1、差异化教学思想
差异化教学策略是一种先进的教学模式,为我们解决自动控制课程设计教学实践中出现的上述问题提供了有力帮助。美国著名教育学家汤姆林森指出,“差异教学方式将学生的个体差异视为教学的组成要素,教师根据学生的准备水平、学习兴趣和学习风格设计教学内容,以适应学生之间的个别差异,从而最终促进每个学生的成长与进步”。差异教学以学生个体为中心,强调人的自主性、整体性和独特性,与我国传统的因材施教教学思想有相通之处。针对自动控制课程设计教学中的问题,我们借鉴差异化教学思想,提出一种基于差异化教学策略的自动控制课程设计新模式。该模式不但使得课程设计任务和内容具有层次化差异化,满足学生个体差异发展的需要,提高学生参与课程设计的积极性和主动性;并且,结合课程设计本身的特点,我们对差异化教学策略进行拓展,采用差异化的实验对象和多样化的课程设计手段,提高学生课程设计中的独立性,增强学生理论联系实际的能力。
2、课程设计任务的差异化
在差异化教学策略的指导下,课程设计的具体任务和教学内容应该体现出明显的层次性,从而满足不同能力学生学习的需求。因此,我们把课程设计实验内容分为如下三个层次。
(1)基础型实验—主要包括实验装置的机理建模、基于实验曲线的辨识建模、装置物理模拟和控制系统构建等;
(2)综合型实验—是课程设计的主要工作,该部分内容包括Matlab控制系统工具箱的使用、PID控制器的设计、控制器参数变化与根轨迹的关系、串联校正技术、控制系统的能控能观性分析和状态反馈控制器的设计等;
(3)提高型实验—其目的在于提高学生对自动控制系统的综合研究能力,包括最小拍控制器设计、纯滞后系统构建与控制和基于观测器的状态反馈控制等。
3、课程设计实验对象的差异化
(1)不同的实验装置—在有限的实验室装置中,为每组学生随机指定不同的双容水箱装置,不同装置的物理参数有一定差别,必然会带来不同的被控对象数学模型。
(2)不同的装置参数—在同一套实验装置,为每组学生设置不同的水箱出口挡板阀开度,从而使得每组学生测试得到不同的实验对象数学模型。
(3)不同的装置工作点—要求学生设置不同的工作点,双容水箱系统本身为非线性系统,选择不同的工作点会导致不同的近似线性模型。虽然所有学生均针对双容水箱实验装置建立二阶被控系统作为实验对象,但是以上三种措施使得学生面临不同参数的二阶实验对象,做到实验对象相似而不相同。因此从根本上避免了设计方案和实验结果的雷同性,可以有效促进学生独立自主创造性的开展课程设计工作。
4、课程设计实验手段的多样化
针对学生无法有效联系控制理论与工程实际的问题,采用控制理论分析、数字仿真分析与实验测试验证多种不同实验手段相融合的课程设计模式,学生课程设计过程中做出的每条实验曲线,教师都要求其应用控制理论进行解释分析,同时通过Matlab控制系统工具箱进行仿真对照。教师在课程设计中学生发现问题时不应直接解答,而是有意识引导学生结合理论概念进行思考分析,进一步利用Matlab仿真平台验证想法,并在模拟实验箱上进行测试,从而真正独立自主的发现问题、分析问题和解决问题。最后教师针对学生的问题,帮助其总结归纳分析,提炼使用控制理论分析解决实际控制问题的思路和步骤。
5、课程设计考核方式的综合化
自动控制课程设计的考核,不但要测评学生的最终实验报告,更重要的是要考查学生的课程设计过程和平时表现。因此课程设计成绩评定过程中采用综合化考核方式,平时表现、成果检查与总结报告按照一定比例(如3:4:3)构成课程设计成绩。
二、结语
近三年来,我们将上述差异化教学策略应用于自动控制课程设计的教学实践之中。教学过程中,每组学生分配到不同编号的实验装置,每个实验装置设置不同的参数,学生任意选择工作点,每组得到不同的实验结果,这样就使得学生必须独立自主的进行课程设计。学生实验所有得到的曲线都要进行理论分析和仿真对比,尤其是对于实验结果与仿真结果差异较大的曲线,学生必须给出自己的解释。这样就使得学生必须认真对待每一个实验任务,也使得学生必须思考如何用控制理论来解释实验现象,将理论与实践相结合。教学实践的最终结果表明,这种课程设计模式很好的提高了学生的课程设计积极性,使得学生能够积极的思考如何将课堂理论与实验结果相融合。
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
4.电子技术课程设计的效果
绩效管理课程的教学目的,是使学生具有进行绩效设计、绩效实施、绩效沟通、绩效改进的基本技能,具有分析和解决组织绩效管理中存在问题的初步能力。因此,应根据课程教学目的,构建绩效管理课程的实践教学体系。结合我校2007年开始的绩效管理课程实践教学经验,绩效管理课程实践教学体系可以包括以下组成部分:
(一)案例教学。案例教学是绩效管理课堂教学普遍应用的一种教学方法。教师在课堂教学中,除了讲授绩效管理的基本知识和基本理论外,必须紧贴企业实际,使学生掌握绩效管理的基本技能和专业技能。因此,在绩效计划的编制、绩效目标和指标的设置、绩效沟通、绩效面谈、绩效总结等教学环节,都可以精选一些典型案例,采用分组讨论或情景模拟,进行案例教学。
(二)社会调查。社会调查指学生根据教学计划,事先编制企业绩效管理现状调查表,调查典型企业绩效管理的现状及存在的问题,必要时写出调查总结报告。社会调查是学生了解企业、熟悉企业的一个重要手段,在寒暑假或绩效管理课程实训、课程设计或综合实习、毕业实习等教学环节,学生都可以进行社会调查。
(三)课程实验或实训。课程实验指借助计算机模拟教学软件,安排专门的课内实验课时,学生到计算机房进行实验。实验内容包括:绩效指标及权重的设置、对员工绩效指标进行网上评价、员工绩效评分的汇总等。课程实训指学生根据指导教师的任务安排,利用企业调查资料或到网上收集相关资料,进行绩效管理的基本技能训练。如,绩效计划的编制、绩效考核表的设计、企业绩效管理制度的编制等。
(四)综合实习或专业实习。在学完人力资源管理专业的主要主干课程后,可以安排学生进行综合实习(或专业实习)。综合实习的内容除了绩效管理外,还可以包括人力资源管理的其他主要职能,如工作分析、组织设计、员工培训与开发、薪酬管理、员工劳动关系管理等。
(五)毕业实习。在学完全部理论课程后,一般在第八学期初安排学生的毕业实习。毕业实习主要是为学生就业做准备,以增强学生的实践能力和就业能力。对毕业以后有意向从事绩效管理工作的学生,可以到企业的绩效管理岗位进行顶岗实习。
(六)毕业论文。毕业论文是学生全面运用所学基本理论、专业知识和技能,对实际问题进行研究的综合性训练。毕业论文旨在检验学生的独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神。毕业论文一般在学完全部理论课程后,安排在第八学期进行。对绩效管理感兴趣的学生,可以选择先进的绩效管理工具应用、绩效管理系统、绩效管理过程、绩效管理创新等方面的课题进行研究。
二、绩效管理课程实践教学体系实施
绩效管理课程实践教学体系构建完成以后,学校应结合自身实际,制定适合的管理制度和规定,精心组织,严格实施,发现问题,不断改进。下面以绩效管理课程设计为例,其实施要点如下:
(一)编制相关的管理制度和规定。如编制绩效管理课程设计大纲,内容可包括:课程设计的性质、目的和任务,课程设计的基本理论,程序与要求,主要内容提要,考核方式与评分标准,配套教材等。
(二)制定课程设计工作计划,下达课程设计任务书。课程设计组组长根据课程设计大纲编制课程设计的工作计划,内容可包括:教学目的和要求,选题程序和题目拟定,时间和场地安排,指导教师和学生分组名单,考核方式和成绩评定办法,纪律和保障措施,课程设计工作计划表等。指导教师应根据课程设计的工作计划,编制课程设计任务书,内容可包括:课程设计的目的、课程设计的背景资料、课程设计的主要内容、任务分工、课程设计的基本要求等。较好的做法是以一个典型企业为背景,10~20个学生为一组,包括以下设计内容:确定企业使命、愿景、价值观和战略,企业各岗位说明书的编制,企业绩效管理制度的编制,企业各岗位绩效管理表格(如绩效考核表)的编制。
(三)学生按要求进行课程设计。一般做法是:先到典型企业进行实地调查,收集原始数据和资料;再根据任务书的要求完成课程设计任务;最后完成课程设计报告。在课程设计的过程中,指导教师应全过程对学生进行辅导和答疑。
(四)课程设计总结。在学生完成课程设计后,指导组组长应负责召开学生座谈会,对课程设计进行总结,并根据存在的问题,制定针对性的措施。
三、绩效管理课程实践教学体系改进
