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关键词:数字化工厂(DF);PLM系统;教学模式改革
1. 前言
本文是基于“工业化”与信息化融合及国家大力发展职业教育的大背景下,结合工厂的实践及高等职业教育的教学实践,进行的关于职业教育改革的思考。
范围界定:数字化工厂(DF)概念很广泛,本文特指离散型制造企业,结合到职业教育中的具体专业包含但不限于“数控、模具、机电一体化、机械设计与制造等”。
2. 需求的提出
“教改、加强实践、基于工作过程的教学、项目式教学、体验参与式教学......"如今已经在广泛讨论和尝试,但最终到要落脚到我们的服务对象(制造业)上去,那么我们服务的制造业到底是怎么在运行、怎么在工作呢?这些如何纳入到我们的教学中去呢?师资队伍是否能够适应?教学素材是否切实可行?教学的课时和成本是否可以有效控制?教材如何匹配?
综合来讲,就是解决“学什么/教什么?怎么学/怎么教?”的问题。
3. 解决思路
从国家工信部的合并组建,到其提出的信息化“两甩工程——甩图、甩帐”,都可以用一个概念——数字化工厂——来描述先进制造企业。
“数字化工厂”就中国制造企业目前来讲,主要包括PLM和ERP两大系统,如下图:
图1 中等批量生产制造企业信息系统
而职业院校理工类教学主要是培养技术的技能,属于PLM系统的范畴,因此引入的数字化工厂教学平台就是指PLM系统,在此系统中,包含了设计、工艺、制造(编程与加工)、及此过程中的管理等方面;此数字化工厂教学平台系统具体包括以下几部分:
3.1.实践环境:将数控设备、计算机中心通过PLM软件系统集成为一体;
3.2.教学:采用项目式教学,开发如热气机、减速机、手机模具等一系列项目,通过一个个实际的项目课题组织教学,并贯穿始终;一方面让学生掌握这些信息化软件,更重要的是让学生自己动手参与这样一个从设计、出图、编工艺、编程序、加工操作全过程的实际项目,培养兴趣,锻炼对岗位的认识、工作过程的认识、强化实际操作动手能力。
3.3.教材:由于课程的连贯性更强、甚至是教学大纲也将有较大的调整,与“数字化工厂教学平台”相关的教材就非常重要。
3.4.师资培养:今天老师大多是从学校到学校,没有企业经验,需要借助校企合作帮助老师的提升。
今天制造企业中应用非常广泛的“CAXA数字化工厂——CAXA PLM”是很好的技术支撑平台,再加上其大量的制造企业经验及教学经验,是很好的选择。其构成平台如下图:
图2 CAXA数字化工厂模型
图3 依托CAXA数字化工厂平台进行项目式教学
4. 结语
如今随着国家对教育的投入力度加大,越来越多的中高职学校以示范校建设为契机,全力开展与企业接轨的专业建设,汲取企业的先进制造经验,其中数控、机电、模具等专业均建设数字化工厂项目,数字化工厂项目模拟企业模式,通过PLM体验中心、现代实训车间、8S管理等内容建设构建出数字化工厂模型,再配合企业应用广泛的CAD/CAPP/CAM/PDM/DNC等软件,完成数字化工厂核心内涵建设,并由此展开教学模式改革,做到真正与企业接轨。
参考文献:
[1] 新时代下数字化工厂产业形势分析探讨 。中国行业研究网.2013-4-2。
[2] 构建数字化工厂 。中科海德。
关键词:一体化教室;生产车间;实训车间
工学结合一体化教学场所是根据本专业的典型工作任务和学习情境,结合课程特点,为学生创设一个尽量真实的工作环境。这个场所设施布置得合理与否,对于学习过程、学习效果有十分重要的影响,根据专业特点和课程特点,机械制造类专业的一体化教学场所可以设置成一体化教室、实训车间和生产车间。
一、一体化教室
与纯粹的理论教室相比,一体化教室与生产设备更接近,按其功能可以分为专业理论教室、模拟教室、专业教室。
1.专业理论教室
在传统学科课程体系下的教学场所只具备一种教学功能,无法实现理论和实践的结合,而在工学结合一体化课程中,不再明确划分理论教学和实践教学,根据机械制造类的专业课程特点,如机械制图、测量技术等基础课程,可以在专业理论教室布置仪器仪表、设备(零部件)模型、技术标准、挂图表格等,这类教室可以将理论教学、学习讨论、查阅资料、小型零部件的拆装等融为一体,从而把理论和实践教学合二为一,学生也不再需要上完理论课以后,接着再去实验室或实训室进行试验或实训。
