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工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度,也是实现工程教育的国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。近年来,为了推进我国工程教育的改革,加强工程实践教育,提升工程教育质量,建立与注册工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系,促进我国工程教育参与国际竞争,教育部自2006年起启动了工程教育专业认证试点工作,并依“国际实质等效性”原则制定了认证标准。我校于2013年6月进行了“食品科学与工程”专业的工程教育认证,包括学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支撑条件等七个要素,涵盖国际通行的10条毕业生能力要求,如知识要求,即掌握食品科学与食品工程学科的基本理论和知识;能力要求,掌握食品原料的资源特征、储藏加工、生产管理、品质检验和安全监管等方面的基本实践技能,具有研发设计新产品、新工艺革新技术的初步能力;工程要求,受到食品科学与工程实验技能、工程实践、计算机应用以及工程设计方法等方面的基本训练;素质要求,具备人类健康与资源环境和谐发展的理念,自觉将自然生态的一般规律应用到食品资源开发、食品加工及流通等环节[2]。因此,工程教育专业认证对促进我校食品科学与工程专业的建设和发展具有积极的指导和导向性作用。食品基础实验是集食品化学、食品分析实验于一体的模块性实验课程,是食品科学与工程、食品质量与安全专业培养学生的创新思维和实践能力的重要环节。通过实验不但可以加深学生对食品化学和食品分析理论教学的理解和掌握,更能使学生熟练掌握实验原理、方法、仪器使用、结果分析等科研工作知识,从而有助于培养学生的研究能力、创新能力及解决实际问题的能力。食品化学和食品分析两门实验课程的有机结合,不但避免了实验内容的重复,节约了实验成本,而且可以增加更丰富的实验内容来培养学生的实践能力。然而,目前,在实际的实验教学过程中,由于多方面的原因,仍然普遍存在学生主动性不高、学习兴趣不浓、动手能力不强、上课依赖老师、创新能力和独立工作能力差的现象[3],针对工程教育专业认证对学生实践和创新能力培养的要求,对该课程的实验内容及教学模式进行改革是非常有必要的。
1实验教学内容优化
传统的实验内容大多数是有关食品成分分析与检验的,主要注重食品六大营养成分的测定和有害物质的检测,这些实验只能片面地培养学生的基本实验技能,而不重视对学生的主动研究开发能力的培养,实验过程的机械性重复不利于学生创造力和想象力的发挥[4]。因此,食品基础实验课题组经过讨论和查阅资料决定在保证基本实验技能的基础上,优化实验教学内容,尽量减少过于简单的成分分析实验,适当增加的探索性、设计型综合性实验的比例,调整过程中添加了诸如油炸用油氧化稳定性的影响因素的研究、蛋白质的功能性质研究、美拉德反应的影响因素研究、天然色素的提取、分离和理化性质研究、淀粉的糊化、老化、降解对食品特性的影响等实验,这些实验与传统成分检测实验最大的区别就是传统实验只要求学生测定几组实验结果,通过平均值测定出不同成分的含量,而综合性、探索性实验则注重考查学生对整个知识点的把握,从不同的角度考察影响某一指标变化的因素,使学生从机理的层面了解结果与原因之间的动态变化关系。此外,综合性实验中详细的实验设计方案由学生自己提出,同时由几个组员共同配合完成,从而培养了学生的主动性、创新性及团队合作精神。
2实验教学方法改进
以往的实验教学方法比较刻板,总是局限于固定的实验方法,实验指导教师讲授后,学生“依葫芦画瓢”动手操作,如此无法调动学生的积极性,更不能体现学生的主动性和创造性,不能满足培养工程教育专业认证所要求的食品科学专业学生的实践技能、研究开发能力以及实践创新能力。设计性综合实验具有主动性、开放性、研究性等特点,有利于将学生变为实验设计的主体,培养学生的开拓创新精神,是实验教学的最高层次,也是教学方式和方法改革的必然趋势[5]。实验指导教师按教学计划提前告知学生实验题目,并要求不同组的学生使用不同原料,安排学生利用课余时间查阅资料、根据资料设计合理的实验方案,选择实验方法,通过这种方式不仅能达到课前预习的目的,而且还能激发学生的学习兴趣,同时能够避免学生之间相互抄袭的现象。这种综合性的实验结果一般是未知的,而且实验过程中难免会遇到许多问题,因此指导教师应鼓励学生自我思考,并引导他们对出现的问题用已学的知识去解决,这样不仅可以加深学生对实验的理解,而且能提高学生自我解决问题的能力。此外,实验指导老师应重视老师与学生及学生与学生之间的交流,每次实验结束后都要组织学生对实验现象、实验结果以及实验中遇到的问题进行讨论,并把结果分析和讨论作为实验报告的重要内容,逐渐培养学生的思维能力和总结能力。