在构建、实施绩效管理课程实践教学体系以后,必须对实践教学体系定期进行检查和总结,发现问题,不断改进,形成持续改进的动态循环。根据目前绩效管理课程实践教学存在的问题,可采取以下改进措施:
(一)重视绩效管理课程的实践教学,构建比较完善的实践教学体系。学校应根据自身实际,合理安排绩效管理课程的实践教学。如设置1~2周的绩效管理课程设计或6~10课时的课程实训。有条件的学校,可开发或购买绩效管理模拟教学软件,安排6~10课时的课程实验。在学生进行综合实习或毕业实习阶段,可安排学生到企业人力资源部的绩效管理岗位进行对口或顶岗实习。
(二)重视绩效管理课程教师的培养,提高教师的实践能力。绩效管理课程是一门实践性较强的课程。可以采取教师进修,为企业提供绩效管理咨询服务,到企业人力部门兼职等办法,提高教师的实践能力和教学水平。
(三)对实践教学环节进行严格管理,提高实践教学效果。首先,实践指导教师要根据实践教学大纲的要求,对学生进行严格管理。如加强学生的纪律教育,鼓励学生积极参加教学实践、勇于创新,要求学生填写实践教学日记并认真总结;其次,学校各级教学单位应定期对实践教学环节进行检查和监控。如,在综合实习过程中和实习结束后,召开学生座谈会,听取学生对实习的看法和建议,或到实习单位了解学生的实习表现和实习效果。也可设计一些评价指标(如实习内容、实习方式、实习地选择、实习单位管理等指标),对综合实习的教学效果进行综合评价。总之,人力资源管理本科专业绩效管理课程的实践教学改革,必须以社会需求为导向,根据人才培养目标,构建适合的实践教学体系,并且持续不断地有效运行,以提高学生的实践能力和就业能力。
关键词:微机原理;课程设计;教学方法;考核体系
课程设计是一种课程形式,也是一种教学方法[1],其基本教学目的是加深学生对课程基础理论和基本知识的理解与掌握,培养学生综合运用基础理论和技能分析与解决实际问题的实践能力以及勇于探索的创新精神。微型计算机原理与接口技术是计算机硬件基础的重要组成部分,是高等学校很多专业都开设的一门基础性课程,也是一门应用性、实践性很强的课程。由于其开设量大,受益面广,国内高校都加强了该课程的建设,深化课程改革。一方面,缩短了课堂授课学时,加大实验学时,特别是加大课程设计学时;另一方面,加大课程设计的改革力度,不断更新设计内容,改革教学方法和考核方法,突出学生的自主性、主动性,激发学生的创新意识,注重学生设计能力的培养和工程能力的训练[2]。
天津大学电气与自动化工程学院开设的微机原理课程设计,基于多个围绕微机原理课程设计的天津大学教改课题的实践成果,结合学科前沿和工程实际,创新微机原理课程设计平台,不断优化和更新设计内容。结合学生特点和兴趣,注重引导、激发学生的创造激情和对知识的渴望,创新教学方法和手段。并且将创新性与工程规范纳入考核体系,改革考核和成绩评定方法,引导学生从注重结果转变到注重过程,从注重成绩转变到注重成效。
一、创新微机原理课程设计平台与内容
1.微机接口实验系统综合设计项目开发
基于“通用微机接口实验系统”,利用实验系统的外扩展接口,开发利用各种外扩展板,构建多种新的微机接口综合设计系统。主要包括以下几个方面:
(1)开发了GPS(全球定位系统)导航系统扩展实验板[3],并与“通用微机接口实验系统”系统连接,以及与液晶显示系统或LED键盘控制实验板互联,构成全新的综合设计实验系统。设计并开设基于导航系统实验扩展板的综合设计性实验,与学科前沿相结合,增加了设计深度与广度,丰富了实验教学内容。
(2)实现了“通用微机接口实验系统”与LCD(液晶显示系统)连接[4]。新的实验系统可完成主要内容包括各种字符与图形的编程与显示、薄膜按键开关实验等。实验系统还可与电机等执行元件相连,通过编程在液晶显示器上显示输入输出及控制和执行信息等综合设计性实验内容。
(3)实现了“通用微机接口实验系统”与LED(发光二极管)键盘控制实验板的连接[5]。该实验系统通过8279芯片等的应用完成了综合设计性实验题目的开发,主要包括总线控制以及对控制对象进行显示、管理和操作,使课程设计内容更符合电气与自动化专业对控制技术的要求。
(4)学生自主进行创新设计。实验室提供红外收发、温湿度或压力传感器等实验扩展板及相关技术资料,在课程设计中学生利用实验室的各种设备与“通用微机接口实验系统”相结合,自定课题进行创新设计与实践。
2.微机接口实验系统综合设计性实验应用
拓展设计内容,更新设计项目,做好设计实验之间的科学衔接,使学生在课堂上更多地接触前沿技术,为他们未来接触工程实际奠定良好的基础。注意将本课程所学知识与“电子技术”、“自动控制原理”、“检测技术”和“机器人学”等相关课程内容融会贯通,提高学生综合运用和工程应用能力。
(1)课程设计内容的设立。根据微机原理课程设计的要求,不断进行实验系统选题的设计与开发,精心设计课程设计内容,注重先进性和开放性,并与学科的前沿技术相结合,在课程设计的综合性、设计性环节给予学生更多的选择。设计课题包括基础性选题和扩展性选题两部分。
基础性选题主要包括:自定义字符显示编程,汉字字符显示编程,图形显示编程,特效显示编程,总线控制LED显示实验,微机接口、键盘、LED综合实验,GPS通讯实验,GPS编程实验,GPS手持机实验,各种外扩展板设计实验。这些设计内容与微机接口技术紧密相关,并具有一定的深度与广度,同学们通过硬件连接、软件设计,软硬件调试完成集采集、显示、存储等功能于一体的设计内容。
同时,我们还给出了多个综合设计性扩展选题。此类选题没有固定的要求,只是给出一些提示,学生可以根据自己的设想进行硬件选择、软件设计,达到自己的设计目标。极大地发挥了学生的主观能动性和创新性。
(2)课程设计教程的编写。微机原理课程设计综合设计性选题的主要知识点依托微机原理接口技术并结合与之相关的学科前沿。为此,根据课程设计要求,编写了相关的设计教程,提供参考文献与网站,使学生在实验前对相关的扩展知识有个初步了解。根据历届学生的具体情况,教师不断总结实践教学经验,逐步完善指导书的编写,使之更适应于学生的实践与创新。在指导书编写中按知识点模块化编写,设计实验内容从易到难编排,每个设计实验都给出了预习要求和达到目标。对于创新性设计实验我们给出一部分选题,同时鼓励同学们结合系统,将扩展板进行多种组合,自己设计课题,进行实践创新。
二、探索新的实践教学方法和手段
1.加强引导与鼓励,激发学生的创造激情和对知识的渴望
在微机原理课程设计教学实践中,首先了解不同学生的特点和学习兴趣,在此基础上有针对性地指导学生选题及团队组合。在设计过程中,鼓励学生独立思考,通过网络、图书馆、资料室等各种渠道进行信息检索和资料查询。教师在指导实验时,从实践应用的角度出发去引导学生的设计方法和技术路线,注重培养学生发现问题、思考问题及解决问题的方法和思路以及创新意识。
教师在课堂上注重学生课程设计过程,鼓励学生以灵活多样的方式和不同的角度完成自己的选题,激发学生的创造激情和对知识的渴望,促使学生从“要我学、要我做”转变为“我要学、我要做”。
2.改革课程设计考核和成绩评定方法
在课程设计的考核中将创新性与工程规范纳入考核体系。指导教师从出勤次数、软硬件设计、上机调试、预习(第一次实验时检查流程图、源程序)与总结报告、创新性等方面对学生进行综合考评。在课程设计的考核与评定过程中细化了预习、设计、创新、实验报告完成各个步骤的考核标准。课程设计过程中为每位同学建立考核表格,其中题目1是基础性选题,题目2是自选的综合设计性扩展选题。按照考核指标体系,在课程设计过程中同步给出各环节考核成绩,做到公平公正,激励学生更好地完成课程设计内容,更多地进行创新性设计。
三、教学效果
2006年以来,我们不断创新微机原理课程设计硬件平台,不断扩展和更新设计内容,边实践、边改革。目前已在电气与自动化工程学院自动化专业和电气自动化专业6届学生(平均每届学生12个班、380人)中进行了教学实践,取得了良好的教学成果。
微机原理课程设计教学过程中,学生付出了很大努力,他们要自学相关知识,查阅资料,进行实验设计、流程设计,搭建硬件平台;并通过软件设计、软硬件调试,完成整个设计,写出设计说明书和总结报告。大部分学生对扩展性选题具有极大兴趣,有学生选用导航扩展板实验系统,通过自学相关知识,实现了GPS地理信息的采集、显示、存储,取得了满意的效果;还有学生偏重理论研究,例如08级的同学在80X86平台上完成了FFT(快速傅里叶变换)的汇编实现,具有较强的理论价值,能在本科阶段做出这样的课程设计成果,得到了师生的广泛好评。
参考文献:
[1] 曾开富,王孙愚. “工程创新人才”培养模式的大胆探索[J]. 高等工程教育研究,2011(5):20-31.
