發布時間:2023-12-11 10:07:06
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關鍵詞 工程教育;專業認證;機電一體化系統設計;教學改革
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2017)03-0080-02
1 前言
為了促進機械專業的跨越式發展和國際化進程,進一步提升機械設計制造及其自動化專業的教學質量、社會聲譽和國際視野,促進本科畢業生的國際交流,為工程師執業資格認證奠定基礎[1],從2013年下半年開始,貴州大學機械工程學院機械制造及其自動化專業開始著手準備進行工程教育認證,于2014年順利通過該認證。在以“認證”為目標,不斷促進教學改革的過程中,全院教師始終堅持以能力為導向,重在加強學生的培養質量和利用學科知識分析解決工程實際問題的能力[2];同時以學生為中心,以不斷優化和改進的培養目標和畢業要求,建立、建設優質的課程體系和師資隊伍,配備必要的教研設備。
在“迎接認證”、不斷改進的過程中發現一些專業課程存在的問題,以培養目標和畢業要求的工程性不強為代表,主要體現有教學內容缺乏實際工程拓展,課程教學方法有待拓寬,特別是工程實踐能力的培養還需要進一步加強。機電一體化系統設計作為機械電子工程方向一門重要的專業課,亟待相關教學改革,以適應工程教育認證的要求。
2 現狀與問題
基本現狀 機電一體化系統設計是機械制造及其自動化專業機械電子工程方向的一門重要的R悼緯蹋目的是培養學生對機電一體化系統的應用和設計能力,掌握機械系統元部件設計和微機控制系統及其接口設計方法,培養機電結合的專門人才。本課程的基本任務是使學生掌握對機電一體化系統的分析應用和設計基本方法。該課程涉及的機械傳動部件、電機、微機接口技術和機電一體化設計思路等,可以說是對本專業前期所學專業課程進行融合、需要實踐深入消化和提高認識的一個重要環節。并且貴州大學機械工程學院不僅是機械電子工程方向開設本課程,機械制造和農業機械化專業方向也開設了本課程,學生普遍反映教學枯燥,工程實踐性不強,部分知識無法理解。
為了使機電一體化系統設計課程與“工程教育認證”要求相適應,更好地幫助學生掌握本門課程知識內容和加強工程實踐能力培養,達到學以致用的目的,需要對機電一體化系統設計課程的教學內容和方法進行改革研究。
主要存在的問題 貴州大學機械工程學院于21世紀初開始在機械電子工程專業方向的本科班開設機電一體化系統設計,隨著十多年教學經驗的積累,已形成一套較為完善的教學方案和體系。但是隨著技術的不斷革新,社會和工作崗位對學生要求的不斷提升,越發覺得本課程的傳統教學中存在一些問題,主要表現在以下幾個方面。
1)教學內容陳舊,過于側重機械結構的講解。通過工程教育認證評估,充分和企業溝通后,發現一些課程所教授的內容和技術已經在當下機電產品中被新技術所取代。另外,由于在教授本課程前有單片機原理、接口技術和機械控制工程等課程,在機電一體化系統設計的教學中都會以典型機電系統的傳動結構為主,使“機”和“電”在教學過程中不能充分結合。
2)實驗教學設施不足,實驗內容受到限制。本專業擁有的機電一體化教學設備較少,有的僅僅停留在十字工作臺、單片機和傳感器方面,對于機電系統的穩定性和優化部分的實驗暫時空缺,這不利于學生提高感官認識。
3)教學方法單一,缺乏與工程實際的聯系。現有教學基本上是以課堂教學為主,輔以少量實驗,大多采用講授法通過多媒體教學平臺進行授課,而且大多是紙上談兵,課程教學與實驗教學同工程實踐聯系甚少,與“工程教育認證”的要求存在差距。
4)學生反映學習難度大,應用能力不強。在教學過程中,一些學生反映部分知識點難以理解,不清楚這些知識能“干什么”,能解決什么問題。另外,從考試反饋來看,學生對綜合應用機電技術的能力還有待提高,特別是不能將一些來自工程實際的問題和書本知識結合起來分析。
3 教學改革
教學內容的改革
