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关键词:人工智能 电气 自动化
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法 技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支 它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器.该领域的研究包括机器人.语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制,电力电子技术、信息处理、试验分析 研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。实现机械的自动化,让机械部份脱离人类的直接控制和操作自动实现某些过程是电气自动化和人工智能研究的交汇点。积极运用人工智能的新成果无疑有利于电气自动化学科特别是自动控制领域的发展.也有利于提高电气设各运行的智能化水平.对改造电气设备系统,增强控制系统稳定性.加快生产效率都有重大意义。
1、人工智能应用理论分析
人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟,延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质.并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器 该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。自从1956年“人工智能 一词在Dartmouth学会上提出以后,人工智能研究飞速发展,成为以计算机为主.涉及信息论.控制论, 自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学的一门学科。人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂的工作。
当今社会,计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面.计算机编程技术的日新月异催生自动化生产,运输 传播的快速发展。人脑是最精密的机器,编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈.所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产.流通、交换、分配等关键一环.实现自动化,就等于减少了人力资本投入,并提高了运作的效率。
2、人工智能控制器的优势
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但Al控制器例如:神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解.也有利于控制策略的统一开发。这些Al函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势.这些优势如下:
(1)它们的设计不需要控制对象的模型(在许多场合,很难得到实际控制对象的精确动态方程,实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素,例如:参数变化,非线性时,往往不知道)。
(2)通过适当调整(根据响应时间 下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍 ,下降时间快3.5倍, 过冲更小。
(3)它们比古典控制器的调节容易。
(4)在没有必须专家知识时.通过响应数据也能设计它们。
(5)运用语言和响应信息可能设计它们。
总而言之,当采用自适应模糊神经控制器、规则库和隶属函数在模糊化和反模糊化过程中能够自动地实时确定。有很多方法来实现这个过程,但主要的目标是使用系统技术实现稳定的解,并且找到最简单的拓朴结构配置.自学习迅速,收敛快速。
3、人工智能的应用现状
随着人工智能技术的发展,许多高等院校及科研机构就人工智能在电气设备的应用方面展开了研究工作,如将人工智能用于电气产品优化设计,故障预测及诊断、控制与保护等领域。
3.1 优化设计
电气设备的设计是一项复杂的工作 它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识,还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的.因此很难获得最优方案。随着计算机技术的发展,电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD),大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进.使传统的CAD技术如虎添翼.产品设计的效率及质量得到全面提高。用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法,非常适合于产品优化设计。因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。
3.2 故障诊断
电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂,具有不确定性及非线性.用人工智能方法恰好能发挥其优势。已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有:模糊逻辑、专家系统、神经网络。
变压器由于在电力系统中的特殊地位而备受关注,有关方面的研究论文较多。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析.从而判断变压器的故障程度。人工智能故障诊断技术在发电机及电动机方面的研究工作也较为活跃。
3.3智能控制
人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开.但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种:模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。由于模糊控制是其中最为简单、最具实际意义的方法.因而它的应用实例最多。
4、结语
人类智能主要包括三个方面.即感知能力.思维能力 行为能力。而人工智能是指由人类制造出来的 机器”所表现出来的智能。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力。人工智能的应用体现在问题求解.逻辑推理与定理证明,自然语言理解 自动程序设计.专家系统,机器人学等方面,而这诸多方面都体现了一个自动化的特征.表达了一个共同的主题,即提高机械人类意识能力,强化控制自动化.因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为,电气自动化控制也需要人工智能的参与。
参考文献:
关键词:人工智能;电气;自动化
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法 技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支 它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器.该领域的研究包括机器人.语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制,电力电子技术、信息处理、试验分析 研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。实现机械的自动化,让机械部份脱离人类的直接控制和操作自动实现某些过程是电气自动化和人工智能研究的交汇点。积极运用人工智能的新成果无疑有利于电气自动化学科特别是自动控制领域的发展.也有利于提高电气设各运行的智能化水平.对改造电气设备系统,增强控制系统稳定性.加快生产效率都有重大意义。
1、人工智能应用理论分析
人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟,延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质.并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器 该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。自从1956年“人工智能 一词在Dartmouth学会上提出以后,人工智能研究飞速发展,成为以计算机为主.涉及信息论.控制论, 自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学的一门学科。人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂的工作。
