時間:2022-06-25 12:41:46
序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇課程設計實驗總結范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
1、差異化教學思想
差異化教學策略是一種先進的教學模式,為我們解決自動控制課程設計教學實踐中出現的上述問題提供了有力幫助。美國著名教育學家湯姆林森指出,“差異教學方式將學生的個體差異視為教學的組成要素,教師根據學生的準備水平、學習興趣和學習風格設計教學內容,以適應學生之間的個別差異,從而最終促進每個學生的成長與進步”。差異教學以學生個體為中心,強調人的自主性、整體性和獨特性,與我國傳統的因材施教教學思想有相通之處。針對自動控制課程設計教學中的問題,我們借鑒差異化教學思想,提出一種基于差異化教學策略的自動控制課程設計新模式。該模式不但使得課程設計任務和內容具有層次化差異化,滿足學生個體差異發展的需要,提高學生參與課程設計的積極性和主動性;并且,結合課程設計本身的特點,我們對差異化教學策略進行拓展,采用差異化的實驗對象和多樣化的課程設計手段,提高學生課程設計中的獨立性,增強學生理論聯系實際的能力。
2、課程設計任務的差異化
在差異化教學策略的指導下,課程設計的具體任務和教學內容應該體現出明顯的層次性,從而滿足不同能力學生學習的需求。因此,我們把課程設計實驗內容分為如下三個層次。
(1)基礎型實驗—主要包括實驗裝置的機理建模、基于實驗曲線的辨識建模、裝置物理模擬和控制系統構建等;
(2)綜合型實驗—是課程設計的主要工作,該部分內容包括Matlab控制系統工具箱的使用、PID控制器的設計、控制器參數變化與根軌跡的關系、串聯校正技術、控制系統的能控能觀性分析和狀態反饋控制器的設計等;
(3)提高型實驗—其目的在于提高學生對自動控制系統的綜合研究能力,包括最小拍控制器設計、純滯后系統構建與控制和基于觀測器的狀態反饋控制等。
3、課程設計實驗對象的差異化
(1)不同的實驗裝置—在有限的實驗室裝置中,為每組學生隨機指定不同的雙容水箱裝置,不同裝置的物理參數有一定差別,必然會帶來不同的被控對象數學模型。
(2)不同的裝置參數—在同一套實驗裝置,為每組學生設置不同的水箱出口擋板閥開度,從而使得每組學生測試得到不同的實驗對象數學模型。
(3)不同的裝置工作點—要求學生設置不同的工作點,雙容水箱系統本身為非線性系統,選擇不同的工作點會導致不同的近似線性模型。雖然所有學生均針對雙容水箱實驗裝置建立二階被控系統作為實驗對象,但是以上三種措施使得學生面臨不同參數的二階實驗對象,做到實驗對象相似而不相同。因此從根本上避免了設計方案和實驗結果的雷同性,可以有效促進學生獨立自主創造性的開展課程設計工作。
4、課程設計實驗手段的多樣化
針對學生無法有效聯系控制理論與工程實際的問題,采用控制理論分析、數字仿真分析與實驗測試驗證多種不同實驗手段相融合的課程設計模式,學生課程設計過程中做出的每條實驗曲線,教師都要求其應用控制理論進行解釋分析,同時通過Matlab控制系統工具箱進行仿真對照。教師在課程設計中學生發現問題時不應直接解答,而是有意識引導學生結合理論概念進行思考分析,進一步利用Matlab仿真平臺驗證想法,并在模擬實驗箱上進行測試,從而真正獨立自主的發現問題、分析問題和解決問題。最后教師針對學生的問題,幫助其總結歸納分析,提煉使用控制理論分析解決實際控制問題的思路和步驟。
5、課程設計考核方式的綜合化
自動控制課程設計的考核,不但要測評學生的最終實驗報告,更重要的是要考查學生的課程設計過程和平時表現。因此課程設計成績評定過程中采用綜合化考核方式,平時表現、成果檢查與總結報告按照一定比例(如3:4:3)構成課程設計成績。
二、結語
電子技術課程設計是電類專業學生學習完數字電子技術和模擬電子技術理論課及實驗課之后的重要的理論和實踐綜合設計環節,是學生掌握和具備電子技術基礎知識和單元電路的設計能力之后,進一步學習電子電路系統的設計方法和實驗方法,是把理論運用到實踐中進行再體會,著重提高學生分析問題和解決問題的能力,培養學生的創新精神,為以后從事電子系統設計和開發應用打好基礎。如何在這一環節啟發學生人創新意識和實踐能力,并掌握電子設計的新技術新方法是一個值得不斷探索的課題[1,2,3]。近年來,隨著EDA技術的普及與應用,將EDA技術引入到電子技術課程設計中,在培養學生綜合能力和工程設計能力方面作了一些探索和嘗試,經過幾個學期的實踐取得了較好的效果。
1傳統電子技術課程設計教學的弊端
傳統的電子技術課程設計的教學過程中有一些弊端,主要表現在以下幾個方面。第一受到教學經費及實驗場地和實驗時間的制約,輔導教師缺少;第二,課程設計題目狹隘,缺少個性,有的課程設計題目向乎是紙上談兵,設計過程枯燥乏味;第三,學生綜合能力培養受到限制,阻礙了學生創新能力的發展和發揮,導致學生對課程設計興趣降低,不利于學生主動探索精神的培養。
