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2强化实践教学体系建设,构建实践教学新体系
以培养专业能力为目标,重新构建教学体系,加强对实践教学体系的建设就要做到注重对学生个人能力的培养的整体设计,将实验教学作者主导思想贯彻落实于每一个教学实践中。对学生的培养要注重其个人的学习基础,加强学生对所学知识的应用,紧跟学科的前沿,培养学生分析解决实际中的通信工程的问题的能力,提高学生就业率。每一个实践环节都要具有设计、综合、创新性,以保证学生实践能力可以更上一层楼。不断深化改革完善教学体系不仅可以提高实践教学在教学活动中的地位,还有利于培养新一代具有应用、工程、创新性的高级应用型人才。加强课程设计、实习—含了解实习、生产实习和毕业实习和毕业设计等环节的实施与管理,把工程化教育和学生实践能力、应用能力的培养落到实处。实验教学内容和体系的改革是实验教学改革的重点和难点,创新实践教学体系要紧紧围绕创新教育对人才培养的要求,既要注重纵向知识体系的系统性和完整性,又要注重横向知识体系的相互渗透相互促进;既要考虑到学生的共性需求,又要成分注意学生的个性发展;既要发挥教师的领导和主导作用,更要注意学生主体作用和自身能动性的发挥。
3加强校企合作,建立校外实习实训基地,提高学生工程实践能力
真实实习是实践教学体系的重要组成部分,对培养学生工程实践能力至关重要。本专业亟需在校内校外建立一批集实验、实习、模拟训练和岗位实践诸功能为一体,兼具素质教育、创新意识培养的实践教学实训基地,同时要和企业一起共同制定更加符合企业用人需求的实习实训方案,让学生有机会直接进入知名企业开展测试、开发和设计工作。这些改革措施对学生熟悉工作环境,积累工程实践经验及提高工程实践能力是必要的,也是必需的。
4引入国家级专业技能考核体系,实施双证教育
通信工程专业引入工业和信息化部人才交流中心授权的“全国电子专业人才考试中心”,可开展“通信设备终端维修”“EDA设计与开发”“单片机设计与开发”“PCB设计”“电子组装与维护”五个科目人才考试与测评工作。采取“毕业证+专业技能证”相结合的模式,以国家级专业人才考试作为人才培养质量的检验标准,学生动手能力得到了极大的提高。
2在化学反应工程、分离工程教学中的应用
化学反应工程和化工分离工程皆为化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课程。其主要研究内容的共性为过程开发、工艺设计以及实际生产操作过程中遇到的工程问题。在化工生产过程中,化学反应是生产的核心,而分离过程则是其前的原料净化和其后的产品精制,一般来说分离装置的费用占总投资的70%以上。过程模拟系统中,基本上包含了教学过程中所包含的各式反应器模型,另外系统还集成了用户自定义模块,用户可根据实际需求二次开发反应器模块子程序。而对于化工分离过程的模拟无论是从可模拟介质的种类和塔器的形式上,还是从模拟结果的精度上,都堪称化工模拟技术发展的代表。如:在AspenPlus中用于模拟所有类型的多级汽-液、液-液平衡为例,其计算分为简捷、严格法两种。简捷法计算单元模块库有三类:简捷法精馏设计、简捷法精馏核算和石油简捷蒸馏。严格法计算单元模块库有六类:严格精馏、复杂塔严格精馏、石油严格蒸馏、基于质量传递速率蒸馏、严格间歇蒸馏和严格液-液萃取,每一类单元模块库中又有多个以进料、加热器(冷凝器)和侧线物流等不同组合形式,如:严格精馏不仅可用于两相(汽-液)计算,还可用于三相(汽-液-液)计算,即可模拟:普通蒸馏、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精馏、平衡和反应比例控制蒸馏等工艺过程,而石油严格蒸馏库中就有近50种形式可选,所以过程模拟系统不仅可以满足化工分离工程课程主要内容的需要,而且对其后继石化、炼化等工艺课程,也有较大的帮助。天津科技大学王彦飞,朱亮等采用教学内容与AspenPlus软件相结合以提高教学质量,讨论环氧丙烷水解绝热连续搅拌釜式反应器模型的多解性,在课堂上非常快速直观的让学生清楚了解多定态现象以及产生的原因,有助于学生对反应过程的理解,并通过软件使用可以回答,“如果改变某些条件,那么对于结果有哪些影响?”这样的问题。南京化工职业技术学院化工系戴斌,徐宏利用化工过程模拟系统ChemCAD二次开发工具,在SO2转化反应器的工艺设计上,通过使用VBA语言编程,实现有复杂反应动力学方程的反应器工艺设计。变换不同的SO2转化工艺条件,计算得到与之对应的反应器体积,从而为装置技改、去瓶颈和优化提供依据。上海应用技术学院吴锡慧,郁平等对化学反应工程教学改革和实践,在实验中引入AspenPlus软件强化计算机应用,提高了学生们的设计和综合分析能力。该软件也正被学生用在大学生化工设计竞赛、毕业设计和科技创新等环节。天津大学化工学院李士雨,齐向娟给出了应用ChemCAD模拟软件更新分离过程教学内容的初步方案包括:分离过程热力学、自由度分析的原理和方法、单级平衡和多级平衡模拟计算等。得出:无论从国内外化工分离过程教学内容的更新趋势上看,还是从工业界对分离过程教学内容需求的变化上看,在分离过程教学内容中增加计算机模拟分析方法是大势所趋。华东理工大学化工学院李伟,朱家文等采用模拟软件ProII在化工分离习题课上,同时改变热力学方法、闪蒸条件、压力等,完成不同条件下的多种闪蒸计算。