時間:2023-03-14 14:50:00
導(dǎo)語:在控制科學(xué)與工程的撰寫旅程中,學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文,愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感,引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
(北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院,北京100192)
摘要:面向工程型智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè),探討微控制器技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式改革,提出以機器人為對象,將MSP430微控制器引入教學(xué),并介紹一系列課程案例的開發(fā)。
關(guān)鍵詞 :智能科學(xué)與技術(shù);機器人;微控制器;課程改革
基金項目:北京信息科技大學(xué)2014年教學(xué)改革立項項目(2014JG08);北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院2015年青年教師教學(xué)能力提升項目“2015年人才培養(yǎng)質(zhì)量提高”(5111523309)。
第一作者簡介:陳啟麗,女,講師,研究方向為遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能控制,qilichen@hotmail.com。
1 背景
智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是一個面向前沿高新技術(shù)的基礎(chǔ)性本科專業(yè),涉及機器人技術(shù)、以新一代網(wǎng)絡(luò)計算為基礎(chǔ)的智能系統(tǒng)、新一代的人一機系統(tǒng)技術(shù)等。特別是經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,智能機器人技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)成為各個行業(yè)及各個領(lǐng)域創(chuàng)新的重要生長點,應(yīng)用前景日趨廣泛。總書記在2014年兩院院士大會講話中提到,“機器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個切入點和重要增長點,我國將成為全球最大的機器人市場。
智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)在我國的發(fā)展尚屬初級階段,主要由多個專業(yè)的合并和重組而成,因此其本科教學(xué)模式具有融合、交叉、綜合等特點的同時又各具有自身的特色。
基于對智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科內(nèi)涵的科學(xué)認(rèn)識和十幾所高校的實踐經(jīng)驗,中國人工智能學(xué)會教育工作委員會于2004年8月提出《智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)專業(yè)規(guī)范》,建議不同學(xué)校根據(jù)自身特點定位其人才培養(yǎng)目標(biāo)。北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)定位于培養(yǎng)工程技術(shù)型人才,以本科生實驗教學(xué)模式為主進行教學(xué)改革。結(jié)合本科生能力培養(yǎng)實際,從基礎(chǔ)的實驗?zāi)芰﹀憻?、開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)、組建科研小組到舉辦機器人比賽等多個方面提高學(xué)術(shù)的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、實際操作能力以及在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用能力。智能科學(xué)與技術(shù)將傳統(tǒng)機器智能化,為新學(xué)科發(fā)展提供研究載體和持久動力,同時引入生命科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和腦科學(xué)的研究成果和研究方法,推進信息系統(tǒng)的智能化。
2 面向機器人設(shè)計的微控制器技術(shù)課程開發(fā)
嵌入式微控制器是機器人的大腦,是機器人實現(xiàn)智能的先決條件和基本平臺。微控制器可以控制機器人進行信息采集、存儲、處理以及實現(xiàn)機器人智能的行為?!拔⒖刂破骷夹g(shù)”并不是一個全新的課程,幾乎是每個工科院校都開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,該課程是學(xué)習(xí)和使用機器人必不可少的課程之一。機器人的核心控制模塊就是微控制器,機器人搭載的各種傳感器獲取的數(shù)據(jù)均會通過單片機的I/O口或者其他通信模塊傳輸給微控制器。經(jīng)過一定的運算決策,微控制器將控制策略傳輸給機器人的執(zhí)行機構(gòu),最終實現(xiàn)機器人的智能控制。
從教學(xué)方式來看,學(xué)生將機器人作為一個學(xué)習(xí)對象,通過微控制器技術(shù)課程的學(xué)習(xí),直觀地將自己所學(xué)的內(nèi)容應(yīng)用于機器人獲取環(huán)境以及控制過程,這也是一種新型的教學(xué)方式。對學(xué)生而言學(xué)習(xí)內(nèi)容極具有趣味性,激發(fā)其主觀能動性。
在教學(xué)安排上,微控制器技術(shù)課程設(shè)計環(huán)節(jié)使學(xué)生不但掌握微控制器技術(shù)的基本原理,而且能夠熟練應(yīng)用微控制器技術(shù)進行機器人等智能系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)。
微控制器技術(shù)課程主要包括微控制器的基本原理,微控制器內(nèi)核心模塊的功能、設(shè)置及應(yīng)用,微控制器的程序設(shè)計等。通過課程學(xué)習(xí),學(xué)生理解和掌握微控制器技術(shù)基礎(chǔ)理論,微控制器內(nèi)部時鐘系統(tǒng)、端口模塊、定時器以及串口通信等工作原理及設(shè)計方法,微控制器的程序設(shè)計方法;能使用微控制器技術(shù)實現(xiàn)機器人對環(huán)境信息的準(zhǔn)確采集、信息處理以及對機器人行為、動作和運動的有效控制。
在教學(xué)過程中引入智能機器人,可以融合傳感科學(xué)與技術(shù)、通信科學(xué)與技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)等來實現(xiàn)智能技術(shù)。傳感科學(xué)與技術(shù)的任務(wù)是把原始信息轉(zhuǎn)換為機器可感知信息;通信科學(xué)與技術(shù)的任務(wù)是可靠地傳輸感知信息;計算機科學(xué)與技術(shù)的任務(wù)是將感知信息進行計算、處理并轉(zhuǎn)換為可用信息。智能機器人為學(xué)生把可用信息轉(zhuǎn)換成為知識進而在目標(biāo)制導(dǎo)下轉(zhuǎn)換為智能策略提供了可靠的平臺。
3 教學(xué)研究
3.1 選用先進的MSP430微控制器作為教學(xué)平臺
華盛頓協(xié)議對工程類本科生的能力要求主要有以下幾方面:
(1)在系統(tǒng)、工藝和機器的設(shè)計、操作和改進過程中,能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)知識;
(2)發(fā)現(xiàn)并解決復(fù)雜工程問題;
(3)了解并解決環(huán)境、經(jīng)濟和社會與工程相關(guān)的問題;
(4)具有有效溝通能力;
(5)能夠接受終身學(xué)習(xí)并促進職業(yè)發(fā)展;
(6)遵守工程職業(yè)道德;
(7)能夠在當(dāng)今社會中發(fā)揮作用。
基于以上的7個能力要求,我們設(shè)計了一系列課程案例。在各類機器人中,目前輪式機器人的結(jié)構(gòu)較為簡單且較容易控制。在老師的指導(dǎo)下,學(xué)生基本都能搭建各種形式的輪式機器人。教學(xué)過程中主要選用MSP430F149系列的單片機作為機器人的核心控制模塊。MSP430F149芯片是美國TI公司推出的超低功耗微處理器,包括60KB+256字節(jié)的flash、2KB的RAM,基本時鐘模塊、看門狗定時器、3個捕獲/比較寄存器、PWM輸出的16位定時器、2個具有中斷功能的8位并行端口、4個8位并行端口、模擬比較器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個串行通信接口等模塊。MSP430F149芯片具有如下特點:
(1)低電壓、超低功耗;
(2)強大的處理能力;
(3)豐富的片上外圍模塊;
(4)系統(tǒng)工作穩(wěn)定;
(5)方便高效的開發(fā)環(huán)境。
其作為學(xué)生學(xué)習(xí)的入門級微控制器,既不像51單片機功能過于簡單,也不像TI公司其他系列的單片機功能過于復(fù)雜,其能夠兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)能力和市場需求。
機器人除了控制模塊之外,主要由傳感器模塊和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成。傳感器模塊主要用于智能獲取環(huán)境信息,執(zhí)行機構(gòu)則主要用于執(zhí)行智能決策。教學(xué)過程中使用的機器人,其內(nèi)部搭建了攝像頭傳感器和超聲傳感器,執(zhí)行機構(gòu)有電機、機械臂等。基于MSP430單片機的機器人實驗平臺為智能科學(xué)與技術(shù)系的學(xué)生搭建了一個智能控制的硬件平臺。該平臺可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計機器人的一些智能行為并通過使用微控制器技術(shù)實現(xiàn)該智能行為。
3.2 開發(fā)驗證性案例實驗
驗證性實驗主要實現(xiàn)以下功能:
(1)編程產(chǎn)生PWM波,控制機器人移動;
(2)編程產(chǎn)生PWM波,控制機器人機械臂;
(3)讀取超聲波的測量值;
(4)讀取攝像頭的圖像等。
教學(xué)過程中設(shè)計了部分基礎(chǔ)實驗(見表1),學(xué)生在實驗過程中,理解微控制器的工作原理及具體應(yīng)用。幫助學(xué)生建立起理論與應(yīng)用之間的對應(yīng)關(guān)系,為學(xué)生開展創(chuàng)新性工作、開拓性工作奠定扎實的理論及實踐基礎(chǔ)。
3.3 開發(fā)設(shè)計性案例實驗
設(shè)計性實驗多為課外開放實驗,主要實現(xiàn)以下功能:
(1)使用一種傳感器實現(xiàn)機器人的控制;
(2)融合兩種以上的傳感器實現(xiàn)機器人的控制;
(3)基于攝像頭實現(xiàn)機器人機械臂的抓取任務(wù)等。
我們在教學(xué)過程中設(shè)計了各式各樣的項目式課外開放實驗,見表2。學(xué)生自己完成方案設(shè)計、動作設(shè)計、控制器設(shè)計等內(nèi)容,老師給予一定的理論指導(dǎo),最終實現(xiàn)機器人完成各式各樣的項目任務(wù)。
4 結(jié)語
在課程教學(xué)中,我們精心設(shè)計及開發(fā)各類機器人模型,充分考慮工程素質(zhì)教育要求,增加學(xué)生的動手實踐環(huán)節(jié)。實踐表明,實物實驗降低了學(xué)生對單片機課程理論的排斥心理,很大程度上增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?;跈C器人平臺的設(shè)計性實驗,有效鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新性思維以及應(yīng)用理論解決實踐問題的能力,增加了本科學(xué)生對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的深入理解。
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關(guān)鍵詞:智能控制;教學(xué)策略;卓越工程師;模糊控制;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)23-0029-02
智能控制作為自動化類專業(yè)的一門專業(yè)課程,要求學(xué)生了解控制學(xué)科發(fā)展的方向和前沿,熟悉智能控制的主要理論分支、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及發(fā)展趨勢等,掌握基本智能控制方法的結(jié)構(gòu)和算法,為未來實際工程應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。當(dāng)前,在國內(nèi)外備受關(guān)注的CDIO模式即把“構(gòu)思(Conceive)―設(shè)計(Design)―執(zhí)行(Implement)―運作(Operate)”作為工程教育的環(huán)境背景,按照產(chǎn)品生命周期構(gòu)建課程體系,以課堂和項目相結(jié)合的方式進行主動學(xué)習(xí),使學(xué)生達到預(yù)想的學(xué)習(xí)目標(biāo)。
考慮到安徽工程大學(xué)(以下簡稱“我校”)自動化專業(yè)被確定為教育部“卓越計劃”試點專業(yè),如何通過智能控制課程教學(xué)改革來提高教學(xué)質(zhì)量,充分借鑒CDIO先進的教育理念,推行卓越工程師培養(yǎng)計劃,提高大學(xué)生的創(chuàng)新技能、實踐技能,協(xié)調(diào)課程體系對培養(yǎng)目標(biāo)支撐力不強以及與我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和結(jié)構(gòu)的調(diào)整不相適應(yīng)的矛盾,創(chuàng)建適應(yīng)新形式發(fā)展需要的課程教學(xué)體系,同時促進我國智能控制學(xué)科發(fā)展,是我校授課老師所面臨和亟待解決的問題。
一、智能控制課程分析
1.智能控制發(fā)展歷程
智能控制是一種新型自動控制技術(shù),代表了自動控制的最新發(fā)展階段。[1]20世紀(jì)90年代中期之后,智能控制日益成熟,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家用、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,據(jù)統(tǒng)計,2012年全球智能控制市場規(guī)模接近6800億美元,而我國智能控制行業(yè)規(guī)模也已經(jīng)達到4200億元。
智能控制思潮第一次出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代由Leonaes等人首次正式提出,[2]到了1987年,IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會和計算機學(xué)會在美國費城聯(lián)合召開了智能控制國際學(xué)術(shù)討論會,智能控制正式作為一門新學(xué)科,登上歷史舞臺,而“智能控制”課程是在智能控制學(xué)科建立之后開設(shè)的。