[2] 刘艳莉,孙雨耕,葛宝臻等. 符合工程专业人才培养模式实验教学体系的构建[J]. 中国大学教学,2010(4):75-77.
[3] 金文,陈曦等. “微机原理与接口技术”综合设计性实验的研究与探索——GPS导航实验板的开发与应用[J]. 实验技术与管理,2011(10):151-152.
[4] 金文,陈曦,张惠群. 液晶显示模块用于“微机接口技术”实验的教学研究[J]. 实验研究与探索,2007(9):60-61.
摘要:化工原理课程设计是与化工原理课程相配套的一个必修的实践性教学环节。文章从理论学习、实验设计、设备选型、工程设计、创新能力的培养等4个方面 总结 了化工原理课程设计在提升化工原理教学质量中的作用。
化工原理主要介绍化工生产过程中的动量、热量和质量传递理论(三传理论)以及常用单元操作中典型设备的工作原理、基本结构及设计 计算 等知识ti.-i,教学内容中包含大量理论公式的推导和经验公式的运用。化工原理课程设计是学生在学完化工原理课程的相应教学内容后所安排的教学环节,不仅与化工原理课程的内容紧密相连,还要运用计算机编程.autoc ad机械制图、化工仪表自动化及操作控制、化_l设备机械基础、化工制图等先修课程的知识,是一项综合性实践训练阴。该教学环节主要培养和锻炼学生以下3个方面的能力和素质:(1)系统训练学生的基本计算技能和 文献 资料利用能力,逐步培养其工程意识;(2)培养学生综合运用所学知识解决二(.程实际问题的能力;(3)塑造学生良好的设计理念。
在完成课程设计的过程中,学生需掌握厂程技术人员所必需具备的基本技能和工程素质,比如工具书、国家标准和规范的使用,经验公式和经验数据的选择,专业文献资料的查阅、设计成果的分析判断等等,因此课程设计可培养学生对综合知识的运用能力和对_l程问题的解决能力,是对学生的一次综合训练,也是对所学专业基础知识的一次总结,更是对化工原理和化工设备课程教学效果的一次检验。本文主要通过以下4个方面总结了课程设计在提升化工原理教学质量中的作用。
1 加深学生对“三传理论”和单元操作的理解
动量、热量和质量传递理论(三传理论)以及常用单元操作是化工原理的主要教学内容,虽然在平时的课堂教学中可通过多媒体教学、动画演示、课堂实验、课后练习、练习辅导等方面增强学生对化工原理基本理论和基本操作的感性认识和理解,但由于课堂教学的内容多,理论知识比较抽象,学习任务较繁重,学生自觉完成课程学习的动力明显不足,教学效果差强人意。课程设计要求学生在指定的时间内完成一个单元操作的设计,愁一个设计任务一般均涉及物料衡算、热.衡算、相平衡关系、传热传质速率关系等典型单元操作的基本内容,经历流程设计到!几艺设计计算、主体设备结构设计和附属装置的选用等过程,因此学生在具体设计中必须全而理解和应用“三传理论”,并选用合适的单元操作过程。过程必然影响结果,课程设计作为一个教学环节在实践中有效地督导学生加强对理论学习内容的消化,从而加深学生对理论知识的理解。
2培养实验设计和设备选型能力
实验设计能力和设备选型能力的培养是化工原理课程教学的基本目标之一。学习化工原理课程时,通过讲解、动画演示和参观等教学手段,学生熟悉了常用设备的基本操作规程,但大部分同学的实验设计能力和设备选型能力较差。为解决这一问题,在确定课程设计内容时,有针对性地选用部分化工原理中常用的单元操作,给学生下达一个明确的任务,让学生围绕任务所确定的主题在指定时间内完成具体的设计_l作。如,为加强学生对干燥单元操作的理解,可要求学生设计一套离心喷雾干燥塔或设计气流干燥器。课程设计的内容要求涵盖一个完整的工段,为此学生需完成不同艺的方一案选择、设备选型论证、工艺计算,并根据计算与生产经验进行主体设备结构设计,然后确定设备总体尺寸、管口尺寸与方位,还要求进行辅助设备选型与计算,最后绘制主体设备图及带控制点的工艺流程图。过程训练效果表明,学生的实验设计和设备选型能力得到了有效的培养。
3提高工程设计能力
化工原理课程设计是为培养学生设计能力设置的一个教学实践环节,也是使学生完成从理论知识到实际应用的重要一环。每一个设计任务均涉及相应单元操作的基本理论,并经历流程设计到艺设计计算、主体设备结构设计和附属装置的选用等过程。由于安排课程设计中只有任务而没有参数和条件限制,学生在设计过程中可根据自己的兴趣和知识背景选择设计线路,设定和收集操作参数,完成具体的设计工作:
经济 效益是判断设计质量的重要指标,其中设备建设费和使用操作费是其中的关键,而设备费和操作费的综合考虑也是贯穿于化原理课堂教学中的一个重要问题。比如,精馏操作是化_工生产中常用的单元操作,其中物料的回流比是一个非常关键的操作参数c合理的物料回流比应使操作费用和设备折旧费用之和最低在该单元操作中,操作费用主要取决干再沸器中加热蒸汽消耗量及冷凝器中冷却水的消耗量,随着回流比的增大而增大。设备折旧费主要取决于精馏塔中再沸器、冷凝器等设备的投资费,一般随着回流比的增大而降低。为此,在设计过程中必须综合考虑设备折旧费和操作费的关系。通过课程设计的训练,学生不仅进一步提高了公式应用和数据运算能力,同时学会了主动寻求解决实际问题的方法,缩短了理论与实践的距离,也体会到理论在解决实际问题中的重要作用,提高了理论课程的教学质量。
4培养创新能力
在完成化工原理理论课和实验课的同时,为了满足部分学有余力,且对化工原理问题确有兴趣的学生的学习需要,教学小组创造条件为其提供进一步学习的平台,即结合科研任务的需要设计一定数量的课程设计题目,鼓励学生以小组的形式参与。在设计过程中严格坚持“以课题研究为平台,以创新为目标”的原则,有效地将课程设计、课程教学与科研有机地结合起来。在完成工艺设计 计算 之后、整理设计说明书之前,要求全体课题组进行交流和 总结 ,即每个设计课题组里选派1-2名学生代表,将本组设计情况在交流会_[向全体同学和指导老师进行汇报。交流时要求主讲人用图表、数据、结论等工程术语表达自己的设计,并在规定时间内着重讲解自己设计的特点,对设计结果进行技术经济分析,突出自己的创造性。交流过程中,指导老师也主动指点设计要领,并对进行设计进行合理评价。这样的师生互动使学生的收获不仅局限于自己所做的课题,对其它设计课题也有一定程度的了解,更有效地开拓了学生的设计思路。
5教学效果
关键词:课程设计;计算机实验教材;教材建设
中图分类号:G642 文献标识码:B
文章编号:1672-5913(2007)14-0083-03
1引言
高等学校的实践教学一般包括课程实验、综合性设计、课外科技活动、社会实践、毕业设计等。课程实践(含课程实验和综合性设计)是大学教育中最重要也是最基础的实践环节,直接影响后继课程的学习以及后继实践的开展质量。课程设计是属于第一个层次的综合性设计实践教学。
根据国家教育部教学指导委员会[1]以及浙江省计算机教学指导委员会 [2]的调查,目前“计算机科学与技术”专业的开设数居全国专业点数之首,其中有很大部分为最近十年内开设的。这一方面反映了高等教育对国家信息化建设浪潮的积极响应,另一方面也反映了许多学校专业建设的经验不足。一些专业师资队伍薄弱,一些学生在校期间没有得到足够的、比较综合或系统的训练。根据浙江省计算机教学指导委员会的调查,浙江省高校计算机专业实践环节的学分差距较大,一般在16~30学分之间;一般学校安排的课程设计为5门左右,多的学校有7门,少的只有2门。因此,目前各高校对课程设计环节的理解与实施的力度存在差距,其效果也有很大的差别;一些学校课程设计的工作量与深度不够。
课程设计是提高学生实践能力与综合素质的重要与可行的手段。课程设计的内容建设与实施对教师的业务水平有较高的要求;一些师资队伍和学生基础相对薄弱的高校,实施高质量的课程设计确实存在较大的难度。因此,加强课程设计内容的研究与相应教材建设是十分必要的。教材是教学经验和成果的凝固。通过总结课程设计实施经验比较丰富的教师的成果,形成教材,必将有助于推动高质量课程设计在各高校中的开展,为提高计算机专业人才培养整体质量作出贡献。