3实验考核方式改革
考核是检验学生知识掌握程度的一种重要方式,科学合理的考核方法能够正确引导和激励学生的积极性、监督和检验学生的学习效果,同时能够提高实验教学质量。食品基础实验是一门独立开设的实验课程,主要是通过实验过程加强对相关理论课知识的理解,培养学生的实践创新能力和灵活运用所学知识分析、解决实际问题的能力。因此,考核方式与一般课程有所不同,不能仅以实验报告来对学生进行评价,而应该是一个综合评定的过程,既要考查学生对知识的掌握程度,又要考核学生的动手操作能力,更应注重严谨的学风和创新精神[6]。实验课的最终成绩主要由平时成绩(70%)和最后考试成绩(30%)组成两部分。平时成绩包括出勤情况、实验预习报告、课堂回答问题、实验操作规范以及实验报告。因此,要求教师在每次实验之前对学生进行检查,实验过程中指导,实验结束时在学生的原始实验数据上签字,不仅能及时发现并纠正学生不正当的实验操作,还能检查结果的合理性,同时防止学生在写实验报告时互相抄袭、弄虚作假。此外,教师应及时评阅实验报告,重点是看实验结果和分析讨论,实验记录和实验过程中的整体印象也是评判标准之一,要求学生能够合理解释实验现象。并将评定结果反馈给学生,不但能及时解决报告中出现的问题,还能对不认真的学生起到鞭策的作用。期终考试采用设计型综合实验,全面考查学生在文献查阅、实验方案制定、实验操作规范、实验时间安排及实验报告撰写等方面的表现。这种综合考核方式,不但能够避免考核的片面性、随机性,还能真实反映学生的实验水平,激发学习兴趣,培养严谨的学风,最终达到提高教学质量的目的。
4加强实验教学管理
为达到预期效果,对实验室、教师及学生进行严格管理是非常必要的。由于学生数量大,实验课开设多,致使实验室不足、教学设备匮乏,仪器的维护和更新存在一定问题。因此,开课之前实验教辅人员应对实验仪器进行管理和维护,更新仪器设备,为学生创造一个教学资源丰富的实验环境[7]。此外,要求实验指导教师在课前必须预做实验,以便及时发现并解决实验中的问题。教师课上讲解应简短,重点突出,同时要指出注意事项,以便引起学生重视。实验过程中,教师应始终和学生在一起,及时发现并纠正学生的不当操作,解决实验中遇到的问题,检查学生实验记录。遇到异常结果时,启发学生分析原因。实验结束后,要求老师对学生的原始记录进行签字,以防学生更改实验数据。通过教师和学生的共同努力,真正作到教学相长。同时,对学生也要严格管理,实验前要有预习报告,以便使学生对实验原理、步骤和注意事项有所了解,做实验时心中有数。实验过程中要严格按规程操作,并详细记录实验现象和数据。实验结束后,数据经老师审核后方能离开。实验报告除需撰写实验原理、材料、仪器、操作步骤、数据处理及注意事项外,还应对实验结果及实验中遇到的问题进行分析、总结,以提高学生分析和解决问题的能力。综上所述,通过优化食品基础实验教学内容、改进实验教学方法、改革实验考核方式及加强对实验教学管理,使食品基础实验教学模式不断完善,并在提高食品科学专业学生的综合素质,培养工程教育专业认证所要求的食品科学专业学生的实验技能、组织协调团结协作能力以及实践创新能力等方面发挥更大作用。
参考文献
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[关键词]教学改革;CDIO;工程教育;综合素质;金工教学
[中图分类号]0642.0
[文献标识码]A
[文章编号]1005—4634(2012)04—0089—03
0 引言
作为高等工科教育工程训练的重要环节、作为重要基础课的金工系列课程,对于提高本科生的全面素质,培养高质量、高层次的工程技术人才起着其他课程不能替代的作用。
为充分调动学生积极性,改善当前机械类专业基础课程的教学效果,燕山大学机械工程学院作为全国机械工程类专业CDIO改革牵头单位在学校内启动了基于CDIO理念的本科生教学改革。作为近年来国际工程教育改革的最新成果——CDIO工程教育模式,代表构思(Conceive)、设计(De—sign)、实现(Implement)和运作(Operate),它以产品从研发到运行的生命周期为载体让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习的教育教学理念。CDIO强调个人工程能力不仅应包含个人的理论知识和专业技能,而且还应包含创新能力、终身学习能力、团队交流合作、大系统掌控等一系列能力,这与具有工程素质的机械制造人才的培养具有许多相似之处。目前国内许多高校都在学习CDIO理念,研究基于CDIO的教学模式,并根据学校各自的实际情况,探索工程教育理念的教学改革之路。为深化金工教学改革,构建具有现代工程背景的教学体系,全面加强学生素质教育成为新形势下金工教学改革的中心任务。
