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【摘要】通过对当今高等学校实验教学现状及重要性的分析,针对存在的问题提出了在原有实验教学体系的基础上增加工程实践训练教学环节的实验教学方案,目的是使学生较早地接触工程实践,提高学生的工程实践能力、分析问题和解决问题的能力。论述了实训教学的方案设计、平台搭建、课程建设内容,总结了教学实践效果和经验,研究了高等学校实验教学改革的途径和方法,对于提高人才培养水平起到了积极的推动作用。
【关键词】工业实训 教学体系 效果
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0023-02
1 引言
二十一世纪的国际竞争的特点之一体现为创新人才的竞争,青年学生是科技的未来,其创新意识的高低、创新能力的强弱,将对国家未来的发展产生至关重要的影响[1]。创新来源于实践,所以,在掌握牢固的理论基础同时,对工程实践经验的丰富性提出了更高的要求。高等学校本科生实验教学是教学的重要组成部分,同时也是实施教学改革最困难的部分。为了培养学生的实际动手能力和创新精神,需要建立科学合理的实验教学体系。研究建立适应我国经济发展的科技创新培养模式,完善实验教学体系和实训课程改革,以有效指导高等院校大学生创新教育实践活动,对于创新人才培养具有重要的现实意义。东北大学在实训课程改革方面进行了积极的尝试,并取得了良好的效果。本文通过对工业实训教学的方案设计、实训平台的搭建、实训课程建设内容的阐述,总结了实训教学的实践效果和经验,研究了高等学校实验教学改革的途径和方法,为推进高校实验教学模式改革提供了有用的借鉴。
2 实训方案设计与实施
2.1 实训方案设计
东北大学于2005年11月开始了电工电子实训课的研究和试点工作。时值教育部决定要在高等学校实验中心的基础上建立一批国家级实验教学示范中心,教育部明确提出了要树立以学生为本,知识能力、素质全面协调发展的教育理念,要坚持以能力培养为核心的实验教学观念,建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系[2]。在分析了扩大招生后学生的各方面情况之后,我校开展了电工电子实训课的试点,并开展了与实训课教学相关的工作[3]。
学校投入近百万元资金,建立了印刷电路车间的建设小组、计算机组装DIY实验室建设小组、家用电器小制作小组和PLC与继电接触控制柜组装小组等。现在我校已经正式将电工电子实训课列入了教学计划,将电工电子实训课定为学生独立授课的教学内容,利用小学期全面开出,2005、2006、2007级电类专业本科生全面通过了32个学时的实训课训练,并获得2006年度东北大学优秀教学成果一等奖。
已开发出的主要实训项目有:
(1)电子产品的焊接、安装和调试
(2)计算机硬件组装、软件系统安装与维护
(3)常用家庭电器的安装与修理
(4)继电接触控制柜的配线与电机控制
2.2 校企合作共建实训平台
近年来,配合大学教学的电气及自动化实验装置和实验系统层出不穷,但真正给学生提供动手训练的设备却不多,传统的演示和原理性的实验已远跟不上现代社会对大学生综合设计与工程应用能力的需求[4-5]。
我校实训教学是在原有电工电子实验室、计算机实验室、电力拖动实验室和自动控制系统实验室基础上进行的。这些设备已经不能完全适应新形势下对学生动手能力的要求。近年来,东北大学获得来自美国罗克韦尔、日本三菱、法国施耐德电气、台湾华邦电子、美国明导等国内外知名公司资助的软硬件设备,总价值达人民币1.8亿元。这些软硬件设备有效改善了实验室条件,提高了软硬件水平,为实现高水平的实训教学搭建了一个良好的平台,同时也丰富了我们的实训实验内容,使实训的项目与工业现场的应用更加接近。增加的实训项目主要有:
(1)PLC控制电机星角启动实验
(2)变频器调速实验
(3)编码器检测的位置实验
(4)单闭环控制实验
2.3 开展开放式工程实训竞赛
3 基于实训课程建设,促进实验教学体系改革
实训课程的开设,使大学本科电类专业学生较早地接触工程实践,让学生在进入各专业课学习之前对所学专业有一个初步认识,养成愿意实践、重视实践、热爱实践的好习惯,更重要的是启发学生的创新思维。因此,探索建立适合高等教育发展要求的实验教学体系及大学生创新培养方法与途径,探究集教学和训练活动为一体的新型教学模式势在必行[6]。
