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[关键词]电力工程;课程群;优化方案
电气工程及其自动化专业作为传统的工程学科,已有上百年的发展历史。为适应新时期社会对电气工程人才的不同需求,国内外高校不断推动电气工程教育的发展与改革,教育理念也随着时代的发展而变化,从原来的“重理论轻实践”,逐步发展为“厚基础、宽口径、重能力”。[1][2]电力工程作为电气工程及其自动化本科生培养的主干课程,是电气工程本科生人才培养的重点课程,也是整个电气工程专业的基础课程。[3]可见,如何提高电力工程课程的教学水平,这对于提高本科生的教育水平及毕业质量有着重要的意义。电力工程作为一门整合工厂供电及电力系统分析两门课程的综合性课程,对构建本科生电力系统知识体系具有举足轻重的作用。课程内容的丰富性造成了学时紧张、讲课内容泛而不精的情况。为解决该问题,可以从宏观层面出发,将若干电力工程相关课程内容统一整合,从而优化学时,突出重点,推动电力工程课程群建设,使学生对电力系统的整体设备运行、调度、保护及设计有一个完整的了解,最终让学生构建完整的电力工程知识体系,满足电力工业对人才发展的需求。这样,加紧推进电力工程课程群建设与实践,就成为了电气工程本科生教育改革的首要任务。
一、课程群建设理念简介
20世纪90年代,北京理工大学在题为《在课程建设中应当以教学计划的整体优化为目标》的教育改革项目中,首先提出了课程群建设的总体思路,继而逐渐发展成为学科教育改革的新兴理念,为国内众多高校教育改革提供了参考。课程群的主要内涵为[4]:整合三门及三门以上学科相关课程,相互传承,相互渗透,相互补充,从而整合课程授课内容,使课程结构合理,层次清晰,进一步挖掘课程的整体优势,从而建立起学科优势。课程群不仅能使学生能够在较短的学时内掌握重点、有效的知识,构建坚实的知识体系,也能使教师在授课过程中将有限的知识点讲透讲精。课程群的整体是全面而严谨的,这就避免了原来单一课程为求知识全面而进行“蜻蜓点水”般的讲课模式。
二、电力工程课程群建设方案
建立电力工程课程群,首先应分析原有课程授课模式的不足,然后参考课程群的内涵,选择合理的相关课程,建立对应的课程群,这样才能提出合理的优化整合方案。
(一)原有授课模式的不足
电力工程课程是整合工厂供电及电力系统分析相关课程的一门综合性课程,主要讲授电力系统的基本组成和运行原理,电力系统的元件参数计算、稳定运行分析和故障分析的基本方法,电力系统电气主接线设计、主要电器设备选择的原则和方法、继电保护等内容。由于囊括了工厂供电及电力系统分析两门课程的内容,其课程内容丰富且繁重。在有限的学时中讲授如此多的内容在给教师带来极大授课压力的同时,也会让学生渐渐失去学习热情,并最终影响其对整个电力系统知识体系的构建。
(二)课程群课程的选择
电力工程课程群建设,须秉承学科相近的原则,对知识点有重复或传承的课程进行整合优化,从而建立起合理有效的课程群,使教师能轻松地传播知识,学生能有效地学习知识。为此,结合我校电气工程教育的特色与传统,我们挑选出了电力系统继电保护原理、电气控制技术及电力系统调度自动化等三门课程,结合电力工程课程来建设电力工程课程群。电力系统继电保护原理主要讲授继电保护的基本概念、输电线路的电流保护、接地保护、距离保护、纵联保护的基本原理,变压器保护的基本配置及主要保护的基本原理,自动重合闸、发电机保护、母线保护等内容。电气控制技术则主要讨论异步电动机拖动系统和直流电动机调速系统的起动和调速控制技术,以及电气线路的分析和设计,常用电磁式低压电器的作用与分类、结构与工作原理,可编程控制器的基本工作原理等。电力系统调度自动化则以电力系统“四遥”为主线,主要讲述电力系统调度自动化的有关理论,性能和运行特性,涉及电力系统稳态运行的相关基础理论。从上述三门课程讲授的内容可以看出,其与电力工程的课程内容互有传承,相互渗透,并有较多的重复。