2電子技術課程設計的教學改革
2.1教學方法的改革
電子設計自動化(EDA)技術是當前工程設計的新技術,它的應用使得電子系統的設計手段產生了深刻的變革[4,5,6,7]。在教學中采用虛實結合法,“虛”是指學生在完成電子系統的初步設計方案以后,用應用軟件對整體電路進行仿真,驗證設計方案的或能,修改方案設計中的原理性錯誤。“實”是指學生對所設計的電路在實驗室進行實物制作。虛實結合法中“虛”是手段,“實”是目的,虛擬仿真不受實物實驗條件的限制,能夠拓寬學生的設計思路,實物制件與調試是最終實現的結果。虛實結合法進行電子課程設計的流程如圖1所示:1)選題及方案設計:根據課程設計的預期目標,提出幾個不同的、難度大體相當的、具有實用性的電子電路設計題目及性能指標,由小組成員集體討論選擇設計題目,組織小組成員查找相關資料,并要求小組成員每人都提出自己的初步設計方案。然后小組成員討論各自的方案,相互提出修改意見,發揮團體精神,集思廣益,最后確定設計方案。2)電路虛擬仿真:電子設計自動化是當前工程設計的新技術,它的應用使得電子系統的分析設計手段產生了深刻的變革,是電類學生從事工程技術工作必須掌握的技能。在學生根據設計課題初步確定方案后,要求先在虛擬仿真臺上對設計方案進行仿真,觀察電路功能是否滿足設計要求,分析主要元器件參數對電路指標的影響,初步了解電路的工作情況,適當更改元件參數使之達到技術指標的要求,為電路的實際調試做準備。3)實物制作及調試:對實物電路進行安裝,可以培養學生嚴謹、求真的科學態度和認真踏實的工作作風。從實物的制作及連接可以讓學生接觸實際中使用的元器件及識別,觀察實際元件的外形及標稱方法,可以在實物制作中提高焊接的技能以及集成芯片和面包板的使用。調試技術是工程技術人員必須熟練掌握的基本技能,在加信號的情況下進行單元電路的調試,單元電路能正常工作后再逐步擴大調試范圍,直到完全符合設計要求。調試完畢后,比較電路實測的性能與計算機的虛擬仿真結果,認識虛擬仿真在電子技術設計中所起的作用,培養學生軟硬件的綜合應用能力。4)答辯及設計報告:答辯主要檢查的提問課程設計課題的基本原理、基本設計方案、電路圖等相關內容及學生的理解和掌握情況。答辯以小組為單位,采取搶答的形式,答辯題目按難易區分2-3個層次,搶答的題目難度越大則得分越高。總結報告是學生對課程設計全過程的系統總結,按規定的格式進行書寫,作圖要規范,通過撰寫總結提高學生的方案表達能力、工程制圖能力和科技寫作能力等基本綜合素質。
2.2設計課題內容的改進
電子技術課程設計所選的課題來源于工程實際,能夠反映現實生活中的應用,并且能盡量覆蓋電子技術理論的主要知識點。比如,振蕩電路、組合邏輯電路、計數器、譯碼器、寄存器、循環脈沖發生器等,既要使大多數學生能夠在規定時間順利完成,又要使課題有一定的自由空間,以開闊學生思路,發揮學生的創造性和主動性。結合幾個學期的工程實踐經歷,目前電子技術課程設計已經開設的題目有數字鐘、數字頻率計、交通燈控制、籃球比賽計時器、救護車報警器、搶答器、循環彩燈等。在選題時,學生自由選擇提供的課程設計題目,也可以自擬題目。
3教學的收效
上述教學實踐極大地激發了學生的設計熱情,從學生所寫的課程設計總結來看,大多數學生在不同方面都有很大收獲。3.1激發了學生的積極性學生感覺到利用所學的電子技術知識可以實實在在的做出電路來,提高了學生對所學專業知識的信心,激發了學習理論課的熱情。3.2掌握開展實踐活動的科學方法學生對開展工程實踐活動的科學方法和步驟有了切身體會,為進一步學習其它專業課的設計和以后的專業工作奠定了基礎。3.3增強了團隊合作能力以團隊合作的形式完成任務,分別查找資料、模塊設計、電路調試等從而使學生在設計過程中學會相互溝通協調,相互支持配合,增強了責任感和團隊合作能力。
4結束語
改革的方法
1.設計題目及內容的改革
對于“電子技術課程設計”題目的選擇尤為重要。首先,設計的題目要夠多,這樣學生的可選擇性才夠大;其次,設計內容要新穎有趣,有一定的使用價值,每個題目都可以鞏固學習電子技術課程重要的知識點,比如:電壓超限報警電路的設計可鞏固學習比較器和555電路以及各種邏輯門的使用;編碼電子鎖的設計可鞏固學習觸發器和門電路;多路數據巡回檢測電路會用到包括寄存器、計數器、數據選擇器和數據分配器等多個中等規模集成電路的內容;廣告燈控制電路包括了可逆計數、逐位顯示和蜂鳴報警電路等單元部分,會用到顯示譯碼器、計數器和555電路等電子知識。指導教師在告訴學生設計題目的同時還要把實驗室的現有資源給學生講清楚,學生可在這些限定的條件下進行設計,比如:實驗室可提供的觸發器只有D觸發器,邏輯門只有與非門。這樣,學生在設計過程中用到其他的觸發器和邏輯門時可以相應地改成實驗室已有的器件。這就要求他們要熟練地掌握課本上的理論知識,能夠隨機應變。當然如果實驗室確實無法提供器件,也要鼓勵學生自己去購買,這使得他們熟悉了更多新型電子器件的規格和功能,提高他們親歷親為的能力和學習興趣。