当今社会,计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面.计算机编程技术的日新月异催生自动化生产,运输 传播的快速发展。人脑是最精密的机器,编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈.所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产.流通、交换、分配等关键一环.实现自动化,就等于减少了人力资本投入,并提高了运作的效率。
2、人工智能控制器的优势
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但Al控制器例如:神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解.也有利于控制策略的统一开发。这些Al函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势.这些优势如下:
(1)它们的设计不需要控制对象的模型(在许多场合,很难得到实际控制对象的精确动态方程,实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素,例如:参数变化,非线性时,往往不知道)。
(2)通过适当调整(根据响应时间 下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍 ,下降时间快3.5倍, 过冲更小。
(3)它们比古典控制器的调节容易。
(4)在没有必须专家知识时.通过响应数据也能设计它们。
(5)运用语言和响应信息可能设计它们。
总而言之,当采用自适应模糊神经控制器、规则库和隶属函数在模糊化和反模糊化过程中能够自动地实时确定。有很多方法来实现这个过程,但主要的目标是使用系统技术实现稳定的解,并且找到最简单的拓朴结构配置.自学习迅速,收敛快速。
3、人工智能的应用现状
随着人工智能技术的发展,许多高等院校及科研机构就人工智能在电气设备的应用方面展开了研究工作,如将人工智能用于电气产品优化设计,故障预测及诊断、控制与保护等领域。
3.1 优化设计
电气设备的设计是一项复杂的工作 它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识,还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的.因此很难获得最优方案。随着计算机技术的发展,电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD),大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进.使传统的CAD技术如虎添翼.产品设计的效率及质量得到全面提高。用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法,非常适合于产品优化设计。因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。
3.2 故障诊断
电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂,具有不确定性及非线性.用人工智能方法恰好能发挥其优势。已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有:模糊逻辑、专家系统、神经网络。
变压器由于在电力系统中的特殊地位而备受关注,有关方面的研究论文较多。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析.从而判断变压器的故障程度。人工智能故障诊断技术在发电机及电动机方面的研究工作也较为活跃。
3.3 智能控制
人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开.但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种:模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。由于模糊控制是其中最为简单、最具实际意义的方法.因而它的应用实例最多。
作为制造大类的电气自动化技术专业是中国着力打造世界制造业基地的紧缺专业之一。电气自动化技术方面的高等技术应用性人才市场需求潜力巨大。电气自动化技术专业的毕业生主要面向企业自动化生产线的供配电系统、电气工程、电气控制设备、自动控制系统和计算机测控系统安装、调试及运行维护,机电设备公司的设备销售、安装及维护、楼宇智能化及交通智能化设备的安装、调试及运行维护,电力系统的设备运行及维护等。
电气自动化课程一般都开设《自动控制原理》等关于电气自动化技术基础方面的课程, 课程内容除了一些有关自动化系统的基础理论外,其课程中所讲述的电气自动化技术、装置与器件,大多数都与当前工业现场使用的技术、装置与器件有脱节。显然,这样的教学,无论是内容、方法及水平、都已大大落后于技术的发展,脱离了职业岗位的需求。深化校企合作,创新人才培养模式,紧密结合产业发展,深化课程体系和课程内容改革,在办学过程中,电气自动化专业逐步构建起了“校企融合、能力递进”的工学结合人才培养模式。以“工学结合”的模式校企共同培养本专业自动化生产设备应用方向的学生。既突出岗位技能,又注重人文素质培养。学生综合素质高,专业技能强,从而受到用人单位的普遍欢迎。
根据本地区经济与社会发展对高技能专门人才的实际需求,基于电气自动化专业岗位典型工作任务,以能力培养为主线,将中(高)级维修电工、可编程控制系统设计师、机电一体化工等职业资格认证课程内容融入到专业课程体系。构建以电气控制系统的运行维护及技术改造;自动化生产线的组装与调试、维护和维修及电子线路的设计与维修等3大能力培养为主线的课程体系。有专业指导委员会对人才培养目标进行恰当的定位;根据培养目标,设计培养规格;根据培养目标与培养规格制定人才培养方案,人才培养方案拥有科学的理论、实践教学有机整合的模块化课程体系。 根据培养目标、培养规格与培养方案,以校内、校外实习实训基地为载体,采用“任务驱动、实境育人”的人才培养模式,采用“项目引导”、“任务驱动”、“学训交替”等多种工学结合适合职业教育目标的课程组织模式。通过毕业生的社会反馈,毕业生适应本地区社会经济发展的需求。
电气自动化技术课程的设置主要有两种方法,一是在保持原来开设的电气自动化基础课程基础上,将当前通用的电气自动化技术插入到传统技术课程中,如将 PLC技术或变频调速技术穿插到电机控制、接触器/继电器控制等技术中,以解决电气自动化技术课程不足的问题。二是单独开设自动控制原理、传感器、PLC、单片机技术、电力电子技术、变频调速技术、供配电技术、工业网络、组态技术等都课程,由于信息技术和计算机技术在电气自动化领域中的应用日益广泛,要求我们必须改革原有课程体系中陈旧的内容,并根据自动化技术的发展增加新的教学内容。
强调以素质教育为核心的“基础+专业”结构本科人才培养模式,随着教学改革新形势的不断变化而变化。学校制定和修订人才培养计划,要贯彻党的教育方针,遵循高等教育教学基本规律,主动适应社会、经济、文化和科技发展对人才培养的需要。固化学校已经取得的教育教学研究成果,借鉴、吸收外校教学改革的成功经验,体现学校定位和人才培养目标,反映学校办学特色。坚持知识、能力、素质协调发展和综合提高,使学生得到全面发展。坚持整体优化,科学地处理好各教学环节之间的关系;坚持共性与个性的充分结合,因材施教,促进学生个性发展;突出人才培养特色,满足行业发展需求,构建适应未来社会发展以及终身教育需求的知识结构、能力结构及综合素质培养。
优化实践教学环节,推进实践教学改革,建立科学系统的实验教学体系,增加综合性、设计性、应用性、创新研究性实验的比例,使综合性、设计性实验课程达到实验课程总数的30%以上;五是第二课堂.着重于实施大学生素质拓展计划,以提高学生综合素质,全面发展.主要有各类大学生竞赛、学术论文和研究成果、校院两级各类科技学术节活动、文体竞赛活动、社会实践和社会工作;在校内的实训基地营造职场氛围,利用实训室先进的设备,进行系统的设计、安装和调试,重点培养学生对现代控制系统的设计、安装、调试、维护维修能力。每学期末设置综合性的实践应用型项目,给学生分组布置任务,让学生查找资料、设计、仿真、装配、调试、检测、合作完成,培养学生理论与实践结合、灵活应用知识的能力和团队合作精神。通过开放“创新实训室”、定期举办“电气技术设计竞赛”,以及创新激励制度的实施, 使各门课程在教学环节中,注重创新能力的培养已蔚然成风。从“技术改造和小发明”为起点,到内容复杂的课程设计、毕业设计,循序渐进地加强学生的创新能力的培养。
关键词 自动化专业 专业人才 学科建设
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2015.09.053
Discussion on some issues in automation teaching
ZOU Dexuan