电力工程主要讲授电力系统分析的基础内容,继电保护则是在其基础上的升华。因为系统的稳定运行离不开保护装置的调节与动作,而保护装置的调节与动作又离不开电气控制设备的判断与运行,而这一切设备的自动化管理都离不开“四遥”技术的调度与管理。因此,从内容上可以较为清晰地看出,这四门课程存在明显的传承关系,因而在授课过程中存在较多知识重复的问题。建立电力工程课程群,就是以电力系统稳定运行为基点,逐步提升知识的难度与高度,使知识结构紧密,易于学生掌握。为建立结构合理、层次清晰的电力工程课程群,就要对教学内容及课时进行整体优化。
(三)电力工程课程群整体优化方案
可以从三个角度来优化电力工程课程群,分别为课程优化、实验优化以及考核优化。课程及实验优化主要以教师为主体,即明确“教什么”,而考核优化则主要以学生为主体,即明确“学什么”。1.课程优化针对四门课程授课内容的特点,可以首先将电力工程课程中的继电保护一节的内容移到电力系统继电保护课程专门讲授,而电力系统监测与控制的内容并入电力系统调度自动化课程中讲授,与开关电器电弧、灭弧相关的原理及相应保护设备,则并入电气控制技术的高低压电器一节讲授。此外,电力系统继电保护的微机保护一节与电力系统调度自动化课程内容有较大的重复,特别是硬件部分有许多相同之处,因此可以考虑将其并入电力调度自动化课程中讲授。由此,通过重新制订教学大纲,根据教学内容重新安排学时,可以使每一门课程的学时数得到合理安排。2.实验优化以往为促进学生理论与实践相结合的能力,每一门课程都配以相应的实验。该类实验的特点是与教材内容结合较为紧密,但主要以验证性及演示性实验为主,实验时间分散,实验内容缺乏系统化。学生通过实验只能片面地了解一部分课程内容,且只能了解部分设备的运行情况,缺乏对整个电力系统运行的深入理解。因此,有必要整合实验内容,将单一分散的实验课时整合为持续时间较长的整体的课程设计。以上述四门课程为例,可以强调四门课程综合的课程设计,如要求学生设计某厂矿的变电所,从而考核学生电气设备选择、电气主接线设计、负荷计算等方面的知识。同时,还可以在此基础上增加继电保护装置的要求,并要求学生绘出遥信遥感的结构图,从而考查学生综合运用知识的能力,使学生能够通过课程设计,达到整体了解变电所设计运行的基本方法以及注意点,从而提高学生系统学习能力的目的。此外,还可以安排学生到临近变电站进行参观实习,让学生了解相关电气设备具体的作用,增强学生的感官认识。相较于以往效率较低的课程实验,这样可以极大地提高学生的学习效率,并促进学生知识的整体消化吸收。3.考核优化课程内容的优化必然带来考核内容的优化。以往由于课程知识点繁杂,学生在期末复习时需要记忆许多与本门课程内容关联度不高的知识点,而课程的核心知识点却由于复习时间紧而未能有效地掌握,从而影响了学生的成绩。因此,通过课程群内容的整体优化,每一门课程都有相应的重点内容,这使得学生能够在复习时能紧紧围绕课程的核心知识点展开,而将关联度并不高的内容放入课程群的其他课程中进行复习,从而提高每一门课程的学习和复习效率。这样既能够提高学生的学习成绩,也能使学生掌握合理有效的学习方法。课程优化、实验优化以及考核优化有效地改善了教师与学生的教学及学习情况,使得教师讲授最优化,学生学习最优化,使学生在有效的时间内牢固掌握核心知识成为可能,从而实现了课程群建设的目标与意义。
三、结束语
本文针对建设的电力工程课程群,分析了课程群内不同课程的特点,从课程、实验、考核三个方面提出了具体的优化方案,为进一步推动电气工程本科生教育改革提供了参考。当然,相关优化方案还需在后续教学过程中根据实际教学效果不断地完善改进,这样才能使教学方法紧跟时展的脚步,使培养的学生能够符合社会对人才发展的要求。
作者:牟龙华 李松峰 张 鑫 王伊健 单位:同济大学
[参考文献]
[1]丁守成,张爱华,黄瑞,等.电工电子实验系列课程体系建设[J].电气电子教学学报,2015(6):98-100,104.
