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教学中使用的教材太过陈旧,未能及时更新,让学生掌握到最先进的理论基础,学习最先进的技术。教学教材较多,没有统一的标准规范教材以供使用,各学校要结合自身的情况选择适合的教材。教材内容不系统,知识相对落后,技能讲解不到位,导致学生不能掌握最先进的知识与技术。设备不够先进。虽然国家加大了对中职教育的投资力度,但依旧不能满足新技术发展的需求。土木测量设备陈旧,还是使用传统的三仪,新兴的电子测量仪普及率低。设备的循环使用导致设备造成损坏,未能及时维修,影响了教学效果。教师自身存在问题。师资力量不足,教师队伍缺少新鲜血液,大多数老师是高校毕业,未经过实习操作,实际动手能力较差,影响了教学效果。教师的观念落后,对新知识技术的认识不足,重理论,轻实践,降低了教学效率,导致学生动手能力不足。教师对土木工作实际情况了解少,只能纸上谈兵,降低了教学质量。
2.中职土木工程测量教学改进措施
对于教学中存在的问题,要及时的解决,使用先进的教材,引进先进的仪器设备,对老师进行在职培训,提高老师的实际操作能力,促进教学质量的提高。
2.1使用与教学目标相符的教材
根据学校学科自身的特点选择适合的教材,优化教材的内容,使教学内容更加具体,更加系统。采用偏向实践的教材,进行操作技术的讲解,体现学科的实用性。教材要采用先进的传媒形式,利用多媒体教学,使教学内容更加生动,提高课堂的效率。教学内容要及时进行更新,要跟得上社会体制与信息技术的发展,增强学生对先进技术的了解。
2.2加大设备投资,加强设备的管理
学校要及时购进最先进的测量仪器,让学生掌握先进仪器的使用。添置测量仪器,保证仪器可以供学生使用,让学生掌握仪器使用的技巧。对于测量仪器数量较少的学校,要进行合理地配置,让学生可以高效的使用,锻炼学生的动手能力。定期对设备仪器进行维修,保证仪器的正常使用,提高课堂效率。
2.3提升教师的专业素质
学校要加强对老师的培训,提高教师的专业素质,弥补教师实践能力较低的不足。吸收一些具有实际经验的教师,增强教师队伍的整体素质。可以利用假期的时间,将老师分配到实际工作单位,让老师掌握最先进的操作技术。加强对外交流,安排教师到相关的院校进行学习与培训,向学生传授最先进的理论技术。教师进行教学方法的改变与创新,激发学生的创新能力,进行仪器展示与使用讲解,提高课堂效率。
2.4提高学生的实践能力
中职是一种特殊的学校,接收的学生多是初中毕业,或是初中还未毕业,是为了学习一门技术。学生的基础较差,尤其是数学上的知识,对一些函数的了解较少,在土木工程测量应用讲授时有一定的困难,要结合学生的自身特点,进行知识的讲解。教师要发挥学生的主体地位,充分调动学生的积极性,激发学生对于土木工程学习的兴趣。教学时,要注意留给学生充分的时间,老师讲授完理论知识后,让学生及时地进行练习,趁热打铁,让学生把握操作技术。
3结论
工程图学是实践性很强的课程,传统的工程图学授课注重投影理论三视图的阅读与绘制图样表达等基础知识和基本能力的传授与训练,而忽视了该课程的实训性。由于缺少真实生产环节的生产实践活动,学生对一些涉及工程实际的知识点(如金属工艺知识零部件设计及加工理论知识等)掌握不好,导致学生不能理解所标注尺寸的合理性,不懂得技术要求的填写等。因此,绘制的图纸不规范,存在较多问题。由于传统的重理论轻实践的教学模式,影响了学生工程实践能力的培养,不利于学生全面发展。而CDIO工程教育模式的改革正好可以弥补目前工程图学教育存在的不足。
二、融入CDIO教育理念的工程图学教学体系,体现做中学的实践理念