國內(nèi)首部“智能控制”教材,是在1990年由中南大學(xué)蔡自興教授編寫電子工業(yè)出版社出版,蔡教授把遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學(xué)習(xí)控制作為智能控制課程的初步框架和主要研究分支。[1]隨后,王耀南、李士勇、李人厚、孫增圻等專家也編寫了智能控制相關(guān)教材。這些教材出版對我國智能控制課程教學(xué)發(fā)揮了積極的作用,為智能控制學(xué)科建設(shè)和人材培養(yǎng)做出突出貢獻。[3]
近年來,國內(nèi)學(xué)者對智能控制的研究十分活躍,舉行各種與智能控制有關(guān)的學(xué)術(shù)討論會,如全球智能控制與自動化大會(World Congress on Intelligent Control and Automation,WCICA)、中國智能自動化會議(Chinese Intelligent Automation Conference,CIAC)、中國控制會議(Chinese Control Conference,CCC)、中國控制與決策會議(Chinese Control and Decision Conference,CCDC)等,這標(biāo)志我國智能控制作為獨立學(xué)科已正形成。[2]
2.智能控制理論體系
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能控制理論和技術(shù)得到不斷的發(fā)展和完善,受到越來越多科研工作者的關(guān)注。常規(guī)的智能控制方法主要包括:模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、分級遞階控制、專家系統(tǒng)控制以及其他仿人智能控制等。[3,4]
(1)模糊控制:將人類專家對特定對象的控制經(jīng)驗,運用模糊集理論進行量化,轉(zhuǎn)化為可數(shù)學(xué)實現(xiàn)的控制器,從而實現(xiàn)對被控對象的控制,其主要包括輸入模糊化、模糊規(guī)則庫、模糊推理以及輸出逆模糊化四個部分。
(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制:是人工智能、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、非線性動力學(xué)等學(xué)科的交叉熱點,它利用大量的人工神經(jīng)元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連,構(gòu)建具有仿人控制的功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然不善于顯式表達知識,但具有很強的學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力,能夠任意逼近復(fù)雜的非線性系統(tǒng),對高度非線性和嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)的控制方面具有良好效果。
(3)分級遞階控制:是從工程控制論的角度總結(jié)人工智能與自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自組織的關(guān)系之后逐漸形成的,主要由組織級、協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級構(gòu)成。其中組織級起主導(dǎo)作用,涉及知識的表示與處理,主要應(yīng)用人工智能;協(xié)調(diào)級在組織級和執(zhí)行級間起連接作用,涉及決策方式及其表示,采用人工智能及運籌學(xué)實現(xiàn)控制;執(zhí)行級是底層,具有很高的控制精度,采用常規(guī)自動控制。
(4)專家系統(tǒng)控制:是指具有模糊專家智能的功能,采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論相結(jié)合的方法設(shè)計的控制策略,它是人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最成功的分支之一,由知識庫、推理機、解釋機制、知識獲取系統(tǒng)以及綜合數(shù)據(jù)庫五個部分組成。在工業(yè)過程控制中主要呈現(xiàn)直接專家控制和間接專家控制兩種形式。
二、智能控制課程教學(xué)改革
1.理論教學(xué)
UNESCO在2010年的工程學(xué)報告中指出,工程是人類面臨的最大挑戰(zhàn)和機遇,為了滿足卓越工程師培養(yǎng)計劃要求,我校重新修訂課程教學(xué)大綱,調(diào)整了各知識點的學(xué)時分配,擴大了知識面的覆蓋范圍,并提高了實驗內(nèi)容所占學(xué)時比例,注重實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)置。在課程建設(shè)考慮理論與實踐的均衡,避免理論與實踐用脫節(jié),教材選用為王耀南主編、機械工業(yè)出版社出版的《智能控制理論及應(yīng)用》,[5]總共設(shè)計30個學(xué)時,具體如圖1所示。概述部分為2個學(xué)時,主要講解智能控制理論的歷史背景、研究現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢;模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是本課程主要講解部分,分別安排9個學(xué)時;分級遞階控制與專家系統(tǒng)控制部分要求學(xué)生以了解為主,因此分別安排4個學(xué)時;最后,剩余2個學(xué)時講解當(dāng)前最新的一些智能控制方法,目的為擴展學(xué)生的視野。
考慮到“智能控制”課程涉及的知識面較為廣泛,因此,在教學(xué)過程中,教師主要擔(dān)負(fù)組織者、引導(dǎo)者的職責(zé),課堂上注重采用啟發(fā)式的教學(xué)模式,并增加案例講解,讓學(xué)生明確課程教學(xué)服務(wù)于國家戰(zhàn)略需要和行業(yè)需要,如:液浮陀螺儀溫控系統(tǒng)的模糊控制策略設(shè)計、單級倒立擺系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的設(shè)計、數(shù)控機床專家系統(tǒng)設(shè)計等。鼓勵學(xué)生自由探討,實現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的互動,提高學(xué)生的認(rèn)知能力。
2.實踐教學(xué)
本課程專業(yè)性很強,學(xué)生缺少對智能控制方法的感性認(rèn)識,且受學(xué)時數(shù)的限制,因此鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí),充分利用課余時間。[6]每次課后,有針對性地預(yù)留課外作業(yè),引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí),這有利于老師教學(xué)內(nèi)容的精練講解,學(xué)生對智能控制的熟悉掌握,引導(dǎo)學(xué)生注重工程能力和自主學(xué)習(xí)能力的提高。
另外,在“智能控制”教學(xué)計劃中,安排6個學(xué)時作為實驗課,讓學(xué)生獨自設(shè)計相關(guān)智能控制器,培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力,增加對模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的熟練程度。實驗采用先講解、后實驗、再總結(jié)的方式進行。為了保證實踐教學(xué)質(zhì)量,每20位學(xué)生安排1名指導(dǎo)教師。實驗前,要求學(xué)生實驗之前完成預(yù)習(xí)報告;實驗中學(xué)生每人一臺機,獨立記錄實驗過程和實驗結(jié)果,教師全程答疑輔導(dǎo);實驗后學(xué)生及時上交實驗報告,其內(nèi)容包括:實驗名稱、內(nèi)容、方法、步驟、結(jié)果及個人心得、體會。
3.教學(xué)手段
為了適應(yīng)時代的發(fā)展,授課借助先進的教學(xué)軟件。在相關(guān)理論知識點展開前,可通過實例模擬讓學(xué)生初步了解相關(guān)方法,再切換到理論知識的講解,以幫助學(xué)生做到思維的自然過渡。
課堂還采用多媒體教學(xué),以提高學(xué)生獲取信息的效率。多媒體課件制作過程中,力求圖文并茂,能吸引學(xué)生的注意力,這有利于實現(xiàn)情景式的教學(xué),充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,變被動教育為主動教育,使學(xué)生加深對知識的理解。[7,8]
4.考核方式
本課程理論性較強,為避免“一張試卷定乾坤”帶來的弊端,課程成績采用多元化考核制度,主要包括:平時成績(30%)、實驗成績(30%)和期末考試成績(40%)。
三、結(jié)束語
綜上所述,我國的智能控制教育已取得了可喜成績,我校在研究專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和現(xiàn)有教學(xué)資源基礎(chǔ)上,借鑒國內(nèi)相關(guān)高校成功教學(xué)經(jīng)驗,并不斷完善智能控制學(xué)科教學(xué)的方法、手段、策略,研究制訂新的大綱,開發(fā)設(shè)計多媒體課件,與時俱進,緊密圍繞“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的重點和目標(biāo),為培養(yǎng)敢創(chuàng)新、會創(chuàng)造的高質(zhì)量人才不斷努力。
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[7]林健.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學(xué)教育研究,2011,32(2):47-55.
(一)承包商因素
協(xié)調(diào)力度不夠,不能有機地組織各職能部門去順利完成各項工作。主要指總承包單位項目部管理人員和各分包方項目管理人員的內(nèi)部管理機制是否完善。只有內(nèi)部管理機制完善,才能保障各相關(guān)方溝通暢通,配合默契,保證項目整體管理水平良好。項目部才能及時合理地分解任務(wù),落實任務(wù),完成任務(wù)。由于EPC模式對工程總承包,其承擔(dān)的責(zé)任和風(fēng)險比常規(guī)模式大很多,對管理人員管理水平提出更高的要求。只有把把不同類型、不同風(fēng)格的分包方協(xié)調(diào)好,管理好,才能最大程度地發(fā)揮EPC模式整合的優(yōu)勢。
(二)供貨商因素
由于各部門之間信息私有化、未經(jīng)集成,信息沒有實現(xiàn)有效共享。造成制造和供貨周期過長,使安裝項目的開工時間拖延。由于不能有效根據(jù)生產(chǎn)需要組織采購,設(shè)備供貨順序不合理,打亂施工計劃,使各項目的工程進度失去平衡。因設(shè)計或制造質(zhì)量缺陷返修,造成現(xiàn)場施工的停滯。在設(shè)備需求發(fā)生變更時,響應(yīng)變更的能力遲鈍。
(三)物質(zhì)發(fā)運因素
與港口、海關(guān)等部門的溝通不密切,使船期拖延或不能及時卸貨。項目所用的材料,需要更新的設(shè)備及預(yù)制件、零配件未能按時入庫或運抵施工現(xiàn)場。與工程當(dāng)?shù)仃懧肺镔Y運輸部門的溝通不密切,使物資堆滯在碼頭。尤其對于電廠建設(shè)用到的專用材料和設(shè)備,由于其制造運送周期長,可替代性差,對進度的影響很大。境內(nèi)路況的限制,使物資不能及時進場。
(四)設(shè)計因素
能力和經(jīng)驗不足,使設(shè)計的各個環(huán)節(jié)不緊湊、流程不順暢。一般設(shè)計分為工藝專業(yè)設(shè)計、土建專業(yè)設(shè)計、機務(wù)專業(yè)設(shè)計、電氣專業(yè)設(shè)計、熱控專業(yè)設(shè)計。因工藝設(shè)計為主專業(yè),一般以工藝設(shè)計人員為工程項目的負(fù)責(zé)人,項目負(fù)責(zé)人對其他專業(yè)了解的深度和對其他專業(yè)人員控制權(quán)利的大小直接制約了設(shè)計進度的快慢。缺乏信息溝通,工程資料流轉(zhuǎn)不緊湊,使施工圖出圖計劃得不到保證。對項目所在國的情況不了解,設(shè)計的結(jié)果不滿足實際的需要。
(五)施工分包商因素
施工組織不當(dāng),不能有機地組織各職能部門順利完成各項工作。施工準(zhǔn)備工作是保證工程順利進行的重要環(huán)節(jié)。如果施工準(zhǔn)備工作做得不充分,將使工程施工造成混亂,致使工程拖期。施工技術(shù)落后,使得關(guān)鍵工程在施工環(huán)節(jié)耗費太多的時間。技術(shù)水平的高低直接影響到施工效率的高低,由于工人技術(shù)水平低,對新工藝、新設(shè)備的使用不熟練,從而影響建設(shè)工期。施工資源不足,使工程進展不能按計劃推進。電廠項目工程量大,所需人力和機械數(shù)量較多。如果投入的施工力量不足,將會影響到項目的正常進行。因施工質(zhì)量缺陷返工,造成現(xiàn)場施工的停滯。
二、控制工程項目進度措施
(一)合同措施
1、爭取機組性能試驗不計入工期考核。機組性能試驗一般在機組可靠性試運行結(jié)束后進行,條件具備時,部分項目可在機組整套試運期間進行,所有試驗結(jié)束后,機組投入正式商業(yè)運營。由于機組性能試驗本身受電網(wǎng)、煤質(zhì)等諸多外界條件的影響,EPC承包商很難安排和控制試驗計劃,如果機組性能試驗計入工期,對EPC承包商是一種潛在的風(fēng)險。
2、堅持以收到第一筆工程預(yù)付款日為合同生效日。接受合同簽訂即計算工期的條款。使得EPC承包商的工程前期準(zhǔn)備時間成為合同工期的一部分,這對EPC承包商來說將意味著真正的EPC工期被壓縮。要防范這種風(fēng)險,EPC承包商就要在投標(biāo)和合同談判期間,堅持以收到第一筆工程預(yù)付款為合同生效時間。爭得一定的主動權(quán)。有充裕的時間去做工程前期的準(zhǔn)備工作,為順利執(zhí)行合同打下良好的基礎(chǔ)。
3、每臺機組的工期要分別計算。對于同一期火電工程或單循環(huán)燃機電站工程,一般不止一臺機組。此時,在擬定商務(wù)合同中,應(yīng)將每臺機組的罰款工期單獨計算。對于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站工程,應(yīng)將每個聯(lián)合循環(huán)單元全部機組的罰款工期單獨計算。最大限度地減少因工期延誤罰款給EPC承包商帶來的經(jīng)濟損失。
(二)組織措施
簽訂EPC合同后,要針對電站工程特點,選擇合適的項目組織模式。目前,EPC總承包項目組織模式主要有兩種:EPC(max s/c) 和EPC (self-perform construction) 。采用EPC (max s/c) 模式時,EPC 總承包商最大限度地選擇分承包商來協(xié)助自己完成工程項目,尤其是將施工、調(diào)試和性能試驗工作分包給施工承包商。參與工程建設(shè)的各相關(guān)單位(如設(shè)計院、施工企業(yè)、監(jiān)理公司)應(yīng)明確落實工程現(xiàn)場進度控制人員及其職責(zé)分工。采用EPC(self-perform construction)模式時,EPC總承包商自己要最大限度地承擔(dān)工程的設(shè)計、施工、調(diào)試和性能試驗工作。
