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针对以上问题,长沙理工大学于2009年成立土木工程大学生创新训练中心,其建设以培养大学生创新精神与实践能力为核心,以大学生科技立项和学科竞赛为载体,以学生课内外科学研究及发明创造活动为主线,在创新型人才培养的理念、方法、模式、机制等方面进行多方位的探索与试验,努力构建特色鲜明的土木类创新人才培养示范体系。经过近5年的建设,中心创新人才培养成效显著,并于2014年正式立项成为湖南省省级大学生创新训练中心。土木工程创新训练中心的建设主要围绕创新人才培养方案和创新训练课程体系、师资队伍、训练模式、运行机制与管理制度等方面进行。一是建设一支经验丰富、业务水平高、科研和创新能力强的师资队伍。二是扩大创新训练覆盖面,探索出一套行之有效的创新训练方法。三是建立大学生科技交流平台和网络管理平台,形成创新实践资源开放共享的有效机制和学生自主学习与自由探索的有利环境。四是构建土木类创新人才培养支持与奖励体系。五是创新训练中心完善运行与管理模式,确保创新训练中心持续健康发展。六是建立与兄弟院校长期交流合作的平台。
二、土木工程大学生创新训练中心的具体建设内容
(一)师资队伍建设
学校加大创新训练师资队伍的建设经费投入,不断吸纳优秀人才加入,提高土木工程创新训练专职教师比例,确保创新培训稳步、有序地开展。加强双师型指导教师的培养,选送指导教师到企业培训;加强对年轻教师的培养,通过传帮带等优良传统指导培养年轻教师,采用“一对一”的方式,即一个老教师指导一个年轻教师,在基本理论和工程实践能力等方面进行指导;通过校企合作方式,聘请优秀企业人才加入指导教师团队,面向全校学生开设高水平的创新辅导课或专题讲座。构建一支以专业教师、工程技术人员、高级技术工人组成的优势互补的创新训练指导教师团队。
(二)扩大创新训练覆盖面,改革大学生创新训练方法
1.在土木工程专业试点人才培养方案改革,在2014版培养计划的夏季学期设立“创新学习与实践”环节,在创新训练中心实施。针对该环节,编写特色培训教材。2.创新训练中心对创新能力分阶段培养,骨干创新人才与普及人才共同发展。实施创新能力培养的分层次、不间断递进式培养。初级创新训练阶段:以一、二年级学生为主,以学科竞赛为依托,吸引有创新积极性的学生,通过学科竞赛,提高学生的力学理论水平,初步了解结构设计,结构模型的制作方法,同时结合工程实践了解工程管理、成本分析和安全质量管理等方面的知识。中级创新训练阶段:以二、三年级学生为主,以大学生科技立项、“挑战杯”大学生课外科技作品、大学生创新性实验项目、设计院或施工企业技术革新技术改造项目等为依托,以综合设计和自主创新能力训练为目标。高级创新训练阶段:以三、四年级学生和一年级研究生为主,以教师科研项目和企业工程技术项目为依托,如大型桥梁的施工监控项目、合作企业的施工技术难题、设计院的创新结构设计和工程结构的改造加固研究等,并及时将这些工程实践融入到本科毕业设计或毕业论文中去,以训练学生的工程实践创新能力。
(三)构建创新人才培养支持体系
1.建设力学理论与工程结构相结合、循序渐进的课程体系中心的训练课程与内容将注重力学理论与工程结构结合。对初级训练阶段的学生开展材料力学、结构力学等基础性的力学理论专题培训,夯实其基本理论与基础,提高学生学习力学理论课程的积极性与兴趣。对中级训练阶段的学生开展结构设计原理、钢结构设计原理、有限元软件分析等专题培训,增强学生的综合应用能力,做到学以致用。对高级训练阶段的学生开展大团队创新项目训练,以企业的施工技术研究、设计院的创新结构设计项目、工程结构的改造加固项目以及全国大学生结构设计竞赛为依托,引导学生自主研究,充分挖掘学生的创新潜能。创新训练课程体系打破传统以“教师为主”的被动接受知识的教育模式,向以“学生为主,教师指导”的实践型和创新型的人才培养模式转变,让力学理论知识与实践结合更为紧密。2.加大软硬件投入通过加大创新训练中心软硬件投入,共享学科专业平台资源,进一步扩大学生受益面,建设一个能够同时容纳200人以上的完全开放的创新创业人才培养平台,每年吸引超过800名本科学生进入创新中心,力争累计训练学生数达15000人天/年。