进行丙烯精制塔精确计算可对塔操作参数进行多方案计算和比较,实现整体优化;通过调节操作参数实现产品的纯度和塔的能耗比较,在其之间建立量化概念,这对于思考许多分离基本问题是十分有益的。江苏石油化工学院朱建军、林西平等利用AspenPlus软件对醋酸与乙醇催化反应精馏塔进行模拟,回流比、进料组成、进料位置等对醋酸与乙醇收率的影响进行了分析,结果表明:运用AspenPlus软件可以有效、快捷、方便地模拟脂化反应精馏过程,结果可靠,精度高。江汉大学化学与环境工程学院吴宇琼将AspenPlus软件引入分离工程课程及实验教学中。通过演示软件操作录像、学习模拟经典实例等方法,使学生迅速掌握并使用软件,借此求解泡、露点及塔板数等。广西大学化学化工学院秦祖赠,葛利等利用ProII对膨胀器的气体加工装置进行模拟,福建农林大学材料工程学院卢泽湘,范立维等利用AspenPlus对甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反应精馏工艺进行模拟,并进行教学演示和讲解。着重在混合物热力学性质的计算、多组分平衡分离过程计算上,真正做到了“严格计算”。同时指出软件对化工热力学、化工设计等课程的学习也会有较大的帮助,连续三年化工专业本科生对过程模拟系统的学习兴趣调查中“,学习兴趣强烈”的分别占到总人数:72.8%、83.2%、86.8%。将过程模拟系统应用于化学反应工程教学,避免了大量计算公式推导、复杂数值计算等问题,可以在少用课时的情况下,尽量全面地展示化学反应工程的核心内容。多组分多平衡级分离的严格计算,是设计分离设备和优化操作过程的必要计算手段,也是化工分离工程教学的主要内容。使用过程模拟系统,在进行MESH方程推导及基本算法介绍的同时,使得塔的精确计算和将热力学中相对独立的知识运用到具体的分离过程中,解决其工程实际问题成为可能,并且可以对塔的操作参数、分离要求和设备投资、运行费用等问题进行分析计算,极大地提高了学习的深度与广度,使学生更加主动积极,综合分析和解决实际工程问题的能力明显提高。
2.编写或选取合适的案例案例是完成教学目标的载体,编写或选取合适的案例是实施案例教学的基础。通常先从课程教学内容中提炼出需要掌握的知识点,再根据知识点设计出对应的案例,这些成系列的案例关联在一起就能完成知识建构。好的案例需要具有完备性(包括真实性、典型性、时效性和完整性)、移植参照性和综合性。
3.把握好案例教学实施过程中的几个要点(1)发挥好教师的组织引导作用。在案例教学过程中,教师即要当好“演员”,又要当好“导演”。作为“演员”能解说、分析好案例,能调动学生的学习兴趣,做好提问、倾听、反馈工作;作为“导演”能把控好教学流程,能把学生引导到正确的教学轨道中,防止课堂成为一个漫无目的的闲聊场所。(2)发挥好学生学习的主动性。要提高案例教学的效果,学生应该积极参与到案例教学过程中。学生一方面要在课前做好前期知识的储备学习,另一方面在课中要积极参与讨论,善于观察与思考,适时给出自己的分析,多和教师以及同学进行交互,课后还要做好知识的提炼和归纳工作,为今后的工作实践积累经验。(3)以多样化的教学手段提高教学效果。教师要尽量营造与教学相长的课堂情境。教学案例的介绍与分析可以采用多媒体手段来表达,使之更形象直观,加深学生印象,提高课堂传递的信息量,并保障信息传输的有效性。可以采用网络讨论、交流的方式延伸案例课堂教学,一方面可以弥补课堂教学的时间不足,另一方面可以给学生更充分的时间去查阅资料、思考和分析,给出的方案将会更精细、全面;方案上传到网上表述更明确、清晰,有利于学生讨论、查验。
二、长沙学院通信工程专业的案例教学实践
长沙学院通信工程专业定位于培养应用型工程人才,为加强其工程素质和能力培养,在专业课程教学中积极引入了案例教学实践,主要采取了以下措施:
1.加强研究,制订计划,打好基础,稳步开展案例教学方法改革为开展好案例教学方法的改革,通信工程教研室组织专业教师进行过专题研究和学习,掌握了案例教学的基本理论、课堂场景构建方法、实施教学的具体流程、案例构建原则和方法,研究了案例教学在通信工程专业课教学的适应性问题。在2011年、2013年两次修订人才培养计划和教学大纲时,在提炼教学内容和归纳知识点的基础上,开设出一些全案例教学的专业课,如移动终端应用技术开发、移动通信网络工程、无线网络规划设计与优化等;决定数据通信与计算机网络、路由交换技术、SDH原理与技术等12门课程的部分教学内容引入案例教学。加强校企合作,联合开发教学案例。
2.积极培养适应案例教学的师资从以传授知识、呈现知识为目标的传统教学方法过渡到以培养能力为目标的案例教学方法,大部分教师也表现出不适应。为此,展开了针对性的师资培训:一方面安排教师以兼职的形式到企业参加工程实践,增加其工程经验;另一方面采用观摩、专题培训的方式使教师掌握案例教学的流程和教学技巧。
3.建立案例教学的评价体系评价体系分为两个层面,一是对学生学习效果的评判,不能和传统教学方法一样采用试卷测试的方式来进行,需要对学生在案例分析、讨论、方案提交、实践结果等方面的表现进行综合评价;再就是对案例教学过程与效果进行全程质量监控,包括对教师的前期准备情况、案例质量、教学实施过程和最终的教学效果进行全面评判。
三、工科教学实施案例教学的几点思考
长沙学院的教学实践表明案例教学适用于工科教学,能发挥很好的效能。但也要把握以下几点:
1.抓住案例教学的本质,而不是其教学形式智慧是不可传授的,而是需要学习者去“悟”。案例教学提供的是一种亲验型或准亲验型教学模式,需要学生在分析、讨论和实践中去提高能力并获得知识。不要将其简单处理为理论课中的举例教学以及传统的实验实训,教学实践中要突出其教学目标的明确性,案例的真实性、综合性、启发性和实践性,教学过程的动态性,学生学习的主体性。
一、引言
以信息技术和计算机技术为代表的高科技迅猛发展,既推动了经济和社会生活的发展,也引起了高等教育的巨大变革。通信工程作为理工科院校的一个重要专业,旨在培养具备通信技术、通信系统和通信网等方面的知识,能在通信领域中从事研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的高级工程技术人才以满足社会对通信工程技术人才的需求。多年来的教学实践经验使我们感觉到通信工程专业的专业基础课和专业课的教学内容、教学计划、教学方法和手段及各门课程之间的有机衔接等方面存在许多问题。因此为培养创新型、开拓型、应用型跨世纪人才,对通信工程专业的教学内容与课程体系进行优化与整合、实验实践环节的改革势在必行。
针对这一问题,本文提出一些教学方法、教学手段、实验课程改革的设想和方案设计,并对人才创新能力培养的计划和具体措施进行较为详细的阐述和说明。
二、教学方法和手段改革
以社会需求为目标、以应用能力的培养为主线设计通信技术专业的培养方案。要以学科发展为依托,以课程体系和教学改革为核心,以能力培养为主线,教学与科研结合,不断提高教学质量。
(一)建立科学的课程体系
整合通信技术类课程,构建适应通信科学发展的教学体系。在课程体系的安排上要突出现代通信的五大技术:传输技术、复用技术、交换技术、网络技术、信息处理技术。
加强电路、电子系统与信号系统的基础知识,增设电子电路EDA技术等课程,突出当前电子技术新器件和新技术的应用。这就要求教学计划应该保证必需的专业理论,使学生获得可持续学习的基础,由终结教育演变为终身教育。在终身学习过程中造就新一代劳动者。
(二)在教学过程中重视计算机辅助分析与设计等教学手段
重视EDA(ElectronicDesignAutomatic,电路设计自动化)软件、ElectronicsWorkbench软件、SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)模拟电路仿真软件、MATLAB通信系统的分析和仿真软件等在实践教学环节中的辅助作用。把嵌入式系统的教学引入到课程体系的改革中来。以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
(三)激发学生的学习兴趣。引导学生如何学习
由以讲授为主向以自学为主转变,改革填鸭式的单向灌输以及一支粉笔和一块黑板的传统教学模式,逐步采用启发式教学方法,教师给定学习任务、学习进度,安排自学,要求学生写自学笔记、完成作业,在习题中培养学生的创造能力。采用专题讲座、答疑辅导、课堂讨论等教学形式培养学生的学习兴趣和学习能力。培养学生的自学能力是教学方法和教学手段改革的核心,自学能力是创造能力和其他各种能力的基础。
三、实验实践教学改革
(一)实验实践教学——影响通信工程专业人才培养的关键因素
在通信技术飞速发展的今天,要求通信技术人员必须具有良好的理论基础和实践经验。因此为了培养合格的通信专业学生,除了要讲授最新的理论知识外,还要通过大量的专业实验让学生理解、验证理论知识,了解其应用。例如对“射频电路”的教学,不能仅谈理论,必须搭配相对应的实验来验证基础理论,同时引导并培养学生的动手操作能力。
综观通信专业实验、实践环节的教学发展趋势,存在三大矛盾:电子信息技术的快速发展与电子实践教学落后的矛盾;创新实践能力的高要求与传统实践教学落后的矛盾;教学多元化要求与实践教学资源不足的矛盾。实践教学对国家、对学生的重要性怎么强调都不过分。理论教学是对知识的传授,实验教学是对学生进行技术的传授,而实习环节就是对学生能力的培养,培养学生的工程实践能力、创新实践能力和第一职业能力。
(二)实验实践教学改革——建立有鲜明特色的创新实验、实践教学体系
通信工程专业要不断完善实践教学体系,深化实验教学改革,大量开设综合性、设计性实验,把工程化教育和学生实践能力、应用能力的培养落到实处。
1、变革传统实验教学简单模式,构建虚拟网络仿真实验系统
通信专业实验室建设普遍存在设备采购昂贵、投资巨大、实验室设备操作复杂等问题,制约了通信专业实验室的建设。为了解决上述制约实践环节教学的三大矛盾,可以借鉴国内外部分高校的虚拟实验室制作方案,以某些重点课程为突破口,逐步构建通信专业的虚拟网络仿真实验系统。
2、建立网上自助教学系统
为了解决教学多元化要求与实践教学资源不足的矛盾,适应目前的教学要求个性化发展和激发式教学的需要,可以引入网上自助教学的概念,逐步建立网上自助教学系统。“自助”即学生学习的自助,它不再依赖于非学生自身的学习压力,而是激发学生本身对学习过程中的问题的探索和兴趣爱好,让学生主动地到网络上寻找实例进行比较并寻求解决,从而提高自我解决问题的能力。
同样地,“自助”也是教师的教学自助。最有效的方法是鼓励每位任课老师建立个人网站,对自身任教的每门课程建立课程网页,最终建立网上自助教学系统,通过网络的资源和优势进行互动式教学。
四、创新能力培养
(一)创新人才培养的主导原则
1、主动性与积极性原则
充分发挥学生在学习过程中的主观能动性是创新教育的基本目标之一。只有使学生主动地参与学习、发挥主体的积极作用,才能使创新教育促进学生生动活泼的发展。
2、理论与实践相结合原则