专业理论教室可配置多媒体讲台、实物投影仪、零部件陈列柜、图书资料柜等,在理论授课的同时,也能进行实验的演示,还可指导学生现场操作。在理论教室设立小组工作区,学生按小组就座,培养学生制订计划、评估计划的能力以及团队合作精神。
2.模拟教室
在机械制造类专业的教学中,全部依赖于真实的机械设备进行操作训练不现实,一般的学校也不具备条件,必须借助于模拟教室,除了数控编程与仿真以及CAXA、CAD/CAM等软件的学习之外,还需要模拟企业的生产过程,如PLM体验中心:建立前期的准备、获取信息、制订计划、实施计划、质量评估、反馈及成果应用六个环节,学生在设计平台学习机械制图、分析产品构造;通过工艺平台,根据产品进行工艺设计,并生成工艺卡片;依据编程平台,对工艺卡片的内容进行程序设计,并生成程序表;在加工平台(实训车间),根据图样、工艺卡片及程序表进行产品加工;最后在管理平台对产品的质量进行分析,并填写产品质量表。这样不仅实现了工作流程与校内学习的对接,也让学生能贴近岗位需求进行学习,而且使学生搜集处理信息的能力,分析问题、解决问题的能力和团队交流合作的能力得到了锻炼和提升。
3.专业教室
一些先进的高端设备,学生不可能人手一台设备进行实际操作,因此可以在专业教室中配置一套真实的设备,并在设备上配置视频监控,多媒体讲台便于教师在教学中接收数据、播放课件等,教师可以演示真实的设备现场,并通过视频投放到电子白板上,解决了学生“看不清楚”的问题,还可以把理论教学与实践教学有机地融合在一起,解决了因为教师、设备、场地紧缺与学生较多之间的矛盾。
二、实训车间
与专业教室相比,实训车间更强调一体化教学的实践性、真实性。按其功能可以将实训车间设计成单一功能和多功能的车间。
1.单一功能实训车间
根据典型工作任务或技能工种,设置单一功能的教学培训场所,如普通车工、钳工实训车间等,在同一教学场所配置多台配套相同的设备,主要用于学生学习的基本操作技能,便于教师的组织教学,也提高了设备和场所的利用率。
2.多功能实训车间
多功能实训车间是根据具体的职业或工种设计的,融该职业全部或多项职业功能为一体的教学场所,根据机械制造类企业生产产品的需求,配置生产性的加工设备,将教学环境与实际工作情境有机结合起来,让学生(或学习小组)完成某个综合任务或产品,使学生不再局限于提高某一项工作技能,而在几乎真实的工作环境中体验某个产品的生产过程(计划、控制、生产、检验以及核算),以提高学生的综合职业能力。当然在多功能实训车间也必须设置专门的学习讨论区,便于学生自主学习或讨论问题。
三、生产车间
引进与本专业相关的企业,建立“校中厂”,校企共建生产型实训场所,将企业的技术标准、管理规范和企业文化融入实训教学过程中,让学生在真实的生产现场中学习。企业兼职教师和学校专任教师共同承担教学任务,既促进了教师专业能力,尤其是实践能力的快速提升,也提高了学生的职业能力,有力地推动了学生身份的快速转变,使学生能以双重身份(学生、准员工)来要求自己,也降低了教学成本,变消耗性实训为生产性实训,实现了企业与学校的共赢。
通过对一体化教学场所的不断完善,在培养学生职业能力,提升教师的专业能力等方面取得了较大的成效,但也有很多因素制约着一体化教学场所的建设,还有待进一步的研究和探讨。
【关键词】“华峰班” 化工 工程教育
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2012)14-0005-01
石油和化学工业是我国国民经济的重要组成部分,我国化学工业的发展和技术的进步、化工园区及延伸产业链的发展,以及石化产业的可持续发展都需要大量化工技术人才,这就要求我们培养的化工人才要更多地贴近石化行业。而目前的化工教学乃至专业实验过于通识化、程序化、模型化,学生通过化工专业的学习,无法掌握解决实际问题的能力。本文总结了温州大学化工专业教师近几年来的科研方向,并对“华峰班”的3+1教学改革试点和对温州大学化工专业的教学和实验进行了一些创新,提出了一些比较实用的教学和实验思路。
