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一、电工电子实训概述
电工电子实训是机电类、机械类专业必修的核心实训课,涉及的基础课程有“电工电子”、“电子技术”等。学生通过电工电子实训,应当能熟练识别各类电工电子元件、分析电路原理图、设计和搭建典型电路回路、设计和装配简单功能的电路和电子产品、熟练掌握仪器仪表使用。通过电工电子实训教学,学生形成其专业核心技能。
二、项目教学法
1.项目教学法概述。著名哲学家、教育学家赫伯特?斯宾塞(HerbertSpencer)是崇尚科学技术教育的主要代表人物,他倡导教育应从传统的“陈腐公式”中解放出来,以科学技术应用作为中心,通过实物,直观性教学,培养学生的观察能力、分析能力、精确操作的能力,适应生产和生活的需要。
项目教学法以“项目为主线、教师为主导、学生为主体”,在设定的教学项目中,学生在老师的指导下,独立或团队完成项目处理的全过程,包括:各类知识的收集,方案的设计,项目实施及最终评价等,学习变成共同参与的创造性实践活动。在项目完成过程中,学生理会课程理论知识和技能要求,体验创造的艰辛与乐趣,培养分析与解决问题的能力,形成职业素养。教师在项目实施过程中,担任学习过程的引导者、指导者和监督者,从而改变了“教师讲,学生听”被动教学模式,创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的主动教学模式。
2.项目教学法的特点。项目教学法将传统的学科课程体系学习过程分解为具体而典型的工作项目(工作项目由企业的生产产品直接或转化而来)的跨或者不跨学科学习过程,通过项目教学方案设计,项目教学思路设计,传授给学生理论知识和操作技能的同时,注重培养学生的职业素养。
三、现行电工电子实训教学中的问题
1.学生对理论知识与技能实践关系的认识。在现行电工电子课程教学中,学生注重理论方面的学习,包括基本概念和理论,和一部分典型的电工回路,学习过程中对理论知识与技能实践的关系并不是很清楚,止步于对纸面上回路的理论分析,没有意识到在实践中回路分析与搭建的特点,对实训的兴趣不高,往往对实训课程中的课题的主要目的和应用特点搞不清,很难达到实训的要求和实训技能的培养。
2.教师教改和业务进修缺乏积极性。作为电工电子实训的指导教师需要不断的学习和提高,我院电工电子专业开设较早,课程结构比较成熟,教与学的关系处理较好。但是,这在一定程度是使得教师的自我进修的动力变差,实训教学课题变更较慢,不能满足当前企业生产需求;教学过程空乏,师生关系定位不符合新教改要求;评教手段单一;新工艺,新技术应用在实训教学中的紧迫性不强。
四、基于项目教学法的实训教学优化及实践
随着电工电子技术实训教改的不断深入,以培养应用型技能人才为目的,必须以切合企业需求的实训项目为核心组织实施,运用项目教学法,整合学院现有实训设备和实训条件,以期达到实训预期效果。在实训教改的优化及实践中,应根据我院专业特点,加强实训教改实践,注重培养学生职业素养,建立并优化实训的课程体系
1.满足企业岗位要求,对电工电子线路实训教学项目进行优化。满足企业岗位要求是职业学校培养学生的终极目标,必须积极探索并创建一种将基础、综合和工程应用实训教学相结合的实训课程体系。将实训分为基础、综合和工程应用三个层次,基础实训随相应的理论课程进行,综合性和工程应用实训依托于具体而典型的企业转化来的项目,该类项目具有一定的代表性。项目实施中,加强对学生分析能力和实际应用能力的培养,分层次教学,在保证基础实训条件下,逐步完成较大的项目,体现因材施教。
2.项目实施体现学生自主学习能力培养。根据实训项目内容和项目实施过程,从所需“器件(性能、参数、选用)”、“测试仪器(选用、性能参数、正确使用)”、“实训原理方案”等三个方面组织学生进行自主准备,通过图书馆、网络等多渠道收集相关资料。
3.加强实训操作指导,提高操作独立性。在实训项目实施过程中,实训教师可由一些问题导入,让学生分析解决方案,最后再指导个别特殊问题。指导学生重视实训的评价分析工作:全面完成实训项目目的、原理、步骤、数据分析、实训总结等内容的实训报告,同时请学生应用计算机辅助相关软件将实训项目实施结果与实训分析结果整理,加强信息技术在电工电子中的应用。
关键词:卓越工程师;创新设计;能力培养;教学手段
作者简介:任立红(1966-),女,内蒙古赤峰人,东华大学信息科学与技术学院电工电子中心,副教授;李晓丽(1980-),女,河南焦作人,东华大学信息科学与技术学院电工电子中心,讲师。(上海 201620)
基金资助:本文系上海市教委重点课程项目和东华大学“卓越工程师课程项目”的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)04-0066-02
“卓越工程师培养计划”是列入中国高等教育中长期发展规划的一个重要计划,[1]是通过教育和行业、高校和企业的密切合作,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,培养出一大批创新型工程师,为我国走新型工业化道路和建设创新型国家提供坚实的人才支撑和智力保证。[2,3]为适应东华大学(以下简称“我校”)着力打造“卓越工程师培养计划”的目标和面向未来的纺织类、化工类、材料类、设计类等工程行业对高技术创新型复合人才的需求,我们针对学校卓越工程师计划对“电工电子技术”这门工科课程的任务要求,结合不同专业做出相适应的课程创新教学改革,帮助学生掌握有关电路、模拟电子技术、数字电子技术方面的基本理论、知识和技能,培养学生发现、分析和解决问题的能力,为以后学习和应用更深、更新、更多的信息技术专业知识和实用技能打好基础。