1 正确认识课程意义,提高课程学习兴趣
CDIO工程教育改革的三大目标之一就是把学生培养成能够掌握深厚技术基础知识的人才。《金属工艺及机制基础》是在总结长期机械制造工艺实践的基础上形成的,研究制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课,其内容涉及大量生产实践过程,其内容覆盖面广,介绍从事机械制造必不可少的知识和技能,课程涉及铸造、锻造、焊接、切削加工、特种加工的实质、特点、工艺过程和零件结构设计的工艺原则等,其应用性、实践性、综合性很强,工程特色明显,充分体现了学生分析问题解决问题的能力和利用自己掌握的知识解决工程问题的能力。《金属工艺及机制基础》课程不仅为后续专业课学习做准备,更重要的是为学生将来成为工程技术人员奠定坚实的基础。
由于课程授课时间短,只有42个学时,内容多而繁杂、广而不深,系统性差,推理性内容少、叙述性内容多,易懂难用,学生在学习时,感到头绪多、概念多,很难将各种加工方法有机的结合起来。
兴趣是学习最好的老师。教育心理学的观点认为:浓厚的学习兴趣是掌握科学知识的重要条件。兴趣是力求认识某种事物,从事某种活动的倾向。由于这种倾向,会使一个人的思想集中,自觉地去接受领会,而且还会进一步去分析判断,运用思维的能力去认识理解。
教师首先要培养和引发学生的学习兴趣,让学生认识到学习金工课的必要性。《金属工艺及机制基础》课程是机械类学生最先接触到的专业基础课程,此时学生对机械制造过程没有感性认识。在第一次授课时向学生提出汽车是如何制造出来的概念,引发学生的好奇和兴趣,然后讲解汽车主要零部件如何通过一些加工方法成形,从而让学生了解机械制造的一般过程和应用。用生动具体的实例让学生明白。作为一名未来的工程技术人员,将来从事的工作是离不开金属材料和各种热加工和冷加工方法的。如果不懂得金属材料的机械性能及常见的加工方法是不能胜任工作的。
在CDIO教育理念指导下,本课程从授课开始就引入工程实践概念,将实习工厂生产的产品和教师科研成果实例渗透到教学过程中,针对不同制造方法列举不同工程实例,增加学生对工程实践的感性认识和提升学生的知识结构。
2 根据课程特点,深化教学改革
课程改革从内容到形式都应坚持点、面结合,以培养学生发现问题和解决问题的能力为出发点,调动各种教学手段,活跃课堂气氛,增进趣味性,进而提高学生的思维能力和主动学习的积极性。
2.1 注重课程体系建设
基于CDIO的教学模式是一种注重课程之间有机联系的学习方式。在《金属工艺及机制基础》课程体系建设方面,坚持以理论知识为导向,以工程能力的培养为目标,注重理论教学与实践教学在时间和内容上有机结合,实现教学效果的提高。金工实习是《金属工艺及机制基础》课程的先修课和实践课,《金属工艺及机制基础》参与教学改革后,实践教学和理论教学安排在同一学期进行,1~5周金工实习,从第6周开始《金属工艺及机制基础》课程的教学,在理论教学之前安排金工实习,让学生首先有感性认识,便于知识的理解;在实习过程中老师针对后续授课内容让学生有重点的观察一些加工过程、加工工具、机床构造、机床运动形式,如龙门刨床、卧式镗床、立式车床等学生没有实习操作而设计授课内容的机床,为后续理论课程的教学奠定了很好的基础,避免了之前实践教学和理论教学不在同一学期而造成的学生对实践操作的遗忘。
根据《金属工艺及机制基础》课程各知识模块之间的关系,将授课内容按照“基础理论”、“加工方法”和“工艺方案”来构建,其课程体系如图1所示。
[关键词]机械控制工程基础;教学改革;工程教育专业认证;能力培养
[中图分类号]G642
[文献标志码]A
[文章编号]1008-2549(2017)05-0082-02
一、工程教育R等现び胂肿
工程教育专业认证是实现工程教育国际互认的重要途径,为了促进我国工程教育参与国际竞争,教育部自2006年起在全国实施工程教育专业认证,并在试点过程中不断修改和完善相关标准,其目标定位为“构建中国工程教育的质量监控体系,推进中国工程教育改革,进一步提高工程教育质量;建立与工程师制度相衔接的工程教育认证体系,增强工程教育人才培养对产业发展的适应性;促进中国工程教育的国际互认,提升国际竞争力”《工程教育认证指南》。工程教育专业认证要求以学生能力培养为导向,根据毕业要求中需要培养的学生能力和素质为目标,通反向设计来对课程体系、课程、评价体系等进行设计,建立制度性的质量管理体系,使得学生在课程的学习过程中,以反向设计时所确定的能力和素质培养目标为依据,通过正向实施使得学生在毕业时能获得培养目标所要求的能力,并且通过学生、用人单位、社会对培养质量的评价反馈来对培养过程中的各个环节进行持续改进,进一步提高培养质量,满足社会和企业对工程人才的需求。在工程教育的人才培养过程中,课程本身是培养学生能力的载体,学生的知识掌握、工程能力以及其他素质的培养最终需要通过课程本身的教学活动来实现。因此,面向工程教育专业认证人才培养的最终落脚点是在设计课程体系时所确定的课程,只有每门课程所承担的能力和素质培养能够达到预定目标值,学生毕业时才能达到毕业标准的要求。