2计算机实验教材出版状况
鉴于学生实践能力的培养引起了越来越广泛的重视,国内各大出版社纷纷开始重视实验教材的建设。目前实验教材基本上分以下两类:(1)课程基本实验教材,以课程基本实验为主,包含一部分设计实验,这是目前实验教材的主体;(2)课程设计实验教材,以综合性、设计型实验为主。
近年来,虽然出版的实验教材数量有所上升,但整体比重还是比较低。例如,作者对国内某大出版社公布的计算机类教材清单进行了统计分析:在570本左右的教材中,实验教材共73本,占总数的12.8%;而这些实验教材基本上以大学计算机基础和程序设计类课程(包括数据库程序设计)的实验教材为主,其中大学计算机基础课程实验教材占实验教材总数的34%,程序设计类课程实验教材占实验教材总数的44%,其他所有课程的实验教材只占22%。从各类别教材中实验教材的比例上看,在大学计算机基础课程教材中实验教材占30%,在程序设计类教材中实验教材占31%,而其他类课程实验教材的比例仅占4.2%。可见,目前已出版的实验教材主要集中在大学计算机基础、程序设计这类计算机基础课程上,专业课程实验教材非常少,而综合性设计(课程设计)的实验教材更是非常缺乏。
从我们已经了解到的已出版的一些课程设计系列教材的情况看:
(1) 不同出版社计算机专业课程设计系列教材的侧重点和风格不同,各有特色。但整体上来说,这些系列教材基本上都比较注重市场应用性广的技术,专业覆盖面和系统性都还不够。已出版的课程设计教材主要也集中在程序设计、实用技术等方面。
(2) 不少教材的实验案例偏重课程知识与相关技术的巩固、掌握以及应用,而对系统分析与设计能力以及工程化方法方面的训练份量还不够。
因此,建设专业覆盖面广、体现综合性设计和工程化方法的课程设计实验教材是非常有必要的。
3计算机课程设计教材建设要点
课程设计是计算机及相关专业的主要实践性教学环节之一。好的课程设计应该围绕着一门或几门主要专业基础课或专业课,以培养学生系统设计与分析能力为目标,通过团队式合作、研究式分析、工程化设计完成较大型的系统或软件的设计题目。课程设计不应仅仅围绕着巩固、提高和融合所学的专业课程知识,更重要的是应该注重培养学生多方面的能力,如综合设计能力、动手能力、文献检索能力、团队合作、工程化能力、研究性学习能力、创新能力等。
因此,课程设计教材的建设应该紧紧围绕着以上目标进行,突出以下特点:
(1) 系统性。课程设计适用于计算机专业绝大多数专业基础与专业课程;学生系统分析与设计能力、工程实践能力的培养是长期、系统的过程。为了加强学生实践能力,课程设计教材最好能形成系统性,涉及专业主要课程,以给学生不同角度、不同层次、持续的实践训练。
(2) 典型性。课程设计中的案例应该围绕相关课程的主要知识与技术,具有典型的代表意义,这样有利于学生更深入地巩固与掌握相关课程的主要知识。
(3) 工程性。目前,计算机软硬系统的设计与开发基本上都需要应用工程化方法、进行团队式合作。因此,课程设计作为实践能力训练的重要阶段,也应该体现和突出工程化方法和团队合作意识。
(4) 探索性。课程设计不同于一般课程实验的主要表现点之一是:希望学生能围绕课程设计目标,通过查找与分析有关参考资料,进行探究式的学习,激发创造的意识和能力。所以,在案例分析与练习方面,不应该只是“手把手”地教,更应该留有进一步发挥与想象的余地。
(5) 可仿性。课程设计一般通过案例分析引导学生进行进一步的课题设计,因此这些案例本身应该具有可再现性,即学生通过教材的案例分析可以自己设计实现相应案例;另外,学生也可以在案例基础上进一步扩展和创新。
(6) 层次性。近几年来,越来越多、不同层次的学校在计算机专业中开始实施课程设计。由于不同学校学生层次的差异比较大,建议在课程设计的题目上有一定的训练梯度,尽量能使不同水平的学生都能从中受益,既有详尽的指导,也有适当的提示。
4浙江大学计算机专业课程设计实验教材
浙江大学计算机学院在专业课程中实施课程设计已有10多年的历史,积累了丰富的经验和资料。目前,学院80%以上的专业骨干课程要求学生必须完成相应的综合实验,其中大多数是以团队合作方式完成。
为全面总结专业课程设计的建设经验,推广建设成果,该学院特别组织相关课程的骨干任课教师编写了一部以课程设计内容为主的“高等院校计算机专业课程综合实验系列规划教材”,并将于2007年下半年由浙江大学出版社陆续出版。
该系列教材的作者们不仅具有丰富的教学经验而且还具有丰富的科研经验,是浙江大学计算机科学与技术学院和软件学院的教学核心力量。这只队伍目前已经获得了两门国家精品课程(C语言程序设计基础及实验、操作系统)以及四门省部级精品课程,出版了几十部教材。系列教材涵盖了绝大部分专业必修课程和部分选修课程,是一部比较完整的专业课程设计系列教材,也是国内首部由研究型大学计算机学科独立组织编写的专业课程设计系列教材。
关键词:实践教学;C语言程序设计;改革
中图分类号:TP312.1-4;G642
C语言程序设计课程在高校计算机类专业都有不同程度的开设,它是计算机类专业一门重要的专业课程,也是学生能否进入程序设计大门的开篇启蒙课。C语言是一门实践性非常强的课程,要求学生不仅实现程序设计的思维训练,更能够熟练运用C语言编写和开发出各类应用程序。因此,在C语言程序设计课程教学中,需要更多的实践环节加入整个教学环节,并进行统筹的设计和实施。为此,我们对该课程的实践教学体系重新进行了设计,依据整体设计调整了教学内容和实践教学方法,从而全面提高学生利用C语言来进行分析问题、编写程序和调试程序的能力。
1 课程实践教学设计
C语言程序设计课程开设时间为大一第一学期,是学生学习程序设计的开篇课程,学生的计算机基础参差不齐,而且学生的逻辑思维能力尚未建立。为此,我们确定了本课程的实践教学目标,课程的实践教学目标定位在培养学生计算机逻辑思维能力、程序设计逻辑能力,掌握程序设计语言解决常用问题的方法运用能力,并养成良好严谨的程序设计规范,也为了各专业开设的后续课程的深入学习奠定良好基础。
按照课程实践教学目标要求,我们对整个课程实践教学进行统筹设计,具体包含有三个层次:分别为实验教学、兴趣小组和课程设计教学。三个层次随着时间依次递进推进,相互包容,形成一个在时间和内容上立体的教学体系。
(1)实验教学。实验教学是在课程教学中主要的实践教学环节,依据学生接受能力及基础程度,将课程实验内容划分为基础知识验证型实验、基础应用型实验,综合应用型实验、创新设计型实验四类。
基础知识验证型主要着手解决基础相对较差的学生,让其能够有个平滑地过渡,同时让学生打好逻辑思维的设计基础;
基础应用型实验内容让要体现梯度层次,满足不同层次的学生为原则,增加一些趣味性、实用性较强的实验,锻炼学生对知识点的理解和运用能力;
综合应用型实验是针对多个互联知识点的综合运用及训练,培养学生解决复杂问题的能力,主要采用1-2个完整项目分解,迭代逐步实现的方式来实施;
创新设计型实验主要是培养知识内容的综合运用能力,内容采用教师提供项目需求,学生自足选题或自行选题的方式,分阶段提交并演示程序设计成果,最终完成整个实验项目内容。
(2)课外兴趣小组辅助教学。课堂实验缺乏时间和内容的广度,为了弥补这一不足,激发学生学习学习C语言程序设计的兴趣,也为了提升课程的课下环节的充实性,我们对所有学生进行了基础知识的摸底,根据不同层次,按照C语言的主要应用,组建了C语言不同应用方向的课外兴趣小组。学生按照每个人的兴趣爱好,选择相应用方向,自发组建小组,每个小组推选组长,制定出学习计划和学结汇报等可执行方案。任课教师向每组成员提供部分的案例和参考资料,并同步地组织小组总结汇报及指导,让学生依托兴趣将每个人的程序设计能力和潜力充分调动和发挥出来。