2.預設計方案的確立
進行預設計時要鼓勵學生用模塊化的分析和設計方法進行設計。學生通過查閱資料,根據設計要求自行確定實施方案,給學生提供更大的自,使學生能夠相對獨立地進行實踐,充分揚其所長。由于學生受到知識面的限制和其他主、客觀原因的影響,初步的設計方案難免存在遺漏和錯誤,教師要對學生的設計進行把關,保證他們的設計能實現基本功能。同時,也可通過集體答疑的方式組織學生公開講解設計方案,讓學生互找問題、討論解決方法,從而達到優化設計方案的目的。這些方法增強了教學的互動性,同時也為學生提供了充分發揮個人能力的空間,調動了學生們學習和創作的積極性。初步的設計方案確定以后就要進行仿真實驗。Multisim是非常適合模擬/數字電路仿真的軟件,它提供了大量的仿真元件模型,且儀器儀表種類之多是很多電子實驗室無法比擬的。通過Multisim進行功能仿真可以發現一些設計中存在的問題,進一步優化設計方案,同時增強了學生學習的興趣,加深了學生對理論知識的理解,提高了學生的實踐能力,也使學生掌握了電子仿真軟件的使用方法,為后續課程學習打下良好基礎。最后,學生把初步的設計方案上升到理論的高度,寫出一份詳細的預設計報告,包括設計題目、設計任務、總體方案的設計、單元電路的設計、元器件的選擇與參數計算,畫出總體電路圖,列出所用元器件的詳細列表和參考文獻。這樣,做到設計思路清晰明了,為后面的安裝調試做好充分的準備。
3.安裝調試
按照自己的設計方案進行安裝調試,是學生非常期待也是最能得到滿足感的一個環節。按照預設計報告中元器件列表領取器件,然后分模塊進行安裝。在這個環節指導教師要引導學生注意整體布局的美觀、規范,比如:電源線和地線要分開,各成一列,并分別用不同顏色的導線進行區分。在確定安裝無誤的情況下進行通電調試。在調試階段,有些學生只要發現實驗結果不對就手忙腳亂無從下手,指導教師要引導學生從信號輸入的一端開始逐個模塊進行調試,排除故障的方法要從大范圍到小范圍,最終找到故障的確切地點。在調試過程中要啟發學生自己查找、分析原因,找到解決的方法。通過調試使學生加深對電路工作原理的理解,學會調試電路查找故障的方法。調試完畢后,不要馬上拆線交給老師完事,指導老師要鼓勵學生用調試好的電路做實驗,例如:可以對單元電路的輸出進行實際的測算,并跟理論分析結果進行比較,進一步理解電路的特性。這樣做可以通過課程設計為學生提供鍛煉的平臺,提高學生的實踐能力和學習積極性。
4.撰寫總結報告
總結報告是學生對課程設計全過程的系統總結,不能等同于平時的實驗報告,因此,學生應按規定的格式進行書寫。總結報告的圖紙要規范,所有圖紙都按工程設計標準嚴格要求。這樣可提高學生的方案表達能力、工程制圖能力和科技寫作能力等基本綜合素質,為畢業論文的書寫打下基礎。
5.建立完善的成績評定體系是保證課程設計教學質量的關鍵
在注重結論正確的同時,應該強調整個設計方案實施的全過程。成績評定包含五個部分:一是預設計方案的正確性與合理性及仿真的結果,占總成績的25%;二是實驗動手能力(包括安裝工藝水平、儀器使用、調試過程中分析和解決問題的能力以及創新精神等),占總成績的30%;三是學生的答辯情況,占總成績的10%;四是設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神,占總成績的10%;五是總結報告(包括方案的論證、調試過程中出現的問題及解決方法、數據處理、結果分析、收獲和體會等)占總成績的25%。這樣一種相對完善的成績評定體系使學生在課程設計的任何一個環節都能認真對待,提高了學生學習的積極性和主動性。
改革的效果
1.培養了學生對設計性實驗的興趣,增強了學生動手實驗的信心由于設計題目與實際緊密聯系,充分調動了學生的學習熱情和自覺性,學生在獨立完成電路后興奮不已,很多同學對自己設計并調試成功的電路愛不釋手。
2.提高了學生多方面的能力在動手實踐設計過程中,學生們從通過查找資料給出預設計方案到互相配合著進行安裝調試,最終得出實驗結果,每一環節都發揮了他們的主動性和創造性,提高了分析和解決各種問題的能力以及相互合作的能力。
結束語
1、應用型電子信息類人才培養的總體思路
應用型電子信息類專業根據電子信息領域對人才的要求,鑒于生源的特點,確定其人才培養目標是能綜合應用電子信息技術和計算機技術的應用型電子信息人才。為了實現該培養目標,需實施“以能力培養為中心”人才培養模式,這就需要實施合理的理論與實踐教學方式,教學方法,特別是著重培養學生“實踐能力和創新能力”實踐教學的內容和思路。
2、電子信息類專業實踐教學環節
電子信息類專業要求學生實踐動手能力強、適應相關崗位技能和創造性需要,實現這個培養目標就必須有合適的實踐教學來支撐。堅持“以就業為導向,以服務為宗旨,以社會需求為目標,以技術應用能力培養為主線”,循技術、能力培養的規律,使實踐教學和理論教學有機地融為一體,通過各類實踐教學環節,采用創新的技能培訓模式,使學生技能的培養依托行業、企業,靠近市場,循序漸進,讓學生學習掌握融入行業和市場主流的實用技術,構建以職業能力和綜合素質培養為目標的實踐教學體系。