一、课程设计思路及目标
“电工电子技术”是高校非电类理工专业一门重要的技术基础课,是大多数非电类专业学生学习电类基础知识的唯一窗口。它包含强电、弱电的各个学科及其应用的基础知识。同时,与各行各业的生产及管理、与人们的日常生活联系紧密。随着科学技术及工业的发展,特别是电子技术日新月异,使得该课程具有新知识多、新产品多、新技术多、新工艺多的特点。因此,它是一门覆盖面广、知识面广、实践性强、适用性强、知识更新快的课程。它的目的和任务是使学生获得电工和电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能,同时,有利于学生的动手能力和创造能力的培养,为培养学生独立的工作能力、实事求是的科学态度和细致踏实的工作作风、后续实践性课程的学习、生产实践打下坚实的基础。
我校非电类不同专业(含纺织工程、纺织外贸、针织工程及服装、纺织检测、服装设计与工程、环境科学与工程、工程设计、高分子材料、生物工程、应用化学等专业),学生基础差异很大,各专业培养方案不同,对“电工电子技术”教学内容的要求不尽相同,如何根据专业培养方案做出与之相应的课程设计值得探讨。目前,学校纺织品设计、轻化工程、高分子材料、环境工程等专业是第一批加入卓越工程师计划的相关专业。
面向卓越工程师培养计划,我们结合不同专业做出相适应的课程调整改革思路,对电工电子技术课程进行了教学与实验的创新设计研究,力求在满足教学基本要求前提下,选择相应教学内容,组织课程,制定各自切实可行的教学大纲、课程设计、实验方案,改善课堂教学措施,提高课堂效率,创新教学手段。同时,最大限度利用现代科学技术手段,不仅重视理论基础传授,更要加强实验素质和综合实践能力训练,增强学生面向工程的现代化软件应用能力、实际电工电子电路设计能力、理论结合实际的实验能力、小系统设计调试能力,提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力、创新应用能力,着力提高工科类专业学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。
二、教学手段的创新改革
“电工电子技术”的教学难点主要在于三个方面:知识面广、学时少、学生基础参差不齐。就教学内容而言,64学时的课程涉及面广,电路、模拟电子技术、数字电子技术课程中普遍存在一些知识内容方法复杂、过程繁琐、依赖经验的现象,对于初学电路、缺乏经验的低年级学生而言,学习难度较大,有不少学生中学就很少学习物理,更有很多学生仍存在严重的应试教育带来的弊端,学习方法有问题,不能从系统概念和应用角度理解电工电子的基本概念定律,而是依旧依附于教师手把手教给一些解题技巧、埋头在细节问题的分析计算上。因此对于上课教师来说,如何把控教学很有难度。如何处理学时有限与知识内容广的矛盾、传授知识与培养能力的矛盾等,都是在本课程教学实施中必须充分重视和努力解决的重要问题。
“电工电子技术”课程力争培养学生分析和解决问题的能力。从“广而博”的知识中选择、重构合理的教学内容,同时顺应时代潮流,紧跟相关行业的技术发展状况,可以使学生获得有关电学的基本概念理论、知识和技能,培养学生电路分析和电路设计的能力、学生的实践能力,将理论知识与实际应用相融合的能力,提高接受新技术的能力,为后续其他工程类课程的学习打下基础,对学生动手能力的培养、提升学科知识融合能力和创新能力以及成为复合型人才有着重要的作用。
同时“电工电子技术”的特点是实践性强,加强实验室建设,重视实践环节始终是“电工电子技术”课程建设的一个重要方面,针对卓越工程师计划,我们尝试改革实验教学内容体系、实验条件和实验模式,增加虚拟实验、开放性实验、综合实验、小系统制作等,力图大力提高学生的学习兴趣、实验技能、电工电子技术的应用能力和创新精神。
1.凸显绪论课教学与章节概述的重要性
“绪论”教学是学科教学的开端,是学生接触电工电子知识的第一堂课,有其独特功能。这功能表现在“启动”、“启发”和“激发”等3个方面,具有创意的新课导入,可以吸引学生的注意力,激发学生学习这门课的兴趣和动力。利用多媒体的优势,在绪论部分引入尽可能多的与本课程相关的知识内容;结合新器件、新产品、新软件的不断涌现,介绍与本课程有关的产品的最新发展;阐述清楚本课程与学生所学工科专业相关课题的关系,告诉学生本课程在其工科专业学习中的地位,引发学生从思想上对学习的重视,启发学习动力;通过图片、小产品、实际应用小电路、视频等丰富多彩的展示,体现课程与生活的关联,激发学习兴趣和求知欲望。
章节概述尽可能体现前后章节不同内容的内在衔接,比如交直流衔接、单相三相交流电的衔接、模电数电技术的衔接,使学生的学习一直处于逻辑连接状态而不至于发散,更能使学习的知识尽可能系统化。
2.创新讲课手段
在课堂教学中,学生是活动的主题,要用生动精练的语言、灵活的思维和循序渐进的诱导把学生的积极性调动起来,理论和实际充分结合,激发学生的学习兴趣。采用板书、多媒体演示、EWB虚拟实验设计演示、课堂小测试、重点问题课堂讨论等丰富多样的课堂教学模式,能够增强学生在课堂上的任务感、责任意识,大大地提高课堂效率。实践证明,教学手段从单一满堂灌形式向多样化传授方式发展,可提高学生出勤率,调动学习兴趣,提高教学效果,在一定程度上也缓解了学时少而内容多的矛盾。