1)樹立“機電結合”的系統教學思路。機電一體化的目的是提高產品或系統的附加價值,實現多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源,并使產品結構向輕、薄、短、小化方向發展。因此,機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊,應該從系統設計方案開始到各元部件選擇到系統最終成形的全過程,都要貫徹系統設計的思想 [3]。機電一體化系統設計課程的教學也是如此。在課程講述過程中,如果只是根據教材的章節順序進行講解,會在學生腦海中形成一個個的知識孤島。因此需要將整個課程用幾個典型案例把所有章節貫穿起來,做到前后呼應。如在教學“機械結構”中的“機架和支撐穩定性”時,可以和“元部件特性分析”中的“靜、動態特性分析”結合起來,在講機械結構時就引入控制工程中的一些知識點。
另外,教材的最后一章有很多案例,可以根據這些案例的特點,將其穿前面的章節講解,在講授每一部分內容時都結合案例,并將系統設計方法融于其中,不僅利于學生對知識的掌握,還可以舉一反三、加深理解。
【關鍵詞】工程機械;學習情境;一體化教學
1.工程機械運用與維護專業人才的需求
1.1人才數量需求
工程機械運用與維護人員的培養培訓已被納入國家“技能型緊缺人才培養培訓工程”。據人才市場的有關統計印證了這一說法,近年來工程機械運用與維護技師一直位列全國對技能人才需求的前列。工程機械企業隨著社會的發展如雨后春筍,每個工程機械企業都少不了維護人才、管理人才。近幾年我校工程機械運用與維護專業的畢業生供不應求,早早被企業預訂一空,也反映出工程機械維護人才的緊缺程度。
1.2人才質量需求
當前東北工程機械維修業的技術水平已有整體提高,并且有越來越多的大專、本科人才加入,企業對工程機械相關專業科班出身的大學生尤其需要,很多企業對于他們僅有的幾名大學生,這些人才在一線維修前沿鍛煉1至2年后,多數已成為企業的技術骨干。但現狀依然滯后于新型工程機械帶來的對維修技術的要求。目前,先進的工程機械維修方式已從在工程機械出現了故障后再去維修,向“定期檢測、強制維護、視情修理”的方向轉變。此外,工程機械維修從“修舊式”向“換件式”轉變。近年來,更出現了工程機械遠程診斷技術。因此行業對高技能人才也產生了大量需求,提高了對工程機械修理人員的知識、技能等方面的需求。
國家一系列基建投資規劃的出臺又為國內工程機械行業的持續上升提供了保障,也為工程機械專業建設提供了前所未有的機遇。其中,整個綜合運輸體系投資規模約14.5萬億元。在水利建設方面,未來十年的水利投資將達到4萬億元。其他方面,如房地產開發、礦山開采等各個產業的發展也會產生相當大的投資規模,如2011年全國將完成1000萬套保障房的指標,達到全國房地產投資規模的20%,直接投資將達到1.4萬億元。 業內人士分析,按照慣例,一般基礎設施建設投資總額中會有5%~8%用來購買工程機械設備。因此,未來幾年工程機械行業仍然會保持較高的增長幅度,從而引起工程機械服務人才需求上產生新的增長點。
然而,縱觀國內各高職院校,多數開設有工程機械類專業的院校均為交通類院校。究其原因,工程機械專業所需實訓設備價格昂貴,同時需要有較為寬敞的實訓場地。為此,黑龍江林業職業技術學院提出了構建工程機械運用與維護專業基于學習情境的課程設置及一體化教學體系實踐教學建設方式。
2.工程機械運用與維護專業人才培養目標
我們對全國數十家工程機械檢測與維修行業、企業進行了有計劃的調研工作,幾乎所有企業都希望學校的專業教學能注重實踐能力、新設備、新技術、新工藝的培養,盡量與崗位對接,畢業就能頂崗工作或有一段短暫的工作適應期后就能適應崗位工作;約有75%以上的用人單位把就業者的職業道德和工作態度擺在了首要位置。因為工程機械維修事關駕駛員的生命安全和經濟利益,所以工程機械維修人才具有良好的職業道德是確保維修質量的首要因素。工程機械人才在技術等級上有高低之分,但在服務意識、職業道德方面的要求上基本相同。
綜合上述的考慮,我們將工程機械運用與維護專業的培養目標定位為:培養德、智、體等方面全面發展,具有良好的職業素質,面向工程機械維修服務公司,從事工程機械駕駛、檢測、維修、技術服務技能及管理技術工作的高級技能型專門人才。