(School of Electrical Engineering and Automation,Jiangsu Normal University, Xuzhou, Jiangsu 221116)
Abstract In recent years,the automation industry develops very fast, and a variety of higher schools increase investment on training the specialized personnel of electric automation technology. This paper summarizes the advantages of the disciplinary building of automation, and provides several efficient complements for its disadvantages.
Key words automation; specialized personnel; disciplinary building
1 国内外自动化专业发展现状
自动化①②③专业重点研究自动控制理论及方法,并将其广泛应用于各种复杂系统中。该专业在自动控制理论④的基础上,依托信息电子技术、电力电子技术、计算机技术、网络与通信技术等先进技术手段,实现对工业生产过程自动控制及相关领域的自动化。自动化的概念首先由美国福特公司的工程师D.S.哈德于1946年提出,并主要用于描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程。当时,人们对自动化的理解仅仅局限于用机械的动作来代替人类操作,这其实属于自动化代替人的体力劳动的概念。然而,自动化的概念自产生到现在已经经历了将近70年的时间,人们对于它的理解也发生了较大改变,即自动化指的是使用机器(包括计算机)来代替人的体力劳动,并用其代替或辅助脑力劳动,以自动地完成特定的作业。
在自动化领域,美国具有雄厚的实力,且始终保持着世界领先地位。虽然我国对该领域的研究也比较早,但真正将其引入高校课堂却比美国晚了许多。这使得我国现阶段自动化行业的人才市场还有很大缺口,与美国等一些西方发达国家还有较大差距。随着近几十年中国经济的飞速发展,综合国力的不断增强以及科学技术的不断进步,国内迫切需要一大批自动化专业的高水平、高素质的技术人才投身祖国建设,并全面实现国家工业自动化。为了完成该宏伟目标,我国“十二五”计划已明确提出了相关的方针政策:⑤以节能环保、新信息技术、生物医学、新装备技术、 新能源、新自然资源和环保交通为重点,以新领域、新能源、新技术为突破点。经历了2008、2009年的经济危机,经历了2010年以来的经济平稳、快速地发展,我们欣喜地看到:“十二五”期间是自动化行业发展的重要阶段。为了加快自动化技术在国内工业生产等重要领域的普及,国家急需培养出大批具有自动化专业背景的拔尖人才,这就要求各高校领导及师生都应给予自动化专业更多的关注和支持。
2 问题及对策
江苏师范大学电气工程及自动化学院(以下简称电气学院)是一个年轻、充满活力的学院,自建院以来已经走过了十几年艰苦而又不平凡的历程,现有教师60多人,本科生900多人。与一些老牌学院相比,电气学院是江苏师范大学具有较大发展潜力的工科学院。学院将培养学生作为一切工作的重中之重,把提升学生综合能力作为首要目标,发扬学风建设的精神,具有独特的办学特色。在全院师生的共同努力下,学院已经有数十位学生的学习及比赛成果获得了国家级、省级奖励。而且,电气学院的学生整体素质较高,他们不但具有较扎实的专业知识基础,而且还具有较强的动手能力。因此,我院培养出来的学生都深受一些企业和公司的青睐,这也保证了电气学院毕业生较高的就业率。电气学院现设有三个本科专业,分别是自动化、电气工程及其自动化⑥和电气信息工程。⑦另外,学院还设有自动化、电工电子、轨道交通、电气工程等教研室、四个实验中心和一个自动化技术研究所。值得一提的是,我院的电工电子实验中心为江苏省实验教学示范中心。近几年来,我院的自动化专业师资力量有一定提高,软、硬件基础更加牢固。在自动化专业的人才培养方案中,一些基础课程及专业课程的设置和安排较为合理,很好地促进了自动化专业的全局调整和优化。为了拓展学生的专业知识,提升学生的实践能力,学院建设了实训基地、实验室。另一方面,学院还购置了一些新的硬件设备,并对这些设备的使用给出了相关规定及要求。以上的种种措施更加完善了我院自动化专业的教学体制,能满足自动化专业学生的基本需求。
虽然电气学院在培养自动化专业人才方面取得了一些成绩,但我们也应该清醒地看到自己的不足,具体体现在以下几个方面。另外,本文针对每个方面,特别是教学改革,⑧⑨都提出了相应的建议和措施,以期达到更好的自动化专业教学效果。
2.1 学生对自动化专业课的重点理论知识理解得还不够深,掌握得还不够牢
自动化专业的课程分为专业基础课和专业课,专业基础课主要包括“电工技术”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等,专业课包括“电力拖动与控制”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等,这些课程的知识点繁多,逻辑性较强,且课程与课程之间存在交叉与联系。一些学生急于求成,想在短时间内吃透这些重要课程。然而,随着时间的推移,这些学生对这些基础课缺乏耐心,他们上课不虚心听讲,课下又不认真完成作业。另外,一些学生只注重使用公式来进行计算,而疏忽了理论知识的推导过程,更没有进一步研究这些理论知识与实际应用之间的密切关系,久而久之,他们的学习效果自然会大打折扣。
建议:(1)邀请其他兄弟学院的优秀专家和教师给学生作学术报告、科技讲座,这有助于扩宽学生的思路,增强学生自身的逻辑推理能力。(2)倡导学生多参加学术交流,并撰写自动化方向或与之相关的科技论文,在学习的过程中,学生会逐渐加深对自动化专业的一些基础理论知识的理解。(3)学院近几年有一些老师拿到了国家或者省级科研项目,这些老师可以拿出一部分经费来鼓励学生参与到理论研究中。
2.2 学院的部分老师对自动化教育的研究和发展缺乏积极性
在培养自动化专业人才的过程中,部分老师教学方法不合理、不科学,他们只是死记硬背书本上的一些基础专业知识,并年复一年地将其传授给学生。这种保守的教学方法降低了学生的学习质量和学习效率,不利于学生对自动化专业最前沿科学技术的学习和了解。另外,有的老师在课堂上只关心自己在讲台上面的讲课内容,甚至过于注重自身的着装及仪态。而对于下面在座学生的反应却毫无察觉。换句话说,这些老师并不知道学生是否听懂他(她)所讲的内容,是否跟上了他(她)的讲课节奏,长此以往,一些学生就会失去对上课的兴趣,从而导致厌学情绪。在一些老师眼里,他们只要讲完课就算是完成了教学任务。实际上,这种做法是极其不负责任的,这样做只能更加疏远老师和学生之间的关系,使学生逐渐失去对老师的信任。
建议:(1)每学期在院内举办自动化专业教学比赛,学院应根据参赛老师的教学内容及方法建立有效的奖励机制,并将其与年底工作评优直接挂钩,这种竞争机制必然会促进老师不断改进和完善自身的教学方法。(2)每年到校外聘请一些自动化专业的资深专家和教授来我校对一些年轻教师进行辅导和培训,这有助于拓宽教师的教学思路,规范其教学方法。(3)院领导应不定期带领一些教学经验丰富的老教师对一些教师的教学进行随机检查,这可以有效防止部分老师作风涣散。
2.3 自动化专业实验设备⑩不足
对一些自动化专业的基础实验,因实验设备的损坏或不足,学生们不得不以两个,甚至三五个人为一组来使用一台设备。在同一组的几个学生共同完成了一个实验题目,不同的步骤由不同人完成。显然,这无法保证每位学生对整个实验流程的全局性把握,无形当中破坏了自动化专业实验的完整性,降低了对学生实践能力的培养要求。
建议:(1)相关实验老师要及时修理好实验设备,对一些具有安全隐患的设备,需找专业工人来进行维修。(2)学院应制定合理的实验设备采购计划,其中,特别要加大对自动化专业所需设备的投资力度。通过招标的形式采购一定数量的自动化专业实验设备,并在招标公告或投标邀请书中详细说明招标的实验设备及相关配套服务等要求。(3)加强对教师实验教学的管理。对于一些新购入的实验设备,需聘请技术人员来学院对相关实验老师进行培训,直到老师完全理解和掌握实验设备的使用情况为止。(4)鼓励一些技术水平过硬的老师自主研制学院所需的自动化专业实验设备,并参加国内一些实验设备展览会。
2.4 学生缺乏主动性和创新性
在大学四年的学习生活中,一些学生苦读专业书,记下了数以百计的公式,也做了了大量的练习题,最终获得了较为满意的考试成绩。另外,他们还参加了一些自动化专业的相关实验,并获得了正确的实验结果。然而,这些成果的取得大多数都是在老师的指导下完成的,也就是说,学生在大部分时间内都是被动地接受教育。这种缺乏主动性的学习过程只能是像用“机器”加工“产品”一样,如此往复,缺乏新鲜的教学和培养内容。而且,学生在这种教育模式下很容易形成定式思维,无助于发挥主观能动性,激发自身的主动性和创新性。