3.不断修正丰富多媒体课件
通过多媒体手段、EDA技术等来化解课时少内容多而学生基础差异明显等矛盾。把文字、图形、图像、动画、声音、视频等信息完美结合,调动学生的积极性与主动性,提高教学质量效率,最大化地提高学生的学习热情。合理使用课件,将板书和课件有机结合,顺理成章。综述性内容,提供丰富的信息及连接,便于预习、复习、整理;对推导性、图形转换等环节,板书必不可少,首先使用板书讲清电路分析思路,对电路转换则让学生跟着老师一步一步地将电路分析透彻,之后再借助多媒体生动演示一遍,不仅再次为学生梳理思路,同时也对分析推导过程中出现的重点、难点、结论性陈述加以整理和总结,方便以后的复习。
4.将EDA仿真软件引入课堂
针对学时缩减与内容剧增的矛盾,我们的解决思路是改进教学方法,充分运用多媒体教学等先进教学手段。将EDA仿真软件引入课堂,提升学习兴趣,直观感受基础理论和概念。在教学中使用仿真技术,有助于提高教学质量和教学效率。仿真虚拟实验的过程,从构思、建设调试到出结果,使理论知识与计算机实践能力完美结合,也是工程师的必备技能。诸如交流放大电路的非线性失真波形的产生过程,通过虚拟实验,设计生动、逼真的教学情境,引导学生进入自主学习状态,提高分析问题、解决问题的能力和创新能力。这样的实验效果,同样丰富到教学课件中,使理论和实际相结合的情景快捷地在学生的头脑中建立起来。
除了EWB虚拟电子实验台,还可以丰富MATLAB在电路分析中的使用、FPGA在数字电路设计分析中的使用,大大丰富学生们的学习经验。
5.增加电工实验
在处理“传授知识”与“培养能力”二者关系时,我们明确教学的最终目标是培养学生的学习、实践和创新能力,为此不仅增加实验室虚拟实验的机会,多开放实验室鼓励学生自主设计实验,加大实验力度,还增设小系统设计环节,加强学生的系统设计能力,提高学生的工科设计素养。
6.逐步完善模块化教学
为提高效率,在有限的课时完成相应的理论讲述、实际应用分析,努力完善一些模块化教学实验,整合、优化教学内容,在理论教学环节的学时分配、考核强度和实践教学环节的实验内容、实验条件等方面予以倾斜。根据不同专业的学生基础差异,可以适当增减教学内容、难易度,并通过自学、课堂讨论、网上互动答疑环节、实验室实验验证等不同授课方式完成教学,进而引导和帮助学生进行主动性和研究性的学习。
三、教学实践的改进措施
在教学实践中,我们主要采取以下措施来切实保证课程目标的具体实现。
一是修订教学大纲,优化教学内容:精选基础内容;删减细节问题的定量分析计算;加强应用系统概念和电路、器件的外部特性及其应用;增加实际应用型内容。
二是为了配合实验教学,编写出版了课程教材《电工电子学实验》,并将实验拍成录像存放在网站上,便于学生实验前的预习和学习。
三是建设网上教学平台,增加教师与学生沟通渠道。建立电工电子技术的教学网站,其功能有:承载上课的教案,供学生下载和复习用,把学生从上课抄笔记的重压下解脱出来,让他们上课更能集中注意力听讲和积极思考;开辟讨论角,鼓励学生网上讨论问题,相互讨论、与教师讨论,提高学生的学习热情和主动性。这种学生自学、复习、自测、讨论、教师答疑等多种形式的教学活动,大大激发了学生学习电工电子技术的热情,提高了教学效果和质量。
四是逐步完善教学资料,授课中引入与课程相关的各类图片、动画演示、电教片等,以实例展开教学,增加学生兴趣,提升课堂实际效果,缩短理论与实际应用的距离,提高学生设计能力和综合应用能力。
五是加强课堂互动。对于教学难点,并不刻意强调其难度、深度和要求学生掌握复杂的方法,而是着重讲清基本概念和基本原理,配合简洁明了的例题、习题,帮助学生理解和掌握基本的分析、设计流程和方法。
六是改进考核制度。学习的目的不是为了考试,而考试是促进学习的方法之一。将过去单一的闭卷考试改为闭卷与开卷相结合、集中与分散相结合、设计与实验相结合的多元考试方法。这样既防止了学生平时不注重学习,期末突击的弊端,又全面考查了其综合应用能力。我们对考试的定位是:引导学生掌握知识脉络和重点,激发学生积极思考和学习的热情。因此,采取了多元化考核方法:课堂小测试;用PowerPoint制作一个课件;作业加分;课程结束后的相关总结小论文、小电路设计;期末考试。主要考核学生是否建立起一个扎实的电工与电子技术知识体系。
四、结语
在卓越工程师计划的教学实验实践中,卓越的效果从实践中得以体现,同时要求理论内容能够很好地服从实践。“电工电子技术”课程对于非电类学生来说,学习起来有些难度,毕竟非电类学生的基础知识相对薄弱、重视程度又不高。而在理论学时进一步缩减的前提下,如何增加实验要求、提高实验效果、增强学生小系统实际设计能力,还需要学生和教师之间积极配合。
我们力争在不断试验中重新定位“电工电子技术”课程的性质、任务、教学特点、教学模式和考核方式,探寻教学效果的突破手段,突出实验、实践环节的作用,从实验数量、内容、方法上有所突破,注重与工程实践的联系,采用“理论与实际相结合的做中学、练中学”的教学模式,提高学生对该课程的认识和学习兴趣。同时努力依据专业组对我们的需求提升课程效果,并进一步总结修订完善。为切实提高大学生的工程实践能力,还要不断完善并建立科学的实践教学体系。
参考文献:
[1]教育部.教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知(教高[2005]8号文件)[Z].