3.1 实现实训方式方法的改进和多样化
传统的工业实训多采用先讲授、后实验的方式,学生难以将所学的理论知识与工程实践相结合中解决具体工程问题。针对上述问题,结合国内外先进的教学经验,东北大学提出了基于项目理念的实训教学模式。该模式的核心是整个选题、设计、安装、调试以及验收过程都采用项目管理方法,辅以团队合作、资料共享和个性展示等方法,以培养学生的工程设计能力、团队精神和创新思维。
在工业实训开始阶段,以项目管理的形式给出每个题目的设计要求。学生根据个人兴趣选择项目,并查阅资料进行设备选型,给出方案对比。然后以招标的形式确定各个系统设计方案,并选用相应设备搭建硬件和软件系统。项目完成后,按照设计要求进行验收,主要包括系统和文档两部分。在项目进行的过程中实行项目负责人制,进行梯队式分组,并通过网络实现资源共享。改变了传统的提交实习报告、笔试等形式，而将考核方式转变为项目验收的形式进行总结和陈述。
3.2 实现课程内容的更新和科学化
持续增加和更新实训内容,适应信息行业对创新人才的需求;不断增强实训内容的针对性,以满足自动化、测控技术与仪器、电气工程、通信工程、电子信息工程、生物医学工程等六个专业的不同需求;加大了综合性、系统性、设计性实验的力度,培养学生的综合与创新意识和能力。
如计算机组装DIY实验,基于计算机技术的快速发展,它的软硬件都在不断地升级,因此每年我们都要更新系统软件和硬件。同时基于计算机网络安全性的要求和最新技术发展,适时地增加了一些防病毒技术的训练,使实训课程更加具有科学性和实用性的特点。
3.3 建立具有适用于不同层次的创新平台,研究开放型实验教学的新模式
实验设备和场地为多门课程设计和多专业的毕业设计提供了条件,缩短了学生走上工作岗位后的适应过程;先进设备的引进和实验室建设,有效地满足开放式实验的需求,有效地激发了学生的创作激情;为有研究能力的本科生提供了先进的科技创新平台,为研究生的课题研究提供了实验设备条件。
3.4 研究旨在激励创新思维的新型实训课程教学体系设置模式
完善小型、模块化的课程设置方案,探索分层次教学的实训课程体系;完善以教师为主导、学生为主体的开放性实验教学方法;研究以先进技术为支撑的教学手段和方法;研究注重创造性思维培养的启发式教学方法。
3.5 研究创新教育评价体系,提高实训教学水平
教育评价是检验教学效果的重要手段,因此,改进实验教学体系,应该探索建立完整、客观、科学的评价体系,主要包括:①研究改变以往以“笔试”为主的考试方式,建立一个多样化的评价体系,采用多种方式对学生的学习效果和发展情况进行评估的方法;改变以掌握知识的多少来评价学生质量的知识质量观,建立能充分体现学生创新意识、素质、能力的评估内容、方式、方法和标准,将学生创新能力作为一项重要评价指标列入学生综合素质评价内容。②研究新型的教师教学质量评估体系,不仅考核教师“授业”能力,更要注重教师“导创”能力,从政策导向上鼓励和支持教师在传授知识过程中,积极探索创新思维能力培养的方法并付诸实践。
4 实训效果分析
随着基于项目理念的实训教学的不断推广,东北大学实验教学效果非常明显。学生们将实验结果和数据进行整理,在全国核心期刊上发表论文十余篇。同时学生们将开放式实验中设计的模型对象和控制系统进行优化整合,筛选出优秀的作品参加大学生科技活动,并多次获奖。仅在全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中,仅东北大学—罗克韦尔实验室就有4项作品获国家级、省级奖励。
4.1 增强了学生的动手能力
通过整个实训活动的锻炼,学生能够掌握科学研究的基本方法,积累了一定工程设计经验。学生们不仅掌握了常用电工工具与仪器仪表的使用、系统设计与调试等技巧,而且均能够独立解决这些问题。
4.2 培养了学生的创新能力
在整个实训过程中,着重培养学生的创新思维,将创新意识贯穿始终。无论是系统方案设计、软硬件开发,还是展板、演示文件制作等内容和环节都要求有创新。培养学生创新能力的前提是教师的实训项目、教学方法的不断创新,在实训活动中,要求教师注意转变角色,从指导转变为服务,注意启发学生的思路。
4.3 项目理念的实训模式效果显著