二、机械类“机械控制工程控制”课程的现状以及与工程教育认证存在的差距“机械控制工程基础”是机械专业一门重要的专业基础课,该课程主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程领域中的应用。通过该课程的学习能使学生掌握机械控制工程的基础理论,培养学生的控制系统分析与设计能力,提高学生理论水平和知识运用能力,同时对培养学生的辨证思维能力,建立理论联系实际的科学观点和提高综合分析问题的能力具有重要的作用;实际上,根据工程教育认证的要求,通过本课程的学习,应达到以下教学目标,学生应做到:能将数学、自然科学、工程基础和专业知识运用到机械控制工程问题的恰当表述中;能针对机械控制系统或过程建立合适的数学或仿真模型,进行求解或分析;能识别和判断机械控制工程问题的关键环节和参数;能正确表达一个机械控制工程问题的解决方案;能根据设计需求确定设计目标;能对设计方案进行数学建模或软件仿真验证;能用科学方法深入分析机械控制工程问题,找出关键冲突;能使用现代工具描述机械控制工程问题开发、选择与使用恰当的现代工具对机械控制问题进行预测与模拟,能针对预测与模拟结果修正解决方法。根据工程教育专业认证的要求,该门课程实际上包括了学生对机械控制工程理论知识的掌握和相应工程能力的培养。
“机械控制工程基础”作为具有一定理论深度以及与工程实际紧密结合的专业基础课程有如下特点:首先,课程内容抽象、理论性强。其次,该课程章节间连贯而衔接紧密,前面章节的学习质量对后续章节的学习有着十分重要的影响;再次,该课程对其他先修课程如:高等数学、复变函数、电路原理、模拟电路以及MATLAB等数学工具软件的掌握程度要求较高。最后,该课程的研究对象为应用于工程实际的自动控制系统,与工程实际结合十分紧密。以上特点使得该课程的教学存在一定的难度。目前课程依然处于以知识体系为导向的传统教学阶段,其存在的问题主要如下。
课程现有的教学大纲与教学计划大多是根据所选用的教材和课程知识体系所需要的知识点来确定,并没有考虑教学内容、授课顺序对学生能力培养的关联度和支撑度。现有教学大纲没有将学生能力培养在课程中细化和量化,不能满足工程教育专业认证的要求。
课程的理论教学一般采用传统的课堂面授方法,授课教师与学生通过课堂讲授来完成理论知识的学习,实践教学一般是在理论课讲授结束后,通过验证性的上机实验来进行,实践教学滞后于理论教学,理论学习与实践教学脱节。实践教学虽然能为巩固学生对知识点的掌握起到一定的作用,但是对学生能力的培养效果甚微。在整个教学过程中,学生参与程度很低,还是传统的“以教师为中心”在开展教学工作。
课程的学习效果评价主要是根据出勤率、实验成绩与期末考核成绩采用简单的加权求和来对学生的学习成果进行评价,这种评价方式不科学,评价数据来源单一(缺少学生、社会、企业的评价)、没有形成性的评价,评价结果仅仅是学生对知识点掌握程度的评价,而不是培养目标所要求的能力和素质的评价。这种评价方法无法对课程本身能力培养的效果做出准确的评价,不能为教师教学提供准确、可量化的反馈数据。同时,现有的课程评估实际上依然处于“教的怎么样”的评估标准,而不是国际工程教育认证所要求的“学的怎样”的评估标准。
因此,根据工程教育专业认证“以学生为中心,教师为辅助,以能力培养为主线,以素质培养为目标”的要求,必须对课程进行教学改革。
三、工程教育专业认证背景下课程改革的措施
1.教学大纲和课程内容
根据工程教育认证的标准,课程的设计应以成果产出和能力培养导为向。根据反向设计原则,在制定培养目标后,可以确定毕业要求,进一步根据毕业要求来设计课程体系,最后来确定“机械控制工程基础”课程内容,将基本素质和专业能力的培养分解到课程单元与知识点,从而确定课程的教学大纲中的理论教学活动和实践教学活动。通过正向实施,将基本素质和能力的培养落实到相应的教学活动过程。
2.教学方法
教学可以采用项目式教学、案例式教学或与创新性研究课题相结合开展教学活动,使得理论教学和实践教学能相辅相成、相互支撑;如以某一控制工程应用实例为导向,将学生分配成组导人项目开发的各个阶段,充分将理论学习、实践教学和能力培养相结合。学生在项目式教学过程中,为了完成项目设计的任务,学生需要充分利用课外时间来完成项目设计,强调学生的自主学习能力,以充分调动学生的积极性和参与程度,并将能力培养和项目开发过程融合在一起,充分提供学生彼此之间的交流和协助。在整个课程教学的实施过程中将传统的以老师为中心的教学方式,转变为以学生为中心,教师为辅,以能力培养为主线的教学模式。