培养具有宽广理论知识和较强实践技能的人才是大学教育的根本目标。遵循理论与实践统一的原则,就是坚持的教育观和人才观,坚持创新是一种创造性的实践,坚持以实践作为检验和评价大学生创新能力的唯一标准。
3、个性化与群体化相结合原则
大学生创新能力的培养必须遵循个性化与群体化相结合的原则,既要培养其自主的意识、独立的人格和批判的精神,又要培养他们的团结协作精神,在个性品质中体现协作就能获得各种创造力的最大合力,产生最佳效能。这是因为现代科学的发展已经让任何一个人都无法在一生当中涉足科学技术的各个方面,要想在现在的科学技术的基础上有所创造,就必须学会团结协作,与别人进行“信息共享”。
4、发展性与前瞻性相结合原则
大学教育在关注学生必备的知识积累的同时。更应着眼于学生长远的发展,进行前瞻性教育。因此,创新能力的培养应以信息为载体、关注大学生的创造潜质和未来发展方向,使大学生在不断发展的过程中提升创新能力。
(二)创新人才培养的途径与方法
针对目前创新人才培养方面问题的分析,在遵从创新人才培养的主导原则下,笔者认为通信工程专业创新人才培养的途径与方法主要有以下几个方面:
1、拓宽专业口径,建设富有创造性的课程及教材体系
目前,高校本科专业设置过细,是导致学生知识面窄、基础薄弱、缺乏创新精神与能力的重要原因之一。因此,拓宽专业口径是一项紧迫的任务。要拓宽专业口径,就要对相关专业进行合并调整,按学科大类设置专业,并建立富有创造性的课程体系及教材体系。
2、提高教师的创新能力素养
教师自身的创新素养如何将直接关系到学生创新能力的培养。河南理工大学与其他普通高校一样,中青年教师较多,他们理论教学与实践教学能力有待于进一步提高。解决教师自身创新素养的办法有二:一是对部分教师进行培训,对其原有的知识结构进行更新;二是创造条件让青年教师有机会外出进修,没有科研项目的教师有机会做访问学者,参加科研,加强科技创新的实践。
3、实现教育观念转变,改进教学方法,诱发创新热情,培养创新意识
大学生创新能力的培养,首先要突破“教师中心与考试中心”的局面,改变“教师讲,学生听,满堂灌,照单收”的教学方法。教师要认真挖掘蕴含于教材中的创新因素,展示教材内容的非凡魅力,促进学生在学习过程中逐步形成创新意识和创新能力,形成浓厚的创新氛围,激发学生探求通信工程专业知识的强烈愿望。
4、开设研讨班课程,培养学生科学的思维方法和研究方法
2具体内容与方法
我们从几年前开始探索网络应用系统在网络工程专业人才培养中的运用,并在理论教学、实践教学、课程考核等方面进行了一系列的尝试和实践。
2.1网络应用系统在理论教学中的运用
对于理论课程的教学,我们主要采取以下两种方式来利用网络应用系统:一是开发与课程有关的网络应用系统;二是使用现有的网络教学资源平台。在开发与课程相关的网络应用系统方面,我们目前主要是制作网络化的教学软件;尝试将教学内容制作成为开放式、可扩展式的网络教学软件,并将其挂载到Web服务器上。教师在课前通知学生把要讲授的教学内容及相关教学材料添加到此课件中。学生在上课前可以通过浏览器预习相关的内容。在我们的网络教学课件中,除要介绍的知识外,还增加了留言板、教学互动等功能,便于与学生交流、了解学生的状况和教学过程中存在的问题。通过这方面的实践发现,部分学生可能在课堂上或课后不愿意当面向老师提问,但却能够在网络课件中提出自己在学习过程中遇到的问题。这表明在网络深刻影响人们的交流方式的情况下,部分学生把网络交流作为学习方式之一;有些接受得较好的学生甚至在教师回复前给出自己的理解,因此这为师生之间的交流增添了有效的渠道。在使用网络教学资源平台方面,我们积极利用学校或公共的教学资源平台来开展教学活动,例如河南科技大学的网络教学综合平台、公网上的数字大学城等,这些平台支持上传和访问教学课件、布置作业、提交和批阅作业等。在使用这些网络系统的同时,我们注意提及与专业相关的背景知识和技术,在某些课程(尤其是涉及开发的课程)中还提及相关的实现方法,并引导对它们感兴趣的学生开展自学。通过网络系统的应用,使学生提前接触到网络工程相关专门知识,无形中强化了学生的专业意识。
2.2网络应用系统在实践课程教学中的运用
让学生在实践中通过网络应用系统参与基于网络的处理事务过程,能进一步深化学生对网络技术的认识,因此我们花了许多精力来探索和实践网络应用系统在实践教学中的运用。在这方面的工作中,首先面临的是在哪些课程中应用的问题。在网络工程专业人才的能力结构中,大部分能力都是以程序设计能力为基础的,而程序设计能力的培养取决于对C语言程序设计和数据结构知识的掌握和运用的程度。因此,我们选择C语言程序设计和数据结构这两门课程的课程设计来开展网络应用系统的运用探索。其次是网络系统的选择问题。在两年前,我们已经尝试在C语言课程的实验中使用基于校园网的在线判题系统来实验内容,用竞赛评价机制来判断学生对知识的掌握程度,这种改革取得了较明显的效果。从近两年开始,我们进一步扩展在线判题系统的功能,将在线判题系统引入到C语言程序设计和数据结构课程设计的集中实践课程中,并设计了专门的教学内容与之配合。考虑到作为才学习完C语言和数据结构理论的初学者,学生要马上完成较系统的课程设计内容是存在一定困难的。因此,我们所设计的教学内容包括一部分与课程设计内容相似、难度较低并贴近教材中相应章节知识的题目,将它们先给学生去熟悉,从而避免了部分学生对实践内容不知如何下手的情况。在实践课程教学过程中,教师只需要引导学生分析课题、制定解决问题的方案,帮助学生解决一些具体的知识运用问题。