(3)课程设计的教学提升。有了课堂、课下的实践教学的相互补充和推进,在学期的后半段,我们将C语言程序设计的课程设计任务提前一个月下达,由于课程设计是整个课程知识掌握的汇聚与提炼,是培养学生工程设计能力的重要手段,更是全面提升学生团队合作,来进行分析问题、解决问题综合能力锻炼的很好地平台。C语言程序设计的课程设计内容一般为独立完成一个完整的应用系统为目标,自发组队,随机分配题目,采用课下分散实践,课上集中辅导及考核的方式实施。
2 实验教学改革实施
2.1 实验教学方法改革
通过分析现有C语言程序设计课程内容,我们改进和简化了现有实验教学方式,整个过程中我们一直采用两个原则作为实验教学方法主线。
(1)实验内容采用案例教学。基础实验性采用独立的案例教学,比如,三种程序设计结构的实验内容,即采用了九九乘法表的实现,从顺序结构实现一行“*”;再加入选择判断处理换行;再使用循环结构实现九行“*”;最后启发学生如何实现“*”转化为数值、如何调整循环控制参数调整变化为三角形形状。通过这种熟知的案例,将基础实验生动起来,从而解决学生程序设计逻辑思维的锻炼。
综合性应用实验采用迭代式的案例教学,将教学项目按照功能和知识点进行依次分解到每次实验内,让学生能够从浅入深、分阶段地逐步完成一个完整案例,并同步掌握了完整应用的实现过程。例如,在教学中,教师采用学生成绩管理系统、扑克牌魔术系列游戏的实际、趣味案例进行实验教学的迭代教学,在每次实验中,不仅功能模块迭代实现,功能的实现知识点也采用迭代实现。
(2)任务驱动方式教学。每次实验,均采用任务驱动式教学,首先教师发放任务需求,并讲解任务实现所需关键知识;然后,要求学生按照标准的开发规范进行实现,规定时间提交任务清单及源码。从而,让学生逐步规范开发流程,并能够整体把握程序设计的关键技术和实现流程,同时通过实时调试,达到综合编程能力的教学目的。
应用举例,以学生成绩管理系统为项目总体任务,在学习控制语句时,下达第一次任务:使用printf、scanf实现学生基本信息的输入输出;在学习C语言基本控制结构后,下达新的任务:利用循环、选择语句编写本系统的登录验证程序和实现一个主菜单程序;在学习C语言数组后,实现学生的成绩录入、查询及修改和删除等基本操作;在学习C语言函数后,重新组织以上实现的程序代码,以函数的方式将各个子功能和主程序功能利用函数调用贯穿起来;在学习指针链表后,任务改为利用单链表动态管理系统的各项功能;最后在文件学习后,要求整个系统必须利用文件操作来实现系统的各项操作的存储化。
2.2 实验教学内容
依据实践教学目标,C语言程序设计实验教学内容按照以下5个不同的知识角度进行了设置。
(1)基础实验。基础实验项目共5个,各安排2学时。分别为运算符与表达式的使用、顺序结构设计、选择结构设计、循环结构设计及数组应用实验项目,通过基础实验的实践,学生能够掌握C语言程序设计的基本语法,能够熟练运用程序设计控制结构,能够掌握各种数据类型的组织和应用。
(2)复杂数据类型实验。该类实验旨在让学生逐渐理解掌握c语言处理复杂数据的几种形式,学会其数据类型的应用和区别。共设置了4个实验项目,各安排2学时。分别为数组应用2个,结构体应用2个。
(3)程序结构组建-函数。掌握程序结构的构建和组织,函数是一个主力军,学生需要掌握函数的设计和使用。共设置了2个实验项目,各安排4学时。一个是数组基础应用实验,另一个是结合前期的程序编写组织综合型实验项目。
(4)指针应用。指针是c语言的灵活性的杰出代表。学生需要熟练掌握指针这一特殊的数据组织形式和处理方法,从而能够将上述的控制、数组、结构体及函数有机地重组和包容进来。共设置了2个实验项目,各安排4学时,一个是熟练运用指针的综合实验,另一个是实现一个将指针与结构体、函数等知识融合的的综合型实验。
(5)数据存储实验-文件应用。文件的学习,是学生理解数据存储的方法和实现过程,从而形成一个“程序+存储”的闭环设计方法的锻炼。共设置了1个实验项目,安排4学时,实现一个相对完成的案例系统,如学生成绩管理系统基本功能,每项功能均需实现数据的文件读写等操作。
3 兴趣小组教学实施
为了充分挖掘学生程序设计的潜能,学科组织了该课程所有的任课教师,按照C语言的主要应用,组建了C语言不同应用方向的课外兴趣小组。小组主要分了四个方向,分别是信息系统开发、网络操作、游戏开发、嵌入式开发,学生自由报名,学生按照每个人的兴趣爱好,选择相应用方向,自发组建小组,每个小组推选组长,制定出学习计划和学结汇报等可执行方案。任课教师向每组成员提供部分的案例和参考资料,并同步地组织小组总结汇报及指导,让学生依托兴趣将每个人的程序设计能力和潜力充分调动和发挥出来。同时在每个月,各兴趣小组进行技术学习的总结汇报,学生的成果经过综合评定后,优先推选各类学院和学校各类竞赛和比赛。
4 课程设计实施
(1)课程设计安排与组织。在学期的后半段,我们将C语言程序设计的课程设计任务提前一个月下达,学生随机组队,每组2-3人。课程设计任务以项目任务书下达,各组随机抽选一份课程设计任务书,任务书在功能上、设计规范、和设计报告均有明确规范和要求,各组成员按照要求共同合作完成任务。
(2)课程设计考核。课程设计完成后,每组成员需按照要求,书写整理完整的设计报告,同时进行集中设计分组答辩。答辩小组将成员按照任务分工,逐一地将各自编写的应用程序演示,同时讲解核心的程序代码。教师评委依据改组的程序功能、模块划分、程序结构及数据存储,算法运用等环节,为每位学生逐项打分。最终的课程设计考核成绩=设计过程(20%)+设计报告(40%)+答辩成绩(40%)。
5 结束语
通过对C语言程序设计课程实践教学的改革,增强了程序设计学习的兴趣和积极性,程序设计整体水平得到了较大幅度地提高。学生不仅打下了扎实地基础技能能力,而且掌握了一套行之有效的项目实践经验和技巧。这也为学生在后期的计算机专业课程中学习扫清了道路和奠定了坚实基础。下一阶段,我们除了继续完善C语言课程实践教学内容之外,我们要组织学生自主开发适合自己的程序设计实验资源平台,将课程的实践过程监控起来,内容丰富起来,配套资源建立起来,真正地为课程实践教学提供持续地保障。
参考文献:
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作者简介:高志宇(1979-),男,河南社旗人,硕士研究生,主要研究方向:计算机应用、嵌入式开发;通信作者:孙新娟(1979-),女,河南镇平人,硕士研究生,主要研究方向:计算机应用、系统分析与集成。
摘 要 本文在调研分析高校机械专业课程的基础上,分析总结机械类专业课程的实验与课程设计教学环节中存在的问题,从教学体系、内容、方法和手段等方面,对机械类专业课程的实验与课程设计教学进行了综合改革探索,表明这些教学改革措施对提高机械类学生的工程思维和工程能力效果显著。
关键词 综合教学改革 课程实验 课程设计 应用型本科人才
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.025
On Mechanical Course Experiment and Course
Design Comprehensive Reform
ZHANG Lingli, ZHAO Jian, WANG Wenjin, ZHANG Jing
(School of Control and Mechanical Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384)
Abstract: On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system, methods, ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.