采用项目理念的工业实训模式对于提高学生的工程设计能力、培养团队合作精神与独立思考能力、鼓励个性展示和创新意识具有非常明显的效果,并且对其他课程的学习有一定帮助。
4.4 实训平台为学生科技创新提供了有利条件
实训平台的建设不仅能够实现实训内容的丰富性、方式方法的先进性,完善实训课程教学体系,而且还可以应用到学生的科技创新竞赛、课程设计、毕业设计等,为学生的创新性、研究型学习提供条件,实现资源的优化共享最大化。
5 结论
东北大学已开设了三届本科生实训课程,并通过实训技能竞赛的方式对教学效果进行了检验。实践证明,将工业实训引入高校实验教学是切实可行、成效显著的。采用项目理念的实训模式对于提高学生的工程设计能力,培养团队合作精神与独立思考能力,鼓励个性展示和创新意识具有明显的效果[7],为学生毕业后尽快转换角色提供了良好的基础;同时该教学模式的实施有效地推动了高校实验教学体系改革,开创了企业、高校和学生三方共赢的新模式。
参考文献
[1] 朱庆之.本科教育改革的新理念及实践.中国高等教育[J].2002,第5期:16-18.
[2] 耿德旭,张志义,庞绍平,等.高校工程训练中心实训项目设立的研究与实践[J].中国高校科技与产业化.2006,S1期:185-186.
[3] 王丽红,刘永前,孙玉红.实训基地建设中存在的问题及解决办法探析[J].中国建设教育.2007,第9期:28-30.
[4] 牛永鑫,高金文.依托校企合作优势探索实训基地建设的新途径[J].青年科学.2008,第1期:90-91.
[5] 张旭翔,王钧铭,徐胤丽. 校企合作提高校内实训基地自我发展能力[J]. 中国高等教育. 2007,第21期:45-46.
[6] 孙平安.浅谈高校传统教育与实训教学模式的关系[J]. 大众科学(科学研究与实践).2007,第19期:135-136.
[7] Charles CHEUNG, Paul W.M.LAU, Robert W.M.TAM and C.K.LAI. Fostering Innovation in Automation through Collaborative Training[C].Conference Proceedings of the 8th international conference on Modern Industrial Training, 2006, Vol 2:26-31.
【关键词】工业实训 教学体系 效果
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0023-02
1 引言
二十一世纪的国际竞争的特点之一体现为创新人才的竞争,青年学生是科技的未来,其创新意识的高低、创新能力的强弱,将对国家未来的发展产生至关重要的影响[1]。创新来源于实践,所以,在掌握牢固的理论基础同时,对工程实践经验的丰富性提出了更高的要求。高等学校本科生实验教学是教学的重要组成部分,同时也是实施教学改革最困难的部分。为了培养学生的实际动手能力和创新精神,需要建立科学合理的实验教学体系。研究建立适应我国经济发展的科技创新培养模式,完善实验教学体系和实训课程改革,以有效指导高等院校大学生创新教育实践活动,对于创新人才培养具有重要的现实意义。东北大学在实训课程改革方面进行了积极的尝试,并取得了良好的效果。本文通过对工业实训教学的方案设计、实训平台的搭建、实训课程建设内容的阐述,总结了实训教学的实践效果和经验,研究了高等学校实验教学改革的途径和方法,为推进高校实验教学模式改革提供了有用的借鉴。
2 实训方案设计与实施
2.1 实训方案设计
东北大学于2005年11月开始了电工电子实训课的研究和试点工作。时值教育部决定要在高等学校实验中心的基础上建立一批国家级实验教学示范中心,教育部明确提出了要树立以学生为本,知识能力、素质全面协调发展的教育理念,要坚持以能力培养为核心的实验教学观念,建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系[2]。在分析了扩大招生后学生的各方面情况之后,我校开展了电工电子实训课的试点,并开展了与实训课教学相关的工作[3]。