3.课程评价
把课程成果的部分评价置于学习成果的阶段性考核上,根据学生能力要求的阶段达成要求,分阶段考核阶段的学习成果,获得形成性评价。如通过阶段性的学习,将学生按组针对所学的理论知识和实践能力写出学习成果分析、交流体会与教学建议,并设定的相应的考核分数和评价基准,获得形成性评价,尽可能客观将学生充分融入到评价环节并对学习过程中的教学方法、教学方式做出不记名的评论。对学生提出的问题和建议进行分析,并加以改进。在教学过程中积累评估数据,为课程改革提供诊断和导向功能。同时,每年定期开展毕业座谈会,对毕业学生按10%的比例抽取部分毕业生分专业开展座谈会,主要针对教师教学、课程体系以及本课程对学习本专业其他课程的支持度等各个方面开展座谈,为教师和相关部门持续改进提供可靠、准确的反馈信息。同时应对通过该课程学习和考核的学生,在毕业后从事本专业的工作时,该课程是否对其相应的能力起到了支撑作用进行跟踪与反馈。学校招生就业处和院学生工作办公室可以通过用人单位反馈、校企座谈、校友会等各种途径来收集用人单位对毕业生的评价,并在此基础上进行整理、归纳和统计,对本课程所培养能力的达成度进行分析和评价。
4.持续改进
关键词:过程工程基础 项目教学法 实践
过程工程基础是电气工程及自动化的一门重要专业基础课,具有基础性、应用性、综合性强的特点。该课程涉及多学科综合技术,以自动控制原理、自动检测技术、传感器技术等基础知识为核心内容,结合信息时代特点,将数字检测、数字控制仪表与计算机控制贯穿整个课程,与工程实际结合密切,具有涉及知识面广、技术更新快、理论教学与实践教学并重等特点。传统的教学分课堂讲授和实践操作两部分,教学方法单一,理论讲授与实践操作往往在时间上存在脱节现象,教学效果不理想。目前由于专业调整人才培养计划,缩短了本课程的学时数,注重实践教学以及学生综合能力的培养,所以,通过分析传统教学存在的问题,在项目教学法思想的指引下,合理安排课程的理论与实践教学,提高学生的知识和技能,对过程工程基础课程教学进行了一系列的改革实践。
1 传统的过程工程基础课程教学存在的问题
2006年至今,笔者负责我校电气工程与自动化专业3个班级约120人的过程工程基础课程理论教学,通常安排在1~8周,每周2次课,实验课程6学时,通常安排在9~11周,由本专业的1名实验教师负责。
本课程理论知识分为4部分:过程建模、过程检测控制仪表、简单控制算法、简单过程自动控制系统,课程开展过程缺乏一些实际的工程对象实例作为主线以贯穿本课程的知识和技能。理论教学教师通常以“满堂灌”的方式讲授,单靠教师的讲述,学生难以深入理解实际对象、实际仪器仪表、实际系统运行的情况,再加上学生和教师之间缺乏必要的沟通,往往造成学生只理解部分内容,而对整个课程内容无法形成完整的知识链,难以达到预期的教学要求。目前的实践部分,由2个设计性实验和1个综合性实验组成,为了实验的顺利开展,实际上设计内容均已给定,学生只需在仿真软件上调节几个参数,观察一下运行结果;在实际对象上连接几条线,测量几个数据,就草草收工。这样的实践环节存在对实际过程认识不足,对该课程涉及的知识和实际应用难以结合的缺点,无法真正形成一体化的理论和实践教学。因此,本专业的学生普遍感觉该课程难学,学习效果不理想。
2 项目教学法
在传统的教学模式下,教学强调识记,注重学科知识的科学性与系统性。教材成为授课内容的载体,教师采用满堂灌输的方法授课,这样的教学方法难以发挥学生学习的积极主动性,难以培养出社会需求的高素质、实践能力强、具有创新能力的工程技术人才。
而作为行动导向教学法中的项目教学法,将教学内容融入到一个个具体的项目中,用实际项目进行新知识的引入。学生作为教学过程的主体直接参与项目全过程,在完成指定项目的同时,学习和应用已有的知识,在实践一线培养解决问题的能力。在项目实践过程中,理解和把握课程要求的知识和技能,体验创新的艰辛与乐趣,培养分析问题、解决问题的能力以及团队协作精神。
3 项目教学法在理论教学中的实施方法
过程工程基础是一门工程实践性很强的课程,教学过程应该让学生真正明白学习这门课究竟有什么用,学完后究竟能干些什么,因此理论教学不仅要让学生掌握所讲的内容,更重要的是要让学生了解各章节之间的联系和应用场合。为此,笔者选择了一个经典的教学项目“锅炉内胆水温控制系统的设计”为例,说明完成本项目所需要的知识与本课程所讲述内容的对应关系。图1为锅炉内胆水温控制系统的方框图。