[2]张涛,吴谨,熊庆国,等.电子电气类工程教育的探索与实践[J].大学教育,2013(5):30-31.
关键词:化工设计;课程群;工程应用;实践
0引言
《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中指出,当前的大学毕业生存在适应社会和就业创业能力不强的情况,创新型、实用型、复合型人才紧缺。化工设计课程目标是将化工过程从设想变成现实,以化学反应过程为设计核心,以成功生产具有经济效益的产品为最终目标,该课程是培养化工创新人才重要的课程之一[1]。在这一过程中需要完成设备设计及选型,对工厂或车间进行平立面布置,进行自控设计和安全环保分析,进行工程经济计算等,需要很多专业理论与之配合。然而,由于各门专业课程存在教学内容孤立割裂或重复雷同的弊端,致使教学效果大打折扣。化工设计课程群以化工专业核心能力和综合素质培养为导向,发挥课程的综合效应,调动骨干教师的积极性,促进教学资源的优化配置,其建设和完善具有非常迫切的需求。
1理论知识构建—有机结合化工专业课内容
在才培养方案中构建了通识教育平台、专识教育平台、CDIO(构思Conceive、设计Design、实施Implement、运作Operate)工程教育平台体系,建立了公共基础课、学科基础课和专业课(基础课、方向课、选修课)课程模块,在专业课程模块中设置了企业嵌入课程和化工职业选修课(化工总控工理论与实践、煤制气工理论与实践),搭建职业教育平台,将职业技能培养纳入人才培养体系,形成专业素养与职业技能一体化的应用型人才培养模式。在课程教学中强调工程实践性,建设化工课程群,进行教学团队、课程大纲、课程内容、课程质量标准及评价体系等理论课程教学资源建设;建设特色专业教材,提升理论知识综合水平。
2工程应用技能提升—化工软件的学习和应用
计算机技术在化工设计中已成为一种必不可少的工具,贯穿于物料和热量衡算、化工流程图及设备装配图的绘制、编写设计文件、3D展示设计方案等化工设计的各个环节[2]。将绘图软件AutoCAD、流程设计软件AspenPlus、Pro/II、三维工厂设计软件pdsoft、化工计算软件MATLAB以及基本办公软件MicrosoftOffice纳入课程体系中,综合锻炼学生的计算和设计能力,提高学生工程应用技能。
3课内外实践—搭建化工专业课实践平台
建立和完善了三门课程设计,由单学科设计组成化工设计的实践体系。例如化工原理课程设计主要针对单元操作进行相关的物料和热量计算,化工仪表与自控课程设计重在对自控变量的选择和控制方案的选择、化工机械课程设计重在对机械强度的校核和设备结构设计等,化工过程设计偏重于装置平立面设置及规范。建立“课程设计模块—化工设计大赛—毕业设计”一体化、三层次的化工设计体系;建立不间断、递进式的认识实习机制,改革实习模式,将专业认识和职业教育贯穿始终;建立“仿真操作实训—化工综合训练—生产实习”校内、校外相互结合、相互促进的实践训练体系,落实以产品为载体的工程能力培养。将教师科研问题引入,结合学生的化工实验、化工见习、化工实习以及校内化工实训锻炼环节,给予学生一定的学习任务,通过课题作业或报告方式进行结果考核,引导学生提升发现问题和解决问题的素质能力;以全国大学生化工设计竞赛为切入点,结合大学生创新创业项目,发挥学生的自主性和创造力,进一步联系毕业设计课题,初步创建化工设计课程项目化教学课题资源库。