Keywords: comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate
根据机械类本科人才培养要求及社会发展需要,学生在校期间应得到系统化工程实践能力和创新能力的培养,具体表现在识图及工程语义的表达及其包括机械产品的加工、制造、装配和调试等实践能力。因此,对机械类本科生在校期间应注重这两方面的培养。机械类本科生所学主干课程的实践教学包括实验和课程设计两部分,它们是培养学生工程实践能力和创新能力的重要环节。
目前,本科院校开设的机械基础实验所涉及的教学课程较多,但各门课程的实验各自独立开设,互不联系,没有从专业培养的目标和课程综合学习的角度出发,形成机械基础综合实验教学体系。实验室能开设的实验多为常规验证性的,内容较为陈旧,实验手段较落后,设计性和创新性的综合实验很少;实验仅仅作为理论课的辅助教学,学生也不重视,实验的成绩并不能反映出学生真实的实验能力和水平;在实验教学方式上,学生只能按照教师事先搭接好的实验平台和设计好的实验步骤进行操作,读取实验数据及进行数据处理,这种实验教学方法严重制约了学生实际动手能力和创新能力的培养。①
在课程设计教学实践中,很多院校在选择设计题目时一直选用传统、单一的二级减速器,虽然减速器的设计包含了齿轮、轴和轴承等典型轴系零件的设计,学生所学到的知识也能得到较全面的综合应用,但是中国制造业的不断发展,又对机械类专业设计者提出了新要求,在这种形势下,以往的教学模式暴露出了诸多问题,具体表现为:设计题目相对单一,设计参数数量不足,导致部分同学的设计结果雷同,存在抄袭现象;②学生盲目模仿,甚至照搬照抄;在结构设计中,存在不能综合考虑零件的强度、刚度、工艺、装配、和密封等问题。③这些都致使学生的设计能力及创新能力得不到应有的锻炼。
针对上述问题,结合机械专业特点,本文主要从机械类本科生所学主干课程的实验教学和课程设计入手,提出一套面向机械类学生综合创新能力培养的教学改革方案。
1 改革实验教学,建立全新的基础实验教学体系
遵循模仿、掌握、熟练和创新的认识规律,必要的基础实验应该保留,设计性、创新性、综合性实验的比例适当增加,通过综合性实验项目和开放性课外创新实践教学活动,培养学生在机械设计方面的创新能力和密切配合的团队精神。
(1)整合实验内容,建立科学完整的实验体系。突破实验原有的课程界限,把一部分实验内容采用单元形式进行教学,每一单元设计一组实验,再把另一部分实验内容组合在一起,设置成为机械基础综合实验单元,形成分层次的实验教学。各实验单元既互相独立又相互联系。机械基础综合实验教学内容分三个层次:基础实验、综合设计性实验、创新性实验,通过综合设计性实验项目和科技创新活动,既提高了学生对机械产品的创新思维能力,又培养了相互协作的团队精神。
(2)改革实验教学方法,引入案例式实验教学手段。在实验教学中引入案例式教学手段,教师应根据教学目标,用典型的教学案例将机、电知识结合在一起,调动学生参与讨论、分析及实践的积极性,进一步提高学生认识、分析和解决工程实际问题以及理论联系实际的能力,形成培养创新思维意识、自主学习方法、沟通能力和合作精神能力的一种教学方法。
(3)创设开放性实验,培养学生创新意识。在规定范围内允许学生自选实验题目,由学生自行设计实验,整个实验过程在教师的指导下独立完成,无固定实验模式,这种教学模式既能让学生认识到机械方案设计的重要性,又强化了学生独立设计的意识和动手能力。同时,增加成果展示和学生互评环节,促进创新经验交流和创新意识的激发。
(4)探索设计性、综合性和创新性实验的教学模式。尝试在设计性、综合性和创新性实验过程采用自主形式,即允许学生自选实验题目。例如,机电系统创意组合搭接实验,这个实验完全由学生自己设计传动方案,整个装配、调整、测试、数据采集及分析过程也由学生独立完成。这样就极大地调动了学生动手的兴趣,这种实验教学模式排除了由教师统一定传动方案、实验步骤,禁锢学生创新思维的现象。
(5)开放实验室,开展课外实践性教学活动。将实验室作为学生的课外科技创新活动基地,教师引导学生自由组建项目小组,由学生自行寻找课题或根据竞赛主题确定题目,进行方案设计论证,通过小组分析、研究和讨论确定项目内容,最终根据设计思想和创意理念,在教师指导下形成设计作品,作品可参加校级或市级机械创新大赛,在实践过程中促进学生间交流,拓宽知识面,开阔眼界。同时,可以将学生暴露出的问题进行总结并引入到实验教学中,使实验教学和课外科技创新活动形成良性循环。
2 改革课程设计教学,培养学生的工程应用能力
课程设计环节实践性和实用性强,结合机械类专业特色,培养学生“学以致用”成为应用型创新人才,为后续面向卓越工程师培养的课程教学体制改革进行有益的初步探索。
(1)改革课程设计内容,引入“能力导向”原则。能力导向原则是以能力为中心设计课程体系,以能力为目标改进教学方法,以能力为标准考评教学效果。④⑤面向机械类学生,我们以学生为中心,以能力导向为原则,构建了完善的课程设计教学体系,目标是培养学生基本设计能力和创新性设计能力,专业设计能力和相关专业设计能力。根据学校自身特色和社会需要拟定课程设计题目,打破传统设计两级齿轮减速器局限,在部分有能力的同学中开设创新性设计内容,选定以工程实际为背景的设计题目,把构思、方案设计、功能设计、结构设计、优化设计与CAD相结合,并进行系统训练,形成一个面向工程实践的教学体系。
(2)把学生的课外创新设计作品,纳入到课程设计教学环节。在部分有能力的同学中开展课外创新性设计活动,设计过程尝试采用项目式实践模式,教师提出项目的目标,不规定题目,不指定方法,不提供参考资料;由学生自行探索,允许几个人组成小组,共同完成项目,成果可以作为课程设计的教学环节进行考核。这种教学模式既培养了团队合作的能力,又培养了学生的创新能力,极大地挖掘了学生的潜力。
(3)将CAD(计算机辅助设计)运用到课程设计中,提高绘图效率。把现代设计手段引入到课程设计中,如利用机械专业常用设计软件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等,鼓励学生使用计算机辅助设计软件构建三维模型,实现运动和装配仿真等,最后可将零件的三维实体模型转换为二维工程图,并进一步完成尺寸和公差的标注,这样,既激发了学生的学习热情,又将学生从繁杂的绘图中解放出来,提高绘图效率,同时,学生对整个设计过程及结果具有更加直观和形象的了解,使学生将注意力集中在设计方法上,有更多时间去思考产品的整体设计、细节设计及创新设计,真正体验到机械设计的乐趣。
3 开辟第二课堂,调动学生的学习兴趣
利用实验和课程设计这两个实践教学环节组织学生进行课外科技创新活动,通过课外实践性教学活动,锻炼学生从方案确定、到结构设计、再到工艺实现等工程实践能力,培养学生的创新设计能力、综合设计能力、动手能力、工程实践能力和团队协作精神,调动学生学习兴趣,挖掘学生自身潜力,施展学生创造才能。一方面,实验教学、课程设计等可以为课外实践性教学活动打下良好的实践基础;另一方面,课外实践性教学活动又使实验教学、课程设计得到了延伸。例如我校机械专业的同学,6人自由组成一设计小组,进行机械创新设计,学生们从设计方案的确定、参数的选择,零件的设计、校核及绘图再到零件的加工等都是在教师的指导下独立完成,其中一组同学设计的产品“思维空间”平面机构创意组合演示教具,参加全国第六届机械创新大赛和天津市第五届机械创新大赛,分别获二等奖和一等奖荣誉。通过我校的教学实践改革证明,学生主动学习、沟通能力、理论联系实际和创新思维意识有了很大的提高。
4 结语
本文立足机械类本科生所学主干课程的课程实验和课程设计,通过具体实践教学和学生第二课堂,就教学体系、教学内容、教学方法和教学手段等方面进行全面改革,提出了以学生为中心,教师为主导,注重动手能力的培养,发挥学生的想象力,使学生在获取知识(自学)、共享知识(团队工作)、应用知识(解决问题)、总结知识(创新)和传播知识(沟通)过程中得到能力提升的改革思路,教学改革已初见成效。实践证明,这种改革更能充分地调动学生的学习和创新的积极性,提高学生实际动手能力、协作能力及创新能力,教学效果显著,为把学生培养成应用型本科人才打下了良好的基础。
参考文献
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Abstract: Aiming at the current teaching and shortcomings of JAVA course design, this paper discussed systematic the teaching pattern on the JAVA course design, put forward some ideas on computer programming courses design, these methods were positive for course teaching reform.