学校投入近百万元资金,建立了印刷电路车间的建设小组、计算机组装DIY实验室建设小组、家用电器小制作小组和PLC与继电接触控制柜组装小组等。现在我校已经正式将电工电子实训课列入了教学计划,将电工电子实训课定为学生独立授课的教学内容,利用小学期全面开出,2005、2006、2007级电类专业本科生全面通过了32个学时的实训课训练,并获得2006年度东北大学优秀教学成果一等奖。
已开发出的主要实训项目有:
(1)电子产品的焊接、安装和调试
(2)计算机硬件组装、软件系统安装与维护
(3)常用家庭电器的安装与修理
(4)继电接触控制柜的配线与电机控制
2.2 校企合作共建实训平台
近年来,配合大学教学的电气及自动化实验装置和实验系统层出不穷,但真正给学生提供动手训练的设备却不多,传统的演示和原理性的实验已远跟不上现代社会对大学生综合设计与工程应用能力的需求[4-5]。
我校实训教学是在原有电工电子实验室、计算机实验室、电力拖动实验室和自动控制系统实验室基础上进行的。这些设备已经不能完全适应新形势下对学生动手能力的要求。近年来,东北大学获得来自美国罗克韦尔、日本三菱、法国施耐德电气、台湾华邦电子、美国明导等国内外知名公司资助的软硬件设备,总价值达人民币1.8亿元。这些软硬件设备有效改善了实验室条件,提高了软硬件水平,为实现高水平的实训教学搭建了一个良好的平台,同时也丰富了我们的实训实验内容,使实训的项目与工业现场的应用更加接近。增加的实训项目主要有:
(1)PLC控制电机星角启动实验
(2)变频器调速实验
(3)编码器检测的位置实验
(4)单闭环控制实验
2.3 开展开放式工程实训竞赛
3 基于实训课程建设,促进实验教学体系改革
实训课程的开设,使大学本科电类专业学生较早地接触工程实践,让学生在进入各专业课学习之前对所学专业有一个初步认识,养成愿意实践、重视实践、热爱实践的好习惯,更重要的是启发学生的创新思维。因此,探索建立适合高等教育发展要求的实验教学体系及大学生创新培养方法与途径,探究集教学和训练活动为一体的新型教学模式势在必行[6]。
3.1 实现实训方式方法的改进和多样化
传统的工业实训多采用先讲授、后实验的方式,学生难以将所学的理论知识与工程实践相结合中解决具体工程问题。针对上述问题,结合国内外先进的教学经验,东北大学提出了基于项目理念的实训教学模式。该模式的核心是整个选题、设计、安装、调试以及验收过程都采用项目管理方法,辅以团队合作、资料共享和个性展示等方法,以培养学生的工程设计能力、团队精神和创新思维。
在工业实训开始阶段,以项目管理的形式给出每个题目的设计要求。学生根据个人兴趣选择项目,并查阅资料进行设备选型,给出方案对比。然后以招标的形式确定各个系统设计方案,并选用相应设备搭建硬件和软件系统。项目完成后,按照设计要求进行验收,主要包括系统和文档两部分。在项目进行的过程中实行项目负责人制,进行梯队式分组,并通过网络实现资源共享。改变了传统的提交实习报告、笔试等形式，而将考核方式转变为项目验收的形式进行总结和陈述。
3.2 实现课程内容的更新和科学化
持续增加和更新实训内容,适应信息行业对创新人才的需求;不断增强实训内容的针对性,以满足自动化、测控技术与仪器、电气工程、通信工程、电子信息工程、生物医学工程等六个专业的不同需求;加大了综合性、系统性、设计性实验的力度,培养学生的综合与创新意识和能力。
如计算机组装DIY实验,基于计算机技术的快速发展,它的软硬件都在不断地升级,因此每年我们都要更新系统软件和硬件。同时基于计算机网络安全性的要求和最新技术发展,适时地增加了一些防病毒技术的训练,使实训课程更加具有科学性和实用性的特点。
3.3 建立具有适用于不同层次的创新平台,研究开放型实验教学的新模式
实验设备和场地为多门课程设计和多专业的毕业设计提供了条件,缩短了学生走上工作岗位后的适应过程;先进设备的引进和实验室建设,有效地满足开放式实验的需求,有效地激发了学生的创作激情;为有研究能力的本科生提供了先进的科技创新平台,为研究生的课题研究提供了实验设备条件。
3.4 研究旨在激励创新思维的新型实训课程教学体系设置模式
完善小型、模块化的课程设置方案,探索分层次教学的实训课程体系;完善以教师为主导、学生为主体的开放性实验教学方法;研究以先进技术为支撑的教学手段和方法;研究注重创造性思维培养的启发式教学方法。
3.5 研究创新教育评价体系,提高实训教学水平