训练项目来源多样化,通过参与教师科研转化项目、企业技术革新和改造项目、大学生创新性实验项目和中心招标项目,支持学生的科学研究、创新结构设计以及毕业设计等实践教学活动。3.构建大学生学科竞赛支撑平台中心组织开展系列大学生学科竞赛活动,如大学生结构设计竞赛、周培源全国力学综合竞赛、“挑战杯”大学生课外科技作品竞赛、结构力学竞赛、基础力学实验竞赛等,培养学生的创新思维能力、实践动手能力和团结协作精神。组织宣讲会、成果展览会,调动学生参与学科竞赛的积极性,扩大参与各类学科竞赛的人数,确保每年各类赛事参赛的学生人数在300人以上。以学科竞赛丰富学生课余生活,既培养了学生的创新意识,同时也改善了学风。4.构建产学研合作教育平台充分发挥高校人才和科技的优势,积极开展校企合作项目的拓展和申报。创新训练中心每年寻求多家设计院或施工企业进行合作,吸引企业深度介入大学生创新训练的全过程,培养工程实践创新能力突出的土木特质人才;鼓励学生参与校企合作项目,促进土木工程教育回归实际工程。一是积极走产、学、研相结合的路子,促进科技成果尽快向生产力转化;二是采取“请进来”、“走出去”的办法,积极深入到企业中去,了解、发现并帮助企业解决生产、技术与管理中存在的问题,培养学生在生产中发现问题的意识和解决问题的能力,提高科研兴趣。5.建设院校交流与合作管道以创新培训为主题,通过与湖南省人力资源协会协调,建立与省内兄弟院校长期交流与合作的管道,吸收和接纳兄弟院校的教师和学生到创新中心开展实习和专题培训,中心安排经验丰富的教师进行指导。中心定期派出业务专精的教师深入兄弟院校进行现场指导,积极参加土木工程各类教学实践研讨会议,学习有效的创新教育理念和先进的管理方式。同时积极申请承办中南地区大学生结构设计竞赛和湖南省大学生结构设计竞赛,增强与省内外兄弟院校的交流与合作。6.完善网络管理和创新学习平台不断完善大学生科技交流平台,完善土木工程创新训练网站,公布创新训练基地的全部实践活动,包括培训时间、内容、各类创新项目申报情况、学术研讨活动、仪器设备使用现状等。创新项目申报,各类科技竞赛活动的组织等工作的网络化管理具体由创新训练中心办公室完成。
三、土木工程大学生创新训练中心的运行与管理模式
中心成立跨学科、跨部门的创新训练专家指导委员会,对大学生创新训练中心建设发展、学术交流、日常运行进行指导和监督。建立校内学生的准入和退出机制。创新训练中心面向全校学生开放,凡对土木工程相关结构的创新设计或结构模型制作有兴趣的学生都可以以团队形式申请,经考核批准后进入中心,可参加中心学期培训及暑期培训,有资格选修中心的专有课程,可使用中心会议室进行会议或者学习活动;中心采取项目管理制模式进行运作,学生可以自带项目,经评审批准后进入中心;中心也可以设立项目面向学生进行招标,获准立项的学生进入中心;省级以上大学生研究性学习与创新性实验项目团队、学科竞赛决赛团队,经申请批准后进入中心。中心将为学生提供开展创新活动所必须的场地、仪器设备条件,并配备指导教师。在规定时间内未达到项目要求或未取得实质进展的应作相应处理。建立经费保障机制。合理利用学校的学科竞赛经费,积极参与各类学科竞赛,对学生正常开展的创新活动一律不收取任何费用;积极组织学生开展大学生创新性实验项目的自主申报工作,争取教育厅和学校的项目和经费支持;建立学生参与教师科研项目机制,扩大创新项目经费来源;与企业长期稳定的合作,争取企业的创新基金,解决资金投入与发展的瓶颈问题,做到专款专用。构建训练目标考核评价指标体系。建立创新训练目标管理指标体系,研究主要观测点及评价办法,体现激励与约束相结合、以激励为主的原则,重在培养学生的结构创新思维和创新能力。
四、结语
1项目教学法
1.1项目教学法的理论指导———CDIO理论指导
CDIO理论由美国麻省理工学院(MIT)发起,其中C代表构思(Conceive)、D代表设计(Design)、I代表实施(Implement)、O代表运行(Operate)。基于CDIO的项目教学法以实际产品项目为依托,重在培养学生对于项目的构思、设计、开发和实施能力。在参与并实施项目的过程中,学生将吸收世界先进的工程理念,不断提高创新能力、组织沟通能力、协调能力和工程素质。CDIO理论是工程训练项目教学法有力的理论指导。