(三)設(shè)計措施
1、加強與設(shè)計單位的信息溝通。設(shè)計輸入的及時和準(zhǔn)確是保證設(shè)計進度、制約整體設(shè)計進度的關(guān)鍵因素。EPC總承包商在項目運作中要充分發(fā)揮整體協(xié)調(diào)優(yōu)勢,當(dāng)好設(shè)計單位和業(yè)主、工程咨詢公司之間,設(shè)計單位與設(shè)備廠家之間的信息中心樞紐,與各方建立規(guī)范、有序、暢通的項目信息渠道,組織各設(shè)備廠家等有關(guān)各方為設(shè)計院提供及時和準(zhǔn)確的設(shè)計輸入。
2、將設(shè)計納入EPC項目總體網(wǎng)絡(luò)計劃監(jiān)控體系。根據(jù)項目總體網(wǎng)絡(luò)計劃編制設(shè)計進度計劃,并在項目總體網(wǎng)絡(luò)計劃中要求設(shè)計、采購和施工的“無縫”銜接。根據(jù)設(shè)計計劃,編制輔助設(shè)備招標(biāo)規(guī)范書,配合輔助設(shè)備的采購工作,同時要求輔助設(shè)備廠家按計劃提交準(zhǔn)確的設(shè)計輸入。設(shè)計院完成一部分分項工程設(shè)計后,及時履行審批程序,交付EPC承包商進行物資采購和現(xiàn)場施工,使工程的實施環(huán)節(jié)緊湊、快捷。
3、要設(shè)計兼顧設(shè)備訂貨,方便施工管理。在項目設(shè)計初期要充分考慮采購和施工的影響,優(yōu)先安排訂貨周期長、制約施工關(guān)鍵控制點的設(shè)計工作,使設(shè)計向采購和施工適當(dāng)延伸,實現(xiàn)設(shè)計、采購和施工的深度交叉,徹底拋棄那種等設(shè)計圖紙全部完成后再進行采購和施工的建設(shè)模式。設(shè)計人員編制設(shè)備訂貨技術(shù)規(guī)格書后,一定要參與訂貨技術(shù)評審,這不僅有利于設(shè)計提前接觸設(shè)備資料,及時處理設(shè)備和設(shè)計銜接問題,加快設(shè)計進度,而且設(shè)計單位對設(shè)備制造商提前進行的技術(shù)交底還能減少失誤,縮短供貨周期。
4、加強設(shè)計審查力度。為設(shè)計單位牽頭組織好初步設(shè)計審查會和專業(yè)設(shè)計審查會,定期召開設(shè)計協(xié)調(diào)會,及時提醒設(shè)計單位和廠家的設(shè)計部門準(zhǔn)備齊全審查所需的全部支撐性文件資料,明確設(shè)計成果文件組成及出圖細(xì)節(jié)要求,使設(shè)計工作具有針對性和計劃性,確保設(shè)計文件的審批速度和審批質(zhì)量。
5、建立圖紙校審管理制度。對于校對人要求從事專業(yè)設(shè)計工作三年以上,并具備較強的質(zhì)量意識、必要的專業(yè)知識和經(jīng)驗、了解專業(yè)設(shè)計技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、具有嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍的工作態(tài)度和作風(fēng)、能正確判斷并指出設(shè)計差錯,提出更正意見。
(四)施工計劃和進度控制
1、
應(yīng)用先進的計劃管理軟件。電站EPC工程計劃宜用P3計劃管理軟件編制,應(yīng)用6級計劃管理模式,實行各級計劃的網(wǎng)絡(luò)共享,并應(yīng)用各級計劃進行設(shè)備供貨、設(shè)計資料交付和工序交接等的跟蹤和協(xié)調(diào),使施工進度一直處于可控、在控狀態(tài)。EPC項目的施工計劃實行動態(tài)管理和控制。根據(jù)設(shè)備材料的到貨情況、設(shè)計文件的交付情況以及施工活動的進展情況,每周進行更新,與工程進度同步進行,準(zhǔn)確的信息為施工組織部門安排月度計劃創(chuàng)造了良好的條件,給EPC承包商實現(xiàn)計劃平衡提供了詳實的依據(jù)。 2、吸納國內(nèi)外先進的工程建設(shè)管理方法和措施。采用工作負(fù)荷點等工作量計量工具,建立工程總體和各專業(yè)計劃“S”曲線,通過每周統(tǒng)計完成的工作量和實耗用工,生成實際完成的進度曲線和實耗的用工曲線,通過比較和分析得出進度狀況,以此為依據(jù)制定各項措施來調(diào)整計劃,從而有效控制工程進度。
3、制定科學(xué)先進的趕工期措施。合理規(guī)劃施工場地和施工道路,充分發(fā)揮各施工功能區(qū)的生產(chǎn)能效,使施工物資的水平運輸短捷暢通。隨計劃“S”曲線調(diào)用足量的施工機械和勞動力資源,在制定計劃“S”曲線也要考慮施工資源的現(xiàn)有狀況,以滿足工程緊張的需要。制定科學(xué)、先進的施工方案,從縮短工期的角度選擇最適合的施工方法。掌握工程當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c,避開雨季施工基礎(chǔ)工程和其他地下設(shè)施。
4、使用先進的施工技術(shù),可降低施工強度、簡化施工工藝從而加快進度。比如使用大功率定向鉆機、卷裝的聚乙烯管和鋁塑復(fù)合管、熱熔焊機、不停氣接氣設(shè)備等。
(五)正確理順與業(yè)主、咨詢公司之間的關(guān)系
1、建立國際化的項目管理思維模式。首次進入國外電站建設(shè)市場的中國公司,其思維模式不容易擺脫計劃經(jīng)濟條件的限制和束縛,一時難以與國外接軌。因此,在施工中應(yīng)遵循國際慣例,努力向國際承包工程施工標(biāo)準(zhǔn)靠攏,端正態(tài)度、換位思考,多考慮業(yè)主的實際需求,以EPC合同為準(zhǔn)繩,相互理解,相互尊重,創(chuàng)造良好的合作氛圍。
激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:自動控制原理;建筑環(huán)境與設(shè)備工程;教學(xué)改革;教材
中圖分類號:G642 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1005-2909(2013)01-0094-04
在科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟發(fā)展的進程中,自動控制技術(shù)一直起著極其重要的作用。隨著城市建筑向大面積、高層、多功能、智能化、綜合性的趨勢發(fā)展,自動控制技術(shù)在建筑行業(yè)的暖通空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛。建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(Building Automation System 簡稱BAS)是實現(xiàn)建筑物內(nèi)部設(shè)備(包括暖通空調(diào)系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等)高效運行,創(chuàng)造安全舒適工作或居住環(huán)境的重要保證。
據(jù)調(diào)查,國內(nèi)已投入使用的BAS系統(tǒng)多數(shù)僅能完成設(shè)備的運行參數(shù)檢測、設(shè)備的啟/??刂频然竟δ?,真正實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的很少,離節(jié)能的目標(biāo)更是相差甚遠。其中一個重要原因是負(fù)責(zé)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、運行管理的技術(shù)人員不了解BAS及相關(guān)技術(shù)對自己專業(yè)技術(shù)所起的作用,而設(shè)計、施工BAS的電氣、自控專業(yè)人員又不了解暖通空調(diào)工藝,不知道實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)控制的最優(yōu)解決方案。為了滿足建筑智能化技術(shù)的推廣以及引進、消化、吸收,促進該行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,迫切需要培養(yǎng)具有暖通空調(diào)學(xué)科與電控學(xué)科交叉知識的復(fù)合型人才?;谛袠I(yè)發(fā)展需求,建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)指導(dǎo)委員會在培養(yǎng)方案指導(dǎo)意見中將自動控制原理課程設(shè)置為專業(yè)基礎(chǔ)課程。
一、課程特點以及教學(xué)改革思路
自動控制原理是控制理論與工程技術(shù)相結(jié)合的一門課程,它研究自動控制和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般性規(guī)律。該課程的主要特點是理論性較強、內(nèi)容抽象、涉及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識較多、公式和圖形多,推導(dǎo)復(fù)雜[1]。很多學(xué)生看不清這些理論與專業(yè)內(nèi)容的關(guān)系,誤認(rèn)為該課程是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)課程,容易產(chǎn)生畏難心理。
近3年,作者采用網(wǎng)上瀏覽、實地調(diào)研、與畢業(yè)生交流等手段調(diào)查了國內(nèi)30余所高校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)自動控制原理課程教學(xué)情況,調(diào)查內(nèi)容主要包括開課教師情況、課程學(xué)時、選用教材、學(xué)生學(xué)習(xí)效果等內(nèi)容。
分析調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn):其中25所學(xué)校是由自動控制專業(yè)的教師為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)自動控制原理課程授課,有5所學(xué)校是由建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教師進行授課。因總學(xué)時的壓縮,19所院校課程為40學(xué)時,6所學(xué)校為32學(xué)時,5所學(xué)校為48學(xué)時,10所高校直接選用自動控制專業(yè)所選教材,18所學(xué)校選用《自動控制原理(非自動化專業(yè))》教材,2所學(xué)校采用自編教材。由于課程學(xué)時設(shè)置不同,各校講授課程的內(nèi)容體系、深度、廣度各不相同,學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度太大,效果不好,沒有很好地實現(xiàn)開設(shè)自動控制原理課程的目的。
與不同院校畢業(yè)生交流發(fā)現(xiàn),學(xué)生學(xué)習(xí)效果不好的主要原因為:其一,課程理論性較強,涉及知識點較多,數(shù)學(xué)公式多、教師往往把過多時間和精力集中于原理講解和公式推導(dǎo),忽略了理論知識與自動控制系統(tǒng)應(yīng)用實例的結(jié)合,弱化了課程作為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)基礎(chǔ)課程的作用;其二,由自動控制專業(yè)教師講授課程難以將自動控制技術(shù)理論與暖通空調(diào)領(lǐng)域的專業(yè)工程應(yīng)用案例充分結(jié)合,課程內(nèi)容與專業(yè)應(yīng)用脫鉤,學(xué)生對學(xué)習(xí)課程的必要性、重要性和實用性認(rèn)識模糊。而建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教師對課程的教學(xué)重點與教學(xué)深度難以把握,沒有一個標(biāo)準(zhǔn)以作衡量。此外,建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不如電類專業(yè)學(xué)生好,學(xué)習(xí)課程相關(guān)數(shù)學(xué)知識難度大,因此學(xué)生興趣不高;其三,課程實驗環(huán)節(jié)不足或者作用發(fā)揮不明顯。多數(shù)學(xué)校沒有針對建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)地設(shè)置課程對應(yīng)的實驗環(huán)節(jié),部分院校只是簡單選擇部分自控專業(yè)部分實驗內(nèi)容,沒有充分考慮暖通空調(diào)領(lǐng)域控制對象的特點,控制器的設(shè)計脫離被控對象,課程實驗環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力、綜合分析問題能力和創(chuàng)新能力等方面顯得不足,難以充分發(fā)揮實驗課對培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題能力的作用。
二、課程的教學(xué)改革實踐
北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)根據(jù)專業(yè)指導(dǎo)委員會擬訂的建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容、課程體系、總體框架, 結(jié)合社會與專業(yè)發(fā)展需求,對教學(xué)計劃、課程體系進行拓寬和更新。由于自動控制原理是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)跨專業(yè)的基礎(chǔ)課程,為順應(yīng)建筑智能化發(fā)展對人才培養(yǎng)要求,學(xué)校從課程教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)、實驗環(huán)節(jié)等方面開展了研究和探索,對課程的基礎(chǔ)理論與實踐教學(xué)進行了優(yōu)化。
(一)結(jié)合行業(yè)發(fā)展需求和建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)定位優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容