其他的事情,例如判断程序正确性、运行过程及结果的评测等,都由在线判题系统来实现。由于有了网络系统的协助,教师和学生在教学过程中不仅能够了解班上所有学生完成课题的数量,同时还能获得所完成内容的时间信息和代码的执行信息。在教学过程中,学生随时可以通过系统的统计功能了解自己的排名,无形中就有了竞争的压力,培养了竞争意识。借助这两门实践课程是开设在大一的有利时机,我们在指导学生的课程设计的过程中,有意识地引导他们将部分注意力集中到在线判题系统本身的结构和运行机制上,让学生及时认识到网络应用系统的基本架构、使用的主要技术及其与当前实践课程和后续专业课程之间的紧密联系。从目前的效果看来,将程序设计竞赛网络系统应用到实践课程教学中能带来以下好处:一是形成竞争氛围,学生整体完整的任务量比前几年增加不少;二是提高了学生学习的积极性,不认真开展课程设计的情况明显好转;三是通过对网络系统的应用,学生在一年级对网络应用系统有了具体的认识,对后续专业课程的学习兴趣增强。
2.3网络应用系统在课程考核评价中的运用
在某种程度上,课程考核是推动学生学习的因素之一。传统的课程考核一般有两种形式,试卷形式和课程报告形式。前者不能很好地反映出学生的实践创新能力,后者则很难保证学生是自己完成相应的内容。此外,由于两种方式都是纸质形式,对于网络工程专业中占多数的设计类课程,如果要教师在评阅时先判断答案或作品的正确性,这是一项困难且繁重的工作,现实中难以执行。无纸化考试是未来考核方式发展的一个趋势,它经济环保,其技术基础之一就是网络技术。既然网络系统在理论和实践教学中起到了有效的辅助作用,我们尝试将其应用到课程考核和评价中。目前,我们主要通过以下三种途径进行相关实践:一是将课程考试直接在网络系统上进行。一个网络应用系统要用于考试,它需要有在线判题系统相关功能和考试所需的成绩处理相关功能。我们在前面提及的在线判题系统中扩展了成绩处理相关的功能,使其能够满足对考试的有关需求。之后,我们对C语言程序设计实验这门易于进行严格的数据测试的课程通过这个系统直接进行考试,通过试用我们发现这种方式能够较好地反映学生的动手能力。二是将网络系统应用于集中实践课程的考核。我们将第一条途径所获得的系统进一步用于C语言相关的程序设计类课程对应的集中实践课程的考核中。集中实践课程的考核与单纯的课程考试之间有区别,学生在实践过程中的表现也是非常重要的方面。为此,在设计教学内容时,为了兼顾学生不同能力层次,我们设计了基础部分和综合应用部分。前者为必须完成的部分,后者为选做部分。在课程结束时,系统将学生完成的任务量、能够反映工作的质量的相关信息(如时间、任务正确完成前的错误提交次数等)都汇总起来,形成一个初步的成绩统计表。指导教师以此表作为重要依据,进一步根据学生的其他实际情况进行最终的判定。进行判定的方式由教师自己把握,可以直接使用系统的判定,也可以增加一部分类似考试的限时设计内容,或者选择学生完成的任务中的部分内容进行问答式考核。三是将网络应用系统作为理论考试之外的部分考核工具。大多数理论课程的最终成绩一般分为考试成绩和平时成绩两部分。对于平时成绩部分,由于一般不易于量化,往往都是由教师根据对学生的印象进行粗略的判定,从而不能较准确地反映学生表现的差异。鉴于网络应用系统提供的便利,我们尝试利用它们对学生的平时表现进行考核。主要的方法是利用前面提及的网络教学应用系统中的作业、在线提交、在线批阅以及相关自动记录、统计功能来分析学生完成课外任务情况的相关数据。有了这些数据,根据一定的分值比例和评分标准就很容易得到这部分的成绩,从而形成比较客观准确的判断。
2 公安院校交通管理工程专业实践教学存在的问题
(1)思想认识不足,教育理念存在偏差。思想和理念是实际工作的基础和前提,我国高等教育虽有百年历史,但在思想理念上始终存在重理论轻实践、重灌输轻创新、重条件轻管理、重局部轻整体的观念。[2]公安院校交通管理工程专业培养模式也普遍存在重视训练学生的警务执法技能,而忽略对决策性创新实践能力的培养。而一名卓越的警务人才,不仅需要灵活掌握警务执法技能,还需要有针对性地培养道路交通管理与控制的决策性创新实践能力。
(2)资源配置不佳,教学条件有待提高。随着公安院校办学规模、专业数量、招生人数的扩大以及交通管理工作的复杂性与艰巨性日益突出,对交通管理工程专业学生的培养质量要求也必须随之不断提升。公安院校交通管理工程专业作为新兴特色专业,由原来的大专变为本科专业,在人才培养模式、教学配套条件等方面都对教师提出了新的要求。虽然公安院校实习基地资源较为丰富,多为地市级公安局交通管理部门,但是校内与之配套的实践教学条件不佳,实验室建设、实验器材配备还处于初级阶段。
(3)课程设计单一,实践教学缺乏创新性。由于教学理念偏差、教学条件不足,公安院校交通管理专业实践教学缺乏一定的创新性。浙江警察学院交通管理工程专业虽然也开设了相关交通工程设计类课程,例如交通工程学、道路交通控制学、交通组织与规划、交通建模与仿真等,但存在单个课程各自为政、课程间交叉融合不足,学生理论知识与实践操作严重脱节,对学生决策性创新能力的培养停留于理论认识层面等问题。
交通管理工程作为一门综合性和实践性都非常强的专业,目前的课程培养体系偏重理论讲授,学生缺乏对理论的综合应用及实践能力。同时,由于交通具有不可实验性和不可再现性,很难在实际中对相关的理论知识与技术进行应用。随着计算机技术的快速发展,通过计算机辅助以及虚拟再现的手段,可以为交通管理工程相关课程的实践应用提供技术支持。
3 CAD技术对交通管理工程专业实践教学的现实意义