4授课方式—对分课堂等教学模式引入
传统教学为教师讲授,通过作业和课堂的提问形式进行复习和检测,教学方法单一[3-4]。对分课堂的操作程序包括教师课上讲授(Presentation)、学生课外内化吸收(Assimilation)和学生课上讨论(Discussion)三个环节,对分课堂又简称为PAD课堂[5]。在本课程的授课过程中,通过项目化教学的引导,将课堂交给学生,让学生在讨论过程中能发现问题、解决问题。教师将关键知识进行讲解,每次上课将下节课的课题布置,通过组建团队形式,将课题任务分解,引导学生进行资料查阅并总结成果,形成完整报告;课上进行相互切磋,由团队演讲、讨论等形式展示成果,教师评分结合分学生评分进行结果考核;最后由教师对关键难点问题进行解疑答惑,拓展提高知识和能力。在这一过程中,逐步增强了学生的参与度,活跃了班级气氛,提高了学生的学习兴趣。
5化工设计课程评价体系
根据化工设计课程具有综合性和实践性强的特点,因此需要采用灵活的考核形式[6]。对化工设计课程的考核形式,还可采用了以下几种方式:(1)学生参加全国大学生化工设计竞赛,获得全国二等奖及以上名次,该课程可予以免修,直接给予学分;(2)考试形式为开卷考试,如进行方案系统分析评价,作某些单元系统的工艺或系统设计,以考查学生分析和解决实际工程问题的能力,客观地评价学生的课程学习效果。(3)案例教学,以学生为主体,学生讲解设计成果,由学生进行评分并形成总评成绩。
6结论及展望
以理论教学体系为中心,以实践教学进行强化训练,通过实习体系不断开拓学生的视野,在工程设计体系进行系统设计训练,形成了以应用技术工程教育为目标的化工设计课程群。学生在设计竞赛及就业方面取得了一定的成果,在后续的实践中,需要从以下几个方面加强:(1)进一步加强课程团队师资建设,一方面通过学校学院方面引进有工厂工程经验的工程师,另一方面加强双师型培训,将教师外派进入工厂、设计院进行学习一定时间,或利用学生实习实训过程,同时加强教师培训,以提高教师自身的实践能力。(2)课堂教学方式改革进一步深入,以项目驱动学生学习,发挥学生主观学习能动性,理论联系实际,提高学生的应用技能。
参考文献:
[1]刘俊劭,陈培珍,范荣玉,等.应用型人才培养模式下的化工设计课程群建设初[J].化工高等教育,2017,(3):50-53.
[2]张帆,彭志远,张灿.现代化软件在化工设计教学中的应用现状[J].化工设计通讯,2018,44(7):171-172.
[3]王欢,单译.应用型高校《化工设计》课程改革与实践[J].化工教学,2017,43(7):154-155.
[4]王战辉,李瑞瑞.《化工容器设计》课程模块化建设研究[J].价值工程,2018,37(10):248-249.