建议:(1)鼓励学生学习课本以外的自动化专业知识,实时为自己补充能量,并在老师的帮助下去发现问题、解决问题。(2)鼓励自动化专业学生踊跃参加论文撰写、科技制作以及专利申报等活动,增强其动手能力和分析问题、解决问题的能力。(3)建立导师组,由导师们组织一些专业技术本领过硬的学生参加“全国机器人大赛”、“全国电子设计大赛”、“挑战杯全国大学生课外科技作品竞赛”以及“飞思卡尔”全国智能汽车大赛等各类学科竞赛。在准备和参加科技竞赛的过程中,学生们会充分发挥主观能动性,激发出自身的创新性。
在教学过程中,应以基础理论知识为指导,以提高学生实际动手能力为目标,通过理论和实践相结合的方式来激发学生的学习热情,提高学生的创新性思维能力。另外,为了满足社会发展和自动化行业的需求,应不断完善教学计划,改进教学方法,并帮助学生合理、充分地利用自动化专业教学资源,使他们能够不断提升自身的专业素养,并最终成为符合自动化行业需求的高水平复合型人才。
3 结语
在自动化专业建设的道路上,江苏师范大学电气工程及自动化学院已经走过了十几年不平凡的发展历程。随着国民经济的快速发展,人才市场的竞争越来越激烈,用人单位对求职者的个人综合能力要求也越来越高,学生的就业压力也变得越来越大。为了更好地提高大学生的专业技能和就业竞争力,拓宽就业渠道,学院本着“以人为本”的管理理念,加快了自动化专业建设的步伐。虽然学院在专业建设的过程中取得了一定成绩,但仍需迫切解决几个突出问题:第一,如何提高学生的专业课理论水平;第二,如何激发教师对自动化教学的积极性;第三,如何充分利用学院一些重要实验设备等教学资源;第四,如何激发学生的主动性和创新性;本文针对以上四个问题展开探究性讨论,给出了一些中肯的建议和有效的措施,以期学院在自动化建设中能够实现快速成长、结构优化、师生共建的科学发展目标。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(61403174)
注释
① 郭丽.电气工程及自动化专业应用人才培养教改探讨.时代教育,2014(7):97-99.
② 武际花.关于技能大赛对电气自动化专业教改的促进作用.职教论坛,2012(29):39-40.
③ 于洋.自动化技术对安全生产领域的影响.辽宁行政学院学报,2009.11(7):171-172.
④ 鲁登峰,黄蓉.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用.广东科技,2013(20):118-119.
⑤ 梁秀Z.自动化行业“十二五”前瞻.自动化博览,2011(1):28-37.
⑥ 黄肇,罗庆跃,袁旭龙,王晓芳.电气工程及其自动化专业人才培养模式的研究与实践.中国电力教育,2010(31):46-48.
⑦ 沈雄威,仇润鹤,孙培德等.电气信息专业实验教学改革研究与实践.实验室研究与探索,2013.32(6):145-147.
⑧ 周林,孔庆梅,杜晓玉.面向自动化专业的工程实训教学探讨和研究.中国电力教育,2014(26):78-79.
关键词:实训课程;分层次;模块化
作者简介:李自成(1970-),男,四川资阳人,成都理工大学工程技术学院自动化系,副教授。(四川?乐山?614000)
中图分类号:G642.0?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)20-0086-02
电气工程及其自动化专业在电气信息领域起着十分重要的作用,主要研究电能的产生、传输、转换、控制、储存和利用,同时有关电能的转换及使用的控制在该专业所占的地位也日益重要。[1,2]它和人们的日常生活及工业生产联系越来越紧密,因而发展迅速,已经成为高新技术产业的重要组成部分,并成为很多高校的一门重要学科。而成都理工大学工程技术学院在2005年成立了电气工程及其自动化专业,在专业发展过程中注重实践课程体系的建立。为了适应当今社会关于应用型人才的培养要求,加强学生的动手能力和实践技能,突出工程能力和工程素质的培养,结合电气工程及其自动化专业的人才培养方案制订了电气专业工程训练教学计划,形成了科学的电气工程实训课程体系。体系以培养学生在电机及其电力拖动技术、电力电子与电气传动技术、电气控制技术、电力系统自动化技术等方面的工程技能为基本目标,旨在提升学生在电气领域的知识应用水平和综合创新能力,构建起理论知识学习与实际技能训练、单项能力培养与综合素质提升之间的桥梁。
一、课程目标定位
课程体系反映了应用型本科对知识能力方面的要求。应用型本科同一般普通本科的培养体系是平行的,相比具有鲜明的技术应用性特征。[3]在培养规格上,应用本科培养的不是学科型、学术型、研究型人才,而是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才;在培养模式上,应用本科以适应社会需要为目标,以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案,以“应用”为主旨和特征构建课程、教学内容体系,重视学生技术应用能力的培养。基于应用型本科的性质,为了加强对学生实践能力的培养,使学生尽快掌握本专业领域的技能,因此整个体系强调建立一个系统化的实训过程,通过实训,学生应该具备以下技能:
掌握电机和电力拖动技术,熟悉变压器、直流电机、交流电机的结构,通过实训熟悉电机运行原理和调速原理。
掌握电力电子与电气传动技术,熟悉各种电力电子器件的应用,能正确使用变频器,并能初步进行电机调速电路的设计和调试。
掌握电力系统自动化技术,通过实训熟悉继电保护基本原理,利用MATLAB进行潮流计算,并能进行初步的短路分析。
熟练掌握工厂电气控制、电气设计软件等开发平台和应用技术,能够进行系统控制程序设计或者利用软件进行电路的设计。
掌握电气系统或者控制程序的调试方法,能通过实际操作较好地判断出电气系统或者控制程序的缺陷,并进行改进。
为了节约成本,加快开发过程,能够用仿真软件对电路进行仿真,熟练使用各种仿真软件,包括Protel DXP等。
能熟练使用各种检测工具,具备对低压电器的认知和感性认识,熟悉每种低压电气的正确用法,能进行初步的设计,选择出满足要求的电器。
二、课程体系的构成原则
实训基于各课程各章节内容或者课程之间联系,以实训项目为主体和载体,以程序或者电路系统设计作为驱动,实现知识、技术、能力和素质的全面提高。以实训课程体系作为实训目标的基础,制订完善的实训计划体系,同时坚持了以下原则:
以就业实际需求为导向,以能力培养为核心,以学生适应就业岗位为目标,以岗位技能为重点,兼顾长远发展。
注重知识、技术、能力、素质的协调发展,使学生通过实训既巩固了所学的知识和技术又提高了应用知识、技术的能力,使素质得到升华。
以实践能力和工程训练为重点,突出技术应用能力培养,强调在应用中创新,通过解决问题综合运用所学的知识。
课程体系体现了开放性、灵活性,及时反映了新能源技术的发展以及新技术的应用。
课程体系与人才培养方案的课程体系衔接,分别针对电气技术、电力系统自动化、电力电子等方向设立实训课程。
三、分层次模块化实训教学体系的设立
电气工程及其自动化专业主要是研究电能应用的专业。近几十年来,有关电能的转换、控制在该专业所占的地位日益重要,专业名称中的“及其自动化”反映了科学技术的这种发展和变化。电气工程及其自动化专业的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制三个部分。[4,5]因此实训课程的设立也应该反映这些专业范围。首先,电工理论是电气工程的基础,主要包括电路理论和电磁场理论。这些理论是物理学中电学和磁学的发展、延伸。而电子技术、计算机硬件技术等可以看成是由电工理论的不断发展而诞生,电工理论是它们的重要基础。电气装备制造主要包括发电机、电动机、变压器等电机设备的制造,也包括开关、用电设备等电器与电气设备的制造,还包括电力电子设备的制造、各种电气控制装置、电子控制装置的制造以及电工材料、电气绝缘等内容。电气装备的应用则是指上述设备和装置的应用。电力系统主要指电力网的运行和控制、电气自动化等内容。制造和运行不可能截然分开,电气设备在制造时必须考虑其运行,如电力系统由各种电气设备组成,其良好的运行必然要依靠良好的设备。
针对专业范围,电气工程及其自动化专业工程训练在学院工程训练中心进行。训练内容划分为工程认知训练、专业技能训练和综合创新训练三个层次。由于我院从专业建立初期就注重实验室的建设。目前训练条件优良,已建有电气技术实训室、电机及拖动实验室、电力自动化及继电保护实验室、电力电子及传动控制实验室等专业实验室。同时,学院工程训练中心为进一步提升学生在电气工程领域的综合创新能力,建设了数控加工中心、基于先进控制技术的运动控制实验室和柔性制造中心,突出真实的工业应用环境,突出强化学生在系统分析、系统设计、系统开发等方面的工程训练,有利于高水平应用型人才的培养。
我院电气工程及其自动化专业课程体系设立了三个方向:电气技术方向、电力电子技术方向、电力系统及其自动化。针对不同方向和实训层次设立不同的课程。如图1所示。