1.2项目教学法在工程训练中的实施要求
工程训练项目教学法要求工程训练的环境向准企业转型。项目教学法要求学生完成实际产品生产,实践教学环境也应该突出现场、突出实践,也就是说工程训练环境应该向模拟企业或模拟工程的方向发展。学生需要在接近企业实际生产的工程训练中完成具体的生产过程,进行真实产品的生产、组装、调试和运行,从而保证了学生“现在所学的”与“现在企业所用的”相一致,更进一步保证了学生“将来要做的”与“毕业时企业所要求的”相符合。
1.3项目教学法的课程目标
项目教学法要达到教学目的,对教学项目的甄选尤为重要。工程训练项目教学法的教学重点在于培养学生的实践动手能力。教学项目应该能体现工程训练的各个环节,在完成项目的过程中,学生在教师的指导下参与完整的构思、设计、生产、安装、调试及运行全过程。在构思、设计环节特别强调学生充分地发挥创新精神。通过实际项目产品的生产把以往的单机训练模式转变为由多个实践训练环节有机结合的训练模式。
1.4项目教学法的评估
项目教学法的评估即为学生的工程训练成绩,包括学生的动手实践操作能力的评价、参与项目的团队协调能力评价、产品生产责任感评价、产品生产效率、产品的运行情况评价等。指导教师在项目实施的各个环节根据学生的各项表现,给予打分,最后分数总和即为工程训练成绩。
2工艺手电筒项目实践实例
手电筒在日常生活中使用较多,学生对其结构特点比较熟悉,研发生产相对简单。工艺手电筒项目,主要培养学生的实际产品研发设计能力以及实践动手能力。
2.1项目立项
工艺手电筒的项目研发要求是满足照明功能,外观设计美观大方,握持舒适,携带方便。
2.2整体结构设计,确定设计方案
学生进行市场调研,分析观察,在指导教师的指导下,确定手电筒设计方案:第一,根据节能原理,确定选择LED灯头,耗电小,发光强;第二,根据外观要求,满足美观耐用的特点,同时还要能够形成导电回路,从而确定手电筒材质为铝合金;第三,满足握持舒适,方便携带的要求,确定手电筒整体外形尺寸为:高110mm左右,最大直径30mm左右;第四,要求能够支撑固定灯头、电源及电池,手电筒选用金属材料,结构可分为灯头、套筒、端盖3个部分,为保证各部分之间紧密相连,方便组装及更换电池,采用螺纹连接的方式。
2.3具体零部件设计
2.3.1灯头部分高度30mm,直径28mm,一端设有台阶,用于安装玻璃罩,另一端为M30×1的内螺纹,用于与筒套连接。如图1所示。
2.3.2套筒部分高度90mm,直径28mm,外壁加工出花纹,美观的同时,还可以防滑,方便使用者握持;套筒左端为M30×1外螺纹,用于与灯头连接;距离此端25mm处有一直径9mm的电源开关孔;套筒右端为M26×1内螺纹,与端盖连接。
2.3.3端盖部分高度25mm,直径28mm,一端为M26×1的外螺纹,与筒套连接。如图3所示。
2.3.4其他配件考虑到制作成本等原因,其他配件,如LED灯头、按钮开关、电池架等、塔形弹簧等,可采用外购形式,由学生进行组装。
2.4项目实施过程
2.4.1加工灯头材料为直径32mm铝合金管材,通过普通车削加工成形,使用机床型号C6132车床,刀具为普通端面车刀、外圆车刀、内孔车刀和切断刀。螺纹用M30×1机用丝锥及自制工装进行加工。
2.4.2加工筒套材料为直径30mm铝合金管材,通过普通车削加工成形,使用机床型号C6132车床,刀具为普通端面车刀、外圆车刀、内孔车刀、滚花刀和切断刀。两端螺纹分别用M30×1板牙、M26×1机用丝锥及自制工装进行加工。电源开关孔的加工采用台式钻床和自制夹具,钻头为9mm麻花钻头。
2.4.3加工端盖材料为直径30mm铝合金棒料,通过车削加工成形,使用机床型号C6132车床,刀具为普通端面车刀、外圆车刀、内孔车刀、和切断刀。螺纹用M26×1机用丝锥及自制工装进行加工。
2.4.4测试、改装外购配件用万用表对外购的LED灯头、开关等配件进行测试,并对所购电池架进行改装。
2.4.5产品整体组装调试学生将已加工完成的手电筒及各种配件进行组装,并进行调试、检验。
2.5项目评价根据工艺手电筒产品的构思设计理念、产品外观、使用功能以及学生在生产过程中各个环节的加工操作情况,指导教师给予最终的项目评价。