2.1電路電子實驗。對學生的基本實驗技能完成訓練,主要掌握基本的電子儀器儀表的使用,電路性能指標的測試方法和數據分析的能力,養成正確的實驗方法和撰寫實驗報告的能力。
2.2專業基礎課程設計。在學生完成電路電子實驗后應進行相關專業基礎課程的課程設計,進行課程設計的主要目的是讓學生掌握某一個相關題目的設計,由教師給出課程設計題目或經教師審核的自選題目,題目確定后經電路設計、電路安裝和調試、撰寫課程設計說明書和答辯環節,達到課程設計的目的。在課程設計中一定不能采取“紙上談兵”的辦法,既只讓學生撰寫課程設計說明書的方式,如采取這種方式就不能達到讓學生把理論知識應用到實踐當中的目的。
2.3EDA軟件應用培訓。隨著EDA軟件的普及,現在的電路設計和調試可以通過各種EDA軟件實現,對學生進行EDA軟件培訓可以提高學生應用軟件能力和提高效率。
2.4專業技能培訓。專業技能培訓針對當前電子信息領域應用廣泛的技術進行系統培訓,此項培訓可提高學生應用能力,專業技能培訓可包括單片機應用培訓、嵌入式系統培訓、PLCD和FPGA培訓等。畢業設計環節是整個實踐教學中非常重要的環節,畢業設計必須以實際應用為選題依據,突出專業的應用特點。
2.5畢業設計。畢業設計既是對學生設計和應用能力提高,也是對前一階段實踐教學效果的檢驗,畢業設計階段必須要求學生完成實際電路設計制作或完成電路仿真測試,不能只做理論分析,否則不能體現應用型人才的培養特點。
3、雙師型教師隊伍的培養
為了提高實踐教學質量,突出辦學特色,提升教師的教學水平,專職教師除了承擔理論教學工作之外,還參與電路電子實驗、電子線路課程設計、專業技能培訓和畢業設計等的各個實踐教學環節。專職教師要按照各實踐教學環節的管理規范,積極承擔實踐教學工作,努力完成各項實踐教學任務。在完成實踐教學工作情況,自編多種實驗指導書、培訓教程、指導專業設計競賽等。
4、完善實驗實訓室建設
電子信息實驗實訓室能夠承擔電子信息專業的基礎實驗實訓,專業培訓,并為其他相關專業的電子專業技術實驗實訓。此外注重自制實驗實訓設備研制與應用,可以節約實驗設備的投入,提高教師的實踐能力,提高實踐教學效果和加強對實驗設備的維護。
5、加強實踐教學的管理
5.1建立健全各項規章制度。建立完善各種規章制度,使各項工作有章可循,有據可查,責任分明。實驗室建立各項規章制度,如:實驗教師崗位責任、學生實驗守則、實驗操作規程、實驗室安全防范條例等。同時按儀器設備的檔次價格,建立完整的技術檔案,相關的帳、卡、冊及儀器設備的使用情況登記簿。
5.2做好實驗教學安排。在實驗教學中,為保證教學任務的完成,針對每門課程的進度做好實驗的安排,最大程度保證理論課和實驗課的同步進行。每門實驗實訓課都有一到兩名教學負責該項課程的課程表安排和實驗內容的制定,以保證實踐教學的正常進行。
5.3做好實驗考核。學生通過各種教學實驗而獲得實驗能力的培養,學生在實驗過程中既要掌握儀器的安裝、調試和使用,實驗的操作和測定,實驗數據的處理和分析;又要能獨立操作獲得正確的實驗結果,而后者更為重要。每次實驗都要求有原始實驗數據,保證實驗數據的準確性,作為實驗成績評定的基礎。因此,教學實驗的考核應當與理論課的考核有所區別。在教學實驗課中,要對學生實行全面考核,做到平時成績和期末考試成績相結合。
5.4做好實踐教學的總結。為總結提高實驗教學質量,對實驗教學效果應進行調查和研究,著重對學生實驗能力培養的調查。每次實驗結束,由實驗實訓負責教師和上課教師對實驗進行總結,針對實驗實訓內容、教師講授情況和學生的反饋,及時調整實驗內容和教學方法。能夠使實驗教師在改進實驗教學時有較準確的依據,并能使實驗教學管理工作的改進建立在可靠的基礎上。以改進教學方法和實驗教學的管理,提高教學質量。
6、通過參加專業競賽提高學生實踐和創新能力
在應用型院校中,培養學生主動探索、主動學習的能力尤為重要。專業競賽具有良好的導向性,注意基礎理論知識與綜合能力的結合、設計計算與制作測試的結合,技術基礎與多專業內容的結合,傳統器件與新型器件的結合。
7、電子信息類實踐教學的思考
7.1如何把電子類課程理論課和實踐課程進一步融合,提高教學效果。