建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)培養(yǎng)暖通空調(diào)學(xué)科和電控類學(xué)科交叉復(fù)合型人才的目的是應(yīng)用自動控制知識和技術(shù)為建筑設(shè)備系統(tǒng)運行服務(wù),而不是開發(fā)自動控制系統(tǒng)?!蹲怨迷O(shè)備工程師(暖通空調(diào))執(zhí)業(yè)資格考試基礎(chǔ)考試大綱》中已經(jīng)將自動控制原理列入考試課程范圍。大綱中明確要求熟悉空調(diào)自動控制方法及運行調(diào)節(jié)。考慮到建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)要求自控知識的難度和深度,根據(jù)專業(yè)指導(dǎo)委員會擬訂的《建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容、課程體系》總體框架要求,建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)學(xué)生在自動控制方面只需達到初步掌握自動控制的基本原理,能夠準(zhǔn)確提出該專業(yè)對自控的要求,正確繪制自動控制原理圖,并能配合自控技術(shù)人員進行調(diào)試?;趯I(yè)人才培養(yǎng)定位,同時考慮到經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論適用于暖通空調(diào)與制冷設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計和運行,課程教學(xué)內(nèi)容以常規(guī)線性控制理論為基礎(chǔ),主要介紹自動控制系統(tǒng)四個模塊(調(diào)節(jié)對象、測量裝置、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器)的原理、特性以及應(yīng)用,讓學(xué)生掌握位式調(diào)節(jié), P、I、PI、PID 控制方式的原理; 掌握拉氏變換并能夠運用該種數(shù)學(xué)方法進行控制系統(tǒng)的特性分析;熟悉執(zhí)行機構(gòu)選用與計算,能夠進行調(diào)節(jié)閥選擇;掌握PID 計算機控制式的推導(dǎo)和應(yīng)用。學(xué)生了解計算機控制系統(tǒng)相關(guān)知識,包括系統(tǒng)類型、脈沖信號采集采樣控制理論、計算機控制系統(tǒng)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用。
(二)編制適用于建筑環(huán)境設(shè)備工程專業(yè)的自動控制原理課程教材
目前,沒有專門作為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)(如熱能動力工程專業(yè))本科生學(xué)習(xí)自動控制原理的教材?!蹲詣涌刂圃怼方滩膶τ诮ㄖh(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)本科生學(xué)習(xí)難度大,這些教材內(nèi)容與專業(yè)內(nèi)容聯(lián)系很少,而且學(xué)生沒有必要學(xué)習(xí)自動控制理論的全部內(nèi)容[2]。
北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)在暖通空調(diào)自控、建筑智能化相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)、工程設(shè)計、科學(xué)研究方面積累了豐富的經(jīng)驗。2009年,圍繞自動控制原理課程的教學(xué)改革,筆者成功申請了北京市精品教材建設(shè)立項。在總結(jié)多年教學(xué)實踐經(jīng)驗和注意吸取當(dāng)前暖通空調(diào)自控方面的新技術(shù)、新成果基礎(chǔ)上,主編的《建筑設(shè)備自動控制原理》于2011年由機械工業(yè)出版社出版。
該教材的主要特點有:(1)以經(jīng)典控制理論為主,介紹自動控制系統(tǒng)四個模塊(調(diào)節(jié)對象、測量裝置、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器)的原理、特性以及應(yīng)用,在各模塊知識基礎(chǔ)上,介紹控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、時域響應(yīng)、頻域響應(yīng)以及穩(wěn)定性判斷內(nèi)容,此外,教材還包含計算機控制系統(tǒng)相關(guān)知識。(2)書中給出的案例充分結(jié)合與暖通空調(diào)行業(yè)工程應(yīng)用,有助于加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解,為學(xué)生今后的相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)。(3)教材內(nèi)容涵蓋基礎(chǔ)部分和提高部分,適應(yīng)32~48學(xué)時教學(xué)需求,教師可以根據(jù)實際學(xué)時選擇教學(xué)內(nèi)容,也可結(jié)合實際授課的情況進行補充。
(三)強化課程實驗環(huán)節(jié)建設(shè)并開發(fā)相應(yīng)的實驗裝置
在理論教學(xué)改革的同時,從改革實驗教學(xué)模式入手,逐漸由以“教”為中心的教學(xué)模式向以“學(xué)”為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)化,優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容,改革實驗教學(xué)方法,努力提高實驗教學(xué)水平。根據(jù)課程的教學(xué)內(nèi)容,以自動控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)為基礎(chǔ),設(shè)置相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié),主要包括:(1)傳感器特性實驗;(2)調(diào)節(jié)對象特性實驗;(3)調(diào)節(jié)器特性實驗;(4)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)實驗,共8學(xué)時。實驗環(huán)節(jié)全部是綜合性實驗。結(jié)合專業(yè)技術(shù)應(yīng)用特點研制開發(fā)了自動控制原理的實驗設(shè)備“多功能風(fēng)機盤管自控實驗臺”, 實驗裝置以暖通空調(diào)系統(tǒng)為調(diào)節(jié)對象,促使學(xué)生將專業(yè)空調(diào)理論與自控原理相聯(lián)系,鞏固專業(yè)知識,促使學(xué)生思考建環(huán)專業(yè)中所涉及的暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)該如何自控運行。目前,該裝置已連續(xù)使用6年,并已經(jīng)推廣到國內(nèi)多所院校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)應(yīng)用。實驗裝置填補了建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)自控實驗設(shè)備的空白,有關(guān)成果已經(jīng)申請國家專利。
(四)注重課程體系建設(shè)和師資隊伍建設(shè)
北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)在培養(yǎng)方案中設(shè)置建筑電氣電控工程類系列課程,包括: 電工技術(shù)、電子技術(shù)、建筑環(huán)境測試技術(shù)、自動控制原理、建筑照明與電氣控制、微機系統(tǒng)應(yīng)用、建筑設(shè)備自動化[3]。在自動控制原理課程建設(shè)中,充分注意結(jié)合相關(guān)系列課程建設(shè),注意課程講授知識點與相關(guān)課程,如建筑設(shè)備自動化、建筑照明與電氣控制、建筑環(huán)境測試技術(shù)的合理銜接,形成完整的建筑電氣電控工程類系列課程體系。
目前,國內(nèi)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教師構(gòu)成基本以暖通、熱能、制冷專業(yè)畢業(yè)生為主,自控專業(yè)的畢業(yè)生普遍不愿意到暖通類專業(yè)任教。結(jié)合自動控制原理課程改革,鼓勵專業(yè)教師到自控專業(yè)有選擇性地進修相關(guān)知識,到自控公司或者設(shè)計院進行工程鍛煉。此外,利用社會人才資源, 通過聘請兼職教師、開辦建筑設(shè)備自動化技術(shù)論壇、講座等形式,提高師資隊伍教學(xué)水平。
三、課程教學(xué)改革實踐的成果
多年來,建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)堅持開展以自動控制原理課程建設(shè)為核心跨學(xué)科培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型人才教學(xué)改革,在教材編寫、教案整理過程中,將學(xué)術(shù)帶頭人的研究與培養(yǎng)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)特色人才有機結(jié)合。通過課程內(nèi)容的整合和教材編寫,完成學(xué)生自動控制理論基礎(chǔ)知識的鋪墊;通過研發(fā)設(shè)備和設(shè)置實驗實踐環(huán)節(jié),加深學(xué)生對課程的了解,鞏固基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)。理論知識到實踐應(yīng)用有機結(jié)合有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效果和動手能力。
經(jīng)過多年的努力,課程改革取得良好的效果,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高,北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)從事樓宇自控方向畢業(yè)生比例逐漸增大?;谠撜n程建設(shè)所研發(fā)的風(fēng)機盤管自控實驗臺在2008年獲教育部高等院校實驗室建設(shè)指導(dǎo)委員會首屆自制教學(xué)儀器設(shè)備成果獎;以自動控制原理課程改革為主要內(nèi)容的“建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)改革與實踐”2008年獲北京工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀教育教學(xué)成果獎一等獎。建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)培養(yǎng)暖通空調(diào)學(xué)科和電控類學(xué)科交叉復(fù)合型人才的專業(yè)辦學(xué)特色在2006年和2011年住建部專業(yè)教學(xué)質(zhì)量評估中得到評估專家一致肯定。北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)在2008年和2009年分別被批準(zhǔn)為北京市和教育部特色專業(yè)建設(shè)點。
四、結(jié)語
北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)結(jié)合培養(yǎng)暖通空調(diào)與電控學(xué)科復(fù)合型人才的培養(yǎng)定位和行業(yè)需求開展了自動控制原理課程教學(xué)改革。建立了自動控制原理的理論教學(xué)體系,并編寫出版教材。研發(fā)的實驗設(shè)備用于課程實驗教學(xué)。通過教學(xué)內(nèi)容、課程體系、實踐環(huán)節(jié)、教材編寫等環(huán)節(jié)的建設(shè),強化了課程建設(shè)與專業(yè)工程實踐的聯(lián)系,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。經(jīng)過多年實踐,自動控制原理課程改革促進了專業(yè)辦學(xué)特色的形成,為國內(nèi)高校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)培養(yǎng)具有暖通空調(diào)與電控學(xué)科交叉學(xué)科知識的復(fù)合型專業(yè)人才作出了積極的探索和有益的嘗試。
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Teaching reform of automatic control theory course for building environment and facilities engineering specialty
LI Yan-feng, SUN Yu-ying, BIAN Jiang, XIE Jing-chao, LI Jun-mei
(College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, P. R. China)
[關(guān)鍵詞] 數(shù)控技術(shù) 模塊化教學(xué) 探討
近年來,我國機械工業(yè)得到了空前發(fā)展,已逐漸成為世界制造中心。隨著數(shù)控機床的大量使用,社會急需大批熟練掌握數(shù)控機床操作、編程、維修、模具設(shè)計與制造的高級應(yīng)用型技術(shù)人才。培養(yǎng)高素質(zhì)的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用人才,高職高專院校擔(dān)負(fù)著義不容辭的責(zé)任?!稊?shù)控加工與編程》就是我校機械類專業(yè)的一門主要職業(yè)技能課,它具有理論性、實踐性強的特點。筆者作為一名教師,結(jié)合自己近年來的教學(xué)實踐,認(rèn)為可以將《數(shù)控加工與編程》這一職業(yè)技能課的理論與實踐教學(xué)分為如下幾個模塊進行講授:基礎(chǔ)理論知識模塊;手工編程訓(xùn)練模塊;數(shù)控仿真訓(xùn)練模塊及數(shù)控機床實際操作訓(xùn)練模塊。從而達到教學(xué)與實踐、實踐與實用的統(tǒng)一。
一、基礎(chǔ)理論知識模塊
《數(shù)控加工與編程》課程安排在第五學(xué)期開設(shè),之前已經(jīng)完成《機械制圖》、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》、《機械制造基礎(chǔ)》等課程的理論教學(xué)及實驗實訓(xùn),所以可直接進行數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)。此模塊主要在課堂內(nèi)完成,計劃40學(xué)時,完成兩部分的教學(xué)。第一部分主要講授數(shù)控加工實用基礎(chǔ):包括數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)控機床及其坐標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)控編程基礎(chǔ)、數(shù)控加工工藝處理及工藝指令和常用工藝文件等內(nèi)容;第二部分講授數(shù)控機床的操作與編程,這部分是這一模塊的重點內(nèi)容:包括數(shù)控車床、銑床及加工中心三類典型機床的操作與編程技巧。通過學(xué)習(xí),學(xué)生必須掌握這三類典型數(shù)控機床的操作界面、位置調(diào)整與坐標(biāo)系的設(shè)定、各類編程指令及編程技巧。
在教學(xué)上可采取靈活多樣的教學(xué)方法和手段,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。例如可運用多媒體教學(xué)手段,使那些用傳統(tǒng)的教學(xué)手段無法講清,或難以講清的教學(xué)內(nèi)容,化難為易、化繁為簡,使抽象的結(jié)構(gòu)變得直觀,使課堂教學(xué)獲得最大的效率。還可以采用互動式教學(xué),它能培養(yǎng)學(xué)生的參與意識、動手能力和思維能力,并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,是一種良好的教學(xué)方式,符合素質(zhì)教育所提倡的“教為主導(dǎo),學(xué)為主體”的教學(xué)思想,還學(xué)生主動思維的空間,讓學(xué)生主動發(fā)展。除此之外,理論課教學(xué)中還可以采取設(shè)疑式、分層式、任務(wù)驅(qū)動式等靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)手段,調(diào)動學(xué)生的積極性,使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的樂趣,主動參與其中,變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”。有效提高教學(xué)質(zhì)量。