CDIO模式注重系统的能力的培养和工程素质的提高,得到了产业界的充分肯定。2005年燕山大学机械工程学院带头进行CDIO教学改革。里仁学院也紧跟步伐,根据我院的教学特色,重新审视传统的教学过程,反思其重理论轻实践的教学效果,开展了基于CDIO的工程图学教学改革,进行了一系列的探索和实践。
1.重建CDIO特色的课程体系,结合社会需求确定教学内容。图样是设计制造等各环节的重要技术资料,是工程界进行技术交流的语言,是每个工程技术人员必须掌握的基本技能。学生经过长时间的大学教育,毕业后所具备的技术知识专业能力和工程素质,要能直接拿来为企业服务,得到社会的认可。如果教学过程只是纸上谈兵的过程,学生便不能把学到的知识灵活地运用到工程实践中,不了解实践中工程技术上的设计思路零件结构的合理性实际操作的方便性图样表达和尺寸标注的完整性等。设计是为制造服务,制造是设计的后续。一个设计作品如果不能或难以制造出来,则只能是一个毫无意义的作品。因此,我们应该从工程实际出发,减少投影基础理论相贯线标准件等知识,加强工程上最常用的构型能力图样表达能力绘制和阅读工程图样的能力计算机绘图能力等教学内容,注重能力的培养,重建基于CDIO理念的与生产实际相结合的课程体系。
2.从产品设计制造出发,引入特色三级项目,融入CDIO理念。以本教学改革使用的传动器为例,在学期初便把传动器展现给学生,在学习表达方法时,让学生自主讨论设计各个零件的表达方法;在学习零件图的过程中,结合零件的实际应用,再优化各个零件的表达方案,并使标注的尺寸能够满足设计和加工工艺要求,标注出设计制造检验等方面的技术要求;在学习装配图的过程中,根据传动器的工作原理和装配关系,分析研讨装配图的表达方案,并绘制出传动器的装配图。这一过程主要由学习小组自主完成,小组代表陈述,学生集体讨论,教师给以适当的引导并做出点评。最后,完成设计说明书,并制作PPT进行答辩,由各小组组长评定打分。整个过程中,充分调动学生对工程实际的好奇心,引导学生在实践中自主学习,潜移默化地提高了自学能力。在此过程中培养学生的团队合作能力,以及学生的工程意识和对产品负责的观念,培养耐心细致严肃认真的工作作风。学生充分认识到了现在所学知识的重要性,更激发了对本学科学习的热情。
3.突出实践性,注重理论与实践的结合。工程图学是一门与工程实践紧密结合的课程,根据工程实例加工过程工艺结构等,对学生进行基本理论的讲解,培养工程素质,促进理论与实践的结合。例如,在讲解内螺纹孔的规定画法时,结合内螺纹盲孔的加工过程的动画,会激发学生的兴趣,更好地理解这些规定画法。第一步:用钻头钻孔,形成直径为0.85D的光孔,因为钻头的因素,产生1188的锥角,为作图方便,可简化画成1208,如图1图2所示;第二步:攻丝,形成大径为D的内螺纹孔,因为丝锥不能攻到底,所以需要画出0.5D的攻丝余量。结合生产实践,使学生在学习这些规定画法时,不是枯燥乏味地死记硬背,而是能更透彻地理解规定画法,从而能更好地记住和运用这些规定画法。
4.丰富教学手段,优化基于CDIO理念的教学环境。针对不同的教学内容和要求,使用黑板与多媒体相结合的教学手段。在徒手绘制典型例题的解题过程中,把教师的思维过程展示给大家,并根据学生的反馈调整教学方法与讲解进度,促进教师与学生的互动,营造活跃的学习气氛。多媒体课件的应用丰富了教学内容,并结合多媒体动画,把一些装配仿真过程等直观地展现在学生面前。充分应用模型室的实物模型,并应用计算机三维构型软件,建立虚拟模型。虚拟模型作为实物模型的补充,大大丰富了模型资源,克服了传统实物模型室时间和空间上的限制,改善了工程图学教学环境。另外,给学生观看典型零件的加工视频焊接过程视频铸造过程视频等,有助于学生开阔工程视野,优化工程图学的教学环境,保证CDIO教学理念在实际教学中的融合。