一、传统电工电子实验教学存在的问题
传统的实验教学只是要求学生在规定时间里完成实验,按照教材上专业操作步骤,完成老师安排的实验项目。学生大多都是按照书上操作流程进行,通过简单连线就可以完成实验内容,依照书上理论知识的总结,很容易得到实验结果。这样的实验教学失去了本质意义,虽然锻炼了学生动手操作能力,但是又很大程度的限制了学生思维能力。所以在传统的电工电子实验教学中还存在一些问题需要解决和改善。
(一)流程化的实验教学
学生根据专业书上流程进行实验操作,缺少了学生对实验目的的思考。通过书上对理论知识总结,学生不用动手操作也能得知实验效果,导致学生操作实验的消极心理,这种教学模式不需要学生自主思考和设计实验过程,使实验教学丧失了意义。学生对实验目的的理解只限于表面,实验中会出现的问题也被排除。这种实验教学模式让学生分析问题能力得不到锻炼,解决问题能力得不到展示。流程化的实验教学只是因为教学任务而存在,难以真正激发学生学习兴趣。
(二)简单化的实验内容
实验教学的根本任务是培养学生扎实的理论知识,在实验中通过对理论知识的灵活运用进行展示,通过学生自己设计实验流程和实验目的进行结果验证。在实验中出现问题,鼓励学生用所学知识进行分析和解决,激发学生创新能力。在传统教育中受到各种原因的限制,课堂实验大多数都是通过理论支撑教学。因为电工电子专业特殊性,让学生很难把所学知识与现实生活中电工电子问题结合起来,简单化的实验内容导致学生理论和实践得不到统一。
二、电工电子实验网络辅助教学的实施
随着我国进入网络信息化时代,通过网络辅助教学方式能够有效提高学生学习的自觉性和有效性。通过电工电子实验配合网络辅助教学,解决传统实验教学存在的问题。依照国内外实验教学改革启示,利用网络特点辅助实验是目前的教学核心。
(一)网络辅助教学在基础实验中实施
在实验网络平台中,根据专业方向进行分类,汇总学生所有必做实验项目,针对电工电子专业的学生可以分为综合性和验证性实验。网络实验教学可以为学生提供多个实验工具,解决了现实中实验器具的限制问题。在网络中进行实验可以验证多种结果,方便学生观察总结,帮助学生了解实验运用的专业知识。学生可以在动手操作前,利用网络实验平台进行模拟,巩固实验的步骤,每个同学都可以进行网络实验操作,锻炼独立分析动手能力。例如,电工电子“电路原理”实验中,传统实验方式是学生通过书上理论知识的概述进行电路连接,很难分析出实验数据之间的联系和功率的意义,不能把实际学到的内容运用到实验中。利用网络辅助教学实验,让学生从选择实验器材开始自主设置,通过反复尝试、验证、操作进行对比,从根本上了解实验目的,亲自验证实验结果。通过网络实验加深理论知识认知,可以让学生在生活中运用所学知识对电路问题进行解决,让理论和实验融为一体,从而提高学生对电工电力的学习兴趣。
(二)网络辅助教学在创新实验中实施
在网络实验中没有设置固定版块,目的是让学生可以根据自己的兴趣进行设定,网络实验教学重点是突出实验分析重要性,培养学生自主思维能力。例如,学校可以开展实验创新比赛,在网络中每位学生都可以自己设计实验,完善实验流程,先通过理论知识对实验结果进行猜测,确保操作的可行性。在网络上可以对实验室的实验器具进行提前预约,提交自己实验内容,老师可以利用网络对学生设计的实验进行验证分析,对学生创新思路进行完整和筛选,通过师生相互配合完善网络实验创新设计,准予学生在现实中进行创新实验。利用网络辅助教学提高实验教学质量,鼓励学生创新意识,让学生积极参与专业领域的探讨学习,为适应社会对人才的要求打下基础。
三、电工电子实验网络辅助教学的作用总结
网络辅助电工电子实验的教学,可以将书上抽象的知识点具体化,通过网络实验延伸,让学生把知识运用到现实中,帮助学生具体了解电工电子专业的实用性。网络实验教学可以为学生提供更全面的资料和实验资源,引导学生的学习兴趣,培养学生对知识合理运用的能力,激发创新思维能力,通过调动学习兴趣,让学生能够积极参与课堂,对专业知识进行深入系统学习。因为电工电子专业需要学生具有动手操作能力,所以网络实验辅助教学可以发挥巨大作用,培养学生思维、创新和动手能力,让学生专业素养符合社会对电工电子人才的需要。
四、结束语
关键词 水利水电工程 工程实习 改革
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.04.018
Water Resources and Hydropower Engineering Professional Engineering Practice Reform Combined with the Geographical Advantage
WANG Yu, ZHANG Ping
(College of Hydraulic & Environmental Engineering, Yichang, Hubei 443002)
Abstract Engineering Practice is an important part of reaching higher water conservancy and hydropower engineering personnel training objectives. However, due to the scale of the enterprise system and the university culture change and other issues led to the current higher education of China's water conservancy and hydropower engineering practice teaching effect is not ideal, it is difficult to reach innovative, application-oriented training objectives. Based on the problems of water conservancy and hydropower project summary undergraduate engineering education teaching practice on stage, to practice teaching in understanding practice, production internships, graduate school internship proposed combination of engineering practice geographical advantages and the specific implementation of the reform program, to improve the professional training quality hydropower projects for reference.