在傳統教學中,教師處于教學活動中的主導地位,教師講授理論知識,學生被動接受相應的知識。這樣只是對以往知識的繼承、積累和掌握,不利于培養學生現代工程技術人員的基本素質。CDIO開放式教學相比于傳統的教學模式,它不僅要求教師在教學活動中角色進行轉變,更要求教師的教學理念與思想從根本上發生轉變。隨著我國教學規模的擴大,教師隊伍數量增大,教師隊伍的年齡結構發生變化。據統計,青年教師的數量占教師隊伍總數的62%,而且青年教師的學歷水平越來越高,這是一個很好的發展趨勢。但縱看青年教師的學習經歷,他們雖然接受過一定的工程教育,并且參與過工程實踐訓練,可是,他們工程實踐的經驗仍存在不足,因此不利于青年教師教學水平的提高與學生工程實踐能力的培養。CDIO工程教育理念告訴我們,只有把《機械設計》課程的教師培養成具有工程實踐理念的準工程師,才能在教學活動不斷地將工程實踐的理念滲透給學生。《機械設計》教師的工程實踐理念與能力的培養是一個長期的、不間斷的過程。為增加青年教師工程實踐培訓的機會,在青年教師上講臺前,他們要進行半年以上的工程實踐培訓或掛職工作,讓他們走入企業尤其是畢業學生的用人單位,了解行業的尖端技術與對人才素質的實際需要,積累工程實踐的經驗,從而在以后的教學活動中有的放矢地講授相關知識,做到工程實踐性與理論性相的結合。在實踐培訓結束后,由有經驗的教授和企業工程師聯合考核青年教師水平,通過考核者方可正式走上講臺。完善學校與企業聯合培訓青年教師的制度,將實踐培訓活動不定期地進行下去,做到教師的工程教育教學理念與企業人才素質需要不脫節,為培養青年教師CDIO工程教育理念與可續發展做好重要基礎。
二、理論課教學的改革與優化
《機械設計》理論課教學通常包括課堂講授和實驗操作,內容豐富而繁雜,初次學習者在學習過程中感到教材脈絡很難把握,各章內容銜接性不強,不利于知識點的理解和掌握,因此,學生的學習興趣和主動性大打折扣。在后續的課程設計中,由于對知識點理解不透徹和遺忘,導致他們不能靈活地應用到工程實踐當中,出現生搬硬套的現象。
1.課堂教學方式的改革。
學習動力是興趣,學習的捷徑是實施。《機械設計》課程的最終目的是要培養學生將課堂學到的機械設計知識應用于工程實踐中,完成課程設計的設計項目。因此,我們可以在課程開始時,確定每名學生設計任務,從最終目的講起,激發學生學習的興趣與動力,很具象地告訴學生我們最終的目標,讓學生做到心中有數,學習時有的放矢,將所學的知識和設計任務有機地聯系起來。在課堂教學中,教師要充分利用多媒體教學手段,緊密結合專業特點,各有側重,注重講授內容的新穎性,把握專業前沿,做到講授內容廣泛新穎,突出重點和難點,啟發學生的思考和想象。階段性的設置討論課,要增加教師與學生之間的交流。教師總結前一段學習內容,針對課程設計題目,讓學生進行分組討論,聽取學生的構思與設計想法,并給予學生指導與評價。教師要減少固定模式計算的習題作業,可以針對工程實際內容,增加開發式創新型作業題目,努力培養學生解決工程實際問題的能力。
2.開放式實驗課改革。
受傳統教育模式的束縛,我國高等教育存在重理論輕實驗的現象,實驗課所占課時比例比較少,它往往作為理論課的“附屬品”存在。而且,實驗模式單一,實驗題目固定,實驗方法陳舊,與理論課及課程設計的聯系不強。學生感覺實驗課完全是在教師的指導下被動完成,這忽視了學生個性思維與動手能力的發展。然而,CDIO工程教育理念強調實驗課對學生綜合素質提高的重要性。為了更好地將實驗課與理論課有機地結合起來,做到理論課是實驗課的指導,實驗課不僅僅是理論課的驗證,筆者認為可以采取以下措施。①整合學校實驗室資源,為學生設立開放式實驗室,全天為學生開放。鼓勵學生利用學生課余時間在開發性實驗室完成CDIO教學項目中的三級項目,將這種開放性的實驗室變成學生的“實驗課自習室”。②增加實驗課課時數量,在保證一定數量的理論驗證性實驗外,增加一定數量的設計性實驗,充分發揮學生的主動構思和設計的能力。③將一部分理論課教學與實驗課相接相結合了,采用現場教學方式,直觀為學生講授機械設計理論在工程實際中的應用。這種方式可加深學生對相關知識點的理解和掌握。機械設計實驗課的改革,充分發揮實驗課培養未來機械類人才的作用,必將會全方位地提高學生的綜合素質。
三、機械設計課程設計改革思路與措施
目前,我國大部分高等院校的《機械設計》課程設計題目以帶式輸送機傳動裝置為主。課程設計題目比較單一,設計任務和數據多年未變,教師教學時程式化現象比較嚴重。這忽略了機械類各專業之間發展的差異,限制了學生個性思維的發展,不能夠充分調動學生設計研究的主動性與激發學生學習相關知識的興趣,易造成抄襲現象,影響課程設計的教學效果。
1.課程設計題目多樣化、自主化。
為了培養學生的工程實踐能力,避免設計題目的單一,激發學生的學習熱情與興趣,加強學生獨立思考的能力,機械設計的題目可以適當地多樣化、自主化。筆者認為,課程設計題目可以結合教師的科研項目或工程實際中包含機械設計課程所講內容的典型機械部件。但是,由于學習機械設計的學生大多是在大三階段,其知識的儲備有限,并且課程設計的時間基本在3~4周左右,要注意題目的難度和復雜程度。能力突出的同學也可以通過查閱相關文獻或在工程實際中所發現的問題向教師提出自主化的機械設計題目,機械設計教師掌握好題目的難度與深度。教師將每班學生分成若干小組,讓學生自己選擇有興趣的題目編成3~5人的團隊。團隊成員間的設計方案相同但是數據不同,并要求學生互相監督,檢查對方的設計思路與計算過程,督促學生養成自查互查的習慣,增進了學生團隊協作的意識和能力。
2.加強現代設計手段與方法的應用。