三、融入CDIO理念的工程图学教学改革效果
1.实践教学学时不足目前各高校的土木工程专业课程大多在30至48学时左右,学生在学习过程中仅仅了解土木工程的基本概念,很难形成完整的体系概念,更不用说进一步将理论知识应用于实际工程。2.学生空间想象能力弱土木工程涉及众多的结构施工图以及结构建设的概念,学生熟练阅读施工图需要一个长时间的训练过程,但是学生在大学四年里很难做到快速熟练地阅读工程结构有关的施工图,对工程结构的建设和建造等方面的概念更是只知其然不知所以然。其最根本的问题在于学生很难在有限的学习时间内做到将施工图想象成实际的结构,结构空间三维关系概念非常薄弱,严重妨碍了土木工程基本理论的学习进度。3.理论和工程实际脱节土木工程专业课程是专业性和实践性都非常强的课程,其中工程设计、工程施工、工程检测和试验等诸多方面与工程实际直接相关,但一直以来,土木工程专业课程的授课形式大多只是依据教材讲授,很容易出现“照本宣科”的现象,学生在学习过程中往往似懂非懂,甚至可能发生对一些基本概念理解错误的现象。例如很多结构的加工工艺以及施工方法,在课堂上仅凭讲述是很难做到让学生理解清晰的。4.工程实践不能同步土木工程专业课程的开展,需要配套进行详细的课程设计、试验分析和生产实习等环节,但由于课时的限制,很多课程设计只能简单地进行一些局部的结构设计。例如“钢结构”课程的课程设计只简单地进行门式钢架的设计或简支钢屋架的设计,学生通过这样简单的工程实践,很难做到在毕业时能满足社会市场对土木工程的需求。5.实践资源和资金有限由于专业的特点,土木工程专业课程的实践环节,诸如施工实践、结构检测与试验等,通常需要投入相较于其他专业更多的资金和资源,这与规模日益扩大的本科教学以及教学资源相对有限的社会现状形成突出的矛盾。因此,基于现今土木工程专业课程的教学现状,改革土木工程专业实践教学模式以适应学科的建设和发展,满足社会建设需要十分必要,非常迫切。
二、实践教学改革的思考
笔者结合一直以来的教学经验,尝试在以下方面进行探索和研究:1.实践教学拓展的研究与探索以往的实践教学,通过具体的实验、实习、设计以及工程实践等环节实现,而这些环节的最终目的都在于提高学生的专业知识学习水平和技能应用水平。基于教学时间、资金、场地和设备等限制,笔者将传统的实践教学模式进行拓展,实现虚拟实践教学和实际实践教学相结合的教学模式。通过计算机虚拟仿真技术,将工程实验、生产、施工和设计等环节制作成逼真的3D视频并建立资源库,弥补实际实践教学实践过少的缺陷,最大程度训练学生建立完整的工程结构概念。具体的工作包括工程试验仿真、工程生产仿真和工程施工仿真等。其中,工程试验仿真:将土木工程专业工程中大量的材性试验和构件试验,制作成三维动画,让学生能直观地认识工程材料性质以及构件力学特性。工程生产方法仿真:将土木工程中相关的构件或材料的生产过程、生产工艺等,结合视频录像,制作成系列专题动画,补充学生在企业单位或工地的生产实习的学习,以达到在有限学时内进行丰富的生产实践教学与学习。工程施工仿真:将土木工程项目建设施工的过程以三维动画形式呈现给学生,将“工地”搬进教室,使学生通过丰富的视频学习,认识具体的工程管理及工程施工的概念和重点。2.课程设计的研究与探索探索“以分散与集中相结合的方式”填补教学课时的不足,以“课堂与工程相结合”的方式改变传统单一的课堂教学方式,将课程设计与实践教学充分结合,探讨相关问题和措施。3.毕业设计的研究和探索毕业设计要求学生能够系统地对土木工程结构进行分析和设计,要求学生参与从工程方案规划、工程设计到绘制施工图的全过程。