过程控制的被控过程是指正在运行中各种各样生产工艺设备被控制的过程,本项目中的锅炉内胆水温系统就是该自动控制系统的被控过程,在过程控制系统的分析、设计、整定时都是以被控过程的数学模型为依据,它是极其重要的基础资料。因此,被控过程数学模型的建立是本门课程的重要内容,继而引出学习过程建模的方法和要点。一个系统是否正常运行,通常是以该过程的某重要变量运行值来表征,如何实现对过程变量的准确测量,及时了解工艺设备的运行状况,为自动化装置提供测量信号,取决于控制系统中测量变送器的选择和使用,在本项目的介绍中及时引入温度检测变送器相关知识概要。过程调节器通常有单元组合式、有以微处理器为核心的可编程调节器,它们根据偏差的大小及方向产生控制信号,指导执行器的开度进而使得被控参数趋近给定值,此时可简要引出简单控制算法软件实现、硬件实现,提高学生的学习兴趣。控制信号直接或间接作用于执行器,它是过程控制中的一个重要组成环节,如何选择执行器,使其工作特性与被控过程的特性相融合,达到良好的控制效果?将问题抛向学生,为他们的学习以及项目的完成提供了明确方向。
明确了本课程理论知识的模块化,在对各模块重点、难点的解析过程,时刻以项目为线,引导学生学习相关知识点,阐述项目任务,研究解决难点的方法,这些工作大大激发了学生的学习兴趣,为理论知识的学习和掌握提供了保障。
4 项目教学法在实践教学中的实施方法
由于过程工程基础是一门基础性综合课程,课程内容涉及其他专业课,在教师的引导下,学生基本具有独立完成该门课程知识学习的能力,因此基于项目教学法的教学可以大大缩短理论授课学时数,增加以学生为主体的项目实践学时数。教师只需精心选择项目,引导学生进行信息收集、方案设计与实施,甚至项目完成后的评价,通过项目的实施和任务的完成,使学生能够了解和把握项目每一环节的基本要求与整个过程的重点与难点,既掌握一般操作技能,又使相关理论知识在实践中得到拓展。
4.1 优选项目
项目是项目教学法的核心,也是教学任务的载体。项目的选择要以教学内容为依据,遵守学生学习认知规律为前提,既要与书本知识紧密结合,又要充分体现当前的工程实际情况。笔者通过对以往教学实践、企业生产实践和学生接受能力的调查研究、分析、总结,确定了一些知识综合性强、覆盖面广、理论与实践结合紧密又可实现的项目作为课程实施对象。如:锅炉内胆水温控制系统的设计、双容水箱水位控制系统设计、流量控制系统设计、温度滞后控制系统设计等。
4.2 布置项目任务
首先利用1~2次理论教学,通过项目“锅炉内胆水温控制系统的设计”的介绍,为学生引入本课程要学习的完整知识内容框架,然后布置项目任务到各个小组,每个项目按照班级人数的不同分为若干组,考虑到本专业总人数较多,每组人数定为4人左右。首先以学生为主体完成该项目所需各模块知识的学习,并且以抽签方式确定学生汇报学习的内容及分析项目任务,本过程为学生理论学习提供了明确的方向和积极的动力。
4.3 项目的实施
任务确定后,每组学生根据项目要求,明确项目要解决的关键问题,收集项目涉及的相关知识点。组内成员分工协作共同制订完成项目的方案设计、选择合适的过程建模方法、完成工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等,最终完成项目的所有要求。项目教学法的实施过程中学生边学习边设计,边设计边实践,他们主动吸收知识,主动分析和解决问题,成了教学中的主角,而教师则转换为引导者和服务者。
4.4 汇报项目实施结果
学生完成整个项目的设计后,召开项目汇报大会,每组以PPT形式汇报设计的思路、关键环节的实现方法、存在的问题和改进措施等,并当场演示自己设计的系统。然后由指导教师根据项目评分标准与细则对项目进行考核,并对每组学生在实施项目过程中存在的问题以及需要注意的事项进行点评,其他学生一起观看项目的运行结果,讨论修改方案。最后教师对本项目所涉及的关键理论知识进行深入归纳总结,并对实践中的拓展应用进行简单介绍,鼓励学生进行深入的实践应用研究。
4.5 项目执行结果评价
科学的考核方案可以调动学生的学习积极性,培养学生的自主学习能力,改善学习风气,促进教学。项目教学法注重的不是最终结果,而是完成项目的过程。为此,课程考核由三部分组成:理论知识考核占20%,项目质量考核占65%,平时成绩考核15%。其中理论知识考核采用闭卷笔试考查学生应掌握的基础知识;项目质量考核着重学生参与项目实验的过程情况,考查学生分析问题、解决问题和团结协作的能力,并且参考实验结果情况,如项目的创新性以及达到预期效果的程度等;平时成绩考核学生的考勤、课堂纪律、平时表现(积极提问、回答问题等)等。
5 结束语
基于项目的过程工程基础教学方法,突破了传统的教学模式,使学习过程成为一个人人参与的创造实践活动,学生在项目实践过程中,理解和掌握了课程要求的知识和技能,体验了实践的艰辛与乐趣,培养了分析问题和解决问题的能力以及团结协作的精神,提高了创新思维。项目教学法在实施过程中,还存在一些问题,需要我们每一位一线教学工作者进一步发现和解决。让我们一起行动起来,积极探索适合各专业课程更多更好的教学方法,切实提高教育教学水平,为中国的教育发展而努力奋斗!