隨著電子計算技術的發展與國家制造業信息化進程的迅速推進,現代化的機械制造企業已經完全摒棄了復雜、冗長的手工制圖,而采用更為高效、高質量的計算機輔助制圖CAD技術。但是,機械設計課程設計的教學環節中,部分高校仍要求學生采用手工制圖,工作強度大,工作效率低,不利于學生空間思維的形成,更不利于掌握現代設計方法與設計手段,不能很好地為學生在畢業設計階段打下計算機輔助制圖的基礎。為了更好與國際先進的CDIO工程教育理念接軌,作為專業基礎課《機械設計》的實踐環節,課程設計的改革已經迫在眉睫。我們建議放棄機械設計課程中的手繪制圖階段,要求學生采用AutoCAD或CAXA作為二維圖紙繪圖工具;提倡學生應用Solidwork、creo、UG等三維設計軟件進行結構設計和運動仿真,鼓勵學生運用ANSYS、COSMOS、ABQUS等CAE軟件進行機械零件的力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計。我們將CAD/CAE相結合的設計技術應用于實戰,能深化學生課堂所學到的計算機輔助設計相關內容的理解。在設計計算階段,《機械設計課程設計指導書》和《機械設計手冊》是必不可少的工具。但是,利用工具書查詢相關數據進行設計計算極其煩瑣,效率較低,且易錯選相關數據。現代化的設計手段要求我們培養學生利用互聯網技術檢索查閱相關文獻,利用計算機強大的數據庫功能簡潔快速地查閱相關數據。教師可以鼓勵學生采用軟件版《機械設計手冊》快捷方便查詢各種數據,運用Matlab、VB等編程軟件進行零件設計計算與校核分析。這極大縮短手工設計計算所用的時間,提高設計效率,給學生留出充裕的時間去思考學習三維軟件的應用,為學生出色地完成畢業設計打下堅實的基礎。
3.考核方式改革與激勵創新。
機械設計課程設計的考核與答辯是對學生課程設計階段所取得成果的一種總結與肯定。考核主要包括圖面成績50%、平時成績30%和答辯成績20%。圖面成績和平時成績評分標準完全由教師主觀的判斷給出,答辯成績的給出通常是由老師提出問題,每名學生逐一進行答辯。因此,教師需要在有限度的課程設計時間內擠出大量時間給答辯環節,而且每個同學的問題各不相同,這樣老師需要花費大量時間準備相關問題,而且很難做到全體學生難易程度相近。這忽略了老師與學生之間信息的相互交流。采用將題目相同的學生分成一組的方式,要求學生在結構設計與計算階段、制圖階段互相監督彼此發現存在的問題。教師定期進行小組討論,解決小組成員中的個、共性問題。這樣大大增強了同學間的團隊協作能力與交流溝通的能力,而且節省了老師和學生的時間,提高了設計的效率。答辯環節可以采用很自由的方式。評分時,每位同學的成績由組內其他成員根據評分標準給出,最終由教師綜合給出該名同學的最終分數,讓學生既是“運動員”,又是“裁判員”。這樣,學生通過總結他人設計中的得失和成敗,能夠提高自己的設計實戰經驗。在這種討論式答辯中,它能激發學生的創新意識,鼓勵學生將討論時產生的新的創新想法應用于實踐,引導學生進行課外創新活動的競賽,給學生更為廣闊的發展平臺。
四、結語
論文摘要:以培養創新能力人才為目標,從課堂教學入手,對研究型大學路基路面工程課程教學方法展開研究,提出了以討論法代替傳統簡單教學、經典基礎理論與最新研究成果結合、實驗課程穿插課堂教學、深化課程設計等改進措施,提高學生創新能力及解決復雜問題的能力。
路基路面工程是土木工程專業道路方向的一門專業主干課程。該課程涵蓋知識點較多,主要集中在路基工程及路面工程兩個部分,涉及交通工程學、材料科學、巖土工程學、工程地質及水文地質、結構工程等相關學科。課程一般設置約60學時。在開設該門課程之前,通常需要先完成道路建筑材料、交通工程學、公路勘測、土質土力學等課程的學習。傳統課程設置目標要求學生在掌握一定專業知識的基礎上,具備自主完成規定設計項目,綜合運用所學知識解決實際問題的能力。教學型大學以招收本科層次的學生為主體,履行人才培養職能,塑造高水平技能型人才,注重學生掌握專業知識的廣度。研究型大學側重培養學生的創新能力,注重創新環境的建設,在教學環節過程中注重學生掌握專業知識的深度,并具備以現有知識為基礎開展相似問題的分析和解決能力。以路基路面工程教學為例,教學型大學應力求學生對教學內容全面掌握,實現知識點掌握的廣度要求。研究性大學以研究型人才培養為己任,注重課程熱點問題掌握的深度。當前,區別對待研究型大學與教學型大學課程教學十分必要。傳統填鴨式教學方式對于研究型大學教學目標的實現有一定影響,難以達到預期的教學深度和效果。此外,路基路面工程課程教學內容多,涉及范圍廣,傳統被動的學習方式,很難實現對知識點的全面、深入掌握。鑒于此,開展課堂討論式教學、經典基礎理論與現階段研究成果相結合、穿插實驗課程、深化課程設計等教學改革意義深遠。
一、討論式教學