首先,工程认知训练是电气工程及其自动化专业整个教学过程中一个重要的实践性环节。该环节包括生产实习等内容,使学生在生产实际或者科研中验证从课本上学到的理论知识,加深对知识的理解和认识,从而巩固所学知识并体会知识的应用价值;培养学生综合运用所学的理论知识去观察、解释并进一步尝试解决生产实际或者科研过程中发生的问题,提高分析问题与解决问题的能力;使学生了解企业的生产工序、工艺流程、管理制度,从而获得与本专业有关的实际生产知识,并扩大专业知识面;培养学生从事技术专题调查、搜集资料和进行研究的能力,并为即将进行的毕业设计和论文打下良好的基础。其后是专业技能训练,针对专业应用领域设置模块,包括电机、电力电子技术、电力系统自动化、电气传动自动控制系统、PLC、电气CAD等。而学生专业技能是一个复杂的技能系统,诸多技能之间既相互关联又相互影响,其训练途径及实施办法亦多种多样,同时必须具备整体性、科学性和互动性。因此,专业技能训练方案的制订,内容上密切结合学科和紧扣本专业的培养目标,与专业培养方案一致,注重能力的提高和知识的应用,注重开放性和拓展学生的思维空间构建与理论教学相辅相成、以能力培养为主线的技能训练方案,为专业培养方案的贯彻执行服务,以适应教育教学改革发展的需要,全面提高人才培养质量。最后是综合创新训练,为实现个性化培养提供先进的创新设计、制作的环境与条件。通过综合创新训练为学生创造一个能培养兴趣、产生好奇心的环境,使他们在这里自己动手创新制作、激发创造力。以创新思维和创新制作能力的训练为核心,充分发挥学生的自主能力和综合运用所学知识的能力,培养更多高素质、复合型、应用型人才。综合创新训练不但能够培养学生的综合素质,增强学生的工程实践能力,而且还有助于培养学生的创新精神和创新思维,起着其他课程不能替代的作用。
整个课程体系对应于工程素质训练、金工实习、电机及拖动技术实训、控制理论和控制系统实训、PLC与变频器应用技术实训、单片机技术工程训练、CAD实训、电力系统自动化实训、电力电子与电气传动实训、自控系统综合实习、调速系统综合设计、供配电系统综合设计等实训。同时为了突出应用型本科的特点,增加了“Protel DXP实用教程”和“电气工程CAD”与实训环节联系紧密的课程。实训课内容如表1所示。
通过该课程体系使学生能够初步了解机电工程的基本研究领域,具备电气基本操作技能,掌握电机及拖动系统的类型、组成和控制方法,掌握控制理论及自动控制系统的组成,具备对一般机电控制系统的安装、分析和维护技能,掌握常用电力电子器件的特性,并能根据要求设计出实用电路,掌握可编程控制器和变频器的使用方法,具有一定的电气控制系统开发能力,在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力,具有较强的工作适应能力。
四、结论
电气工程及其自动化专业自2005年在成都理工大学成立以来,针对本学校学生的入学基础和就业的实际情况对实践方面的教学课程体系不断调整,增加了“Protel DXP实用教程”和“电气工程CAD”与实训环节联系紧密的课程,增加了综合创新训练课程,已经形成了完整、科学的实训体系。从目前的实际运行情况来看,通过实训,学生的就业率得到提高,同时学生到企业后熟悉岗位的时间缩短,得到了用人单位的好评。
参考文献:
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【关键词】高职 自动化专业 毕业设计教学 顶岗实习
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2016)12C-0168-02
当前,全球正在兴起新一轮工业革命,以机器人、人工智能、3D打印和新型材料等为代表的新科技革命和产业变革正在来临。它将极大改变传统的商品制造方式,并推动生产制造模式的变革,从而改变就业的格局。而作为信息技术的基础学科自动化技术则是这一轮工业革命的发展基石。与德国工业4.0相比,中国很多制造业还处于2.0、3.0阶段,其本质就是中国企业的自动化技术水平距德国企业的自动化技术水平还有相当大的差距,因此,如何尽快培养出能够适应当今科技产业革命的高水平自动化人才,就成为了高职教育的一个重大课题。
毕业设计是达到培养目标的重要环节。不仅能够培养学生的综合分析和解决工程实际问题的能力,而且还能够对学生的思想品质、工作态度及作风产生很大的影响。但近年来,高校不断扩招,高职教育规模不断扩大,高职原有的教学资源显得严重不足,能够跟得上潮流的新技术的教育资源更是凤毛麟角。因此,很多学生对毕业设计的重要性认识不够到位,毕业设计的质量也逐年下滑,甚至社会上有人提出取消毕业设计的建议。因此,如何改革毕业设计,提高培养质量成为高职教改的难点之一。
一、高职毕业设计教学中存在的问题
(一)毕业设计题目科学性不足。随着新一轮的技术革命和产业变革的到来,以“互联网+”“机器人”为代表的新技术正在不断地与传统的自动化技术相互融合,从而不断地改变现代企业的生产方式。然而以往的高职毕业设计,过于强调对以往所学知识进行全面总结,因此很多毕业设计题目要么过于理论化脱离实际,缺乏实用性;要么陈旧单一,重复率高。从而导致学生兴趣下降,降低了他们的主观能动性,势必影响学生的毕业设计质量。
(二)系统方案创新率低。首先大部分学生在选择毕业设计课题时,都会选择以前用过的或者相类似的题目,再者,所设计的系统方案也大都是书本上的翻版,缺少创新性的原创,而且重复率非常高。因此,毕业设计质量会大打折扣。
(三)系统设计实用性不足。由于大部分学生没有现场工作的实战经验,所以,在做系统设计时,要么操作不方便,要么安全性不够,要么与现场其他设备不匹配,要么性价比较低等,导致做出的系统设计往往脱离实际,从而降低了毕业设计的实用性。
(四)论文缺乏条理。首先由于大部分高职学生很少写过学术论文,所以,学生的毕业设计论文往往缺乏整体布局,因而论文中经常出现结构不完整,内容颠三倒四,上下两段明显割裂开来,缺乏自然过渡,层次不明,看起来费力,论证不得力,缺乏逻辑性等缺点,从而降低了毕业设计论文的质量。
(五)毕业答辩流于形式。由于每年扩招的学生不断地增多,就业压力不断地增大,所以找工作就成了学生们最重要的课题,因此,很多学校的毕业答辩就流于形式了,不仅毕业论文质量低下,答辩也就成了走过场。不仅无法达到毕业设计的培养目标,而且无法准确衡量毕业生的培养质量,同时对学校未来的就业也产生了很大的隐患。
针对以上问题,并结合自动化专业的特点,本文提出将毕业设计与顶岗实习进行有机结合起来,让学生在实际岗位中全面锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的综合能力,从而提高毕业设计的质量。
二、毕业设计教学改革措施
(一)结合企业生产实际选题。学生可以将企业里的技术改造,产品开发,系统集成等科目内容,并根据自己的兴趣爱好,选择适合于自己的科目内容作为自己的毕业设计内容。自动化专业毕业设计的题目大概有如下几种类型:(1)技术改造型:以PLC或DCS为控制核心的工业现场集散控制系统的技术改造。(2)产品开发型:以单片机为控制核心的电子控制系统等装置产品的开发。(3)系统集成型:以PLC或DCS控制系统与以互联网技术相互融合的MES系统等集成系统。(4)实验研究型:以机电一体化为核心的机器人等新技术的实验研究。由于学生的毕业设计题目就是自己的实习内容,具有非常高的实用性,所以会激发学生的主观能动性,使学生主动地去学习了解相关的知识和技术,从而为完成高质量的毕业设计打下坚实的基础。
(二)加强技术指导。虽然参加顶岗实习的学生,都已经在学校学习过自动化专业的基本理论与基本知识,但是由于自动化学科的自身特点,使它能够在不同行业内与不同的专业技术相融合,比如与通信技术、互联网技术、液压技术、机械、数据库等技术相互融合,因此,就需要从企业里的技术人员或者专业人士中聘请为指导导师,对学生进行其相关专业或者行业知识的技术指导。不仅能够有效扩大学生的知识面,提高学生的综合运用能力,还能够有效减少系统设计漏洞等缺陷,大大增强了毕业设计的实用性。
(三)加大对实验装置的经费投入。随着自动化技术的迅猛发展,自动化装置的更新速度也在不断加快。为了让培养出的学生能够跟得上企业的发展步伐,就需要加大对新技术的实验装置的引进。通过对新实验装置的引入,既可以提高教师与学生的技术水平,还能够让做毕业设计的学生有了一个充分的展示平台。学生可以将自己的创新构想与才华在这个平台上充分的发挥,从而不仅能够提高毕业设计的技术水平,而且还能够提高学生的创新能力与实践能力,并将自己的知识技能和体验不断地提高与升华。
(四)加强论文写作指导。毕业论文是毕业设计工作的总结,因此要想写好毕业论文不仅需要前期的技术工作的积累,还涉及组织材料等相关写作技巧等知识。所以,学生可以从企业里的技术报告、技术方案、技术总结等各个方面入手,锻炼学生的写作能力。在撰写毕业论文的初期,可以帮助学生确定论文的整体布局和结构,在初稿完成后,可以帮助学生检查内容、逻辑、语句、格式等方面的错误,提高学生的写作水平,从而不断提高毕业论文的质量。
(五)深入企业开展毕业答辩。毕业设计是衡量高职毕业生培养质量的重要标尺,也只有能够解决实际问题的毕业设计才具有实用价值,才符合培养学生实际动手能力的需求。将企业里的技术专家与学校内的专业老师组合成的答辩专家,能够更加全面地检验学生的毕业设计质量。通过企业里的技术专家现场出题,可以有效检测学生是否能够把所学的理论知识与生产实践有机地结合起来,同时能够给予学生更加全面专业的建议,从而帮助学生获得最快的成长。同时企业也能够通过此类答辩发现适合自己企业所需求的技术人才,同时有效地促进了学校的就业。
总之,毕业设计是专业教育的重要组成部分,通过将毕业设计与顶岗实习相结合,能够有效培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能分析、解决工程实际问题的能力,希望能够为我国的企业转型升级所需的技能人才的培养有一定的作用。