3.在課程中創設學習情境的重要性
我們在設置課程的過程中,特別是工程機械運用與維護專業的核心課程:機械制圖、工程力學、電工與電子技術、機械設計基礎、液壓與氣動技術、機械原理與零件、工程機械構造理論、機械CAD/CAM技術、自動控制技術、工業企業管理、CAD實訓、制圖測繪、自動控制實訓、測量技術實訓、工程機械操作、檢測和維修綜合實訓、專業課程的課程設計等要考慮學習情境,學習情境的核心是與知識相對應的問題,因此,創設學習情境能夠模擬地回溯知識產生的過程,從而幫助學生深刻理解教學內容,發展思維能力。其次,創設學習情境還能夠幫助學生順利實現知識的遷移和應用。通過具體情境中的學習,學生可以清晰地感知所學知識能夠解決什么類型的問題,又能從整體上把握問題依存的情境,這樣,學生就能夠牢固地掌握知識應用的條件及其變式,從而靈活地遷移和應用學到的知識。再次,創設學習情境有利于激發學生的學習興趣。在學習情境缺失的教學活動中,學生常常缺乏對知識應有的興趣,因為知識在這樣的教學中是以確定結論的面目出現的,不需要學生積極的智力活動──即使存在一些智力活動,也是按照規定的路徑進行的推理。沒有問題的教學不能引起學生強烈的探索和求知欲望,反而會消減他們的學習熱情。許多教師不得不求助外在于教學內容的措施,而效果往往不理想。可以說,創設學習情境是激發學生內在學習興趣不可缺少的。最后,學習情境還能夠使學生在學習中產生比較強烈的情感共鳴,增強他們的情感體驗。學習情境把抽象的知識轉變成有血有肉的生活事件,而生活事件中均包含或強烈或含蓄的情感因素。
4.構建工程機械運用與維護專業一體化教學體系的實踐教學建設思路及措施
為使實踐教學建設與課程建設緊密結合在一起,推進專業課程一體化建設。具體建設思路和措施如下:
4.1通過實踐教學建設,提升校內專職教師隊伍的實踐教學能力和實訓項目開發能力,提高校外兼職教師隊伍教學水平
校內專職教師和校外兼職教師在校內外實訓基地建設過程中不斷交流建設經驗。校內專職教師根據校外兼職教師所提出的最新機型的發動機故障、液壓系統等故障案例,不斷設計、更新“工程機械發動機實訓室”基于“學習情境”的實訓項目;而校外兼職教師將根據校內專職教師所編撰的工學結合教材,體現 “理實一體化教學”等教學手段,開發校外實訓基地“基于課程學習情境”的實訓項目。通過校內外專、兼職教師共同開展工程機械發動機實訓室建設,將有效提升校內專職教師隊伍的實踐教學能力和實訓項目開發能力,提高校外兼職教師隊伍教學水平。
4.2實踐教學建設在促進課程、師資隊伍建設的同時提高了人才培養質量
實踐教學建設能夠不斷完善課程建設,促進師資隊伍建設,而課程建設、師資隊伍建設的不斷提升將在很大程度上推動學生基礎知識能力、專業實踐能力和后續創新能力的提高,從而加快了基于“學習情境”的專業課程一體化建設的步伐。
4.3 依托課程,利用校內外實訓基地,發揮行業優勢,在不斷完善課程建設的同時進一步提高實踐教學建設
根據工程機械行業企業的需求,校內實訓基地建設將根據企業實際的工作環境和工作任務進行,擴建內容包括實訓設備的合理配置、實訓場地的合理規劃等。實踐教學建設中所開發的一系列實訓項目將被融入到“學習情境”教材建設當中,從而進一步完善課程建設。
校外實訓基地建設將基于“學習情境”建設理念進行。考慮如何將“工程機械發動機構造與維修”的每一個基礎能力模塊和拓展能力模塊以“學習情境”的形式開展。
關鍵詞:食品工藝課程設計;創新意識;實驗技能;教學改革