二、手工編程訓(xùn)練模塊
此模塊內(nèi)容應(yīng)緊接在理論教學(xué)模塊之后以實訓(xùn)周的形式集中進行,時間1~2周。手工編程就是分析零件圖樣、確定加工工藝過程、選擇工夾具、數(shù)據(jù)計算、編寫程序單、程序輸入、校對檢查程序等。適用于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜零件的加工,以及計算較簡單、程序段不多、編程易于實現(xiàn)的場合。
訓(xùn)練內(nèi)容包括:根據(jù)預(yù)定工藝要求,擬訂工藝路線、選擇加工方式(車、銑)訓(xùn)練;正確選擇切削用量、刀具、夾具、量具訓(xùn)練;正確選擇工件坐標(biāo)系、對刀點、切入切出點、走刀路線訓(xùn)練;根據(jù)系統(tǒng)格式手工編寫加工程序訓(xùn)練;調(diào)試程序訓(xùn)練。
該訓(xùn)練的題目由指導(dǎo)教師確定,以數(shù)控車、銑(加工中心)典型零件的手工編程為主。學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)理論知識自己獨立完成,掌握了訓(xùn)練內(nèi)容后可自行修改題目內(nèi)容或創(chuàng)作題目,由指導(dǎo)教師協(xié)助完成,以培養(yǎng)學(xué)生想象空間和創(chuàng)作能力。
三、數(shù)控仿真訓(xùn)練模塊
數(shù)控機床仿真訓(xùn)練是讓學(xué)生在實際使用數(shù)控機床前在計算機上使用仿真軟件練習(xí)數(shù)控機床的編程、操作面板的使用、工件的裝夾、找正、對刀及工件精度的控制,是一種進行數(shù)控實作前模擬加工教學(xué)的有效途徑。對于提高學(xué)生上數(shù)控機床訓(xùn)練的效果、對數(shù)控機床的安全有著極其重要的作用。
對于國內(nèi)的幾種數(shù)控仿真軟件經(jīng)過多方面比較,我校最終選擇了上海宇龍公司的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的教學(xué)軟件。它可以實現(xiàn)對數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心加工零件全過程的仿真,其中包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用,零件基準(zhǔn)測量和設(shè)置,數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試,擁有FANUC 數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)等多種數(shù)控系統(tǒng),具有多系統(tǒng)、多機床、多零件的加工仿真模擬功能,該軟件具有獨創(chuàng)性,達到了國際、國內(nèi)領(lǐng)先水平。
此模塊同樣也以實訓(xùn)周的形式集中進行,時間2周。教學(xué)方式以學(xué)生為主體,教師只對軟件的應(yīng)用做簡單的講解,學(xué)生在了解軟件的應(yīng)用后要進行反復(fù)的實踐訓(xùn)練,熟練掌握后要對手工編程模塊所作題目逐一進行仿真訓(xùn)練,檢驗其正確及合理性。
該訓(xùn)練教師起引導(dǎo)作用,即對學(xué)生活動中遇到困難或無法下手的問題進行引導(dǎo)、講解,完成典型零件的仿真訓(xùn)練后還應(yīng)盡可能結(jié)合工程中數(shù)控加工的實用工件進行分析與訓(xùn)練,著重培養(yǎng)學(xué)生在工程實踐中分析問題和解決問題的能力。
四、數(shù)控機床實際操作訓(xùn)練模塊
學(xué)生在經(jīng)過以上模塊的訓(xùn)練后,就可以進行數(shù)控機床的實際操作訓(xùn)練了。實訓(xùn)時間4~5周。此模塊要構(gòu)建以數(shù)控中級工認(rèn)證強化訓(xùn)練為重點,數(shù)控機床、數(shù)控加工編程與操作等課程實驗實訓(xùn)相結(jié)合的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用基本技能訓(xùn)練。以數(shù)控車削加工、數(shù)控銑削加工為主,使學(xué)生熟練掌握數(shù)控機床的面板操作、零件程序的編輯和對零件的自動加工方法,熟悉操作要領(lǐng),熟練操作過程,能制定數(shù)控加工工藝;能正確選擇和安裝刀具,并確定切削參數(shù);能編制帶有臺階、柱面、錐面、螺紋、溝槽等零件的加工程序并能加工;能手工編制二維輪廓的加工程序;能對設(shè)備進行維護與保養(yǎng),能輸入程序,對刀試運行工作。
該訓(xùn)練教師是配角,學(xué)生是主角,學(xué)生從分析設(shè)計圖紙毛坯選擇工藝方案確定加工方法選擇工藝參數(shù)確定數(shù)控加工程序編制數(shù)控機床操作零件檢測各項操作都由自己完成。在這過程中,如遇到解決不了的問題,指導(dǎo)教師可幫助解決,或指導(dǎo)學(xué)生查找資料自己解決。
在基本技能訓(xùn)練模塊結(jié)束時,按照中級技能資格證書的要求報請勞動技能鑒定部門組織測試,合格者頒發(fā)數(shù)控車工、數(shù)控銑工等中級職業(yè)技能資格證書。通過這一環(huán)節(jié),學(xué)生的理論知識再次經(jīng)過實踐檢驗而得到一個質(zhì)的飛躍,使他們上崗就能頂崗,為用人單位大大縮短了培訓(xùn)時間。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生實際操作的能力,又達到了產(chǎn)學(xué)結(jié)合的目的。
五、結(jié)語
數(shù)控技術(shù)應(yīng)用是實踐性很強的專業(yè),高質(zhì)量的理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式是實現(xiàn)技能型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一,為了能更好地培養(yǎng)出高素質(zhì)的數(shù)控技能型人才,高職教育面臨著更新的挑戰(zhàn),這就需要我們不斷探索,不斷創(chuàng)新。
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摘要:將雙語教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂模式引入“控制工程基礎(chǔ)”的教學(xué)過程,探討教學(xué)方法并分析實踐結(jié)果。雙語教學(xué)適合采用小班授課的方式,將英文原版教材、英文課件和英文微課作為主要資料;課堂研討與小組項目作業(yè)是翻轉(zhuǎn)課堂實踐的重要形式。
關(guān)鍵詞:控制工程基礎(chǔ);雙語教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)50-0083-02
《控制工程基礎(chǔ)》是機械工程專業(yè)的主干課程,目的在于培養(yǎng)學(xué)生建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)動態(tài)性能分析的能力。它是機電專業(yè)的基礎(chǔ)課程,如果能夠良好地掌握課程中的英文詞匯和知識點的英文形式,必將有利于機電專業(yè)其他英文資料的學(xué)習(xí),實現(xiàn)課程的國際化對接。一些控制工程基礎(chǔ)的雙語教學(xué)改革被開展,例如:從理論教學(xué)、實踐教學(xué)和課程考核形式三方面進行了探索,提出了在理論教學(xué)中增加機械工程案例教學(xué),在實踐教學(xué)中采用實物器件與軟件相結(jié)合的方式[1]。探索了雙語課程的師資水平、授課材料和教學(xué)方法等,分析了不同階段中英文授課和學(xué)生作業(yè)的中英文所占比例[2]。翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Class Mode,F(xiàn)CM)[3]是近年來在世界各國興起的一種教學(xué)模式,在翻轉(zhuǎn)課堂中,課堂時間主要由實驗和課內(nèi)討論等活動所填充,而傳統(tǒng)的課堂講解則通過微課等形式在課外時間完成。把翻轉(zhuǎn)課堂模式引入控制工程基礎(chǔ)的雙語教學(xué),教師進行知識點概要講解,學(xué)生在課外根據(jù)微視頻進行自主學(xué)習(xí),課堂上教師與學(xué)生基于案例進行討論和交流,開展翻轉(zhuǎn)課堂雙語教學(xué)實踐。
一、課程教學(xué)存在的問題
1.內(nèi)容抽象,部分知識點難以理解??刂乒こ袒A(chǔ)課程包含的內(nèi)容較多,包括系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)時間和頻率特性分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)相對誤差分析和系統(tǒng)綜合與校正等,是一門綜合性和理論性很強的課程。一般開設(shè)于大三上學(xué)期,內(nèi)容包含很多較難理解的概念、數(shù)學(xué)公式、理論推導(dǎo)和復(fù)雜圖形等。學(xué)生如果對基本知識掌握不牢固,就會感到該課程學(xué)習(xí)困難。
2.教師單向傳授知識,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低。由于學(xué)時短和教學(xué)任務(wù)緊湊,控制工程基礎(chǔ)課堂經(jīng)常采取講授教學(xué)模式。雖然教師授課和學(xué)生聽課是我國教育界普遍采用的教學(xué)模式,但是,這種單向的授課方式無法提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力,導(dǎo)致學(xué)生探索和發(fā)現(xiàn)問題的能力較弱;而教師嘗試改變教學(xué)模式,通常需要扎實的知識基礎(chǔ)和付出多倍的備課時間,投入較大。
3.專業(yè)課程的國際化對接能力弱。課程國際化是拓展學(xué)生國際視野的重要方式,但我國目前高校課程缺乏國際化。在全中文的專業(yè)課教學(xué)中,學(xué)生很少能夠了解專業(yè)學(xué)術(shù)英語,不能及時了解國外先進的工程理念和前沿技術(shù)的發(fā)展,缺乏與國際的接軌;且某些高校的研究生招生考試中指定的控制工程基礎(chǔ)專業(yè)課教材為英文教材,全中文教學(xué)不利于學(xué)生的深造與個人發(fā)展。
二、課程教學(xué)改革的途徑
1.課程人數(shù)設(shè)置。上課人數(shù)對于翻轉(zhuǎn)課堂具有重要影響,翻轉(zhuǎn)課堂適合采用小班授課。采用層次型班級開課模式,即開設(shè)1―2個小班,每個小班人數(shù)限制在20―30人左右,進行翻轉(zhuǎn)課堂雙語教學(xué)。另外,開設(shè)1―2個60―90人的班級,以中文教學(xué)為主,配合少量雙語教學(xué)。學(xué)生英語水平是英語授課一個關(guān)鍵要素,應(yīng)選拔英語水平較高的學(xué)生進入小班授課,可以將雅思或大學(xué)英語四、六級等作為選拔標(biāo)準(zhǔn)。注意,分層次專業(yè)課授課僅是在雙語教學(xué)準(zhǔn)備不太充分的情況下,作為試點和過渡的一種形式。經(jīng)過幾輪授課,待雙語課程建設(shè)與教師隊伍建設(shè)完善之后,應(yīng)實施全面的翻轉(zhuǎn)課堂雙語教學(xué),充分體現(xiàn)教育公平。
2.翻轉(zhuǎn)課堂實施形式。翻轉(zhuǎn)課堂包括課外和課堂兩個環(huán)節(jié)。在課外環(huán)節(jié),教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容抽取和總結(jié)出重要的知識點,依據(jù)知識點制作成微視頻和設(shè)計課前練習(xí)題,學(xué)生根據(jù)微視頻進行獨立自主的學(xué)習(xí),并完成相應(yīng)的練習(xí)題。課堂環(huán)節(jié)主要包括教師講解、師生互動和學(xué)生小組合作。針對控制工程基礎(chǔ),可在每章抽取3―5個核心知識點,教師通過實例、理論、應(yīng)用和啟發(fā)思考題等,把知識點講透,為學(xué)生的課外自主學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。
3.雙語教學(xué)的教材選用與課件形式。實行雙語教學(xué)首先要選擇一本經(jīng)典的英文原版教材。英文原版教材信息量大且內(nèi)容繁多,而中文教材則相對簡練,為了充分發(fā)揮兩種教材各自的優(yōu)勢:(1)選用英文教材作為主講教材[4],提煉英文教材中的知識點,配合英文多媒體課件,在課堂上進行知識點的概要性講解和案例研討,學(xué)生必須在課外借助微視頻等資料進行知識點的自主學(xué)習(xí);(2)選用中文經(jīng)典教材作為參考書,且中英文教材的習(xí)題可配合使用;(3)多媒體課件采用全英文的制作方式,簡練展示關(guān)鍵的專業(yè)詞匯及相關(guān)定義。
4.控制工程基礎(chǔ)的實驗??刂乒こ袒A(chǔ)的實驗教學(xué)內(nèi)容包括典型系統(tǒng)時間響應(yīng)、二階系統(tǒng)頻率響應(yīng)和控制系統(tǒng)校正。實驗是理解控制原理的一種直觀形式,而軟件實驗有助于課堂講授和學(xué)生上機操作仿真。通過Matlab軟件可以有效簡化實驗教學(xué),采用Matlab可以使知識點生動形象地表示出來,有利于學(xué)生直觀清晰地理解和掌握抽象難懂的知識點。
三、教學(xué)實施效果的討論
1.課程網(wǎng)站平臺有助于推動翻轉(zhuǎn)課堂雙語教學(xué)的實施。課程網(wǎng)站可以劃分為用戶模塊、交流學(xué)習(xí)模塊、資源模塊、監(jiān)督模塊等,例如,在資源模塊中,學(xué)生可以找到教學(xué)微視頻、教學(xué)課件、課程習(xí)題、課程優(yōu)秀文章等資料。課程網(wǎng)站平臺是教學(xué)資源的存儲體,表現(xiàn)在學(xué)生可以通過電腦、智能手機等途徑獲取微視頻資源;課程網(wǎng)站中的留言板、學(xué)生問題和教師解答資源形成了一種知識庫,可以對后續(xù)年級的專業(yè)課學(xué)習(xí)提供良好的借鑒。
2.微視頻在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中直接影響學(xué)生課前學(xué)習(xí)的效率與積極性。教師根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容以及參考教材,抽煉和總結(jié)出每章節(jié)必須掌握的核心知識點與難點,對知識點相關(guān)內(nèi)容進行整合簡化。需要講解的教學(xué)內(nèi)容可以采用公式、文字PPT,配合動畫或者視頻播放的形式,豐富微視頻的效果以避免視頻枯燥。每個微視頻包含1個知識點,時間大致在8―15分鐘左右。在微視頻授課中,對于某一個知識點盡可能從多角度講解,這樣有助于避免知識的單調(diào)性。例如,講解控制系統(tǒng)穩(wěn)定性時,教師除了講解通過理論計算來分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以外,也可以引入基于Matlab和LABVIEW的實驗,這樣既擴大了學(xué)生的知識面,也可以調(diào)動學(xué)生對探索未知知識的興趣。