討論式教學法是探究式教學的一種重要形式和方法。它強調在教師的精心準備和指導下,為實現一定的教學目標,通過預先設計、組織、啟發學生就特定問題充分發表自己的見解,以培養學生的獨立思考能力和創新精神[1]。該方法是以學生為中心,通過討論學習提高學生的自學能力、推理能力、運用所學知識解決實際問題的能力。討論式教學方法在素質教育和創新教育中扮演中非常重要的角色,它為發展學生的主體性,培養學生的創新思維提供了良好條件。
實施討論式教學方法的前提是教師必須預先明確課堂討論內容,討論題目應緊扣教學內容要求,把握好題目的難度和深度,并提前3~5天下發題目給學生。教師應提前完成基礎知識的講授,在此基礎上發揮學生自主學習的空間,通過查閱資料、小組內部討論、互助學習完成相關內容,并在學習的過程中將自己難以解決的問題標注,留待課堂教學討論時供大家探討、解惑。教師應把握題目的討論方向,注意課堂討論的節奏,按照教學計劃的設置,針對每個討論題目預留足夠的總結時間,解答學生在自主學習及課堂討論過程中遇到的難點。討論式教學對于提高學生學習興趣,發揮創新意識,提高學生創新研究能力具有舉足輕重的作用,有助于提高學生自主學習的能力,鍛煉學生發現問題、解決問題的能力。
二、基礎理論與研究成果結合
了解知識點當前的研究成果是激發學生學習積極性、拓展學習空間、培養研究意識的重要途徑,常規本科階段的學生往往處于被動學習狀態,在片面強調考試成績的大環境下,常常采取對書本知識硬性記憶,而忽視了知識點的應用及該知識點的拓展空間[2]。此現象在教學型大學中尤為常見。研究型大學以建設創新環境、培養創新能力為首要目標,在該類院校的課堂教學環節中,針對某個知識點,教師應向學生闡述該知識點最新的研究近況及當前研究現狀中存在的問題。如在瀝青路面設計部分,在講解道路結構層位設計時,應闡述當前路面力學計算的研究現狀以及以彈性層狀體系為基礎路面力學計算方法的局限及改進方向。
路基路面工程是一門發展較為迅速的學科,新的理論、新的施工機具、新的施工方法及管理方法每天都有變化,在基礎理論知識的講解過程中無視新成果的存在,勢必會影響教學效果,無益于提高學生的學習效果。引入最新研究成果輔助教學的方法要求教師花費更多的時間去了解自己研究方向以外的科研成果,對任課教師提出了更高要求。本科教學內容較為寬泛,教師的工作是最大限度地提升學生創新意識,在有限學時的課堂教學中力求使學生獲得最大的知識儲備。
三、實驗課程穿插課堂教學
實驗教學是土木工程專業的一個極為重要的環節,它可以有效彌補課堂理論教學的不足,增強實踐性。路基路面工程的先修實驗課程基本來自道路建筑材料實驗及土質土力學實驗。如瀝青三大指標測試、混合料油石比確定、土的塑液限等基礎實驗[3]。此處所指的實驗課程并非前述此類基本實驗,是指在教學過程中針對抽象難懂的知識點在教師指導下,學生自行設計模型、自行加載驗證,豐富課堂理論教學的一種方式。如在進行瀝青路面結構層底拉應力計算的教學中,可鼓勵學生采用相似材料進行小型實驗,采用貼應變片等技術方式完成加載、測試,驗證課堂教學成果,加深學生對所學知識的理解,同時也應鼓勵學生在實驗室內針對理解存在偏差的問題進行深入研究。當前,本科階段學生對實驗室的利用較低,除了進行必須的實驗課程外,學生很少在實驗室進行相關研究學習。為培養學生自主創新的研究能力,研究型大學的實驗室應全面開放,鼓勵學生走進實驗室,進行創新性實驗。吉林大學近 年來開展大學生創新實驗計劃就是以研究小組的方式在實驗室內完成相應級別的科研項目,取得了豐碩的成績。
四、深化課程設計
課程設計在土木工程相關專業中的地位極為重要。以道橋工程專業為例,設置課程設計的課程有公路勘測設計、結構設計原理、路基路面工程、橋梁工程等[4]。課程設計是對課程的全面總結,它以完成某一小課題的形式實現對整門課程的一個有效串接,將各個章節看似孤立的知識點有機地結合到一個大問題中來,使學生對課程的知識點充分掌握[5]。
筆者調研發現,當前路基路面工程課程設計存在以下問題:一是,大多數課程設計圍繞理論計算部分,而且主要針對瀝青路面結構層設計及水泥路面結構層設計兩大部分展開,立題范圍相對較小;二是課程設計的難度偏小,學生可以按照書中例題所示步驟機械地完成,沒有發揮學生創新空間,收獲較小,達不到課程設計的根本目標。分析路基路面工程課程設計中存在的問題,筆者建議采取深化路基路面工程課程設計的方式增強課程的教學成果,滿足研究型大學創新環境建設目標的需求。一是,拓展路基路面工程課程設計的選題范圍,實現課程設計的多樣化,教師將課程設計題目分類,如設置實驗類課程設計及計算類課程設計,學生可結合自己的研究興趣自主選擇。二是,加深課程設計的難度,鼓勵學生查閱資料解決復雜問題。可將傳統課程設計中進行道路結構層厚度計算的題目改為道路結構拉應力或者剪應力分布規律的分析。在分析問題、解決問題的過程中,教師應全程指導,隨時解答學生疑惑,以實現高水平課程設計的預期目標。
參考文獻:
[1] 陳保國.討論式教學方法在路基路面工程教學中的探索與實踐[J].高等建筑教育,2009,18(6):78-90.
[2] 丁華.道路建筑材料課程教學改革探討[J].西南農業大學學報:社會科學版,2011,9 (5):204-206.