CAD(Computer Aided Design)技术,又称计算机辅助设计是以计算机系统为支持,进行产品和工程的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的一门技术。[3]CAD技术由于其综合分析能力、逻辑判断能力、优化评估能力以及虚拟仿真能力等特点,非常适合在交通管理工程这类综合实践性专业中进行应用,对专业的发展具有重要的现实意义。
(1)加深学生对专业基本概念及理论的理解。公安院校交通管理工程专业包括交通工程及交通管理两大方面,课程涉及数学、物理、运筹、管理、工程等多方面的内容。学生通过理论学习可以基本掌握专业课程中的基本概念及基本理论,但是缺乏将理论应用于实际工程的创新能力。通过采用CAD技术进行实践操作应用,可让学生在应用的过程中巩固对基本理论的掌握,同时加深对专业知识体系的理解。例如,在学习交通规划与管理课程时,学生可通过对TransCAD软件的学习从而更深入地理解交通规划四阶段模型。
(2)培养学生对专业的浓厚兴趣。公安院校交通管理工程专业基于自身专业特点,目标培养适应现代化交通管理的卓越警务人才。学生在进入本专业学习时,对专业的认同感较低,认为交警的主要职责就是路面执勤,忽略了交通管理工程专业本科培养的主要目标。因此,对于CAD技术的引入及学习,可引导学生开展专业相关的课程设计,例如交通设计、道路工程基础、交通事故勘测、交通仿真等课程设计,培养学生对专业的浓厚兴趣。
(3)提升学生的专业培养效果。交通管理工程內在机理具有高度的复杂性,这导致了解决方式的复杂与多样。[4]比如在交叉口设计或交通事故勘测中,一般都需要处理大量的数据,绘制图纸。这些设计任务的完成,若用手算笔绘,工作量很大,花费太多时间,局限学生的创新思维。若在这些设计中增加CAD技术,不仅可以提高学生的设计理念与效率,也有助于学生在设计的过程中灵活运用基础理论知识,提高学生的自主学习能力。
(4)增强学生的公安实战技能。公安院校交通管理工程专业培养的本科生毕业后基本都输送到公安实战部门,学生所需具备的业务水平要求较高。在这样的大背景条件下,在专业培养中增加CAD技术的学习与应用,可以增强学生的公安实战技能,培养学生分析问题、解决问题的能力,培养复合型的交通警察人才。
4 CAD技术在交通管理工程实践教学中应用
4.1 交通事故处理
AutoCAD软件是美国Autodesk企业开发的一个交互式绘图软件,主要用于二维及三维的绘图设计,[5]也是目前国内外应用最为广泛的计算机辅助设计软件。[6]由于AutoCAD软件操作简单、绘图精确,且提供二次开发环境,可与地理信息系统(GIS)、交通仿真系统、交通诱导系统等兼容,在交通行业有着非常广泛的发展和应用。
交通事故处理流程中,需要对道路交通事故进行现场勘测,绘制精确的事故现场图作为事故处理的依据。目前,交通实战部门人员主要通过现场手绘《道路交通事故现场图》进行存档,绘图过程繁琐且不精确,绘制的图纸不易存档保存。因此,在交通事故处理中可以借助AutoCAD绘图软件绘制现场勘测图,如图1所示为道路交通事故现场勘测图,图中可清楚详细记录事故现场情况,对事故发生时的地点、车辆运行轨迹、碰撞类型等信息一目了然。
4.2 交通系统仿真
交通系统仿真可以动态地、逼真地模仿交通流和交通事故等各种交通现象,在研究出行者出行行为和各种类型道路交通流运行机理的基础上,复现交通流的时空变化态势,深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路交通要素的特征,有效地进行交通系统的规划、组织与管理、交通能源节约与物资运输合理化等方面的研究。[7]交通警察作为城市交通的管理者,需要借助交通系统仿真对所提出的管控方案进行效果评估。因此,对于交通管理工程专业的本科生,也需要在课程设计中增加交通系统仿真技术的学习及应用。如图2所示为行人过街行为仿真,通过VISSIM软件对设计的行人过街信号配时方案进行模拟仿真,并对方案进行评价。图3所示为道路交叉通仿真,模拟交叉口的实际运行状态,从而对优化方案进行评价。
4.3 交叉口信号配时优化
2.指导9名硕士研究生,2名博士研究生,其中4名研究生毕业。
3.指导航海2004级3名本科生毕业设计。
二、科研工作
1. 完成了广远半潜船压载水仿真系统等科研项目。
2. 参加的高品质航海模拟器及其开发平台获得国家科技进步二等奖。
3. 2008年获得交通运输部吴福-振华优秀教师奖。
三、著作及论文
1.2008年第一作者ei收录2篇、发表核心期刊论文2篇,发表第二作者论文3篇(研究生第一作者),总计7篇。
[2]张显库. 具有对偶极点的不稳定过程的鲁棒控制[j]. 系统工程与电子技术. 2008,30(5):898-900. ei收录
[3]张显库,尹勇,金一丞.海上搜救模拟器的直升机悬停鲁棒控制[j].中国航海, 2008, 31(1):1-5.
[4]张显库,王新屏,朱璐.关于船舶nomoto模型的进一步思考[j].航海技术, 2008,30(2):2-4.
[5]王新屏,张显库.基于反馈线性化与闭环增益成形的减摇鳍控制[j].中国航海,2007,30(4):5-8.
[6]张杨,张显库.强风中普通锚泊商船动力定位的研究[j].船舶工程,2008,30(2):58-62.
[7]李宗波, 张显库, 贾云. 船舶转向过程中速度下降问题的研究[j]. 航海技术, 2008,30(3):2-4.