3.翻轉(zhuǎn)課堂的專業(yè)課雙語教學(xué)要增加課堂研討和小組項目作業(yè)的環(huán)節(jié)。根據(jù)控制工程基礎(chǔ)內(nèi)容,設(shè)計典型案例,建立案例庫,使用生動、形象的案例調(diào)動學(xué)生課堂研討的積極性。要改變學(xué)生課堂參與和活躍度低的現(xiàn)狀,僅靠知識點提問是不夠的,必須通過一些實際控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計案例,來體現(xiàn)知識點在實際中被運用的情況。另外,小組項目作業(yè)也是一個非常重要的環(huán)節(jié),設(shè)置4―6人的小組,以章節(jié)為單位給每個小組設(shè)計不同的協(xié)作作業(yè)。小組成員在課后時間通過資料查找、討論分析,完成項目作業(yè)并形成PPT資料。各小組在課堂上進行項目作業(yè)匯報,形成各小組之間相互學(xué)習(xí)和競爭的效果。教師要注意小組項目作業(yè)的合理的難度和工作量,并把個人完成情況反映到學(xué)生的平時成績中。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:數(shù)理基礎(chǔ)課程;監(jiān)控;保證
中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1005-5312(2010)19-0162-02
培養(yǎng)創(chuàng)新人才是新時期國家對高等教育提出的新要求,也是高水平大學(xué)參與國家創(chuàng)新體系建設(shè)的最主要方式。北京大學(xué)原校長、中國科學(xué)院院士許智宏指出,大學(xué)所需要的是提供肥沃的土壤,為學(xué)生的教育營造良好的氛圍。在新的時代背景下,大學(xué)必須把培養(yǎng)創(chuàng)新人才作為根本任務(wù),以教育教學(xué)模式改革為核心,形成創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效途徑。
為了培養(yǎng)出基礎(chǔ)更加寬厚、適應(yīng)能力更強的高素質(zhì)創(chuàng)新人才,理工科高校的人才培養(yǎng)更加注重基礎(chǔ)教育,尤其是數(shù)理基礎(chǔ),包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)等課程。數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)的重要意義至少有兩方面:一是為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)知識和今后的長遠發(fā)展打下良好的數(shù)理基礎(chǔ);二是培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。后者尤其重要。
隨著高校不斷擴招,高等教育向大眾教育的轉(zhuǎn)變,理工科高校的數(shù)理基礎(chǔ)課程教學(xué)出現(xiàn)了班級過大,教師水平參差不齊的狀況。數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。數(shù)理基礎(chǔ)課的教學(xué)質(zhì)量是培養(yǎng)寬口徑、厚基礎(chǔ)的創(chuàng)新人才的關(guān)鍵。因此,數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控和保證就顯得尤為重要。
一、數(shù)理基礎(chǔ)課程教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控措施
通過建立數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控措施,對教師的教學(xué)質(zhì)量進行評價,幫助和促進教師改進教學(xué)工作,不斷提高教學(xué)水平;對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果進行評估,促進學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性的提高,形成學(xué)生學(xué)習(xí)的自我監(jiān)控機制;對院(系)等教學(xué)單位的教學(xué)基本建設(shè)和教學(xué)管理工作進行評估和指導(dǎo),推進教學(xué)管理質(zhì)量和水平不斷提高。
(一)以凸顯數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)特色的課堂教學(xué)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)為核心
制定數(shù)理基礎(chǔ)課課堂教學(xué)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)從是否符合學(xué)校的辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā),根據(jù)學(xué)校教學(xué)的實際需要確定。制定出規(guī)范、科學(xué)、合理的數(shù)理基礎(chǔ)課程教學(xué)檢查和評價指標(biāo),作為數(shù)理基礎(chǔ)課課堂教學(xué)質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn),這是對數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控中的一項重要環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)質(zhì)量評價指標(biāo)包括幫助教師向更高質(zhì)量教學(xué)探尋的期待目標(biāo),也包含從方法論入手督促教師達到教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容。評價指標(biāo)體系的設(shè)計應(yīng)該是整體的、多維的,各條目之間相輔相成的體系。
(二)以全方位的課堂教學(xué)評價為管理基點
教學(xué)評價作為學(xué)校教學(xué)管理和質(zhì)量監(jiān)控的常規(guī)措施,對于穩(wěn)定教學(xué)秩序、保證教學(xué)質(zhì)量具有重要的作用。全方位的課堂教學(xué)評價是數(shù)理基礎(chǔ)課課堂教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的管理基點,是收集數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量信息的重要渠道之一。比如,利用網(wǎng)絡(luò)視頻管理系統(tǒng)實現(xiàn)教學(xué)秩序的管理、教學(xué)過程的觀摩、教學(xué)質(zhì)量的評估,及時了解課堂上教師授課及學(xué)生學(xué)習(xí)的情況,從教師教學(xué)規(guī)范、教學(xué)效果等方面對每個數(shù)理基礎(chǔ)課教師的課堂教學(xué)進行詳細(xì)的記錄和評價。同時,結(jié)合常規(guī)教學(xué)檢查進行課堂教學(xué)質(zhì)量評價。在每學(xué)期開學(xué)初、期中和期末集中開展教學(xué)檢查,重點檢查教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備和執(zhí)行情況,及時總結(jié)、通報檢查情況,全方位地實現(xiàn)了對數(shù)理基礎(chǔ)課課堂教學(xué)整個過程的監(jiān)控。
(三)以科學(xué)、規(guī)范、有效的教學(xué)管理工作制度為運行依托
科學(xué)、規(guī)范、有效的制度是實現(xiàn)數(shù)理基礎(chǔ)課課堂教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控科學(xué)化、規(guī)范化、民主化最重要的基礎(chǔ)。教學(xué)質(zhì)量管理工作制度既應(yīng)以規(guī)章制度的剛性化標(biāo)尺衡量與約束教學(xué)活動,以明確的管理目標(biāo)來規(guī)范教學(xué)行為,又要始終堅持“以人為本”,重肯定重鼓勵。
1、教學(xué)督導(dǎo)制度。教學(xué)督導(dǎo)能從與學(xué)生不同的視野評價教師的教學(xué)質(zhì)量,他們的建議和意見往往具有很強的針對性和建設(shè)性。在隨機聽課的同時,重點關(guān)注教學(xué)效果好、學(xué)生評價后10%、學(xué)生反映問題較多的教師以及年輕教師。通過他們的聽課,一方面總結(jié)先進教學(xué)經(jīng)驗,樹立典型,加以總結(jié)推廣;另一方面為教學(xué)效果較差的教師以及教學(xué)經(jīng)驗少的年輕教師找出影響因素,并分析原因所在,提出改進建議,促進他們教學(xué)水平的提高。
2、領(lǐng)導(dǎo)聽課制度。建立校領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、教研室和同行教師等多級多類型聽課格局。每學(xué)期學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和各院(系)領(lǐng)導(dǎo)按照聽課計劃的安排,將課堂聽課與教學(xué)視頻管理系統(tǒng)相結(jié)合,對數(shù)理基礎(chǔ)課教師課堂教學(xué)情況做深入全面地掌握和了解。
3、學(xué)生評教制度。作為課堂教學(xué)的主體,學(xué)生對數(shù)理基礎(chǔ)課教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)水平、教學(xué)效果最具有發(fā)言權(quán),學(xué)校堅持在每學(xué)期結(jié)束前開展學(xué)生評教工作。鑒于課堂教學(xué)質(zhì)量評價的專業(yè)性與復(fù)雜性,在較短的時間內(nèi)學(xué)生不能很好的把握評教指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn),因此,學(xué)生評教采用模糊評教的方式綜合評價。
4、教務(wù)助理制度和教學(xué)質(zhì)量提案制度。由于學(xué)生評教是對數(shù)理基礎(chǔ)課教師一個學(xué)期教學(xué)的總評價,其結(jié)果具有“遲效性”,為了及時的掌握教學(xué)信息,及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,學(xué)校設(shè)立教務(wù)助理和教學(xué)質(zhì)量提案系統(tǒng)等實時監(jiān)控渠道,及時收集數(shù)理基礎(chǔ)課教師教學(xué)方面的信息,以及學(xué)生對學(xué)校教學(xué)工作的合理化建議,同時也將學(xué)校教學(xué)工作有關(guān)信息傳遞到學(xué)生中去,起到了溝通和橋梁作用。
5、觀摩交流制度。定期組織數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)觀摩交流活動,約請教學(xué)上有特色有成功經(jīng)驗的教師在全校講授公開課,全體數(shù)理基礎(chǔ)課任課教師參加聽課,并在聽課后對示范教師的授課情況進行即席點評。這一制度的建立,有效形成了全體數(shù)理基礎(chǔ)課任課教師全員參與的、動態(tài)的和良性的教學(xué)經(jīng)驗交流與反饋。
除此之外,還有教學(xué)檢查制度、教學(xué)事故認(rèn)定處理制度、教學(xué)質(zhì)量考核制度等,對影響正常教學(xué)秩序、教學(xué)進程和教學(xué)質(zhì)量等不良行為或事件給予相應(yīng)的處罰。這些工作制度的制定和執(zhí)行保障了在管理課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上,更加深入和全面對數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量進行監(jiān)控。
(四)以促進教學(xué)改進的激勵機制營造良性的競爭環(huán)境
數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控不僅要強化教學(xué)質(zhì)量,還應(yīng)激勵廣大數(shù)理基礎(chǔ)課任課教師努力提高教學(xué)質(zhì)量的積極性。通過設(shè)立優(yōu)秀教師獎勵、青年教師教學(xué)基本功競賽、教學(xué)管理獎等形式,加大教學(xué)獎勵力度,在個人職稱晉升、崗位職責(zé)考核、崗位業(yè)績津貼、院系及部門資源分配等方面形成促進數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量改進的激勵機制,營造良性的競爭環(huán)境。
二、數(shù)理基礎(chǔ)課程教學(xué)質(zhì)量保證措施
數(shù)理基礎(chǔ)課程教學(xué)質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn),可以通過教學(xué)質(zhì)量保證措施各個環(huán)節(jié)效果的實現(xiàn)來完成。同時,教學(xué)質(zhì)量保證措施必須隨著教學(xué)改革與研究的不斷深入而不斷完善,使之更加規(guī)范化、流程化、科學(xué)化和高效化。
(一)加強青年教師的培養(yǎng)
數(shù)理基礎(chǔ)課任課教師要由熱愛教育事業(yè)、擅長數(shù)理課教學(xué)工作、專業(yè)對口和綜合素質(zhì)較高的教師擔(dān)任。當(dāng)前我國各理工科高校由于辦學(xué)規(guī)模的擴大以及師資短缺問題,教師年輕化程度大大提高,使得培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的責(zé)任更多的落在了青年教師的肩上。青年教師學(xué)歷學(xué)術(shù)水平較以前普遍提高,思想更活躍,眼界也更開闊,但是由于絕大多數(shù)青年教師初次走上教師崗位,缺乏教學(xué)實踐經(jīng)驗,教學(xué)水平還需要提升。
在青年教師培養(yǎng)中尤其要重視老教師的“傳、幫、帶”作用。選擇責(zé)任心強、教學(xué)經(jīng)驗豐富的中老年教師作為青年教師的指導(dǎo)教師,對其進行“一幫一”,使每名新教師都能在老教師的具體指導(dǎo)下,歷經(jīng)隨堂聽課、跟班輔導(dǎo)、答疑、輔導(dǎo)習(xí)題課、實驗課等助課過程,循環(huán)2~3遍。在上講臺之前,必須要經(jīng)過試講并通過。上講臺之后,老教師還要聽課檢查、點評。老教師要指導(dǎo)年輕教師對教學(xué)大綱的分析、熟悉,如何備課,如何寫教案、講稿,如何按新的教學(xué)理念對課堂教學(xué)作出精心的創(chuàng)意設(shè)計,如何講課,如何上習(xí)題課,如何帶實驗課,如何培養(yǎng)指導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力等。
(二)讓新的教學(xué)理念進課堂