【参考文献】
[1]郭红霞,贾丰春,郑舒.高职高专毕业设计教学改革与实践[J].河南机电高等专科学校学报,2011(4)
[2]李晓凤.关于高校电气自动化教学改革的思考[J].消费电子,2013(4)
[3]黄永文,王海燕,葛继科.基于培养创新能力的本科毕业设计教学改革[J].重庆科技学院学报,2012(17)
[4]徐丽玉,邓嘉明.地方高校二级学院教学质量监控的研究[J].柳州师专学报,2015(2)
【基金项目】2014年度广西教育厅科研项目(YB2014497)
关键词:电子测量;教学改革;创新型人才
作者简介:顾明亮(1963-),男,江苏无锡人,江苏师范大学物理与电子工程学院,教授;魏明生(1976-),男,山东济宁人,江苏师范大学物理与电子工程学院,讲师。(江苏?徐州?221116)
基金项目:本文系中国高等教育学会“十一五”教育科学研究规划课题(课题编号:06AIJ0090048)、江苏省教育科学“十二五”规划课题重点项目(项目编号:C-b/2011/01/15)的研究成果。
中图分类号:G642.0?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)23-0048-02
培养具有实践创新能力的应用型人才是当今高等教育的培养目标之一,课程教学改革是培养创新人才的根本措施。“电子测量技术”是现代科学获取信息的重要手段,是从事现代电子科学研究的必备基础,该课程也是电子信息、电气自动化和机械电子等专业的骨干专业必修课程,旨在提高学生所学专业课程中的专业基础理论和单元技术知识及独立设计、构建、调试仪器与检测系统的能力,强化学生对仪器与检测系统工程的感性认识。本课程是实践性非常强的一门专业课程,近年来,随着科技迅速发展,特别是随着自动化技术和信息技术的发展及其在工业控制中的广泛应用,电子测量技术在测量技术的研究、生产测试方法、信号处理方法和技术等方面发生了一系列的变革。为了配合高等学校培养实践创新性人才的需要,同时也为了培养的人才能适应现代科学技术的发展,教研室人员对“电子测量技术”课程的授课内容、教学方法和考核方法等进行了一系列的改革探索,教学中的实践证明该课程的一系列改革取得了良好的教学效果。
一、课程内容的改革
由于目前科学技术的迅速发展,电子测量技术正从传统的电子测量仪器向智能化、复杂化自动测试仪器和虚拟仪器等方向发展,使得当前的“电子测量技术”课程内容结构已经不能满足当前人才培养的新要求。其主要缺陷包括电子测量技术教材建设的滞后,该课程内容未及时全面反映技术新发展而导致体系陈旧等。因此,电子测量技术教材应与时俱进,在讲述传统测量内容的前提下应补充智能化仪器、虚拟仪器和复杂自动测试系统等一些新的技术理论,以及先进的仪器设计方法和操作方法,而且授课内容应全面反映现代测量技术的新方向和新技术。
在该课程教学内容的改革中,主要以电子测量技术的教学大纲为主要依据,以该课程的原理、结构和测量系统为主要体系,从电子信息科学的角度来理解和观察该课程,突破以往教学中就器件论器件的传统教学方式,努力做到思路开阔,层次清晰,阐述准确,结构科学合理。按照“理论教学模块”和“实践教学模块”相结合的体系结构进行授课,课堂教学主要采取理论教学模块,重点讲授该课程教学大纲基本要求的内容。内容主要分为:检测系统的误差理论部分,非电量检测方法及智能仪器设计应用部分,信号调理与数据采集技术部分和检测仪器系统设计部分。辅以实践教学模块,主要以实验教学、调研论文、智能仪器及虚拟仪器测试技术综合设计为主。
根据学生的专业方向选取不同的授课教材,并且根据不同的专业实际情况自编讲义加以补充,主要对教材中没有涉及的内容和讲解不充分的内容进行补充。还可以联系社会热点问题,如社会上地沟油问题出现之后,教师随时给学生补充探讨地沟油的测量方法,这样课堂和现实生活紧密联系在一起,使学生感觉到课堂授课内容的重要性和实用性,提高了学生课堂听课的积极性。
为了在授课中缩短理论与技术实践的差距,在课堂授课中,通过运用案例教学,大大提高了学生解决客观实际问题的能力,教学过程中进行校际合作,提高教学效果。让学生从教学内容融入到实际科研项目中去,比如讲到电磁检测时,给学生列举一些在研的省部级科研项目,使学生了解管道泄露的不同检测方法,使学生认识到某一种物理量不同测量方法,让学生体会到检测一些物理量的新方法、新思路,引发学生思维,激发他们的创新意识,取得了很好的教学效果。
为适应创新型本科人才培养目标和教学实际,在实验课程的教学中,把理论教学和实验教学结合起来,适当增加设计型实验和综合型实验对学生能力的锻炼,共设计了4个验证性实验和3个设计性实验。实践教学中一方面为了使学生理解电子测量技术的基本原理保留了基础性的实验,另一方面,开发了新的工程应用性综合性实验,可以对高年级各专业学科之间的学生因材施教。
二、教学方法的改革
1.重视第一堂课的教学
关键词 高职教师;应用技术;研发推广;产业发展
中图分类号 G717 文献标识码 A 文章编号 1008-3219(2013)26-0054-05
高职院校作为我国高等教育的一种类型,同样也承担着人才培养、科学研究、社会服务、文化传承等四大职能,但因其具有很强的地域性特色,所以“依托和服务地方经济建设,为地方经济发展提供人才和技术支持,是高等职业教育办学的立足点”[1]。正因如此,地处浙江沿海的台州职业技术学院“十五”期间就提出打造区域先进制造业人才培养基地和应用技术研发推广基地两大发展目标,并以提升教师科技服务为抓手大力推进应用技术研发的市场化、产业化之路。
一、技术走向产业的具体路径
加快科技成果向市场转化、让技术研发走向产业应用,既是高职院校社会服务职能的重要体现,也是提升教师技术研发水平和专业实践能力的必然选择。面对当前高职院校科技社会服务普遍存在的社会认可度低、研发经费投入不足、管理考核机制不完善、研发能力有待提升、实验仪器设备缺乏等内外制约因素,台州职业技术学院结合台州主导产业及民营经济发展的相关特点,积极探寻技术研发对接产业、转化成果服务产业、起草标准引领产业、搭建平台融入产业等科技社会服务的具体路径。
(一)技术研发对接产业
与普通高等院校不同,“高职科研以技术应用型研究、开发型研究为主体,以解决实践第一线的具体问题为目标。”[2]近年来,学校对接台州经济社会发展的技术需求,大力推进应用技术研发。在研究领域上,主要对接汽摩配件、医药化工、家用电器、塑料模具、服装机械等台州主导产业。在市场对象上,主要针对台州民营经济比重大(97%以上)、企业规模小的特点,着力面向民营中小微企业开展应用技术研发。在研发成果上,近五年来,该校获得专利授权128项(其中发明专利授权9项),软件著作权登记41项,尤其是由该校教师主持完成的“ZJQ600/400低噪声气冷罗茨真空泵”、“SJQ-2-590高精度晶片大型多线切割机”2项技术成果,经以院士为组长的专家组评审,确认达到了国际先进水平。在教师指导下,学生也积极参与对接区域产业发展的技术创新活动,承担省大学生科技创新项目24项,学生作为第一完成人获专利13项、软件著作权5项,部分技术成果转让给企业。其中电子电气系张迪同学主持研发的省大学生科技创新项目“学生公寓智能限电电表”获浙江省高职高专“挑战杯”竞赛特等奖,同时获得专利授权并推广应用。
(二)成果转化服务产业
成果的转化与应用是高校技术研发的根本目的,然而“由于种种原因,高校大部分成果处于沉淀或闲置状态,无法真正实现深层次的开发和利用”[3]。台州职业技术学院高度重视通过技术成果的转化,解决企业转型发展中的大量现实问题,为企业技术改进与革新提供有力支撑。近三年来,学校承担横向科技服务项目283项,实际到账经费1574万元,向企业转让专利技术及软件著作权分别为44项和12项,专利转让数居全省高职院校首位,转化率达33.375%(据教育部《中国高校知识产权报告2010》显示全国高校专利平均转化率为5%)。浙江省学位委员会办公室、浙江省教育厅高校科研师资处统计显示,该校2011年度转让专利数占全省所有高职院校总数的70.6%,2012年该比例据初步统计为84.85%(全省45所高职院校共转让专利和软件著作权33项,该校为28项)[4]。该校真空技术研发中心张宝夫主任与企业合作研发的风洞模拟试验JZJQ3750-321真空抽气机组,研究成果取得了4项专利,并在四川省绵阳风洞基地应用效果良好,神州九号的返回舱即采用JZJQ3750-321机组先在地面进行了模拟试验。模具研究所李金国副所长承担了国家科技部立项的科技人员服务企业项目,形成了包括发明专利在内的5项专利成果,相关技术成功转让给浙江赛豪实业有限公司、浙江天 车灯有限公司等企业,产生了良好的经济和社会效益。
(三)起草标准引领产业
起草标准是企业处于行业龙头地位的重要证明,也是高校教师在行业内影响力的重要体现。学校张宝夫老师长期担任全国真空技术标准化技术委员会副主任委员、浙江省真空学会主任委员等职务,在真空技术行业享有很高的声誉,是全国真空行业多项标准的主要起草人,并率团至美国旧金山首次代表中国真空行业向ISO/TC112标准化组织提出了国际标准:“真空技术-真空泵性能测量标准方法——第3部分:罗茨真空泵”的制订工作。学校还与国内电工行业标准化的综合管理机构——机械工业北京电工技术经济研究所签订技术服务协议,由电气自动化研发中心和浙江巨龙自动化设备有限公司,共同起草“微电机换向器下刻机”和“微电机换向器精车机”2项国家工业与信息化部机械行业标准。