参考文献
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关键词:继续教育学院;土木工程材料;教学改革
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2016)01-0036-02
继续教育学院的前身为成人教育学院,是各大学里设置的专门从事成人教育、短期培训等学历教育与非学历教育的二级教学单位。继续教育是面向学校教育之后所有社会成员特别是成人的教育活动,是终身学习体系的重要组成部分[1]。成人教育有其群体特殊性,交流中发现,好多学员对目前的教学体系提出了抱怨:想学的没学到,不想学的或者没有应用价值的常规概念却一直在重复。土木工程材料是土木工程专业的一门专业基础课,学员受众面广。课程教学内容设置、教学方法的选择及考核形式对教学效果和学员的学习积极性有着重要的影响。基于此,笔者对该课程的教学改革提出了自己的观点。
一、土木工程材料课程的特点
土木工程材料对于不同的专业方向有不同的掌握要求,其突出特点是实践性强。通常,土木工程材料课程包括理论教学和实验两部分:理论教学着重于使学生了解材料的基本性质、专业术语和基本概念;实验教学主要是通过试验让学生学会材料性能的测试方法及实验方案设计,为学生从事材料检测及新材料研发工作奠定基础。实验部分与理论知识相互呼应,“理论与实践相结合,知识与能力相结合”,才能取得良好的教学效果[2]。
二、改进土木工程材料教学的措施
(一)精选教学内容
以建筑方向为例,目前所用《土木工程材料》教材通常十五章左右,内容主要有[3]:材料的基本性质、天然石材、气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、建筑砂浆、金属材料、墙体材料、沥青与沥青混合料、防水材料、木材、高分子建筑材料、装饰材料和绝热、吸声材料等。如果每个章节都有所涉及,讲完整本教材至少需要60个学时。但继续教育学院的课程安排通常仅为30个学时,甚至更少。既要保证教学质量又想面面俱到显然是不可能的。交流中获知,任课教师在制定教学大纲时通常出现两种情况:一种是讲授范围比较宽泛,基本每章都有涉及,但讲授内容较浅显,有的章节仅停留在相关概念的认识上;另一种是压缩讲授范围,通常只讲教材的前半部分,授课相对深入。两种做法各有优劣,前者能够开阔学生视野,后者能够深入学习相关知识。基于学员群体实际情况,个人认为后者更具实际意义。如前所述,继续教育学员为成人群体,都是基于职称或专业技术需要等原因来校接受再教育。想通过继续教育提高学历获取职称的占绝大部分(90%以上)。该部分人群本就抱着混学位的思想来上课的,想通过课程授课让其专业领域开拓视野基本上等于痴人说梦。如果将授课范围压缩,授课中能够引入该群体工作中所面临的常见问题展开,无疑将极大地提高他们的学习热情,收到良好的教学效果和较高的教学评价。以2014年某班级为例,参与本课程学习的共有17人。开学之初,调查发现17位学员中有11人在土建行业一线从事专业工作,其余6人与土木专业根本不相干。了解学员情况后根据土建专业11人的专业背景,在教学中将材料的基本性质、天然石材、气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、建筑砂浆、金属材料列为教学重点,累计占用26学时(其中24学时为教材理论知识讲授,2学时用于讲授施工方案的撰写),其余章节占4学时,制订教学计划。教学中根据本人现场经验及学员工作中遇到的实际问题进行理论还原,极大地提高了学员的学习热情。相比据学员背景划分教学重点,教材改革更是值得探索的一项根本措施。教师应积极着手教材建设,根据专业方向合理选择统编教材和自编教材,跟踪最新工程技术、施工工艺及材料发展趋势,定期不定期地更新教材。教材还应以增加学生的学习兴趣和自主学习能力的培养为出发点,做到主次分明、突出重点、简明适用[4]。针对继续教育学员这一特殊群体,本人认为“土木工程材料”课程的教材改革还应做到实用至上,教材中应大量引入工程实例。
(二)运用多样化的教学手段