2. 发表的论文及著作2008年被同行引用21次,总计被引用600余次(单篇最高引用66次)。
3. 为《ieee on fuzzy systems》,《int. j. of systems science》和《控制与决策》、《交通运输工程学报》、《系统工程与电子技术》、《测试技术学报》、《工程设计学报》、《哈尔滨工程大学学报》、《福州大学学报》等20种学术期刊审稿30篇。
四、学科、实验室及其它工作
作为学科负责人撰写了9个报告,主要包括:
1.重点实验室年报;
2.辽宁省重点学科建设申报项目及交通信息工程及控制学科介绍、培养方案;
3.辽宁省重点学科5年发展规划报告;
4.汇总交通运输工程学科5年发展规划报告;
5.交通信息工程及控制学科省重点学科评估报告;
6.汇总交通运输工程学科评估报告;
关键词: 交通工程;教学体系;教学方法
Key words: traffic engineering;teaching system;teaching method
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)16-0224-01
0引言
交通工程专业是一个蓬勃发展的学科,交通工程学作为交通工程专业的主要课程,其教学体系与教学方法的建设非常重要。我校该课程经过多年的建设,已经形成完善的教材体系和教学内容,建设了高水平的交通实践基地和比较完善的网络教学;在教学方法上,采用课堂精讲与课后自学相结合,开展案例教学与互动教学相结合,并通过进行专题讲座提高教学效果, 并依托实践教学基地,开展“现场化”实践教学。具体内容如下:
1教学体系建设
1.1 比较完善的教材体系和教学内容经过多年教学探索,课程组制定了具有我院特色的《交通工程学》教材体系。现使用的教材体系由主讲教材、辅助教材、教学支撑料(扩充性资料)等三个层次组成,覆盖了交通规划领域的基础理论―应用技术―工程实践三个层面。
1.2 比较丰富的教学扩充内容交通工程学课程扩充性资料包括:①高新科技成果在交通工程中产生的新方法、新技术,例如:交通管理信息化技术、交通控制仿真技术、交通信息技术等;②近期收录的典型交通工程案例分析,例如教师科研项目中或通过其它途径获取的典型案例分析;③国内外最近发表的有关交通工程学的论文研讨。总之,本课程教学本着从基本理论到实践再到理论再到更深入的实践这样一个循序渐进的过程,来有目的有意识地综合培养和提高学生的基础知识和各种能力。
1.3 配套实验教材的教学效果主讲教师主持和设计各自课程的实验教学内容、形式和要求。实验、指导教材配套齐全。学生可根据实验指导书顺利地完成实验要求。
1.4 高水平的交通实践基地为了培养交通规划的实践能力,依托交通运输工程实验室,建立了具有省内一流水平的交通工程实践基地。该实践基地由基础实验室、计算机房、交通模拟中心、校外实习基地等组成。实践教学环节由一批具有博士硕士学位和丰富工程实践经验的骨干教师负责,他们均参与过相关的纵横向科研项目,积累了相关案例,对交通工程前沿有较深刻的理解,且具有较强的交通工程领域软件开发应用能力,他们的实践教学受到学生的好评。
1.5 比较完善的网络教学目前,《交通工程学》课程内容已经形成多媒体教材体系,《交通工程学》课程以及实验教学主要内容已经全部实现了多媒体教学。
2教学方法建设
2.1 明确教学内容,课堂精讲与课后自学相结合针对该课程理论与实践结合紧密、专业知识覆盖面广的特点,将教材内容指定为两部分分别进行精讲与课后自学,其中精讲内容针对课程的重点和难点进行细致性教学,在要求学生掌握理论方法的同时辅助以大量的交通工程实例分析;自学内容约为教材内容的1/5,其中数据采集、交通现状分析与近期治理、交通需求预测、网络分配技术、道路交通系统规划、城市交通战略规划及道路交通系统评价为精讲内容;交通系统规划软件、交通规划工程研究报告为自学内容。对学生的课后思考提出具体要求,并结合课堂讨论、实践论文以及课程设计等灵活方式加以考核。
2.2 开展案例教学与互动教学以交通工程学实际案例为基础,把理论知识与实际工作结合起来。既有一路一例的案例,也有综合案例,既考虑学生已有的知识基础和教学内容的要求,又力求简明、形象、生动、具体。
教师的单方面授课无法发挥学生的主观能动性;因此,在本课程中,结合实践的内容,安排学生进行实践工作的介绍和演讲,并解答其他同学的疑问,互相交流。
2.3 进行专题讲座提高教学效果通过外聘专家或授课教师定期给学生举办专题讲座,分析典型工程案例,介绍相关基础知识和学科动态,使学生能够在打下扎实基础的同时了解本课程的前沿研究,培养学生的学习兴趣。
2.4 依托实践教学基地,开展“现场化”实践教学为加强学生实践能力、自学能力和创新思维能力的训练,石家庄铁道学院交通学科精心安排了相应的实践教学环节,依托实践教学基地,大力开展“现场化”实践教学。经过近几年的探索和实践,我院已和河北冀星高速公路有限公司、石家庄市公安交通指挥中心等单位签订了长期合作协议,为交通工程学课程建立了校外实践教学基地。改变由单一任课教师站在讲台前传授书本理论知识的教学方式,充分整合教学实践基地的教学资源,采取“请进来,走出去”的方式,或聘请资深交通专家、知名学者走进课堂开展“讲座式”教学,或带领学生参观交通工程设施的现场,结合具体工程项目进行针对性讲解。
主管单位:中华人民共和国教育部
主办单位:长安大学
出版周期:季刊
出版地址:陕西省西安市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1673-2049
国内刊号:61-1442/TU
邮发代号:
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1984
期刊收录:
核心期刊:
期刊荣誉:
CA 化学文摘(美)(2009)
主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国振动工程学会
出版周期:月刊
出版地址:上海市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1000-3835
国内刊号:31-1316/TU
邮发代号:4-349
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1982
期刊收录:
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)37-0164-02
一、引言
毕业设计(论文)是大学教学计划中最后一个综合性实践教学环节,是学生在系统掌握专业知识、技术及平时教学训练的基础上,按照规范化的设计研究程序与方法所进行的教学活动,其目的是培养学生综合运用所学知识的能力、独立分析和解决本专业范围内有关工程应用问题的能力和科学研究的初步能力,使学生的知识、技能和素质得到进一步充实和提高[1]。同济大学的工程教育改革提出了以培养卓越工程师为人才培养目标的重要方向,而卓越工程师则以具备综合素质为首要标准,卓越计划的核心就是培养学生的工程实践能力和创新能力,毕业设计是卓越工程师教育培养计划的最后一个综合性实践教学环节,培养学生具备综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,以及独立分析与解决本专业范围内有关工程应用问题的能力,使学生得到从事实际工作所必需的基本训练和进行科学研究工作的初步能力[2]。这就要求毕业设计必须进行适合人才培养和行业需求的教学改革。