通过比较完整的工程结构设计训练,让学生基本具备进行工程设计的能力,有效培养学生分析问题和解决实际工程问题的综合能力。逐渐开展“小组设计模式”,通过小组协作设计,锻炼学生的团队合作协调能力,以适应社会工程建设的需求。4.工程训练的研究和探讨活跃工程训练模式,充分利用校内实习基地和校外产学合作实习基地,建立完善的工程训练教学模式。鼓励学生开展工程结构模型探讨训练,通过诸如土木工程结构设计竞赛等模式,促进学生参与工程训练的学习热情和积极性。5.实验教学的研究和探讨加强实验教学体系建设,增加实验教学的课时比例。根据人才培养要求,减少设置认知验证性实验,增加综合设计型、综合型、创新型的专业实验课,鼓励学生开展自主创新实验,着力培养学生的实践能力和创新精神。鼓励学生参与结构架构模型实验,通过亲手制作结构模型,加深对工程结构的认识,以达到创新实践能力的培养。同时鼓励学生参与诸如结构设计大赛等与土木工程专业相关的竞赛活动,促进第一课堂和第二课堂的有机结合。
三、结语
武陵山片区经济正迅猛发展,许多地方大兴土木,如修路、修房子、修桥梁等。由于地势复杂,工程浩大,许多该片区许多工程技术都需要利用实验数据做支撑。吉首大学虽然位于该片区核心位置,但由于土木专业办学较晚,起步较低,尚未形成实验教学为地方建设服务的规模和水平,促使许多工程项目负责人舍近求远,到发达地区的高水平院校进行相关实验。由于实验教学依附于理论教学体系而存在,加之课时量偏少,学生对实验教学重视程度不够,少部分学生在实验过程中敷衍了事,没有认真完成,没有达到实验目的。个别课程的实验项目验证型实验较多,综合和创新性实验项目不够。整体而言,实验教学尚未形成自己的明确风格和特色。
2.土木工程实验教学平台
土木工程属硬工科学科,必须理论联系实践,注重学生实践能力培养,增强基础实验课程和专业实验课程教学效果,构建具有前瞻性、可操作性的土木工程专业系列实验教学平台。为此,学校不断加大对土木工程实验教学平台的建设力度,至今已经投入了近一千万元。
(1)土木工程实验教学平台构成
土木工程实验教学平台的构成既要考虑到人才培养的需要,又要结合各学校实验室建设的特点科学构建。实验平台的相关实验内容要按专业需要设置将其系列化,各门课程相互融合,不断更新项目内容。我校土木工程实验教学平台包括四部分:基础实验室、专业实验室、规划与设计实验室、虚拟现实与模型制作实验室。土木工程基础实验室包括大学物理分室和基础力学实验设备。建筑面积80平方米,设备总值40万元。主要承担《大学物理》、《材料力学》等课程的实验教学。土木工程专业实验室包括建筑材料实验室、工程结构实验室、土力学实验室、检测实验室、流体力学实验室、材料力学实验室。规划与设计基础实验室包括工程制图实验室、测量实验室、计算机辅助设计实验室等。虚拟现实与模型制作实验室主要用来设计、制作、演示各类结构模型。
(2)合理分层实验教学平台
针对学生特点,我校实验教学平台分为三个层次:基础性实验平台、综合性实验平台、设计创新性实验平台。三类平台具有一定的内在联系,即由面到点,由面向全体学生到精英学生,由验证型向创新型,逐级过渡和深入。基础性实验平台面向全体土木学生。学生要完成各门课程(专业课和学科基础课)关键的单一验证型实验,如大学物理各类实验、材料力学中钢筋拉伸实验、土力学中土的含水率测定等。该类实验平台中,实验内容较浅显,实验仪器小而多,实验步骤较简单。基础性实验主要培养学生的观察力和动手操作能力,帮助加深学生对课本理论知识的理解。综合性实验平台针对部分实践能力强的学生。实施的多为选修性质的实验项目。综合性实验涉及一些大型的、功能复杂的仪器设备,需要专门的实验教师在旁边讲解和指导。