工业设计是一门涉及技术、艺术、人文与社会的综合性、交叉性学科,相应地,工业设计专业学生知识结构也应由社会构成、艺术构成和技术构成3方面组成,其中社会构成是基础,艺术构成是特色,技术构成是核心。按照太原科技大学工业设计专业的人才培养目标和培养规格,基于本科毕业生应具备的能力界定,遵循课程群建设的相关性、独立性、创新性和综合性原则,并兼顾课程建设、课程群建设与课程体系建设3者之间的关系以及课程群建设与专业建设的关系,将核心课程群划分为产品造型设计课程群、产品人因设计课程群、产品结构设计课程群和产品设计与开发课程群等4组。产品造型设计课程群教学的主要目的是培养学生分析产品成型条件和规律,运用设计思维和创意方法进行产品造型的能力。从对人造物造型美的认识到产品造型的自由塑造,学生的学习过程需经过认识到模仿到创新的多个阶段。“形态设计基础”、“产品形态设计基础”和“产品造型设计”等3门课程循序渐进地培养学生形态塑造与创新的基本能力。产品人因设计课程群是工业设计核心课程群中的核心,主要培养学生生活方式的创造能力。具体的设计过程是以设计心理学为体验设计的依据,通过对人的身、心、精神以及生活形态的调查、分析或测量,以产品为载体来推动生活方式的改变。产品结构设计课程群重点培养学生的材料使用和制造技术方面的知识,更重要的是工程设计与产品设计环节之间的衔接过程,通过将不同的制造技术与材料特性整合进产品设计中,设计才能成为真正的创新,否则只能算是构想。产品结构设计课程群内容涉及到材料、机械、电气以及制造等知识。产品设计与开发课程群是以上3个课程群知识的综合运用环节,其中“产品设计Ⅰ”也就是“产品造型设计”,“产品设计Ⅱ”是“产品人因设计”。该课程群以具体类别的产品设计为对象,“产品设计Ⅰ”和“产品设计Ⅱ”均以学生能经常接触到的生活类产品为设计对象,便于设计调查和用户研究的深入开展。“产品设计与开发Ⅰ”和“产品设计与开发Ⅱ”以太原科技大学侧重的专业特色产品为对象,包括文化产品和重型机械产品,注重创意或创新思维的提升,同时注重产品功能和结构的实现。
二、教学内容优化
课程群建设是一个系统工程,其建设策略应以群内某门中心课程为基础,以课程间内容整合为重点,理清课程间逻辑关系,划清课程的知识界限,删除课程间重复内容,构建起课程间的系统性。依此原则,针对核心课程群的教学内容优化提出以下几点教改思路:
1.提升“设计思维”课程的重要性,更新其知识体系,并将其贯穿于所有设计基础和综合设计类课程
设计思维过程是工业设计实践中最有价值的环节,工业设计问题解决过程实际就是设计思维过程,因此设计思维的重要性不言而喻。继工业时代后信息时代的社会变化,工业设计知识的更新日新月异,其中设计思维作为工业设计知识的核心表现得更为明显,而且其蕴含着大量的隐性知识,很难显性表达。因此,“设计思维”课程的内容更新非常值得重视。为了提高学生设计能力,设计思维课程必须贯穿到所有设计基础和综合设计类课程,使得学生基本的专业素质得以提升。
2.深化“形态设计基础”的内容提炼
在基础形态设计能力培养的基础上,加强工业产品形态设计基础的课时量和教学深度,将工业产品形态设计基础内容作为产品造型设计课程群的中心课程。工业设计专业学生相比产品设计专业学生的艺术造型基础比较薄弱,要想短时间内提升到自由造型能力不太现实,再者工业设计造型有其自身规律,即形体具有工业加工特点。可以说,工业设计造型可以相对脱离纯视觉艺术造型母体,具有其自身的成型条件和造型规律,因此从形体成型的理性层面进行“形态设计基础”课程的内容提炼很有必要。
3.加强以用户为中心的设计思想与能力以及用户参与式设计思想与能力
IDEO(美国著名工业设计公司)为优秀的设计重新作了定义———优秀的设计创造的是美妙的体验,而不仅仅是产品。IDEO通过大量设计实践所探索出的设计思想和实践形式正改变着企业创新的方法,高校应紧跟国际设计前沿,传授前沿知识。重点对产品人因设计课程群引入行业内最新研究成果,包括先进的简单有趣的设计方法、轻松自然的用户研究实践形式等等。
4.加强手动建模思考能力,推进设计思维的设计实践方式
设计过程中通过手来思考是设计思维发展的重要手段,通过草模来推动想法是其重要一环。笔者主张课程体系中的所有设计实践环节都应该加强草模制作过程,以此来反复推敲设计想法,真正提升学生的设计能力。手动建模方式有很多种,包括平面形式的剪贴、拼接等,还包括三维形式的快速原型,将其运用到以上4类核心课程群每门课程中,能起到充分刺激创意创新思维的作用。在课程群知识的归属方面,可以将其列为课内实践环节,而且是辅质的作业手段,将不会影响到知识界限的划分问题。
三、结语