從教學(xué)理念上,數(shù)理基礎(chǔ)課任課教師不要把學(xué)生當(dāng)作灌輸?shù)膶ο?不要把學(xué)生的頭腦當(dāng)作被填充知識的容器,而應(yīng)當(dāng)作被點燃的火種,用教師的思維去點燃、撞擊學(xué)生的思維火花,引導(dǎo)學(xué)生去思索,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使學(xué)生在走出教室時仍然有問號、懷有好奇,要使課堂變成學(xué)生探索世界的窗口。
常言道,教學(xué)有法,教無定法,貴在得法――重在啟發(fā)。啟發(fā)式教學(xué),它不是指一種具體的教學(xué)方法,它是一種教學(xué)理念,它所注重的是:啟發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極思維,它看中的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會思維的過程,而不是止于結(jié)果、止于答案。這樣啟發(fā)式教學(xué)過程,不是知識的灌輸、注入,而是知識的探究,是基于探索的教學(xué),是教學(xué)與研究的融合。至于具體的教學(xué)方法,可以多種多樣:講授式、提問式、討論式、模擬式、案例式……在改革教學(xué)方法時,要避免停留在簡單模仿某種具體教學(xué)方法看得見的外在形式。
新的教學(xué)理念要求數(shù)理基礎(chǔ)課任課教師本人講課要有激情,有感染力,營造出一種有利于學(xué)生思維活躍的氛圍,為課堂留出研討、探索、撞擊火花的余地,用適時的、啟發(fā)性的問題來啟示學(xué)生。在互動中,善于捕捉學(xué)生朦朧思維中的火花。只有通過學(xué)生自己琢磨出來的知識才是學(xué)生真正學(xué)到的。教學(xué)的魅力不是在于知識的灌輸,而是在于怎樣才能調(diào)動學(xué)生的積極性,使學(xué)生自主的學(xué),學(xué)會學(xué)習(xí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識。
(三)充分發(fā)揮第二課堂的作用
當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,使網(wǎng)絡(luò)成為可以充分發(fā)揮學(xué)校教育資源的載體。它可以使學(xué)校有限的資源,發(fā)揮出比以往大得多的效果。因此,網(wǎng)絡(luò)教育最明顯的優(yōu)勢,就是超越時空限制。為了幫助學(xué)生消化理解課堂教學(xué)內(nèi)容,系統(tǒng)的掌握數(shù)理基礎(chǔ)課的知識,我們充分利用網(wǎng)絡(luò)教育的優(yōu)勢,將學(xué)生的學(xué)習(xí)時間由固定在課堂的100分鐘延展到課外的自由時間。數(shù)理基礎(chǔ)課程通過在校園網(wǎng)上開設(shè)教學(xué)網(wǎng)站,設(shè)立“網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)系統(tǒng)”、“網(wǎng)絡(luò)答疑系統(tǒng)” “在線試卷”等專欄,方便了學(xué)生課下復(fù)習(xí)和理解課堂教學(xué)內(nèi)容。
(四)實行任課教師警告退出機制
以前任課教師一般是終身制,只要當(dāng)上教師,即使授課質(zhì)量不好,仍然可以繼續(xù)教下去。“只進不出”只能使素質(zhì)高,能力強的老師不思安危,讓講課不好的老師渾水摸魚,當(dāng)一天和尚撞一天鐘。導(dǎo)致有的學(xué)生不愛聽課,甚至放棄學(xué)習(xí)。而數(shù)理基礎(chǔ)課學(xué)不好,對后續(xù)課程學(xué)習(xí)影響非常大。所以,數(shù)理基礎(chǔ)課必須實行任課教師的警告退出機制。對授課質(zhì)量不好的教師給予黃牌警告,并給予一定時間進行改進。改進后再進行試講評估,合格的,可以繼續(xù)講授該門課程,不合格的,責(zé)令該教師退出該門課程的講授。
總之,理工科高校數(shù)理基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控與保障措施的建立與完善,是一項復(fù)雜的、動態(tài)的、長期的系統(tǒng)工作,是理工科高校教育教學(xué)研究與改革的一項重要內(nèi)容,還有待不斷研究,不斷建設(shè),不斷調(diào)整,使之逐步優(yōu)化。
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[關(guān)鍵詞] 工程項目;進度計劃;控制;教學(xué)模式;實踐教學(xué)體系;教學(xué)方法
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 150
[中圖分類號] G420 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194(2017)01- 0254- 02
1 前 言
工程項目進度計劃與控制課程內(nèi)容包括進度控制原理、工作內(nèi)容及施工進度計劃的編制。是一門理論和實踐密切結(jié)合的專業(yè)課程。鑒于高職教育教學(xué)的要求,該門課程要培養(yǎng)學(xué)生成為建筑工程專業(yè)技術(shù)人才,要求學(xué)生了解進度控制的基本知識和一般規(guī)律,掌握建筑工程流水施工原理和網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)的基本方法,具有編制單位工程施工組織進度計劃的能力,為今后從事工程項目進度計劃與控制工作打下基礎(chǔ)。
目前,技能型人才的需求與畢業(yè)生就業(yè)存在矛盾現(xiàn)象:一方面是技能型人才緊缺;另一方面部分高職院校畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量下降。分析其原因是培養(yǎng)的人才脫離了社會需求。課程教學(xué)仍偏向于建立學(xué)科體系,沒有緊密結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際。傳統(tǒng)授課模式的缺點日益顯現(xiàn)。例如:
(1)教學(xué)內(nèi)容枯燥、乏味,脫離工程實際。在課程內(nèi)容上以講授。流水施工及網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)等進度控制的方法為主,這使得學(xué)生雖然掌握了進度控制的原理卻難以成功應(yīng)用到具體工程實際中。
(2)教學(xué)方法急需改進。應(yīng)該最大限度地發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,使得全體學(xué)生都受到良好的實踐能力訓(xùn)練,提高他們的學(xué)習(xí)效果。
(3)考核方式單一。應(yīng)該加強過程管理,構(gòu)建多元考核體系。因此,職業(yè)教育必須進行教學(xué)改革,要注重教學(xué)的實踐環(huán)節(jié),加強實際技能和動手能力的培養(yǎng),將教育過程放到實際工程項目中,通過實際工程項目,將專業(yè)基礎(chǔ)知識、個人能力、團隊協(xié)作能力和系統(tǒng)構(gòu)建能力的培養(yǎng)整合到某一課程體系中 。
具體的教學(xué)改革方案如下。
2 優(yōu)化課堂教學(xué)
工程項目進度計劃與控制課程是一門理論和實踐密切結(jié)合的專業(yè)課程,優(yōu)化教學(xué)方法對保證教學(xué)效果有重要的作用。工程項目進度計劃與控制課程教學(xué)過程中,學(xué)生普遍反映內(nèi)容抽象、枯燥,缺乏學(xué)習(xí)熱情和興趣,學(xué)習(xí)效果不理想。因此,必須縮短教學(xué)與具體工程實際之間的距離。對《工程項目進度計劃與控制》課程可采用Work-shop教學(xué)法、行動導(dǎo)向教學(xué)和教學(xué)組專題教學(xué)設(shè)計相結(jié)合的方法,以保證教學(xué)與工程實際相結(jié)合。
2.1 Work-shop教學(xué)法
Work-shop教學(xué)法是一種以師生互動為主題的教學(xué)方法,其更注重創(chuàng)新,更側(cè)重于解決問題。例如在工程項目進度計劃與控制課程中,Work-shop教學(xué)分為了以下幾個典型的過程:①確定主題,設(shè)計工程實際情境;②引導(dǎo)學(xué)生思考,確定最后成果;③進行實地調(diào)研,引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)問題;④指導(dǎo)制定工作方案;⑤組織方案答辯;⑥學(xué)生自主研究,團隊合作;⑦進行最終方案總結(jié)。
教學(xué)效果分析:
(1)學(xué)生初始能力情況:學(xué)生好奇心較強,但部分學(xué)生學(xué)習(xí)主動性較差,相互間認(rèn)知能力存在差異。相關(guān)前序課程知識的掌握程度基本能滿足本課程的學(xué)習(xí)需求,但該班學(xué)生計算能力較差。
(2)效果對比分析:對比以往講授某章節(jié)內(nèi)容的情況,通過問卷調(diào)查,使用Work-shop教學(xué)方法后,隨堂測驗的及格率提高了42%,優(yōu)秀率提高了19%。大大提高了學(xué)習(xí)的主動性,學(xué)生樂于思考問題并自主解決問題,課堂效果良好。學(xué)生聽課調(diào)查情況見表1。
2.2 行動導(dǎo)向教學(xué)
以“學(xué)為主體,教為主導(dǎo)”教學(xué)觀的指導(dǎo)下,行動導(dǎo)向教學(xué)是以項目為載體、以工作任務(wù)為中心來選擇、組織課程內(nèi)容,并以完成工作任務(wù)為主要學(xué)習(xí)方式的課程模式。這種教學(xué)法的基本環(huán)節(jié)是課前預(yù)習(xí)、任務(wù)指定、完成任務(wù)、展示作品。在學(xué)生的作品展示中,應(yīng)該既有團隊合作,又有深入探究;既有課程內(nèi)理論知識的研究,又有課本外實踐能力的延伸擴展。它把生產(chǎn)一線中的實際項目引入課堂,使學(xué)生“在做中學(xué)”,加強理論與實踐相結(jié)合,提高了學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)的效率,有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
2.3 教學(xué)組專題教學(xué)
該教學(xué)方法可以由講授工程項目進度計劃與控制、施工技術(shù)、建筑企業(yè)管理的老師組成一個團隊,在課程講授中,知識點可以由相應(yīng)的課程老師來講解,既可以豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié),充分發(fā)揮每一位老師的教學(xué)特長,又可以調(diào)動學(xué)生課堂上的學(xué)習(xí)氣氛,教學(xué)風(fēng)格多樣化,避免學(xué)生產(chǎn)生枯燥乏味感。經(jīng)主講教師的引導(dǎo),容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情,提高學(xué)習(xí)效率。
3 強調(diào)實踐性教學(xué)內(nèi)容
對于高職高專的教育,其培養(yǎng)目標(biāo)不同于本科教育。高職教育的主要任務(wù)是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。因此,在保證理論知識“必需、夠用”的前提下,不強調(diào)學(xué)生的設(shè)計能力,而注重實踐性能力的培養(yǎng)。為實現(xiàn)“實施型”的人才培養(yǎng)目標(biāo),我們應(yīng)該以進度計劃的編制、組織管理、評價等作為重點授課的內(nèi)容,并增加實踐性環(huán)節(jié),使學(xué)生具有一定的實踐操作能力。
4 建設(shè)教學(xué)輔助材料
在專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)目標(biāo)的指引下,教學(xué)過程中注重收集同類院校教學(xué)相關(guān)資料。目前主要教輔材料有《建設(shè)工程項目施工組織及進度控制》《項目進度控制的管理措施》《建設(shè)項目進度控制》,基本能滿足目前課程教學(xué)需要。同時通過網(wǎng)絡(luò)平臺收集了大量電子版實際工程項目方案書,便于在教學(xué)中通過多媒體和資源共享平臺進行演示,大大提高了課堂的教學(xué)效果。
5 課程成績評定標(biāo)準(zhǔn)
高職課程教學(xué)注重的是職業(yè)能力培養(yǎng),因此,課程考核評價不再是單獨的期末理論知識考試,而是“學(xué)”和“做”相結(jié)合,既考查學(xué)生的理論知識,又考查學(xué)生的實踐操作技能,成績的考核應(yīng)以學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的提高為基準(zhǔn)。在考核內(nèi)容上進一步細(xì)分,并設(shè)定不同權(quán)重和考核點,注重分析、解決問題能力和技術(shù)應(yīng)用能力的考核。把對基本理論和原理的掌握程度的考核,體現(xiàn)在課堂提問、課外作業(yè)和理論考試上。通過以上的課程考核體系,能較全面地評定學(xué)生對本課程的掌握情況,綜合評價學(xué)生的各方面的能力。
6 進行現(xiàn)場教學(xué)
現(xiàn)場教學(xué)使教學(xué)與工程實踐相結(jié)合。工程項目進度計劃與控制是一門工程應(yīng)用型的課程,在強調(diào)以課堂理論教學(xué)為中心的同時,還應(yīng)特別注重其實踐性??梢匝埦哂胸S富工程實際經(jīng)驗的技術(shù)人員來給學(xué)生作專題講座或現(xiàn)場教學(xué)。在第二課堂相對開放的環(huán)境中,引導(dǎo)學(xué)生走出教室。布置參觀或?qū)嵙?xí)類的綜合作業(yè),引導(dǎo)學(xué)生在課外進行學(xué)習(xí)和調(diào)研,有效地將學(xué)生所學(xué)的理論知識與工程實踐相結(jié)合。
7 結(jié) 語
為培養(yǎng)學(xué)生核心能力――進度計劃的編制與審核能力為目標(biāo),實施“行動導(dǎo)向、 Work-shop教學(xué)、教學(xué)做一體化”的綜合教學(xué)模式。
7.1 以能力培養(yǎng)為目標(biāo),豐富教學(xué)方法
采用多種教學(xué)方法和教學(xué)形式,例如教學(xué)組專題教學(xué)、行動導(dǎo)向、Work-shop教學(xué)和專家講座等,必須在教師自身水平和學(xué)生既有知識的基礎(chǔ)上擇優(yōu)選擇和組合。在實踐技能型能力培養(yǎng)的目標(biāo)指導(dǎo)下,建議引入開放式的教學(xué)形式,將教學(xué)過程延伸到第二課堂。
7.2 注重能力考核,鼓勵個性發(fā)展
考核也應(yīng)以能力培養(yǎng)為目標(biāo)導(dǎo)向,即重點考核學(xué)生運用知識、分析問題、解決問題的能力。采用理論考試與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)(課程設(shè)計)考核相結(jié)合、開卷考試與閉卷考試相結(jié)合的考試方式。
主要參考文獻
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摘要:從教學(xué)設(shè)計、實施、評價等方面全面探討了“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”的教學(xué)模式,實踐證明了此教學(xué)模式的有效性,特別是在幫助學(xué)生職業(yè)可持續(xù)發(fā)展上能發(fā)揮積極作用。