Key words Water Resources and Hydropower Engineering; engineering internship; reform
0 概述
在2009年底哥本哈根世界气候大会上,中国政府做出庄重承诺:到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%到45%,非化石能源一次能源消费比重达到15%。①水电作为目前可再生和非化石能源中资源最丰富、技术最成熟、最经济、电网吸纳最现实的可再生清洁能源,在改善电力结构、减少温室气体排放、应对全球气候变化等方面有着不可替代的作用。②③通过30年大规模的建设,金沙江、雅砻江、大渡河、乌江、南盘江、红水河、澜沧江、黄河上游的水电开发得以迅速发展,目前全国水电总装机已突破2亿kW,2015年水电装机容量计划达到3亿kW。尽管如此,水电在整个能源中所占的比重目前仅为14%,因此在可预期的未来,水电建设将迎来一个新的发展黄金期。为此,必须大力发展和提高水利水电工程专业人才规模和目标才能顺应我国水电发展的要求。在水利水电工程专业的人才培养中提高人才的工程应用能力和创新能力是当前形势的核心培养目标,因此该专业的实践教学环节是人才培养质量的关键环节。然而,由于我国高等教育扩大招生及经济体制改革等原因造成了目前水利水电工程专业工程实习教学存在认识实习“走马观花”、生产实践实习“雾里看花”、毕业实习“难上加难”等问题。④⑤⑥
1 水利水电工程专业工程实习现状
作为水利水电工程这样与生产实际密切结合的工学学科,实践教学的效果和质量直接关系着人才培养质量,关系到学生毕业后进入工作单位是否能够实现无缝对接,直接胜任实际生产和工作任务。然而近些年国内高校在水利水电工程专业的实践教学环节上却出现了与培养目标相差甚远的问题,国内众多教育学者,针对此问题进行了详细分析和研究,⑦⑧⑨总结起来可归纳为以下几个方面:(1)实践性不强,不利于创新能力培养。水利水电工程专业实习教学环节包括认识实习、生产实习和毕业实习。认识实习以使学生建立对水利工程的感性认识,增强工程概念为目的;生产实习以培养学生的专业素质和实际动手能力为基础;毕业实习是使学生能结合已学专业知识和毕业设计任务,将理论在实践中得到运用,培养学生的独立工作能力和解决工程实际问题的能力。然而,目前水利水电工程专业的实习受实习场地、生产安全及相关管理制度等制约,无论是认识实习、生产实习还是毕业实习都只流于形式,实践性和创新性不强。(2)实习经费不足、时间不足、指导不足,影响实习质量。由于高校招生人数的增加,加之大中型水利枢纽多位于山区,远离学校,实习成本偏高,导致实习经费不足成为了水利水电工程专业实习教学项目所面临的主要问题之一。(3)实习场所联系困难,实习基地建设不足。在目前市场经济的模式下,企业不再具有计划经济体制下支持大学办学的传统义务,出于经济利益、安全生产及管理方面的考虑,实习单位不愿意接受学生实习,造成实习单位联系困难。(4)安全责任制,影响了实习项目的开展和实地单位的能动性。按照学校要求,在学生实习过程中,指导老师不仅负责联系协调,而且还要负责安全。在学生人数多,指导老师少的局面下,安全责任全部落在指导老师身上,使得指导老师的任务不再是传授知识,而是当好安全员、协调员和保姆。这种要求的错位,不仅是教师负不起的责任,而且限制了教师能动性的发挥和实习内容的拓展,降低了实习教学效果。针对目前水利水电工程专业实习教学环节的重要性和存在的问题,展开对该专业工程实习教学方式的改革势在必行。
2 结合地域优势的水利水电工程专业工程实习改革
结合地域优势水利水电专业工程实习改革是针对该专业认识实习、生产实习及毕业实习的不同要求和目标,结合学校周边水利水电工程相关单位进行整体和局部,参观和参与,动眼和动手相结合的实习模式。
2.1 认识实习改革
认识实习是让学生通过实习,对水利水电工程专业的专业内容、发展动态、所涉及的工程领域有一个比较全面的感性认识,提高学生对专业学习的兴趣,为后续专业课的学习和今后职业的发展奠定基础。根据认识实习的目标,认识实习中学生主要是以动眼和动脑为主,教学的重点主要是促进学生对于专业内容的认识和了解,激发学生对于专业学习的主动性和创造性,因此,认识实习主要以水利水电工程参观及网络媒体资料收集形式进行。参观的水利水电工程主要选择学校周边典型水利工程,这样不但可以大大缩减实习成本,也便于实习过程中安全管理。同时利用网络资源,让学生在网络上收集国内外水利水电工程资料,进行整理分类,并在实习过程中与实际工程做对比分析,充分调动学生在实习过程中的主观能动性。
以三峡大学为例,由于学校位于水利水电工程丰富的湖北省宜昌市,其周边既有诸如三峡、葛洲坝这类巨型水利水电工程,也有如西北口、香客岩等小型水利水电工程。结合三峡大学的地域优势,水利水电工程专业认识实习,主要选定不同特点的典型工程进行,例如三峡-葛洲坝大型梯级水电工程,渔洋河流域不同坝型和水电站类型的水电工程。由于认识实习以拓宽眼界为主,因此参观的工程较多,如果学生全部集中进行,势必会造成实习管理困难、安全责任大、实习效果差等问题。因此,认识实习将学生按工程一次容纳量进行分组,然后在各实习工程之间以循环的形式进行(图1)。实习的内容主要是以学生了解水利工程的任务、主要类型、组成建筑物及各个组成建筑物的作用。学生在实习前通过网络资源和图书馆资源收集相关工程资料并整理实习提纲,同时签署安全承诺书。教师在指导认识实习时主要以介绍、讲解和启发为主。实习成果由学生根据自己的实习经历完成实习报告,并以5~6人组成实习小组,进行实习成果整理的汇报展示,这样既培养了学生独立思考和总结的能力,同时也培养了相互合作和协调的能力,更好地达到认识实习的效果。
2.2 生产实习改革
图2 生产实习流程图