教育评价是检验教学效果的重要手段,因此,改进实验教学体系,应该探索建立完整、客观、科学的评价体系,主要包括:①研究改变以往以“笔试”为主的考试方式,建立一个多样化的评价体系,采用多种方式对学生的学习效果和发展情况进行评估的方法;改变以掌握知识的多少来评价学生质量的知识质量观,建立能充分体现学生创新意识、素质、能力的评估内容、方式、方法和标准,将学生创新能力作为一项重要评价指标列入学生综合素质评价内容。②研究新型的教师教学质量评估体系,不仅考核教师“授业”能力,更要注重教师“导创”能力,从政策导向上鼓励和支持教师在传授知识过程中,积极探索创新思维能力培养的方法并付诸实践。
4 实训效果分析
随着基于项目理念的实训教学的不断推广,东北大学实验教学效果非常明显。学生们将实验结果和数据进行整理,在全国核心期刊上发表论文十余篇。同时学生们将开放式实验中设计的模型对象和控制系统进行优化整合,筛选出优秀的作品参加大学生科技活动,并多次获奖。仅在全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中,仅东北大学—罗克韦尔实验室就有4项作品获国家级、省级奖励。
4.1 增强了学生的动手能力
通过整个实训活动的锻炼,学生能够掌握科学研究的基本方法,积累了一定工程设计经验。学生们不仅掌握了常用电工工具与仪器仪表的使用、系统设计与调试等技巧,而且均能够独立解决这些问题。
4.2 培养了学生的创新能力
在整个实训过程中,着重培养学生的创新思维,将创新意识贯穿始终。无论是系统方案设计、软硬件开发,还是展板、演示文件制作等内容和环节都要求有创新。培养学生创新能力的前提是教师的实训项目、教学方法的不断创新,在实训活动中,要求教师注意转变角色,从指导转变为服务,注意启发学生的思路。
4.3 项目理念的实训模式效果显著
采用项目理念的工业实训模式对于提高学生的工程设计能力、培养团队合作精神与独立思考能力、鼓励个性展示和创新意识具有非常明显的效果,并且对其他课程的学习有一定帮助。
4.4 实训平台为学生科技创新提供了有利条件
实训平台的建设不仅能够实现实训内容的丰富性、方式方法的先进性,完善实训课程教学体系,而且还可以应用到学生的科技创新竞赛、课程设计、毕业设计等,为学生的创新性、研究型学习提供条件,实现资源的优化共享最大化。
5 结论
东北大学已开设了三届本科生实训课程,并通过实训技能竞赛的方式对教学效果进行了检验。实践证明,将工业实训引入高校实验教学是切实可行、成效显著的。采用项目理念的实训模式对于提高学生的工程设计能力,培养团队合作精神与独立思考能力,鼓励个性展示和创新意识具有明显的效果[7],为学生毕业后尽快转换角色提供了良好的基础;同时该教学模式的实施有效地推动了高校实验教学体系改革,开创了企业、高校和学生三方共赢的新模式。
参考文献
[1] 朱庆之.本科教育改革的新理念及实践.中国高等教育[J].2002,第5期:16-18.
[2] 耿德旭,张志义,庞绍平,等.高校工程训练中心实训项目设立的研究与实践[J].中国高校科技与产业化.2006,S1期:185-186.
[3] 王丽红,刘永前,孙玉红.实训基地建设中存在的问题及解决办法探析[J].中国建设教育.2007,第9期:28-30.
[4] 牛永鑫,高金文.依托校企合作优势探索实训基地建设的新途径[J].青年科学.2008,第1期:90-91.
[5] 张旭翔,王钧铭,徐胤丽. 校企合作提高校内实训基地自我发展能力[J]. 中国高等教育. 2007,第21期:45-46.
[6] 孙平安.浅谈高校传统教育与实训教学模式的关系[J]. 大众科学(科学研究与实践).2007,第19期:135-136.
[7] Charles CHEUNG, Paul W.M.LAU, Robert W.M.TAM and C.K.LAI. Fostering Innovation in Automation through Collaborative Training[C].Conference Proceedings of the 8th international conference on Modern Industrial Training, 2006, Vol 2:26-31.