關(guān)鍵詞 :高職;課程改革;“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”教學(xué)模式
基金項目:2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題(項目編號:2013JSJG432)
作者簡介:劉華,男,鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授,主要研究方向為紡織產(chǎn)品開發(fā)、紡織專業(yè)教學(xué)。
中圖分類號:G712文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-7747(2015)03-0044-03
“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”教學(xué)是在借鑒中小學(xué)“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式基礎(chǔ)上發(fā)展起來,經(jīng)筆者所在學(xué)校多年實踐探索,證明效果明顯的一種新型的高職教學(xué)模式,它旨在通過不同層次學(xué)生的自主選擇學(xué)習(xí)技能,自主開展學(xué)習(xí),自主動手探索,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和實踐動手能力,提高教學(xué)效果。所謂“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”,是指以包括文字、圖片、視頻等素材的學(xué)做案為載體,以導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做為方法,以教師的引導(dǎo)與指導(dǎo),學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自主動手探索為雙主體,師生共同合作完成一項來自企事業(yè)單位真實工作任務(wù)的一種教學(xué)模式。這種教學(xué)模式改變了過去教師“一言堂”式的單純講、學(xué)生被動聽的“滿堂灌”的教學(xué)模式,真正體現(xiàn)了教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用,實現(xiàn)了主導(dǎo)作用和主體作用的和諧統(tǒng)一,發(fā)揮了教學(xué)的最大效益。
一、“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”的內(nèi)涵
“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”模式就是,學(xué)生在課外根據(jù)校企教師設(shè)計的包含文字、圖表、動畫、視頻等多種形式媒介的學(xué)做案,通過認(rèn)真閱讀自編教材及參考資料,仔細(xì)觀看微課視頻,自主學(xué)習(xí)學(xué)做案,初步實踐與認(rèn)知教學(xué)項目。然后,在課內(nèi)根據(jù)學(xué)做案的任務(wù)要求,自己制訂項目任務(wù)完成方案,實施完成相關(guān)工作任務(wù),學(xué)生可在真實實踐項目學(xué)習(xí)過程中,師生共同探究學(xué)習(xí),最終形成知識,獲得技能。這種教學(xué)模式一方面滿足了職校學(xué)生職業(yè)素質(zhì)發(fā)展的需要,另一方面又能滿足學(xué)生自我持續(xù)發(fā)展的需要,對學(xué)生的自我認(rèn)知、自我發(fā)展和自我價值的實現(xiàn)有十分積極的作用。[1]而教師的角色不僅僅是知識的傳授者,更重要的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)、自學(xué)能力、公民意識等,教會學(xué)生怎樣工作、怎樣學(xué)習(xí)、怎樣生活,真正提高學(xué)生在實際工作中的分析問題、解決問題的能力。此教學(xué)模式也是翻轉(zhuǎn)課堂的一種實踐形式,實質(zhì)就是課前學(xué),課內(nèi)做。
二、“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”實施過程
(一)提取企業(yè)要求
高職教育的職業(yè)性要求學(xué)生的學(xué)習(xí)就是工作,工作就是學(xué)習(xí),堅持“工作怎么做,學(xué)生就怎么學(xué);學(xué)生怎么學(xué),教師就怎么教”。高職院校高端技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的定位決定了其教學(xué)內(nèi)容必須是來自企業(yè)的真實項目。[2]因此,從企業(yè)生產(chǎn)、管理、營銷等一線收集真實、鮮活的教學(xué)素材,提取教學(xué)項目,用企業(yè)真實產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和營銷貿(mào)易案例作為教學(xué)內(nèi)容,用企業(yè)真實的生產(chǎn)組織活動、管理模式作為教學(xué)內(nèi)容,用企業(yè)開發(fā)改造創(chuàng)新的項目作為教學(xué)內(nèi)容,就成為課程的本源。[3]以“機織工藝設(shè)計與質(zhì)量控制”課程為例,筆者選擇用噴氣織機織白坯織物的工藝設(shè)計與質(zhì)量控制、用劍桿織機織色織物的工藝設(shè)計與質(zhì)量控制、用噴水織機織長絲織物的工藝設(shè)計與質(zhì)量控制3個生產(chǎn)案例作為教學(xué)項目,項目選擇既有代表性,又有典型性,完成3個項目的學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生掌握常見機織產(chǎn)品的生產(chǎn)組織、工藝設(shè)計、質(zhì)量管理等基本內(nèi)容,初步勝任紡織企業(yè)織部基層技術(shù)人員的要求(見表1)。
(二)教師設(shè)計學(xué)做案
教師對于學(xué)做案的設(shè)計,應(yīng)該遵循以工作過程為線索的思路,把握好“學(xué)法”線和“做法”線,充分運用各種媒介手段設(shè)計有利于引導(dǎo)學(xué)生“自主學(xué),獨立做”的學(xué)做案,以大幅減少教師在學(xué)生完成工作任務(wù)中的作用,逐漸實現(xiàn)學(xué)生完全獨立地完成真實工作能力的培養(yǎng)為目標(biāo),幫助學(xué)生成為合格的“職業(yè)人”。
對于“機織工藝設(shè)計與質(zhì)量控制”課程,筆者圍繞學(xué)習(xí)即工作,設(shè)計加工各種機織設(shè)備的操作示范視頻及說明、圖文操作示范說明、常見織物的工藝設(shè)計原則、工藝選擇與計算的真實案例、設(shè)備的主要工藝調(diào)節(jié)方法與操作示范、試生產(chǎn)的開機步驟等素材,圍繞工作就是學(xué)習(xí),設(shè)計用于導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做的學(xué)做案。學(xué)做案的設(shè)計應(yīng)做到重點突出且有學(xué)(做)法指導(dǎo),難點分散且有突破方法,采用左欄導(dǎo)學(xué)、右欄導(dǎo)做的方法,以達到啟發(fā)和開拓學(xué)生思維,增強學(xué)生學(xué)習(xí)能力、動手能力和職業(yè)素養(yǎng)的目的。
(三)學(xué)生運用學(xué)做案自主學(xué),獨立做
1.課前試學(xué)。每一項目下的具體工作任務(wù),均安排包括知能要點圖解和相關(guān)知識點鏈接的學(xué)前要點預(yù)覽,幫助和引導(dǎo)學(xué)生課前自學(xué)?!皠U織機織色織物的工藝設(shè)計與質(zhì)量控制”項目中整經(jīng)任務(wù)的學(xué)前要點預(yù)覽中,提供了分條整經(jīng)的知能要點圖解和色織物的相關(guān)知識點鏈接。學(xué)做案的雙欄內(nèi)容分別供學(xué)生在開放的實驗實訓(xùn)室中提前試學(xué)、試做,明確列出哪些會了,哪些還不會。
2.課上真做。課內(nèi)雙欄設(shè)計的學(xué)做案,以知能要點精講為主的左欄主要提供服務(wù)學(xué)生自主學(xué)的知識重難點解讀,右欄則主要提供服務(wù)學(xué)生獨立做、個性做的項目訓(xùn)練示范,雙欄內(nèi)容完全按學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)等的不同,提供文字版、微課版兩種形式的素材供學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)用,側(cè)重學(xué)法指導(dǎo),安排專任教師和企業(yè)兼職教師共同指導(dǎo),采取教師與學(xué)生評價相結(jié)合、過程與結(jié)果(產(chǎn)品)評價相結(jié)合、教師與師傅評價相結(jié)合和知識與能力評價相結(jié)合的多維評價體系評價學(xué)習(xí)效果。
以項目二中的“色織物整經(jīng)”任務(wù)為例,成立學(xué)習(xí)團隊或?qū)W習(xí)小組,學(xué)做案的左欄提供常見色織物整經(jīng)及排花必備的知識和拓展知識;右欄按照初看工作過程的要求“看一看”、小組討論排花方案的形式“議一議”、寫出實施工藝表的要求“寫一寫”、工藝表實施上機工藝的目標(biāo)“做一做”、評價織軸質(zhì)量和工作態(tài)度等方面“評一評”,提供了詳盡的實施指導(dǎo),并輔以“助學(xué)提示”、個性化的“探究學(xué)習(xí)”、“廢物再利用”、“安全警示”等環(huán)節(jié)幫助學(xué)生形成知識,獲得技能,提升素質(zhì)。
在實施中,筆者利用央財支持的全流程全真型的紡織服裝實訓(xùn)基地,創(chuàng)設(shè)真實的工作情境,成立模擬生產(chǎn)車間,在來自企業(yè)的真實項目中實踐,體驗工藝設(shè)計、工藝上機、質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備維護等一線員工角色。
3.課外強化。技能的習(xí)得必須通過實踐與反復(fù)的訓(xùn)練。[4]因此,筆者考慮課內(nèi)時間有限的實際問題,課后結(jié)合學(xué)生個性化需求專門安排“課外提升訓(xùn)練”和“專項技能強化”兩個環(huán)節(jié),這是照顧不同學(xué)生層次的針對性安排。課外提升訓(xùn)練旨在鞏固知能,服務(wù)一般學(xué)生。專項技能強化,著重提升能力,服務(wù)更高要求的學(xué)生。如在項目二的任務(wù)二中,筆者安排了整經(jīng)的分排穿和分層穿的“課外提升訓(xùn)練”,以幫助所有學(xué)生達到操作的要求。安排整漿排花的“專項技能強化”,借助CAD模擬,通過實際機上操作,掌握了排花與織物花型實現(xiàn)的關(guān)系,進一步提升了學(xué)生開發(fā)新品時的創(chuàng)新能力。
4.項目總覽。每一綜合項目結(jié)束后,還提供包含項目知識網(wǎng)絡(luò)、項目專題歸納總結(jié)、項目能力檢測等環(huán)節(jié)的項目終結(jié)解決方案。項目知識網(wǎng)絡(luò)旨在提供給學(xué)生本項目完整的、清晰的知識網(wǎng)絡(luò)圖,解決知識碎片化的問題,幫助學(xué)生在做后形成系統(tǒng)知識。比如課程實施中,筆者通過讓學(xué)生總結(jié)3個教學(xué)項目中漿用材料的特點及原理,總結(jié)出了漿料的知識網(wǎng)絡(luò)圖,弄清了天然漿料、合成漿料等的區(qū)別,掌握了與主漿料配套的助劑的應(yīng)用原則,學(xué)會了根據(jù)不同織物特點自己組配合適的漿料配方。知識網(wǎng)絡(luò)圖用于學(xué)生“做”后通過思考總結(jié),引導(dǎo)學(xué)生形成知識,將原來散布于各項目任務(wù)中的知識系統(tǒng)化,幫助學(xué)生形成完整的知識體系。
專題歸納總結(jié)環(huán)節(jié)主要從“概念辨析”的角度幫助學(xué)生厘清易錯易混的概念,以“錯誤指引”環(huán)節(jié)指導(dǎo)學(xué)生弄清做的過程中的所以然,提升學(xué)生的能力水平。[5]如分批整經(jīng)和分條整經(jīng)的“概念辨析”,通過直觀形象的圖示法厘清概念,在整經(jīng)中實踐紗線穿入伸縮筘的方式,采取試錯式的“錯誤指引”,糾正學(xué)生的錯誤,真正幫助學(xué)生理解了分排穿和分層穿的“所以然”。
概括起來,學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做教學(xué)模式基本上具有以下環(huán)節(jié):以案試學(xué)試做組織組內(nèi)討論以案導(dǎo)學(xué)真做指導(dǎo)解難釋疑課內(nèi)現(xiàn)做實測知識整合與重組課外拓展創(chuàng)新。通過實施學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做教學(xué)模式,在做法指導(dǎo)形成完整規(guī)范的體系和知識網(wǎng)絡(luò)形成的同時,學(xué)法、做法指導(dǎo)也構(gòu)成包括信息收集與加工、方案設(shè)計、方案實施與優(yōu)化和方案評測的完整科學(xué)體系,為學(xué)生可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件。
三、實施“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”教學(xué)模式的幾點思考
首先,“學(xué)做案導(dǎo)學(xué)導(dǎo)做”的教學(xué)模式應(yīng)建立基本的軟硬件保障,發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。軟硬件保障就是在軟件中的學(xué)做案開發(fā)、教師實踐能力和教學(xué)能力的培養(yǎng)、資源的組織等要素,在硬件上學(xué)校添置必要的儀器設(shè)備、利用好企業(yè)現(xiàn)有的裝備等。在實施中,教師主要做學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、支持者和評價者,引導(dǎo)學(xué)生積極思維,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。學(xué)生開展自主學(xué)、獨立做的學(xué)習(xí)活動,從而激發(fā)學(xué)生的主體精神。
第二,教學(xué)要在真實的情境中開展,教師要對不同類別的學(xué)生一視同仁,提供分層的學(xué)做案,幫助學(xué)生自主選擇任務(wù),指導(dǎo)完成項目任務(wù),肯定學(xué)生在過程中的各種優(yōu)點,挖掘?qū)W生潛力,引導(dǎo)全體學(xué)生成才,實現(xiàn)“一個也不能少”。
第三,要真正落實學(xué)生自主學(xué),獨立做,絕不允許把現(xiàn)代職教的課堂變成教師的一言堂,當(dāng)然也不能允許教師對學(xué)生的學(xué)做放任自流,而變成“放羊式”教學(xué)。教師和學(xué)生都要承認(rèn)“學(xué)生自主學(xué),獨立做”是高職教學(xué)的必然選擇,是技術(shù)技能人才培養(yǎng)的必由之路。
最后,教師應(yīng)以教學(xué)有效性為根本,以激發(fā)興趣為目標(biāo),運用多種教學(xué)方式和先進的教學(xué)手段實施教學(xué),特別是要發(fā)揮微課的作用,以實現(xiàn)“師生運用科學(xué)方法在做上追求做之所以然”。
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