关键词: JAVA;课程设计;教学模式;评价体系
Key words: JAVA;course design;teaching pattern;evaluation architecture
中图分类号:G42 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0226-02
0引言
当前各类高等院校都会在本、专科开设至少一门计算机程序设计类必修课程,例如:Visual Basic语言、Visual FoxPro语言、C语言、C++语言等[1],并安排了相应的课程设计。但从实际教学情况来看,计算机程序设计类课程设计教学却存在着诸多问题,导致课程教学低效。针对这种状况,笔者结合自身教学实际,以JAVA课程设计为例,对计算机程序设计类课程设计教学存在的问题加以分析,并提出解决问题的思路与对策。
1JAVA课程设计的教学现状分析
从国内计算机程序设计类课程设计教学现状来看,存在的问题和原因主要有如下几点:
1.1 课程设计认识不到位,目的性不强部分教师和学生对课程设计的认识不到位,认为课程设计无非是把该课程的几个知识点简单凑合在一起所构成的“拼盘式”课程,认为课程设计就是大作业,并在授课时基本上按教材章节顺序授课,实施的目的性不强,与专业的整体发展结合较差,达不到课程设计要求。从而使得学生对所学理论知识不能很好地运用于实际,造成与实践的脱节[2]。
1.2 课程设计选题单一,内容陈旧现行的JAVA课程设计存在着选题单一、内容陈旧、理论过多、与实践相脱节的情况,不能从多视角去发现和创新,寻找新的命题。很多从事JAVA课程设计指导的教师本身缺乏大型项目开发的实战经验和经历,对课程设计的题目和内容往往无法准确的地位,设计的题目和内容与实际相脱节;同时,部分学生对教师设计的题目和内容也不一定感兴趣,因此也容易扼杀学生的积极性和创新能力。
1.3 课程设计评价方法不够科学,标准简单大多数课程设计是以小组的形式完成,参与学生多,指导教师制定课程设计时要求不明确,分工不详细,监管力度不到位,容易导致项目开发团队在执行的过程中出现某些学生任务过重或者过轻的情况。并且现行课程设计的评价往往是指导教师根据学生提交的报告来评分,这样容易忽略对学生综合能力的评价,可能只反映出小组整体水平甚至是某个学生的水平,而不能反映出小组每个学生的真实水平。
1.4 实验室设备落后,管理不够完善指导教师在安排课程设计时使用的是新技术、新设备和新方法,而学生到实验室所接触到的往往是一些过时的、陈旧的和落后的实验设备和应用软件,很难真正满足教师和学生对实验室的需求;另外,大多数实验室还要承担其他专业和年级的实验教学任务,无法有效保障课程设计的教学任务。
2JAVA课程设计教学模式的设置
课程设计是课堂理论教学的延伸和补充,是综合性较强的实践教学环节。它能使学生全面掌握该课程的基本知识、基础理论、基本技能,并能将本课程的各个知识点融会贯通,训练、培养学生把所学知识应用到实际中去的能力。对于帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容,培养学生的实践和实际动手能力,提高学生素质具有很重要的意义[3]。为改善计算机程序设计类课程设计教学,笔者有如下几点认识和思考:
2.1 引导和帮助学生树立信心,端正学习态度由于学生对JAVA课程设计往往具有畏惧情绪,不知从何着手,指导教师要做好宣传和引导工作,帮助同学们消除恐惧感,同时加强对学生诚信品质的培养,杜绝弄虚作假和抄袭现象的发生,端正学生的学习态度,确保课程设计的顺利进行。
2.2 研制课程设计教学平台,规范设计成果组织有关人员,在现有硬件资源和网络环境的基础上研制课程设计教学平台,开通FTP功能和WEB方式管理功能,便于师生间的交流和管理。
指导教师可利用该平台安排课程设计的题目、要求、进度和答疑,以及查阅和审核课程设计总结报告等相关资料。学生可根据自己的专业基础,兴趣和未来就业意向通过该平台选择自己喜欢的题目和指导教师,并通过FTP提交课程设计成果和总结报告等相关资料。
学生在指导教师的指导下,有选择性地进行分组,一般3至5人为一组,选定组长,确定开发项目,设计和论证项目的总体方案,规划出项目计划(包括编写目的,项目背景,参考资料,标准、条约和约定,以及项目概述和团队组织等),配置计划和开发计划等,报告指导教师批准后方可开始实施。课程设计完成后,按照统一制订的文本规范,小组的每位成员都必须提交一份关于课程设计的总结报告,结报告正文主要包括项目需求分析(方案的可行性分析、方案的论证等内容)、项目总体设计(系统的总计结构设计等内容)、项目详细设计(各模块的设计、算法原理阐述、完成的程序框图等)、项目复审(对分析、总计设计和详细设计进行详细的复审)、编码(设计结果进行编码的程序清单)、项目测试(使用程序调试的方法和技巧排除故障;选用合理的测试用例进行程序系统测试和数据误差分析等)和总结(本设计核心内容程序清单及使用价值、程序设计的特点和方案的优缺点、改进办法和意见等),以及主要参考文献。
2.3 结合专业发展和社会需求,增强课程设计的针对性计算机技术的快速发展要求我们将新的知识单元及时引进到教学中来,课程体系的设置要有超前和发展的眼光[4],但课程体系的设置、教材的编写无法及时保持教学计划的动态性和前瞻性,而课程设计实践环节恰恰能够弥补这一不足,对专业主干课程和专业基础课程安排课程设计,利用寒暑假组织学生在校内或者到企业开展项目研究和开发,通过综合运用专业基本知识和理论来分析和解决实际问题,学习程序设计开发的一般方法,掌握项目开发的过程及方式,培养正确的设计思想、分析问题和解决问题的能力;通过对标准化、规范化文档的学习和查阅有关技术资料等,培养项目设计开发能力,满足和适应社会和IT行业的需求。
2.4 培育课程设计意识,完善过程管理没有过程管理必然流于形式。在课程设计的过程管理中主要狠抓五个环节:一是任务书,课程设计任务书是指导教师填写并经审议后按组提供给学生的,每组一份,主要包括本课题要解决的主要问题,计划进度和规定学生必须阅读的重要文献,以及大体上可从哪几个方面去研究和论述等,要求学生按照任务书的要求按时保质保量完成任务;二是师资队伍,选拔具有项目开发经验的老师或者引进企业技术人员组成课程设计指导团队,并备课,以学进度和重点安排,保障学生在课程设计实施中学有所得;三是制订统一的评价标准和规范文本,以增强课程设计过程管理的科学性和严密性,保证课程设计成果的完整性;四是对课程设计的成果进行汇总管理,教研室并组织抽查与评估,保证教学活动落到实处;五是把课程设计作为学校课程改革的一项探索性工作予以重点扶持,提供经费和设备保障。
2.5 建立合理,科学公正的师生互动评价体系为保证课程设计的实现效果和考核的准确性,建立合理、科学、公正的师生互动评价体系,将评价的过程分解到课程设计的各个环节,本文建立的评价体系包括:课程设计成果,演示与答辩和互动评价三部分,详细评价标准见表1。表中给出了各评价项目达到A级的具体要求和评价主体,各项目的评分分为A、B、C、D、E五个等级并赋予相应的分值范围。最后学生的总评定成绩为40%×课程设计成果+30%×互动评价+30%×学生演示与答辩评分。评价的表达既有等级性的定量评价,又有描述性的定性评价,这些评价的主要目的是引导学生对课程设计学习的兴趣,而并非简单的成绩评定。
3结束语
课程设计作为教学计划中的重要一环,它承担着培养学生综合运用所学的知识和掌握的技能,分析和解决实际问题,独立工作,团队协作,问题表达等能力的任务。通过课程设计能够提高学生的职业素质、实操技能和项目经验,有效地缩短同企业需求之间的差距,缓解“企业招聘难、毕业生就业难”的困境。因此,必须高度重视并积极探索计算机程序设计类课程设计教学的改革。
参考文献:
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[关键词]工厂供电技术 课堂教学 实验教学 课程设计
