培養與課外培養相結合,全面提高礦井建設工程專業學生的能力和綜合素質。
3師資隊伍建設
一流的師資隊伍是創一流的教育質量和辦學效益的基礎,專業課教師對學生專業和技能的培養教育、專業思想的正確形成影響最為直接。礦井建設工程專業作為一個工程實踐性極強的學科,其師資隊伍的建設無疑是該專業建設的重中之重。由于我校該專業近十余年的停滯發展,其直接結果是專業師資隊伍的嚴重不足,在年齡結構上表現為青黃不接。相當一部分的專家、教授轉方向從事了地鐵和山嶺隧道等地下工程專業,留在該專業教研室的老教授,由于礦山建設現場的大量科研任務,無法抽出時間來從事本科生的教學?;诖?學校要要通過采用送培、調入、合同聘用、借調、聘請等各種渠道,加快培養礦井建設專業的骨干教師,使他們盡快成為該專業教學一線的生力軍,保證教學質量。要充分利用礦井建設這一老專業的師資、設備和校友資源,加強與礦山企業的橫向合作,為企業提供適當有償服務,以項目導向、任務驅動等方式,由老教授帶隊,將年輕專業教師推向生產第一線,切實提高年輕教師的工程實踐能力。