综合性实验往往实验周期长,实验内容复杂,实验步骤多,需要学生付出一定的时间、体力和精力。如混凝土力学性能的测定,包含从最初的水泥性质测定(安定性、细度)、配合比的设计、混凝土人工搅拌、坍落度和扩展度的测定、试件养护到最后的抗压测定等步骤。涉及仪器众多,有水泥细度负压筛析仪、煮沸箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀值测定仪、水泥净浆搅拌机、湿气养护箱、量水器、天平等较小仪器设备,也有大型加载设备。综合性实验考验的是学生对所学知识的融会贯通能力。学生要提前预习,熟悉所有实验仪器的使用,并清楚实验全过程。设计创新性实验平台则是为学有余力且爱好钻研、动手能力强的创新性学生开放的。一般一位指导老师带3~5名学生,结合教师的科研项目或学科竞赛试题进行创新性研究。如绿色生态混凝土配合比设计,自密实混凝土,高性能生态透水混凝土,防爆抗冲击仿生混凝土材料的研发等。
(3)建立开放式、独立设置式实验教学平台
学校大力抓实验教学,成立了“实验室与设备管理中心”,专门负责全校各类实验室(包括本科生教学实验室、研究生教学实验室、学科平台实验室、科研平台实验室、大学生专业创新训练中心及重点实验室等)平台建设与管理、实验教学组织与管理、公共共享平台建设与管理、教学科研大型仪器设备管理和协助负责实验技术队伍建设与管理。近期,土木工程专业申请了一批开放式实验项目和独立设置式实验课程。开放式实验项目如纤维混凝土中不同掺量纤维对其抗压强度影响的实验、钢筋拉伸试验、AutodeskRevit软件的初阶应用、剪切模量测定实验、基于小波包方法的梁式结构损伤识别研究等;独立设置实验课程如材料力学、土木工程材料等。依托此类实验项目和课程,激发学生参与实验的热情,培养学生的动手实践能力,同时带动教师科研项目的深入研究。
3.利用现有实验平台取得的成绩
1通过对土木工程专业人才市场的供需调研
表明土木专业本科毕业生绝大多数不是从事理论研究,而是直接面向工程第一线。市场人才需求既希望有扎实的理论基础,又希望有较强的动手能力。用人单位尤其是建筑施工企业,更是需求工程技术人员要懂招投标概预算、懂工程成本核算;要懂设备安装、懂工程装饰装修;要懂项目现场管理、又要懂技术全面运用的高应用型技术人才。
2传统的本科“精英”教育模式下
“厚基础”的培养目标远不能适应当今快速增长的经济势头对应用人才的大量要求。实际上,服务地方经济的应用型人才培养更注重的是能力的培养,因此,强能力的实践教学有着不可替代的作用,对土木工程实践教学需要改革和加强。
3目前的教学体系设计和教学效果仍存在着不同程度的问题
如学生对专业基础课及专业课中理论课排课课时少、内容分量重、讲课速度快有很多的反馈意见,且考试不及格率高的现象普遍存在;理论课与实践课衔接不够、前承与后续课程衔接不紧凑;工程技术人员的基本功素质培养不到位、不扎实;课程设计与毕业设计分总关系相脱离;学生受教育的目标模糊,不明白大学四年后的自己应成为怎样的“才”。诸如此类的问题值得去探索研究解决。
二理解和把握“重基础、宽口径、强能力”的涵义
“重基础”:基础为能力发展所必需,基础指基础知识、基本理论、基本技能和基本方法。理论基础教育可确认为“够用”“会用”即可,重点应放在通过实践强化基本技能和基本方法的培养上。“宽口径”:土木工程专业的口径与行业发展相适应,“土木工程”专业兼顾与“土”有关的各类相关专业,目前,如建筑工程、公路与城市道路工程、市政工程等领域,就建筑工程专业而言,就业服务的岗位已覆盖了城乡规划、行政建设管理、建筑结构设计、工程项目管理、工程监理、工程项目招标、造价咨询以及房屋建筑、道路交通和市政工程的项目施工等。“强能力”:应坚持“地方性、应用型、工程化”,树立“重项目管理应用、强能力素质”的目标。把“不断加强教学内容和课程体系的建设改革作为强素质能力的主要教学改革手段。通过统筹设计教学活动,强化和提升学生运用知识解决实际问题的能力。把握和应用好“重基础、宽口径、强能力”三方面的尺度将是新一轮专业人才培养方案的重中之重。