(四)搭建平台融入产业
技术服务平台建设是高校融入区域产业发展的重要途径。为了更好地融入区域经济社会发展,学校积极搭建科技创新团队、重点实验室、院士工作站、科研机构、技术孵化中心等技术服务平台。为积极融入并引领台州海洋产业的未来发展,学校整合研发力量申报了“海洋生物资源开发与利用科技创新团队”,并被列为台州市首批两个重点科技创新团队之一(另一个设在浙江大学台州研究院),获100万元资助,该团队研究成果为10余项发明专利和一系列SCI收录的研究论文。针对台州机电制造业拥有巨大产能的现状,该校积极建设机电一体化实验室并被列为台州市首批重点实验室。为更好地通过平台搭建吸纳高端研发力量服务于台州医药化工主导产业,以该校东港生物与化工学院为基础申报的生化制药院士工作站获台州市委组织部、台州市科协审批立项,目前正在院士及其团队的带领下卓有成效地开展技术研发、科技服务、人才培养、学术交流、实验室建设等方面相关工作。该校还对接台州产业设立了15家科研机构(其中3家为市级),并大力推进组合式科研机构建设。针对台州民营中小企业数量巨大以及难以独自设立研发机构的现状,学校利用校企合作联系广泛的优势,吸收产业相近的多家中小型企业共同投入,在校内组建功能不同的多个实验室,并逐步形成组合式研发中心,目前已建有机电一体化、电气自动化、生化制药等3家组合式研发中心,如图1所示,直接为中小企业提供科技服务。此外,学校还与浙江工业大学签订科技合作协议,并在校内设立浙江工业大学台州技术孵化中心,服务于台州企业。
二、基于技术产业化的教师科技服务能力提升举措
(一)制度先导:创新技术走向产业的机制
根据新制度主义的制度绩效理论,制度决定绩效并发挥基础性的作用,而且有效率的组织是绩效增长的关键因素[5]。学校在2003年就将科研管理职能从教务处独立出来,设立专门的科研管理机构,并不断出台、完善、创新一系列的科研规章制度,通过制度提升教师科技服务水平、激励教师走向产业的积极性。目前已形成相对完整的科研管理制度体系,这些制度很大一部分与应用技术研发推广密切相关,内容涉及专利扶持、平台建设、项目管理、合作研发、技术转让、推广应用、量化考核、评奖评优等。如在全校出台、修订的18个科研管理文件中,与应用技术研发推广相关的规章制度主要有:《促进教师开展技术服务奖励管理办法》《专利扶持与奖励办法》《横向课题管理办法》《研发机构管理办法》《教师专业实践锻炼管理暂行办法》《科研工作量化考核与管理办法》《“和园讲坛”学术活动管理办法》《科研经费管理办法》《科研成果奖评审与奖励办法》《重点学科建设与管理试行办法》等。通过科研管理规章制度的规范化运行与创新发展,积极倡导“成果主导、项目主抓、精品主攻”的科技服务理念,鼓励将应用技术成果申请为专利或进行软件著作权登记,鼓励以项目为纽带校企联合开展技术革新与攻关,鼓励整合力量重点突破效益好、产业化比例高的技术服务项目。
(二)培育能力:奠定技术走向产业的基础
当前,我国“高职院校科研骨干少,高层次人才少,高素质研究团队少,科研人员水平、能力和层次不高”[6]。这种现状严重地制约了高职院校的科技社会服务能力。学校通过选派教师到高校做访问学者或攻读博士学位、到企业做访问工程师或开展专业实践锻炼等主要形式,积极培育教师尤其是中青年教师开展科技社会服务应具备的专业研究水平和专业实践能力。
1.培育教师专业研究水平
学校每年选派15位左右教师到国内著名高校做访问学者。为了确保访学质量,学校既对访学教师给予激励,将访学经历及其业绩作为高校教师专业资格评审、评优评先的重要依据,同时又给访学教师多出成果的压力,要求在访学期间及访学结束一年之内,每位访学教师必须以第一作者在核心期刊发表不少于2篇论文且主持1项不少于5万元到账经费的横向科技服务项目或1项厅级纵向科研项目,否则将全额扣除岗位津贴。此外,学校还长期实施了中青年骨干教师培育工程、专业带头人培育工程、教授培育工程等人才项目,推进教师整体专业研究水平明显提升。
2.培育教师专业实践能力
学校通过实施访问工程师、专业实践锻炼、承接企业委托课题、到企业兼职等形式,增强教师专业实践能力。访问工程师、专业实践锻炼是学校培育青年骨干教师和其他教师专业实践能力的两条重要途径,前者要求接受访问的企业具有较高的知名度且访问时间通常为一学年,而后者在企业选取、实践时间等方面则更具有灵活性。作为普遍性的硬性要求,所有教师3年内必须累计有3个月以上的专业实践锻炼经历,申报晋升职称的教师必须有任现职以来累计6个月以上的实践锻炼经历。而承担委托横向课题、参与企业产品研发和技术改造、转让专利或软件著作权等科技服务活动,均可作为访问工程师和专业实践锻炼成果的重要形式。此外,学校还鼓励符合条件的教师到企业兼职以提升自身的专业实践能力。
(三)强化服务:技术走向产业的助推器
学校通过完善机构、构筑平台、助推服务等方式强化教师对外科技活动的服务工作和服务效果。
1.完善机构
在机构设置和人员配备上,学校层面设立专门的产学合作办公室,成立产学合作委员会,并在科研处下设技术孵化中心,专人负责对外开展科技服务、技术成果转让等事宜。二级院系层面在学校编制非常紧张的情况下,还配备了二级院系的兼职产学合作负责人和专职产学研秘书各1人。
2.构筑平台
在2010年,以台州职业技术学院为龙头,吸纳30家企业、13所学校、7个政府部门及行业部门,建立跨地域、跨行业的浙江台州湾职业教育集团,同时创设“台州产学研信息港”,这种以“职教集团为平台、信息共享为纽带”的校企合作模式,凝聚各方智慧,并通过项目驱动的方式积极构筑产学研合作的长效机制,为学校技术成果产业化带来了新空间。此外,学校还先后与浙江工业大学、中国科学院计算技术研究所台州分部、南京工业大学生物与制药工程学院等科研院所签订科研合作协议,借助外力构筑科研合作平台。
3.助推服务
学校通过各种方式推动科技社会服务与技术走向产业。一方面,学校发起“学校干部与企业家交朋友”、“百名教授博士下企业”、“暑期校企合作大调研”等活动,为教师走进企业开展科技服务工作提供平台和助推力;另一方面,学校依托台州市知识产权保护协会、台州方圆专利事务所等技术性的社会组织和服务机构,拓展与企业开展技术合作的渠道。此外,学校科研管理部门还以依托专业中介机构、开展技术市场分析、编制简化工作流程等方式提高服务效果,助推教师更好地开展科技社会服务。
(四)经费保障:技术走向产业的支撑力
很多高职院校因受主办方财政状况的影响和制约,办学经费并不宽裕,更难以拨出专项经费用于开展技术研发与推广[7]。学校为推进教师积极从事于应用技术的研发推广,不仅每年拨出专项经费而且通过校企合作的方式争取获得社会的研发经费支持。学校将专利申请与维护、横向科技服务项目、紧密型校企合作项目、科研量化考核与奖励、科技讲座与交流等纳入专项经费预算,拨出款项成立专项基金。以专利发展专项基金为例,每年拨款10万元,用于支付专利或软件著作权的申请费、费、年费、登记费等,奖励优秀发明设计人。学校还积极寻求合作企业在科研设备及研发经费上的支持,通过企业捐赠设备、资助经费和学校提供场地、派遣人员的形式,校企双方共建研究所或研发中心。近年来,除上文提到的校企共建机电一体化、电气自动化、生化制药等3家组合式研发中心之外,学校通过这种方式与汇宝科技有限公司共建缝制设备研究所、与杭州通灵自动化股份有限公司共建自动化研发中心、与台州凌霄泵业有限公司共建凌霄机电研究所,并由此获得企业的科研设备及研发经费上的有力支持。此外,学校还与两家年产值在数十亿元的大型企业建立紧密型的合作关系,设立了标力建筑工程学院、东港生物与化学工程学院,由企业每年出资数十万至百万元作为相关二级学院的办学经费,其中有一定比例的资金用于资助教师开展与企业相关技术的研发应用。
台州职业技术学院虽然在科技产业化具体路径及其推进措施方面进行了诸多有益的尝试,但高职院校的应用技术研发与推广是一项综合性的工程,要实现校企双方的良性互动与合作共赢,还应做大量的细致性、开创性工作,如高职教师如何面向区域性的中小微企业寻找技术开发项目,如何组建应用技术的教师研发推广团队,如何形成自身相对固定的优势技术研发领域等。
参考文献:
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Path Analysis and Promoting Measures of Science & Technology Industrialization in Higher Vocational Colleges
——Discussion on the Promotion of Higher Vocational Teachers’ Science and Technology Service Ability
YANG Lin-sheng
(Taizhou Economic Research Institute, Taizhou Vocational and Technical College, Taizhou Zhejiang 318000, China)
关键词:就业热门;专业嫁接;课程整合;电子课程;整体就业质量