水利水工程生产实习是使学生结合已学专业知识对水利工程设计与施工等关键环节及步骤有清晰的概念和理解。鉴于目前生产实习安全责任大,实习单位管理困难而造成生产实习难于顺利开展的原因,拟对水利水电工程生产实习进行如下改革:(1)生产实习采用“总了解”―“详任务”的模式在学校周边水利水电设计院或施工单位进行,也即首先由老师统一带队进入设计院和施工单位进行工程设计流程及施工流程的了解,主要以视频讲解、实地参观及工程师现场讲解的形式进行;其次对学生以10人左右的规模进行分组,建立实习小组与实习单位具体科室的联系,实习科室给学生分配安全风险较低且学生易于完成具体任务,例如图纸绘制、简单计算、工程设计等,并限期完成;学生接受实习单位的实习任务后,可将任务带回学校完成,并定期相实习单位汇报任务完成情况及问题交流。(2)生产实习过程实行校内校外共同指导制度,每个小组分别由校外实习单位一名工程师和校内一名专业教师共同指导,校外导师负责实习任务的分配和成果的评定,并给出成果成绩;校内导师负责任务的完成及其完成过程中的技术指导,并给出实习过程成绩。校外导师和校内导师明确的责权关系,更有助于生产实习完成的质量。(3)生产实习成绩评定由实习过程成绩和实习成果成绩两部分组成,并分别由校外导师和校内导师分别给定。(4)实习过程中充分利用互联网为载体,进行与工程现场和实习单位的实时沟通和联络,掌握设计或者施工工程的最新动态,有利于实习任务的有效完成。生产实习流程图见图2。
2.3 毕业实习改革
毕业实习是使学生能结合已学专业知识和毕业设计任务,将理论在实践中得到运用,培养学生的独立工作能力和解决工程中实际问题的能力。针对目前水利水电工程专业毕业实习普遍存在参与少、讨论少、接触少、实践性不强等问题,建议毕业实习采用分散实习的模式就近在学校周边的水利水电企业单位进行。首先学校与相关实习单位建立稳定的企校联合实习基地,明确学校与实习单位对应的责权利,进行制度化和常态化管理;其次学校将学生分散到不同的实习基地,实习基地再将学生分配到各生产单位及责任人。毕业实习前学生签署安全承诺书,确保实习期间遵守实习单位的规章制度,服从实习单位的管理。实习结束后由实习导师给出实习鉴定及实习成绩,实习鉴定作为重要毕业条件归入学生档案,同时学生返校后以答辩的形式进行毕业实习成果汇报。实习单位可根据学生实习期间的表现选定优秀者在实习单位开展毕业设计工作,学校为实习单位实习导师计算工作量,提供指导经费。这样,不但调动了学生参与实践的积极性和主动性,也调动了工程单位实习导师的积极性。
3 结束语
水利水电工程专业工程实习是提高大学生实践操作能力的重要内容,同时也是实现大学生高质量就业的客观要求。目前由于教学管理体制、企业管理体制等原因造成了我国水利水电工程专业高等教育中的工程实习环节较为薄弱,教学效果不够理想。针对存在的问题,结合高校所在地水利水电工程的地域优势,本文提出了水利水电工程专业认识实习、生产实习及毕业实习改革的具体实施方法,对水利水电工程专业学生实践能力和创新能力的培养具有较强的指导意义,可为我国水利水电工程专业的人才培养提供借鉴。
基金项目:三峡大学教学研究项目(J2012043)
注释
① 单晓东.水电可持续发展需要强大科技支撑[N].中国水利报,2010-09-16.
② 曹楚生.水利水电可持续发展的新理念[J].武汉大学学报(工学版),2009(5):550-553.
③ 李国栋.中国水电发展概述[J].中国电力教育,2007(4):222-223.
④ 龚懿.水利水电工程施工实习的改革与实践探索[J].中国电力教育,2013(8):106-107.
⑤ 李旭.水利水电专业实践教学存在的问题与对策[J].吉林蔬菜,2012(4):58-60.
⑥ 刘闯,邬万江,韩明辉.工科实践教学的现状与问题浅析[J].中国科技信息,2010(22): 206-209.
⑦ 程红强,胡良明.提高水利水电工程专业认识实习教学效果的探讨[J].科技信息,2009(29):219.
文章编号:1671-489X(2016)10-0135-03
Simulation and Practical Integration Teaching in Electrician Course//ZHANG Qitao
Abstract Integration teaching of simulation and practice in the elec-
trician course, is a kind of way of teaching that abstract, difficult, boring electrical engineering learning object constructed as visua-lization, visualization, practice, it is not only accurately and vividly
describe electrical equipment, electric work principle, operation en-
vironment, electrical electrician process and practice of achieve-ment, but also can make students feel the learning interest, inspire participation practice power and skill enhancement to achieve a
sense of accomplishment. Reduce the difficulty of theoretical know-ledge of electrician course, improve students’ practice skills.