二、国内外现状
国内交通工程专业本科毕业设计选题类型分为企业工程设计、工程方案论证、工程技术研究和相关应用软件开发等,并对不同类型的课题提出了相应的成果提交形式,毕业设计的成果通常包括毕业论文、外文翻译、设计图纸等三类[3]。其中,对毕业论文选题的要求一般为:结合企业实际项目真题真做和结合科研项目拟题真做两类,且要求一人一题。同时,毕业设计的考核形式以答辩为主,基于答辩情况给出五级制评分方法。美国绝大多数高校在学生在校期间都提供了比较多的实践机会,因此很多高校并没有所谓的毕业设计和毕业论文来作为本科教学的检验[3]。部分研究型大学为即将毕业的学生开设了体验课程,由教师提出课题后,学生通过对大学期间所掌握的知识和技能进行综合运用,并予以解答,将毕业论文取代为各种小论文和小试验,此举强调了科研在本科生教育中的地位,使本科生科研成为大学教育的重要组成部分,继而提升其本科生的学术水平。与之类似,英国的部分高校也已将课题研究作为毕业设计的形式,并得到了广泛的应用,可见工程型专业培养学生的目标以解决企业实际需求为导向,有必要结合卓越计划的要求改革交通工程专业毕业设计的设置。
三、交通工程专业毕业设计需要解决的主要问题
交通工程专业的国内外发展趋势表明:各类地区、各级城市的交通系统均由单一系统走向综合交通系统,由规划和建设部门独自为政走向规划―建设―运行―管理的相互合作,由城市无序蔓延走向城市―交通的可持续性发展[4]。在此背景环境下,对交通工程学科的培养模式、培养机制需要进行相应的调整,更多的反映出社会需求和交通工程行业的发展。然而目前交通工程专业本科毕业设计设定为一人一题,且以研究性或某阶段工程设计性为主,无法培养学生建立综合交通系统规划、设计、建设、管理与控制全生命周期、全过程的思考方式,降低了学生跨专业、跨学科、交叉性的综合实践能力[5]。指导教师目前多为学校教师,缺乏真正的毕业设计环境。需要建立多样化的毕业设计模式,基于交通工程本科学生专业兴趣,依托于校企实践基地,提现社会实际需求和行业发展导向。从选题内容、技术管理、质量控制与评价等方面对交通工程专业不同方向毕业设计的指导流程和标准进行改革和探索。
四、学生对毕业设计的需求和兴趣调查
为制订毕业设计改革方案,面向2013届即将毕业的交通工程专业本科生进行毕业设计调研工作,从实际效果和学习期望两方面深入了解学生的兴趣方向、实际需求和毕业设计潜在的薄弱环节,进而为确定毕业设计的知识点、形式、重点、难点等奠定基础。具体调查结果见表1、表2。
调查发现,虽然大部分学生的毕业去向是继续深造,但更多的学生愿意选择设计类的内容。选择实习单位时,同样是更多的学生希望去设计部门,同时,学生对毕业实习的需求是希望实习更贴近自己的专业,与毕业设计有所联系,且希望能在实践环节中有所拓展。从学生需求和兴趣出发,有必要进行毕业设计多模式及多途径的改革探索。
五、面向卓越工程师培养目标的多模式毕业设计改革设想
1.利用校企实验基地,开展多模式毕业设计试点。校企联合培养有助于获取真实的社会需求,锻炼适应于社会需求的专业技能和能力。结合交通工程专业的教育部重点实验室、大学生创新基地、4个国家级工程实践中心、39个与学院签署协议的校企实践基地,通过对基地能够提供的企业实习内容、基地指导教师的工作方式、联合指导毕业设计的交通问题类型(设施设计类、交通改善类、交通规划管理类等)、适合的毕业设计小组规模等信息的深入调研和采集,建立毕业设计技术标准,形成各类毕业设计模式的实施流程。建立开放性实验和专业课程设计延伸的交通工程学科毕业设计模式、校企实践基地的交通工程学科毕业设计模式、企业实习和毕业设计打通的递进式毕业设计模式试点。
2.优化毕业设计内容,注重多种知识的综合运用。基于问卷调查数据,结合交通工程行业发展动向和发展特点、学科建设的科研项目,对学生需求和社会需求进行匹配,以毕业设计课题能对本科生进行全过程的专业训练为原则,形成本科生毕业设计课题设置和筛选的流程。开展国内外高校的交通系统、道路、机场、轨道、信息专业的规划、设计、施工、管理等方面的毕业设计、课程设计、专业实验的内容、知识点、难度、考核评价方法的案例对照分析,确定毕业设计的研究对象范围、技术需求、内容深度、模型工具及成果要求等判别标准,从而确保毕业设计的前瞻性、系统性、科学性及可实施性,形成毕业设计内容及工作深度控制方法。
3.将毕业设计贯穿到整个大学教育中,各门专业课程讲授中增加真题真做的实践环节。从学生毕业设计类型的需求分析数据发现,毕业设计应培养学生建立起综合交通系统全生命周期、全过程的思考方式,选题应涵盖从交通规划、设计、建设、管理与控制等全过程的专业训练,仅利用14周的毕业设计时间学生无法完成,有必要在各门专业课程的学习过程中增加实践环节,让学生掌握各阶段的专项设计方法,形成专业核心课程的专项设计方案。毕业设计的重点是整合各专项设计,训练学生掌握卓越工程师所要求的技术创新、解决问题的能力,从而形成递进式实践训练的毕业设计模式。
4.建立毕业设计指导教师团队,改变以往单一教师指导的局限性。针对校企实践基地的交通工程毕业设计模式,由校企实践基地与学校联合建立指导委员会,确定毕业设计的内容框架、设计深度、设计范围,审核毕业设计任务书及开题大纲,确保课题研究的上层标准。然后由企业、学校的专业团队教师进行分阶段指导。企业导师重在题目和问题设定,校内导师团队重在毕业设计内容控制。
5.加强毕业设计过程质量监控,优化质量评价体系。结合多模式试点工作,建立毕业设计全过程质量监控管理流程和标准。完善开题答辩、中期汇报、方案评阅等各环节的检查和考评措施,增加出勤率、进度检查、设计质量考核、效果跟踪后评价等过程考核。优化质量评价体系,成绩评定分为团队成绩、个人成绩、分阶段专业成绩等,既给学生压力,也给教师压力,同时形成良性竞争氛围。
六、结语
面向卓越工程师培养需求,依托校企实习基地进行多类型、多层次的交通工程毕业设计改革的探索,既可以应对社会的实际需求,又可以提高学生应用交通工程专业知识和技术的能力。通过交通工程综合毕业设计的训练,使学生成为能够胜任交通工程规划、设计、管理和控制等工作;具备解决现代交通问题的基本技能,具有终身学习能力的卓越工程师。
参考文献:
[1]王鹏,郭丽.卓越工程师教育培养中的毕业设计改革探析[J].绥化学院学报,2011,31(2):176-177.
[2]范自柱.本科毕业设计改革探讨[J].华东交通大学学报,2007,24(12):115-116.
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