3结语
关键词:土木工程;系统性和综合性;论文和科研训练;创新实践改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)01-0036-03
为进一步推进工程教育教学改革,借鉴世界先进国家和地区高等工程教育的成功经验,树立“面向工业界、面向未来、面向世界”的工程教育理念;以社会需求为导向,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,培养适应我国经济社会发展需要的工程技术人才;选择土木工程专业进行“卓越工程师培养计划”的工程实践与创新能力改革与实践研究势在必行。为推进土木工程专业“卓越工程师培养计划”的实施,建立以创新能力为核心的人才培养模式,改革课程内容、知识学习方式、考核方式和评价标准,加强实践教学及能力培养方式等关键环节。实施“全过程、递进式”的实践教学体系,建立稳定的大型企业实习基地,培养学生的动手能力、基本技能、表达能力和工程综合能力,创建高校和行业企业联合培养人才的新机制,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量土木工程技术人才。
一、土木工程专业培养目标
根据土木工程行业特征和土木工程教育特色以及企业培养目标,要求学生将所学的理论知识和工程实践紧密结合,在工程设计的实践过程中,能够运用科学的方法和手段,以及所学的基础理论和专业知识,去发现、分析和解决实际工程问题,能够参与项目开发和工程设计,能够进行项目立项阶段、可行性研究阶段、设计方案比选、初步设计、技术设计、施工图设计阶段的设计工作,具有专业软件的应用和开发能力,具有从事科学研究和科学实验的能力,具有一定的判断能力和创新能力,具有独立的分析问题和解决问题的能力,具有一定的市场经营和开拓能力,因此有必要要求学生在企业工作和学习,结合工作实践,进行论文选题,完成论文的研究工作。
二、土木工程专业培养标准及培养体系
在企业的学习和工作,应使学生具有良好的思想品德、道德修养;具有高度的社会责任感和吃苦耐劳的敬业精神;能够运用科学的方法和手段进行独立分析问题、解决问题的能力;掌握土木工程领域有关技术标准、规范并熟练使用;熟练掌握专业软件的应用,并初步具有专业软件的开发能力;具有一定的科研能力和实践创新能力;具有项目规划及工程管理能力;具有一定的行政能力,能有效地与人沟通与交流,能够与人协调以及整合可利用资源的能力;了解国内外建筑工程承包市场,具有开拓国内外建筑工程承包市场的意识和能力;掌握本领域最新技术发展趋势,具备收集、分析、判断、归纳和选择国内外相关技术信息的能力;能够应用外语交流,具有良好的国际观,了解国际先进的建筑材料、建筑技术和设计标准,与国际同行业接轨。在培养学生终身学习、勤奋、进取、不断创新,企业、行业和社会发展,自己的人生观和价值观等方面获得能力。学生在企业学习阶段,将在学校聘任的、具有高级技术职称的企业设计工程师以及学校指派的业务水平高、责任心强、具有工程实践经验的教师(双导师)的指导下,完成毕业论文(设计)的工作。毕业论文(设计)选题直接来源于企业工程设计实际或者具有明确的工程背景和应用价值,能够使学生通过工程设计中关键问题的研究,获得较全面的基本训练,培养能综合运用科学技术理论、方法和手段,独立解决工程实际问题和担负专门技术工作的能力。论文应在双导师的指导下由学生独立完成,论文形式主要是工程设计类、结构分析软件应用类、结构监测和试验类或工程管理类,论文评阅人和答辩委员中均应至少有一名来自企业部门的专家。
三、土木工程专业论文和科研训练的基本要求