Key words electrician course; simulation; practice; integration teaching
1 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学概述
电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学,是指专业教师在电工基础、电工技能与训练、电气控制与运行等电工课程的教学中,以贴近电气技术岗位的教学内容为主,利用自己设计和开发的教学课件、教学软件或教材配套的教学软件等多媒体电工教学信息资源[1],通过计算机和投影仪真实、直观、形象地再现电工原理、电工操作程序和工作场景,让学生上机进行电工原理、电工操作过程的模拟仿真操作,然后进行电工技能训练的实际操作;或者将多媒体引进实训室,一边进行模拟仿真操作,一边进行实践操作,使学生不仅学到电工课程的理论知识,又学到电工实训操作的技能,从而培养学生电工实际工作能力,实现电气工程专业技术人才的培养目标。
2 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的意义
电工课程的特点是理论知识抽象难懂,实训操作则具体实在,而且只有在掌握电工理论知识的基础上,才不至于盲目而机械地操作,真正地掌握实际的电工操作技能。如电动机控制电路的工作原理是比较抽象难懂的,但只有理解和掌握电动机控制电路的工作原理,才能正确而有效地进行电动机控制电路配电板的安装、调试、检测、通电运行与故障排除。如果按照常规的教学方法,教师借助于粉笔与黑板对电动机控制电路的工作原理进行讲解和描述,学生难以理解和接受,实践也仅是简单地模仿和机械地操作,不能真正领悟和掌握专业技能。导致学生容易产生厌学的心理和情绪,丧失学习的兴趣和信心,不利于知识学习与实践能力提升的有效结合。所以,如何把抽象难懂的电工原理变得形象直观、生动易学,又如何把电工的理论知识与具体实在的操作有机地进行过渡和衔接,提高电气工程技术人才培养的质量,这就是电工课程教师需要思考和解决的问题。
电工课程的模拟仿真,不仅可以把许多抽象枯燥和难以理解的电工理论和原理变得形象直观、简单易学、生动有趣,而且具有丰富的交互界面和人机交互的特性,学生可以在人机互动的过程中模拟在真实场景下的电工操作,给人以身临其境的视觉和感受。教师在电工课程的教学活动中,让学生将电气工作原理、电工作业环境和实践操作过程进行全面、生动、形象的模拟与仿真,然后使用电工器材的实物,进一步进行电气工程安装的技能训练,从而培养学生电工实际工作的能力。
如针对现阶段中职学生喜欢电脑和游戏,形象思维能力优于逻辑思维能力,模仿能力和动手能力较强的特点,教师在电工技能与实训课程[2-4]“两地控制一盏灯电路”的教学中,通过动画的形式,呈现电路工作的原理、电器元件的实物和楼上、楼下两个地方控制一盏灯的工作场景,卡通人物在不同的方位进行开关灯操作的同时,电路原理图中电灯的图形符号与仿真工作环境下的电灯也就显示对应的或亮或灭的工作状态。学生在理解和掌握“两地控制一盏灯电路”工作原理的基础上,以游戏的方式,按照原理图中给出的先后顺序,在实物图中模拟在真实场景下进行连接导线的练习:1)断开总开关,切断电源,防止带电操作;2)按原理图完成全部接线;3)通电运行。
学生在通过虚拟的学习获得实际的知识和初步操作技能的基础上,采用双控开关、电灯和导线等实物,按上述步骤,进行实际而真实的技能操作的训练,就能够进一步掌握“两地控制一盏灯电路”安装操作的技能。
由此可见,电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学,是融电工知识、动画和音响效果、操作实践为一体,符合学生兴趣和爱好的教学方法。它降低了学生学习电工理论知识的难度,把电工的理论知识与具体实在的操作有机地进行过渡和衔接,避免了电工操作的盲目性,提升了学生动手实践的能力,激发了学生的学习兴趣,调动了学生参与学习的积极性,达到让学生深刻理解电工理论知识、熟练掌握电工操作技能、充分发挥学习主体作用的效果,从而促使学生全身心融入教学活动之中,以利于学生专业能力的培养和职业素养的成长。
3 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学应用分析
电动机单向运转控制电路是最基本和典型的电动机控制电路,学生在学习了低压电器的构造和原理的基础上,通过该内容的学习,为正反转电路、Y-降压启动电路等电动机控制电路的学习打下基础。下面以电工技能与实训[2-3]
及配套的电工技能与实训仿真系统[4]“电动机单向运转控制电路”的教学内容为例,进一步介绍电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学方法及应用。
电动机单向运转控制电路的模拟仿真
1)器材识别。进入“器材”界面,清晰地呈现交流接触器、空气断路器、热继电器、按钮和熔断器的外形结构,让学生对电器有直观的、整体的认识。将鼠标放到各器件的触点上,师生观察和讨论器件各触点的名称及电路符号。
2)工作原理。进入“电路”界面,呈现电路实物图和电气原理图,将鼠标放到原理图中器件符号上,电路实物图中突出显示对应的器件,与学生一起查看和讨论器件的名称和作用。学生通过电气原理图与电路实物图的对比,为理解电路的工作原理做好了铺垫。然后进入“原理”界面,通过动画演示,教师讲解或师生讨论分析“有过载保护的单向运转控制电路”的工作原理。
3)电路安装。
①元件的布局:进入“布局”界面,从系统元件库中取出器件,合理布局;布置器件时应考虑器件的位置要与主电路有一定的对应,相同电器尽量摆放在一起,达到布局合理、间距合适、接线方便的效果。
②电路的连线:进入“连线”界面,让学生以交互性模拟仿真的方式,按照原理图中给出的先后顺序(连接线闪烁的先后顺序),在器件布局完毕的实物图中连接导线。
4)试车运行。进入“运行”界面,学生模拟仿真操作:合上电源开关,按动启动按钮SB2,电动机旋转;按动停止按钮SB1,电动机停止旋转。
5)故障排除。进入“排故”界面,根据仿真电路出现的故障,引导学生观察、分析、查找和排除故障。
学生通过上述过程的模拟仿真练习,基本上掌握了的电路的工作原理和安装操作的步骤,为电动机单向运转控制电路配电板的安装实训奠定基础。
电动机单向运转控制电路配电板的安装实训