高等职业教育是培养面向生产、建设、管理、服务第一线的,将科学技术转化为生产力的高级技术应用型专门人才的一种能力型和就业型教育,就是俗称的“专才教育”[1]。这种专才教育对把握高等职业教育具有较强的针对性,也具一定的操作性。但在当今社会更开放、发展更迅速的情形下,这种目标定位呈现出了极大的局限性。首先,从不断发展的社会需求看,这种目标下培养出的“专才”极有可能面临就业难和转岗难的问题。市场经济条件下,人才流动是通过市场调节的合理配置实现的,竞争就业和双向选择是人才市场的基本法则。一个知识面狭窄、技能单一的人,即使有较强的专业知识,但因缺乏专业间的横向渗透和伸张,在竞争中也难以占据有利位置[2]。其次,知识经济日渐凸显,高科技促使传统的经济结构、产业结构、产品结构发生重大变革。技术含量日益提升,产业岗位轮换频繁。越来越快的岗位变动和职业流动,需要从业者对不同岗位有更强的适应性,进而需要教育不仅要有结构性的嫁接,更应有功能的整合。如果高等职业教育的课程体系在多样多变的社会需求面前无动于衷或束手无策,那么高等职业教育本身的生存发展空间就会渐显萎缩[3]。
一、专业嫁接的思路
(一)专业嫁接的目的是为了培养复合型人才和提高学生就业质量
近几年来,随着石化行业的振兴,以及机构重组、人员调整的结果,各大石化单位急需补充大量人员,尤其是成本低、能力强的高职高专类院校毕业的高技能人才[4]。以兰州石化职业技术学院为例,学院的特色专业是已有57年历史的石油化工专业,近几年来,该专业的毕业生供不应求,而且就业的质量非常高,学生应该在校学习三年,一般情况下,在两学年还未结束时,几乎一半的学生已经签订了就业单位。就业是高职院校办学的导向,学院内一些非石化类专业纷纷与石化专业进行不同程度的复合嫁接,比如人文社会科学系和计算机应用科学系,专业嫁接为这些专业学生的就业确实找到了新的出路。使学生既掌握了共同的专业理论,又能在这些专业理论基础上把已形成的能力在相应的石化类职业岗位范围内发生转移,达到上岗无须过渡,转岗不必培训之目的。即专业嫁接的目的是为了培养复合型人才和提高学生就业质量[5]。
(二)嫁接课程基本包括被嫁接专业的必备知识体系
专业嫁接的效果应该达到嫁接专业(比如文科专业、计算机应用专业)的学生必须具备被嫁接专业(如石化专业)学生应有的必备知识体系,而嫁接专业又有其自身专业的要求,如何要在有限的时间内高效、高质地实现专业嫁接,必须要对嫁接专业的课程进行较大规模的整合,嫁接课程基本包括被嫁接专业的基础、必须、实用、够用的理论实践知识。为了将文科类专业与石化专业进行嫁接,开设的嫁接课程有《实用化学基础》、《石油化工设备》、《石化专业认识实习》。理科类非石化专业与石化专业的嫁接时开设的嫁接课程有《石油化工工艺基础》、《化工技能取证》。
高职教育提倡理论教学“课件化”、实践教学“现场化”,尤其在专业嫁接过程中,为提高效率并保证嫁接的目的,更应该做到这点。我们已经为《实用化学基础》、《石油化工工艺基础》开发了适宜的电子课件,根据编写的《石化中试装置实训教程》校内讲义在学院的中试实训基地进行为期两周的现场化教学实习,完全达到了上述要求。
二、文科专业适宜的嫁接课程
开设嫁接的专业课程时,必须考虑到不同专业学生的认知能力以及基础知识的差别,必须将嫁接的课程以恰当的形式组织,以达到扩大知识面而又能够有效克服因专业性过强导致的生僻难懂,确实使非石化专业的学生通过课程的嫁接掌握石化类专业的基础知识,实现学生“以一技之长为主,兼顾多种能力”的“通才”教育目标[6]。
(一)化学课程整合
人文系的学生在高中阶段所学的化学知识非常有限,文科学生学习化学知识往往不感兴趣或学习时不得要领,《实用化学基础》电子课件涵盖了高中阶段化学中的所有重要知识点,并且对化学与材料、化学与环境、化学与健康部分进行了扩展,既是对三年高中化学的浓缩与简化,又能承接部分石化系学生所学的《无机化学》、《有机化学》、《分析化学》、《物理化学》(俗称四大化学)基础知识。这门综合性的课程开设一学期,40课时。化学是建立在实验基础上的一门学科,40课时内还要理解掌握必要的实验技能,如果两个专业在地理位置上相距太远,比如兰州石化职业技术学院的人文系、石化系分别位于东、西两个校区,学生做一次实验非常不方便,在这样的教学条件下,我们开发了一套适合文科专业的《实用化学基础》电子课件,该课件有445MB,刻成一张光盘,《实用化学基础》共分九章,每章包含有:
powerpoint演示文稿。演示讲课的提纲、重要知识点、例题、习题,并将与课程有关的动画、视频进行了相应链接;
flas。模拟有机物分子构型、有机反应历程、模拟化学实验的操作步骤,使抽象的理论变得生动、活泼、易懂,可以节约用于实验的财力、人力、时间的投入而达到更好的效果;
视频。课件中有40余个精心收集、制作的视频文件,比如乙醇的生产过程、有机物的性质、石油的用途等电视片、真实录像将教学与生产过程紧密相连,除了该光盘中所含的视频,我们还有另外两张有机化学操作、无机化学实验、玻璃仪器的洗涤等教学录像改制的光盘;
图片。几百幅图片展示了环境污染、化学污染造成的可怕疾病,展示了工业生产的相关图片;展示了高分子、高科技材料,有利于建立起直观的印象,将书本知识与现实生活拉近;
例题、习题。每章都有与之配套的例题、习题,制作成word文档。已经链接到powerpoint演示文稿,独立放置可以更方便查找。
(二)工艺课程整合
文科类专业在学习一定的化学知识后,更重要的是理解并掌握一些石化产品、石化工艺、石化生产过程中的一些工艺设备的基础知识,比如兰州石化职业技术学院的工商企业管理(石化物流管理)、市场开发与营销(石化产品)、
应用英语(石化方向)三个专业,就开设了一门《石油化工设备》的课程,主要讲解一些石油产品、石化原料、化工单元操作及设备等知识,主要是石化专业一些应知的知识点,30课时左右就能够对石化行业有基本的了解。
(三)实践课程整合
兰州石化职业技术学院石化系有着雄厚的实践教学条件,实践课时比例超过了理论课时,对于嫁接石化专业的文科专业,我们专门划出一周的时间为其安排一门《石化专业认识实习》,主要内容包括:
观看安全教育录像,对石化企业生产特点、事故预防等有了直观、感性认识;
参观石化中试装置,加深理解所学的工艺知识,亲眼看到石油化工生产中的设备、装置,现场认识管线、仪表、阀门等,能够在现场摸清工艺流程;
进入化学实验室亲手做1~2个实验,认识大量现代化分析仪器、小型设备。
三、理科专业适宜的嫁接课程
(一)工艺课程整合
理科专业的学生在高中阶段有比较扎实的化学基础,在学习石化类课程时就应该扩展课程,并且适当加深深度,我们针对学院内的理科非石化专业编写了《石油化工工艺基础》教材,内容涵盖石化类专业的主干课程《化工原理》、《石油加工工艺学》、《石油化工工艺学》和《高分子化学》,按照石化类专业教学计划,以上前三门课程每门需要讲授两学期,《高分子化学》讲一学期。对于非石化类的理科专业,在进行专业嫁接时,不可能按石化类专业的教学课时进行,这样就必须在教学的内容上提炼出每门课程的最重要、最基础的知识,除了在教材的编写上下功夫,开发与之匹配的电子课程也是十分必要的,《化工原理》部分的单元过程和设备,需要通过模型、照片、动画、视频等形式展现,常规教学中还需要实验、仿真、实训,在不足20课时情况下,大致将《化工原理》主要的精髓学完,必须借助于多媒体的电子课件,在《石油化工工艺基础》课件中,收集了有关泵、换热器、精馏塔、吸收塔等大量的动画、视频、照片,用于教学的效果非常突出。《石油加工工艺学》、《石油化工工艺学》要讲解很多装置的工艺流程,常规教学利用布质或纸质挂图,在《石油化工工艺基础》课件中,流程以动画或图片实现,教和学的过程变得轻松,教和学的内容也得到极大的扩充。
(二)职业技能取证
非石化类理科专业,比如我院的计算机应用技术(过程控制)专门开设了《化工总控工技能取证》课程,课程标准与石化专业学生一样,参加统一的取证培训和考试,通过2周(60学时)的强化训练,让其掌握化工总控工中级工应知应会的理论实践知识,通过理论考试和上机仿真操作。
四、专业嫁接的效果
(一)嫁接课程教学效果
《实用化学基础》电子课程于2004年秋季用于教学,连续使用了7年,在教学过程中经多位老师的不断补充、完善,教学效果与常规手段相比,大大提高了效率,增强了学生的学习兴趣,课件中丰富的课外知识激发学生运用网络查找资料,写出有价值的小论文,并且在化学专题演讲中表现出较高的水平,这在以往的教学过程中是难以达到的。
《石油化工工艺基础》课件于2005年秋季用于教学,多个教师在开设该门课程的10余个班内试用,从老师的反馈和课堂上同学的反应来看,采用电子课件授课与常规的教学相比,效率和质量得到了极大的提高,讲课的容量得到极大的扩充,而没有给学生带来负担,使他们在轻松愉快的氛围中自然而然地学会了许多石化专业的知识,使学生既有较强的专业知识,又有较强的就业弹性和广泛的适应性,真正达到了专业嫁接的目的。
(二)嫁接专业就业效果
根据本校招生就业办公网显示的石化专业以及嫁接石化类课程专业的就业情况,可以看出嫁接石化类课程的理科专业有油气储运技术、电气自动化技术、机电设备维修与管理、生产过程自动化技术、计算机应用技术(过程控制),文科专业有市场开发与营销(油料储运)、市场开发与营销(石化产品)、工商企业管理(石化物流管理)、应用英语(石化方向),越来越多的专业开始与学院的特色专业进行嫁接,且嫁接的程度越来越大。这些专业尤其是文科类专业,在嫁接石化类课程前,就业形势并不乐观,嫁接后就业质量明显提高。
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