根据土木工程专业培养目标、标准和培养体系,学生论文选题和科研综合训练应直接来源于土木工程实际或具有明确的工程背景,其研究成果要有工程实际应用价值,拟解决的问题应有一定的技术难度和工作量,也要求具有一定的理论深度和先进性。因此可从大土木工程领域中多方面选取,如:(1)工程结构设计与静动力力学分析;(2)大型构筑物的施工技术研究与应用;(3)大型构筑物现场监测与试验研究;(4)应用基础性研究、预研专题,如结构抗震与防灾减灾;(5)一个较为完整的土木工程技术项目或工程管理项目的规划或研究;(6)高层建筑结构或大跨钢结构设计;(7)桥梁设计和施工监测;(8)路基路面设计和施工监管;(9)高边坡与深基坑工程设计;(10)隧道结构分析与工程设计;(11)地铁区间和车站结构设计等。对于论文形式可以是工程设计性或研究性论文。论文主要应包括以下部分:中英文摘要、关键词;独立完成与诚信声明;选题的依据与意义;国内外文献资料综述;论文主体部分:研究内容、设计方案、分析计算、实验研究等;结论;参考文献;必要的附录(包括企业应用证明、项目鉴定报告、获奖成果证书、设计图纸、程序源代码、等)和致谢等。对于论文的内容可以要求有:(1)文献综述应对选题所涉及的工程技术问题或研究课题的国内外状况有清晰的描述与分析;(2)综合运用基础理论、科学方法、专业知识和技术手段对所解决的工程实际问题进行分析研究,并能在某方面提出独立见解;(3)论文工作应有明确的工程应用背景,有一定的技术难度或理论深度,论文成果具有先进性和实用性;(4)论文工作应在导师指导下独立完成。论文工作量饱满,一般应至少有一学年的论文工作时间;(5)论文写作要求概念清晰、结构合理、层次分明、文理通顺,版式规范。对于不同领域或形式的工程专业论文应有不同的具体要求,如:(1)工程结构设计类论文,应以解决基础建设或工程实际问题为重点,设计方案正确,布局及设计结构合理,力学分析数据准确,设计符合土木行业标准,技术文档齐全,结构设计方案能够投入实施或通过了相关业务部门的评估;(2)应用基础性研究类(包括应用基础研究、应用研究、预先研究、实验研究等)项目论文,综合应用基础理论与专业知识,分析过程正确,实验方法科学,实验结果可信,论文成果具有先进性和实用性;(3)工程结构力学分析和设计软件应用类的论文,针对实际工程结构应用背景,要求分析合理,总体结构力学建模正确,应用程序编制或工程软件应用正确,文档规范,并通过结构工作状态测试或可进行现场演示;(4)土木工程和施工技术管理类的论文,应有明确的工程结构应用背景,建立项目管理过程和经济概算预测及评估,研究成果应具有一定经济或社会效益,统计或收集的数据可靠、充分,理论建模和分析方法科学正确;(5)工程结构施工监测和结构试验类论文,针对实际工程结构施工现场,如桥梁、道路和大型结构物施工过程监测,关键结构的强度和动力学性能试验等。掌握试验和监测设备的使用技术,监测和试验数据可靠、翔实。论文阐明试验结果在具体结构现场的应用和有效建议。
四、土木工程专业论文和科研训练的质量评价体系探讨
如何评价学生的学习效果是关系到土木工程专业教育是否能达到培养目标的至关重要的问题。因此,有必要研究和科学制定有效的评价指标,来对学生的各种能力进行综合评价,实现多样化考核方式,包括产业界专家对学生实践能力的评价。通过引入企业质量管理理论,探索土木工程专业“卓越工程师培养计划”的实践教学质量管理模式,加强对实践教学各环节的全员、全程和全方位质量管理与监控。然而对学生论文和科研综合训练的质量管理则要对不同领域或形式的论文,根据论文内容的重要性给予不同的权重系数进行论文的质量评价与控制,见表1、表2。
五、结论
在我国经济发展转型升级与全面提升国际竞争力的关键时期,培养造就一大批创新能力强、适应我国经济社会发展需要的工程技术型人才,是增强我国核心竞争力、建设创新型国家、走新型工业化道路的必要条件。改革现有的工程技术人才培养模式,实现理论教学与实践教学有机统一、学校学习与企业实践有机结合,学生的知识、能力、素质有机协调发展是必要的。根据自身实际和专业特点,改革人才培养模式,根据社会需求和人才培养规律,制定相应的培养方案;重新构建课程体系,并进行整体优化,着重处理好知识传授与能力培养、理论教学与实践教学、基础课程与专业课程、培养口径与和职业要求等关系,形成有利于培养工程师应具有的知识、素质和能力的课程体系和实践教学体系。改革教学内容,删繁就简、推陈出新,增加新兴科学技术和工程应用知识;充分利用行业优势与特色,进行产学研合作,建立互动共赢、各负其责的校企联合培养体系,充分发挥企业在土木工程专业学位论文和科研综合训练等实践环节培养过程中的重要作用。
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