食品工藝學是食品專業一門實踐性極強的專業核心課程,與食品生產緊密聯系。學生通過實踐食品的生產加工環節,掌握代表性食品種類的典型生產工藝流程、工藝參數對產品品質的影響,從而深化對食品工藝課程的理解和掌握。本課程設計實驗充分以學生為主體,要求學生自行查閱相關文獻、自主設計工藝流程,完成產品設計、生產、感官評價及答辯等全過程,促使學生了解食品加工工藝、提高學生學以致用的能力。該實驗過程能夠激發大學生們的學習興趣和創新意識,培養和增強學生的動手能力、創新精神和團隊協作能力。東莞理工學院化學工程與能源技術學院食品營養與健康工程系作為新發展的院系之一,實驗加工設備自動化程度低,部分設備緊缺,現有實驗室設計、硬件設施不能滿足食品專業學生實驗需求等。因此,本課程依托食品營養健康與智能化加工中心(以下簡稱“中心”)優越的硬件設施和學校周邊豐富的食品工廠資源以及校外食品企業實習基地,打造校企協同及科研反哺教學的育人機制。以學生為中心,以項目為導向,要求學生通過查閱相關文獻,自主設計工藝流程,依托中心或校外實習基地,實現真實產品生產、感官評價及產品推廣全過程。在雙育人機制保障下,促使學生了解食品加工工藝、提高學生學以致用的能力,激發大學生們的學習興趣和創新意識,培養和增強學生的動手能力、創新精神和團隊協作能力。主要包括以下幾個方面:
1.教學團隊的改革——開放式教學團隊的搭建
傳統的食品工藝課程設計教師團隊只有固定的2名教師任課,課程教學隊伍結構簡單、活力不充分。本課程組建高層次教師隊伍,將教師的個人特長融入實驗教學的各個方面,并聘請本地食品企業的技術人員到校指導,開拓學生眼界,形成優勢互補、齊頭并進地建設團隊。
2.教學方法的改革——開放式教學方法的應用
食品工藝課程設計也采用與質量管理模式(PDCA,P-plan,策劃;D-do,做;C-check,檢查;A-act,改進)類似的方法開展課程設計的改革與探索。P階段:學生自行設定實驗目標和方案,明確實驗過程的關鍵控制點。D階段:實驗預實施,指導老師隨時關注實驗進度并給予指導和建議。C階段:指導老師對實驗數據和結果進行預判,判斷數據的可用性。A階段:分析總結實驗中存在的問題,對每個因素導致的實驗結果進行分析,并和學生討論解決問題的方法和改進措施。通過上述階段,使學生熟練掌握并鞏固食品工藝學的理論知識,熟悉具體操作技能,培養學生的創新和自我完善知識的能力。
3.教學項目的改革——開放型實驗內容的設置
傳統的食品工藝學教學實驗大多按照課程教學內容按部就班地進行實驗,實驗項目也是依次按書本設置的實驗內容進行,缺乏自主設計性。本課程首先從傳統單一的驗證型實驗跳出,形成以設計性實驗為主的課程體系。重點考察學生獨立自主選題的可行性、實驗設計的科學嚴謹性、研究探索的能力、團隊合作精神等,聚焦學生實驗技能提高和創新意識形成。實施過程中,把現代食品產品資源恰當融入到食品工藝學課程設計的實驗內容中,設置具有“與時俱進”“青春洋溢”特色的實驗課程。其次,設計多項實驗內容,供學生自由選擇:如“發酵制品”實驗,學生自行設計感興趣的實驗項目,如傳統酸奶的制作與創新、面包的制作與創新、奶酪的制作與創新、納豆的制作與創新等實驗內容。或由學生開發一種新型發酵制品,激發學生主動學習熱情的同時,培養學生的創新意識。上述實驗項目的設置可促使學生在完成實驗項目的同時,對相應產品市場也有更加清楚的認識,拓寬了學生的思維。另外,設置多樣化特色實驗項目也可改變傳統的以教師為“主體”、學生被動接受的教學模式,形成了以學生為“主體”,教師為“輔導”的新型學習模式。在學生實驗的整個過程中,充分發揮學生的創新意識和主觀能動性,教師也需提供必要的指導和幫助,建立一種有趣、高效的教學模式。
4.教學場地的改革——開放式實驗場地的使用
傳統的食品工藝學實驗教學場地均為實驗室,只在上課期間開放,且實驗加工設備不完善,自動化程度較低,缺乏食品中試生產車間,學生對食品加工認知不全面。同時,由于本系為新發展的院系,實驗室設備不完善,不能完全滿足食品系學生正常的上課需求。所以,為促進學生充分利用實驗室進行開放性實驗,在保證課程教學要求的前提下,我們采取全天開放實驗室。另一方面,食品營養健康工程與智能化加工研究中心是東莞理工學院建設的創新平臺之一,可以依托該平臺中的食品工藝室進行學生的創新實驗。此外,食品工藝學課程實驗中所涉及的食品加工工藝也可以依托當地食品企業,與其建立良好的合作機制,形成穩定的社會實踐基地,充分發揮學生的主體地位和老師的輔助作用,形成開放式的實踐教學模式。
5.實驗考核的改革——開放式考核方式的運用