1)绘制电动机单向运转控制电路图:学生用铅笔、三角板、图板等绘图工具,或者用计算机AutoCAD软件,绘制电动机单向运转控制电路图,为电动机单向运转控制电路安装的实践操作打下基础。
2)电动机单向运转控制电路配电板的安装:①电器元件的检测;②电器元件的定位及配线;③通电运行;④电气线路故障处理;⑤清理现场。教师巡视和指导学生安装电动机单向运转控制电路配电板,检查、指导学生通电调试,设置电气故障,让学生分析和排除故障。学生在配电板实物的安装实践中提高了职业技术的能力。
作品展示与交流 学生在完成了电动机单向运转控制电路配电板的安装操作之后,进一步展示自己的作品,介绍实训操作的经验和体会;然后,教师点评学生作品,赞赏和鼓励学生积极参与实训操作的热情。
值得一提的是,这一教学步骤往往容易被忽略,使得教学过程不完整而感到缺憾。其实,它不仅是激活课堂欢乐气氛,促进师生交流与沟通的主要环节,也是整个教学过程的精华和部分。学生通过作品展示与交流,不仅可以相互学习、共同提高,激发和保持参与操作实践的动力,还可以共同分享彼此之间的劳动成果,体验参加集体活动的乐趣,增强团队意识与合作精神,展现自我,提升职业素养。因此,作品展示与交流是进一步地深化教学内容,实现教学效果最大化的教学手段和方法。
通过以上几个步骤的学习,学生掌握了电动机单向运转控制电路的工作原理和配电板安装的操作技能,实现了预定的教学目标。在教学实践中,结合学生的特点,通过计算机模拟仿真和配电板安装的操作训练,以及作品展示与交流,激发学生的学习兴趣和参与职业技能训练的热情,锻炼学生的专业能力,也促进教师直观地测评学生成长指标,关注学生技能的实现以及项目教学的具体化。而且在教学活动中,师生共同体验和感受课堂氛围和谐的愉悦,关注师生的思维发展及情感交流的融合,促使教师积极探索教学方法,促进教师专业发展。
需要注意的是,将模拟仿真引入电工课程的理论教学,可以增强课堂教学效果,但它并不是增强课堂教学效果唯一的手段和方法,还要根据学生的文化层次、年龄大小和教学内容的难易程度而综合地考虑,灵活地加以应用或取舍。再者,在电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学实践活动中,计算机模拟仿真是通过虚拟设备和电路的形状、工作原理、操作程序,使学生在视觉和感觉上有身临其境的体会和感受,实现人与机的交流,便于学生对电工的理论知识和电路原理以及操作程序的理解和掌握。
然而,虚拟的情境和操作必然要回归真实的电工设备和器材的操作,才能掌握实实在在的电工操作技能。因此,在电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的实践活动中,既要重视计算机模拟仿真的应用,更要重视真实的电工设备和电工器材的实践操作。
4 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的价值体现
利于学生胜任企业岗位工作能力的培养 电气科学技术的进步和企业生产设备的更新,呈现出日新月异的发展趋势,反衬出教材内容和教学设备呈现出相对滞后和更新缓慢的状况。模拟仿真能够使用真实先进设备模型,作为学习者的操控平台,利用虚拟现实技术,通过实际操作,给学习者身临其境的切身感受,使得模拟仿真教学可以及时跟进产业技术的变革和高新设备的学习,从而适应和实现“课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接”的职教新理念,以利于学生胜任企业岗位工作能力的培养。
形象直观,符合学生的认识规律 电工课程是理论和实际联系比较紧密的课程,如果理论知识与实践操作的教学同时进行,效果是最理想的。因此,在电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学过程中,学生通过模拟仿真的演示和操作,将比较抽象难懂的理论知识变得直观易学,再通过亲身实践操作,就容易理解和掌握教学内容,增强学习兴趣。从直观到抽象再回归实践的认识过程,符合学生的认识规律。
避免实践操作的盲目性 在传统教学过程中,教师讲完理论知识后才指导学生进行实践操作,如果教学班级的人数过多,教师的指导就难以顾及每一个学生。所以,很多学生在操作实训的最初阶段就感到难以下手,无所适从,甚至带有一定的盲目性。如果学生通过模拟仿真的演示和操作,就容易掌握实践操作的方法和步骤,在实践操作的过程中就容易上手,按正确的方法和步骤进行实训操作。因此,电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学,避免了学生实践操作的盲目性,提高了教学的实效性。
节约教学成本 为了培养学生的动手操作能力,学校必须购置一定数量的电气实训器材供学生实习用。但在实习过程中,由于学生对规范性操作行为的养成需要一定的时间和过程,因此,学生在实习过程中会不可避免地损坏一定的实习器材,增大学校的教学成本。计算机仿真,模拟真实环境下的电工作业,没有损坏电工器材的后顾之忧。通过电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学,学生就容易养成规范的操作习惯,损坏器材的可能性大大减小,而且也可以缓解因实习器材不足影响教学的压力。
强化技能训练,让学生掌握实际的操作技能 电工课程的模拟仿真,逼真地再现了电工技能训练的项目,对学生身临其境和亲身参与从而获得技能提升和技能养成起到潜移默化的作用。不过,模拟仿真虽然具有直观性的教学效果,毕竟它是虚拟的教学场景,与实际的真实场景还有一定的距离。要使学生掌握真实的实际操作技能,还必须对学生进行实践操作的教学,以培养学生实际操作的动手能力。模拟仿真教学是实践操作的桥梁,通过实践操作强化技能训练,让学生掌握实际的操作技能。
促进教师的专业发展 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学,对教师使用现代教育技术的能力、专业理论知识运用的能力、动手实际操作的能力、营造寓教于乐环境的能力和调控课堂秩序的能力提出更高的要求,需要教师提升自身的专业素质和教学能力,尽可能成为“双师型”专业教师。因此,通过电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的研究与应用,可以促进教师的专业发展。