教学手段应用是否得当将直接影响教学效果和学生的学习兴趣。近些年,随着多媒体技术的发展和完善,大多数教师都采用多媒体教学,尤其是那些内容多、课时短的课程,多媒体教学更是备受青睐。多媒体教学确实有许多优点:运用动画使教学内容更生动形象、声图并茂,可提高学生注意力;尤其针对一些较泛、较杂的学科,可以链接更多的信息。但多媒体教学的弊端也是同样显著存在:演示代替了互动,课件“统治”了课堂,教师往往将更多的精力放在课件上,使师生难以进行情感交流;打消了教师备课的主动性和积极性,有些教师因此消极备课,认为讲课就是对着课件念,反正不会出现“挂在黑板上”的现象。这无疑将从根本上降低教学效果。目前,公认效果最好的教学手段为板书和多媒体相结合。因为它既克服了板书教学的枯燥和死板,又克服了多媒体信息量过大、学生不能及时跟进课程进度的缺点[5]。然而实践表明,采用这些教学技巧应对继续教育人员还是不够的。因为他们只关注授课内容的实用性和与其工作的相关性,除采用上述教学手段之外学员更倾向于将部分授课内容搬至现场或者实验室,即他们对现场教学更感兴趣。这就要求授课教师在上课之前了解学生的专业背景和工作情况,制订教学计划时针对性地将部分课时设置成实验课时或现场教学。这是完全能够实现的:比如,混凝土章节可取3—4学时根据学员情况可联系拌合站或施工现场或实验室进行试配,根据材料学原理解决试配过程中存在的问题并进行工作性测试与评价,而不是照本宣科。
(三)改革考核办法
同多数课程一样,目前该课程考核仍采用闭卷笔试的方式进行。这种单一的考核方式历来备受诟病。并不是学生觉得题目太难,而是因为以名词解释、填空、选择、简答、问答为主要题型的试卷闭卷考核方式,与被考核人员的工作能力、工作技能等几乎毫无关系。比如:设定情景进行混凝土配合比设计是本课程常考的重点,计算中如果某个环节出错或者某个公式没有记清楚,将直接影响计算结果,从而大幅影响考试成绩。但实际工程当中,配合比设计是由专业技术人员在规范指导下进行的,根本不存在公式记忆的问题。只要结构服役环境、强度及耐久性设计指标明确根本不会出现考试中无法进行的情况。并且工作中“填空”或“名词解释”的时候又有多少呢?实践是检验教学效果和学习效能的唯一标准。结课考查的目的是加强学生对所学课程的了解、理解、掌握和应用。土木工程材料课程的特殊性要求我们应该注重实用,注重实践。为此,该门课程可以采用开放式的考核方法,以大作业的形式进行———查阅资料进行案例分析或材料施工组织设计都是不错的选择。比如:北京国家美术馆钢筋锈蚀的原因分析,可提示大家结合美术馆所处环境特点及钢筋锈蚀产生的原因从混凝土中性化及早期混凝土配合比特点去分析解答;高速公路两侧护栏顺筋开裂的原因及预防,则要从高速公路的服役环境、高速公路冬季除冰措施及氯离子对钢筋侵蚀破坏的原理等着重分析冻融循环产生的原因及预防等等。这些开放性的题目鼓励学生查阅资料或者与他人讨论完成。这样既能理论联系实际又做到了提高学生查阅资料处理问题的能力,为其日后独立解决工程问题奠定基础。同时,这种考核方式对任课教师也提出了更高的要求,它要求任课教师必须有足够的实践经验和现场问题的积累。
(四)端正教学态度
教学态度是教师综合素质的体现,良好的教学态度是教学效果的基本保证。接受继续教育的学员都是成年人,而且部分学员在各自的领域内取得了一定的成绩。因此,课堂纪律有时难以把握。这就要求任课教师端正教学态度,以身作则。工作中既要做到善解人意又要坚定立场,坚持原则。同时,授课中应摒弃说教,多采用交流的方式进行。这样既有利于加强与学生的交流,改善教学效果,又能提高教师的威望和学校的口碑。
三、结语
继续教育是成人的再教育,是终身学习体系的重要组成部分。当今社会经济的高速发展,对继续教育提出了更高的要求,如何提高继续教育教学水平日益成为社会关注的焦点。土木工程材料作为大土木下的一门专业基础课,在继续教育中受众面广。要提高该课程的教学质量必须做到以下几点:第一,理论联系实际,结合学生专业背景划分授课班级、制定教学大纲、加强教材改革做到有的放矢;第二,多种教学手段相结合,尤其做到课堂教学和现场教学(实验教学)相结合,加强学员实际操作能力;第三,采用开放式考核办法,提高学生通过查阅资料、与专家进行技术交流等手段独立解决实际问题的能力;第四,任课教师应端正教学态度、以身作则,为继续教育工作的可持续发展做出应有贡献。
参考文献:
[1]朱淼,黄艳.新时期下高校教师继续教育模式的探讨与实践[J].继续教育研究,2014,(3).
[2]中国工程院工程教育代表团访美考察报告[J].高等工程教育研究,2002,(5).
[3]杭美艳,张黎明等.土木工程材料[M].北京:化学工业出版社,2014.
[4]万银善.高校教材建设与管理的几个问题的思考[J].科技资讯,2007,(20).