三坚持“地方性、应用型、工程化”的教学实践探讨
1在人才培养方案上注重课程体系的系统性和教学内容的衔接性
土木工程专业基础课及专业课开设30多门,课程体系可细划为基本素质平台课、基础平台和应用能力平台。各课程之间有内在的衔接和规律。设计好基础平台、应用能力平台和基本素质平台各课程之间的合理的衔接,保证各平台课的实践部分的授课时数。以基础平台课服务应用能力平台课程为目的,课程内容环环相扣,逐级递进,如“三大力学”专业基础课之间的关系、“三大结构”专业课程之间的异同,结构课程与项目施工类课程在行业中的应用,课程设计与毕业设计之间的分总关系。实现科学严密的教学课程体系。
2在教学计划中对实践性较强的课程提高实践教学的课时比例和强度
逐步实现实训实践的开放。“在强能力”的模式上,提高实践教学的课时比例,解决实训(包括实习、实践、课程设计)课时偏低的问题。在教学方法上,调整重理论为重应用,如实践教学课时不低于总课时的30%。通过大量实践实训教学,提高实践能力。如《画法几何与建筑制图》课程为专业基础课,在工程素质及工程能力培养中的作用举足轻重。授课以课堂教学和制图室实训教学相结合,课堂上强调“画法几何”内容部分的语法作用,以及“工程制图”内容部分的工程图线语言的交流作用。课堂讲授借助形体模型辅助教具,教学过程直观、形象,易于理解掌握,能收到事半功倍的效果。安排制图室实训课时占到总课时数的一半以上,进行工程技术人员制图和识图能力的基本功训练。实训部分在此基础上,系内将安排识读实际工程的施工蓝图进行拓展练习,并将施工蓝图实训从课堂延伸到课外进行开放,这是建筑工程系在今后课程改革的新举措。类似的专业课《房屋建筑学》、《建筑工程施工与组织》、《建设工程概预算》、《钢筋混凝土设计原理》、《钢结构》等拟在课改中逐一探索完善。
3在“教”与“学”的过程中
让受教育者明白人才培养的目标,把毕业设计这一大学期间综合性的终端训练,提前渗透到各学年的教学阶段当中,以便更好地实现人才培养过程的瓜熟蒂落、水到渠成。把毕业设计课题选定到实际工程应用中,使学生有毕业前就业的成就感,增加毕业上岗就上手的自信心。
4在教学方法和手段上
引入“案例”———工程实例教学。结合理论教学适当引入施工现场视频、工程案例、动画和图片的多媒体教材以及国家标准、行业规范等案例资源,使学生身临其境既开阔了眼界又增长了知识。
5在实验室应用方面
沿袭传统的验证性实验内容,针对大学生对专业的兴趣,开设开放实验室,尝试改革传统实验教学的定时定点性、被动性、附属性等局限,加强土木工程专业实验教学的开放性、主动性和发展性。对大学生绘图技能和基本功的训练,我们开放了硫酸纸描图实训和CAD绘图实训;对施工组织与项目管理能力培养,我们开放了“广联达沙盘管理实训”与“广联达工程造价计价软件实训”;对岩土与地基基础有深造需求的大学生,我们开放了“西北地区特殊土研究实验室”,根据自身兴趣进行拓展和提升,初步实现分类教学、分类指导。
6在专业基础课及专业课教学中有针对性地介入工程实训
包括认识实训、观察实训、演示实训和操作实训等。充分利用榆林学院在建工程项目资源,与建筑公司建立起长期稳定的生产实训基地,与现场总工、项目经理合作组成外聘现场实训实习指导教师团,达到理论教学与实践教学相结合的目的。
7在质量保证上