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)012-0056-02
一、注重基础知识,加强课堂教学
(一)根据教学采用多样化、混合式教学手段
工厂供电技术主要涉及35KV及以下供配电系统的设计、计算、应用研究和运行维护,有着鲜明的工程应用背景。为此,需要不断探索新的教学方法和手段,根据不同教学内容,形成多样化、混合式的教学模式。
板书教学是课堂教学不可缺少的一部分,板书可以揭示教学内容的要点和逻辑层次,体现知识脉络和体系。因此,在引入概念、计算公式时,在探究规律、研究性质时,在分析解题思路、讲解习题时,在复结时,都要采用板书。因为在教师书写时,学生有充分的时间理解和记忆。
多媒体教学可以增加课堂信息量,提高授课效率。对于某些难于用语言描述的概念或者复杂的变化过程,采用多媒体动画演示,可以使原本难以理解的问题变得形象直观,并富有趣味性。
在课堂教学中,还可以采用实物教学手段。如在讲授继电器结构和动作过程时,利用实验室废弃的继电器,给学生演示其动作过程,学生一目了然,要比单凭看书上的图片效果好得多,学生非常感兴趣,概念理解彻底全面。
(二)找寻教学内容间的内在联系,加深概念理解
学生初次接触一门专业课时,如果不了解学科、课程的体系结构,就会觉得教学内容纷繁复杂,预习复习没有头绪。因此,在注重教学要点讲授的同时,还要关注内容之间的联系,从学生的角度看问题。
首先要重视第一节课。第一节课是学生注意力最集中、关注最大的一节课,这节课如果吸引不住学生,让学生觉得教学内容不清楚、目的不明确、学了也不知道能干啥,学生就会觉得无趣,往后要使他们重新对本课程产生兴趣就更难了。因此,在第一节课上,要讲清楚教学内容有哪些、章节内容之间的联系、重点在哪里、教学要求是什么,当然也包括教学内容和课堂纪律各方面的要求。虽然,学生对第一节课的内容可能不了解,因此不十分理解内容之间的具体联系,但只要把这种思路方法应用到随后的每一节课上,教学效果就显而易见了。
在随后的每节课中,首先要回顾上节课的教学内容,可以适当提问,然后教师总结,强调本节内容与上节课内容之间的联系,讲完本节内容后,要有总结。这样,每个内容都是环环相扣的,既有利于学生复习巩固原有知识,掌握新知识,又有利于融会贯通。
(三)增强师生互动,提高学生听课积极性
课堂教学不能成为一言堂,教师不要做只会看黑板、地板和天花板的老师,在课堂教学中要多关注学生的反应,加强与学生的交流,及时调整教学进度和教学方法手段。
在教学中课堂提问要有针对性,根据教学内容、学生的层次进行提问。问题提出后,要给学生留有一定的思考时间,也可以适当加以引导。当然,提问可以是自问自答,提问在于让学生明确这节课的学习目的和重点,带着问题听课。
其次,小组讨论也是十分有效的教学方法,通过讨论,可以提高学生的积极性,而且学生理解问题的角度可能各有不同,他们提出的问题也就不同,这样使教师能全方位、多角度地深入理解课程内容,真正实现教学相长。
通过答疑、角色扮演可以了解学生对知识的掌握程度,发现教学问题,不断完善教学过程。
二、注重实验和课程设计
在课堂教学内容讲授完之后,随后进行相关内容的实验。由于实验学时的压缩和实物实验的限制,本校设置了实验室实物教学和软件仿真实验环节,实物实验进行的是继电保护电路的结构和整定,学生可接触实际设备,掌握和巩固课堂所讲的知识,增强感性认识。对于有些实验,在实验室不方便开展,如电力线路的三相短路、两相短路和单相试验,不能观察实验现象,只能看到实验结果,可以采用MATLAB/Simulink软件仿真来模拟短路现象,既直观,又增加了趣味性。也可以利用Microsoft Visio软件绘制工厂变配电系统的电气接线图。
课程设计设置在讲完课程内容和学生做完课程内实验后进行。课程设计的目的是强化供电理论知识的应用,培养学生综合应用所学知识分析问题、解决问题的能力,从而提高学生实际动手能力和创新能力。课程设计的主要任务是将课堂上所讲的理论计算和设计方法综合应用于完成某个实际变电所及厂区配电系统的工程设计,使学生深入了解工厂供配电系统的设计方法和步骤。
首先是课程设计题目的选择。在以往的课程设计中,都是假想一个题目,如“某重型机器厂供电系统设计”,然后修改负荷资料、自然条件以及供电电源的主要参数后分配给每位同学。由于题目是假想的,学生完全是闭门造车,根本没有内化成自己的知识,积极性和主动性差,毕业设计的目的也就没有达到。好的设计题目应该来源于实际,而且不仅仅局限在工厂企业供配电系统,也可以选择居民小区、大型商场或医疗场所。这样既增强了实用性,又可以让选题多样化、工程化,丰富了课程设计的内容和形式,可以激发学生设计的积极性。在课程设计题目的选择上还要注意引入新规范、新标准、新技术和新设备,做到与时俱进。
其次,课程设计还应该完善考核方法。考核是检验学生的手段和方式,是改进教学工作的重要方面。课程设计成绩包括平时成绩、答辩成绩和报告图纸成绩。在课程设计的初期,要明确考核要求。课程设计期间要加强日常管理,培养学生进行科学研究的基本素养。最终,课程设计需要通过答辩和提交课程设计说明书。答辩考查学生对课题的熟悉程度、理解能力以及表达能力。报告和图纸要求设计方案合理正确、格式规范。通过细化考核方式,可以做到对学生设计过程全方位的指导和掌控,使学生综合能力得到提高,避免出现东拼西凑、滥竽充数的现象。
三、与科研实际相结合
对于专业课而言,最能激发学生学习热情和兴趣的是课程的实用性。在专业课的教学过程中,如果教师仅仅是“照本宣科”,只要求学生理解知识点,不重视和了解本行业的发展状况,学生就会觉得听课还不如自学,学了没用,也就没兴趣学了。
工厂供电是一门传统的专业课,其中大多数内容变化不大,如负荷计算短电流计算、电力线路的选择和校验、电力设备的选择和校验、继电保护的整定方法等。但随着科学技术的发展,不断有新技术、新设备应用到供电系统中来,因此在课程教学中可以做一些专题讲座,增加一些新知识,如供电设备部分,可重点介绍箱式变压器、干式变压器、SF6互感器和电子式互感器、SF6开关、真空开关和GIS组合电器等新设备,尽量使学生所学与目前供电技术的发展需求相适应。
四、结论
工厂供电课程具有显著的实用和工程特点,因此,无论课堂教学、实验和课程设计都是围绕培养学生的工程设计能力为目的来展开。理论课讲授供电系统的基本原理和计算方法;通过实验课,学生接触实际设备,可以巩固课堂内容,增强感性认识;课程设计培养学生查阅资料、手册的能力,使学生掌握电气CAD设计技能,逐渐具备工程能力和应用能力 。在课程结束后,通过参与教师实际工程项目,使学生对该领域有整体性理解,巩固理论知识,提高实践技能,做到理论和实际的零距离。总之,通过先理论,后实践,最后应用的方式,使学生逐步具有供电系统设计、管理、运行和维护的全局性、综合性能力。
经过多年的教学实践,本专业的工厂供电课程,在教学、实验和课程设计方面都积累了很多经验,形成了较完整的体系和老中青结合的教学研究团队,在教改方面取得了一定成果,培养了一批合格的供电设计人才。但在技术日新月异、市场要求不断提高的今天,教学改革还应不断深化、不断总结经验、探索方法、加强教师自身建设,争取培养出更优秀的、满足社会需求的应用型人才。
[ 参 考 文 献 ]
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[2] Chen Yan, Du Yong-dui, Ma Chun-yan. Research and practice of improvement of teaching effect of motor and drive[C].Electronic Information Science and Technology. Rinton Press, 2010: 980-980.
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