一 构建以知识群落为基础的专业课程体系,切实推进课堂教学和实践教学模式的变革
化工专业课程体系主要由化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程、化学工艺学、化工设计六门课程组成,构成了化学工程与工艺核心专业课的主体。化工专业实验是化工专业课程体系的重要组成部分,也是化学工程与工艺专业必修的实践性课程。它是从工程与工艺两个角度出发,既以化工工艺生产为背景,又以解决工艺或过程开发中所遇到的共性工程问题为目的。现行的化工专业实验过于简单模型化,学生很难通过实验锻炼其分析和解决实际问题的能力。引进计算机仿真技术与现行化工专业实验结合,虽然拓宽与发展了工程实验的内容和可操作性,但工科学生真正的实践动手能力却得不到锻炼,更无从谈起培养学生的创造性思维方法。
本次改革的尝试从整合教师科研室、化工专业实验室和校外实践基地的硬件与软件教学资源开始,逐步建立理论教学与课内外实践教学融于一体的教学体系和平台。具体的做法如下:
第一,把部分课堂教学移入科研室进行,面对正在运行的科研装置进行现场教学。这样的教学模式将科研中涉及的化学工程基本原理,通过设备运行、教师讲解、学生操作这一过程,实现教师、设备与学生对话,使学生获得感性认识的同时,加深对化学工程原理的理性认识,并且对化学工业的科学研究前沿有一定的了解。例如,将工业催化中“固体催化剂颗粒内的质量传递”的教学内容与反应工程中“固定床反应器”一节的部分内容进行融合,以“固定床反应器及催化剂颗粒的内、外扩散消除”为教学内容,带学生参观并操作正在运行的固定床反应器,现场对学生进行讲解高压固定床反应器的内扩散、外扩散的消除方法,并让学生利用高压固定床进行石油化工的加氢脱硫实验研究。学生在这个过程中真正认识到一些基本的化学工程原理。回到课堂上,再结合文献,系统地讲解教材中没有涉及的消除内、外扩散的几种方法。这一教学和实验过程的统一不但提高了学生的学习兴趣和动手能力,又使学生接触到了科学研究的前沿内容。
第二,利用参观见习、生产实习的良好机会,在车间装置上进行现场教学。
在不到三年的时间里,学生积极参与教师的科研实践。化工专业教师的部分科研设备用于专业实验教学、课题研究内容部分纳入专业实验课教学内容,实现了科研与教学的高度融合。提高了学生学习的自主性、研究性、实践性和创造性。
二 温州大学特色的“华峰班”化工专业教学改革
作为地方院校,温州大学的办学宗旨是以培养创新应用型人才为主,服务地方经济和社会的发展。为提高学生在工作方面的能力,温州大学从学生的实际出发,基于企业和学校的实际情况,探讨并实现了“华峰班”学生教学与上岗实践的运行机制,深入推进了校企合作办学,基本实现了“双赢”和共同发展。其主要措施如下:
第一,在培养方案中,设置“华峰班”模块课程。在工程专家的指导下,根据企业的需要对培养方案进行部分修改,增设华峰提出的部分课程,使得学生在校期间所学的基本知识和专业理论更贴近于华峰实际的应用。在这种战略方针下,学生在企业的环境中真正做到知识和能力之间的无缝连接,缩短了岗位过渡时间,增加了学生的工程实践能力。
第二,丰富“华峰班”的内涵建设。明确学生进入企业进行生产实践过程中各个环节的具体内容和时间安排。细化学生在每个环节、每个时间段的具体任务,明确入驻教师和企业工程师的具体任务和职责。企业专门派一位工程师作为学生的导师,两者相互合作交流,并定期将学生的进展情况作阶段性总结,明确下一阶段的任务和职责,并对学生暴露出的一些问题进行批评指正。
参考文献
[1]余国琮、李士雨等.“化学工程与工艺”专业创新人才培养方案的制定与实践[J].天津大学学报,2005(1)
[2]高璠、高鑫等.将科研项目引入化工专业实践教学环节的尝试[J].实验室研究与探索,2007(6)
[3]张林香、王俊文等.化工专业实验教学改革的实践与探讨[J].实验室科学,2007(2)
[4]段东红、刘世斌等.化工类本科专业课程体系实践性教学环节改革方案的探索与实践[J].化工高等教育,2007(1)