[3] 王寶民,劉偉.基于創新能力主線的建筑材料課程教學改革與過程優化[J].中國科教創新導刊,2010(11):13-15.
關鍵詞:數據庫原理;設計;實驗
中圖分類號:G4
文獻標識碼:A
doi:10.19311/ki.1672-3198.2017.08.080
1 研究背景
《數據庫原理及應用》課程是一門理論與實踐結合緊密的計算機專業基礎課程,分為理論與應用兩部分。《數據庫課程設計》是與此課程配套的實踐課程,對原理的理論教學起著重要的輔助作用。它的教學目標要求學生掌握數據庫設計的步驟,將軟件工程思想與其結合最終完成應用系統的開發設計。目前在教學過程中兩門課程往往作為獨立的教學課程完成授課,關聯性差,存在弊端,影響了實際教學效果,如何切實有效的將二者結合迫在眉睫。
2 存在問題
《數據庫原理及應用》課程理論知識點抽象,課程的實驗一般為驗證性實驗。由于驗證性實驗的內容來源于理論知識點,每個實驗要根據教材各知識點來安排,但教材又受到本身系統性的約束,所以這樣使得各實驗內容相對孤立缺乏連貫性,學生只能針對各知識點進行專項練習。這種教學方法表面上看似乎符合計算機課程理論與實際相結合的要求,但卻存在很大的弊端,學生僅學會了簡單“復制”課本知識點,沒有從本質上理解所學的知識,只知道按要求去做但沒有深入思考為什么要這樣去做,因此根本談不上對學生的創新性思維和綜合運用能力的培養。由于理論知識過于抽象,各知識點涉及的實驗比較孤立,相關性差,學生缺少系統化設計思路,導致學與用的脫節。學生完成了一個學期的實驗之后,對于每個單一的知識點雖然有了一定程度的掌握,對知識點的綜合應用沒有掌握,對創建一個功能完善的數據庫系統一無所知。
《數據庫課程設計》是《數據庫原理及應用》的實踐課,要求學生掌握數據庫系統的設計過程,利用原理課程中各分散知識串聯成為一個整體,在設計過程中掌握抽象的理論概念,達到對知識的靈活運用。但由于課程設計學時只有一周,面對龐大的數據庫設計任務,時間緊任務重很多學生采取敷衍了事的態度,沒有認真分析課題,沒有考慮原理和課程設計這兩門課的聯系,無法靈活的將理論知識點轉化為相應的功能操作,甚至產生了抄襲的行為,失去了課程設計這門課開設的意義。
3 解決方案
為解決兩門課程學習過程中出現的弊端,采用將原理課程與課程設計任務相結合的教學模式。
對于數據庫理論知識點抽象單一,實驗內容孤立的問題,教師可以根據課程設計的內容要求,挑選優化的與有代表性的項目,從基本概念到課程設計要求由淺入深分步講解,使學生全面掌握數據庫開發過程的整個流程。教學中采用開放式方式,提高學生的自主性與創造性學習。
一直以來,數據庫課程設計中因為時間緊課時少,大多數教師采用固定題目供學生使用,這樣可以提高教師對課題的指導效率,但學生對教學內容掌握情況參差不齊,導致學生對所學內容不能很好掌握。針對這種情況可以采用分層教學,以“需求”為導向,將任務劃分為多個模塊,對每一模塊提出具體的實驗要求,根據學生情況進行分組選擇,挑選實力相當的任務模塊,在學生完成任務的過程中,教師指出理論課程中與完成各模塊任務相關的章節位置,進行基礎理論的講解,將各個單一的知識點串聯起來。學生則根據學習的各個知識點及其對應的各個驗證性實驗,與課程設計要求完成的功能任務一一對應,分階段完成課程設計的任務。在實驗操作過程中要符合教學要求,鞏固專業知識,培養學生對問題的分析、解決和綜合運用能力。學生在開發過程中產生的問題,教師可以采用針對性引導的方式,引導學生從課本中找到對應知識點,改進設計方法,發現問題本質,實現對稻菘飫礪壑識的真正領悟,以及完成理論指導課程實踐,課程實踐應用和完善理論知識的作用。
4 教學效果
數據庫原理與課程設計任務相結合的教學方法,是在傳統單一的教學方法中結合了項目教學方法,通過解決基礎理論課程中抽象知識點和孤立實驗任務,以及課程設計中龐大而復雜的數據庫開發過程為主要目標,在課程設計項目操作實施過程中完成了基礎理論知識的教學任務,實現了課程的教學要求和目標。這種相結合的新型教學模式較之前的單一使用傳統教學方法更側重于學生學習興趣及實踐操作能力的培養,在教學過程中以學生為主體,教師為主導,設計任務為主線,充分調動了學生的主觀積極性,開闊了學生的思路。
以理論和實踐相結合的教學路線,合理的教學計劃、優化的課程設計案例,漸進的交互體系等方式提高學生解決問題的能力,培養學生逐漸建立優良的系統分析設計理念,鍛煉學生的實際操作能力,可以學以致用,具有積極的作用。
5 總結
本文針對數據庫理論及數據庫課程設計的教學內容和方法進行了深入探索,對當前學生數據庫理論知識掌握程度與課程設計操作實踐需求之間存在的差距進行了分析研究,根據現階段理論課程的教學模式,從課程設計的案例出發,將二者有效的結合起來,激發了學生的學習興趣。有效的促進了學生學習質量的提高和數據庫相關課程的整體水平。
參考文獻
[1]劉雁高.項目式教學在高職設計教學中的運用[J].中國電力教育,2012,(2):33-34.