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培养模式机电行业是国民经济的基础性行业,是国家经济的支柱性产业,其发展水平对保持工业持续竞争力具有举足轻重的地位[1]。机电专业的本科教学是以培养具备机械设计制造基础知识与应用能力的高级工程技术人才,使其具备应用机械、电子、传感、测试和计算机技术,从事机电设备及其自动化技术的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的能力[2],而我国现阶段正处于从制造大国向制造强国转型的关键时期。尽快实现这一重大转变,人才是关键。培养大批适应制造业发展急需的机电专业人才,对我国机械工程高等教育既是严峻的挑战,又是难得的机遇[3]。工科领域人才培养有别于其它学科,学生不仅需要掌握专业基础知识,更需要具备解决工程实际问题的能力及创新精神。知识是可以传授的,但实践能力是无法传承,必须经过不断实践和积累才能获得。
根据社会发展,我们探索出一套适应机电人才分类培养的实践教学体系,以期解决当前高等教育中实践环节的“短板效应”难题,创新了人才培养模式,提出了一种满足个性培养的多元化、多层次的实践教学模式,既能培养学生的理论创新能力、科研实践能力和工程创新能力,又能激发学生对学科专业和科学研究的兴趣。
1. 培养模式的思路和定位
坚持用产学研相结合来培养学生的各种能力,以应用性、实践性和创新性为导向,兼顾学生的个性与特长,兼顾学生人文素质和创新能力的培养,结合冶金企业和机械电子工程专业特色将相应的科研经验引入到教学中来,并建立相应的产学研基地,与机械电子工程专业相关的企业发展密切合作关系,构建良好的产学研运行机制。
2. 打通多样化机电人才培养通道
人才培养方案对实现人才培养目标起着重要的作用。本专业主要培养具有宽厚知识和职业能力的应用型人才,以适应社会发展和市场需求为前提[4-6]。以人才终端市场对人才的期望为导向的产学研合作教育模式。到机械电子工程专业学生毕业的去向市场做调研与考察,以他们对毕业生的期望作为我们努力的方向,让教师的科研尽量与这个目标吻合,学生的实习场所也以此为据进行取舍。了解往届毕业生和用人单位对教学改革的意见,调整培养方案适应市场需求。解决目前教学中出现的高分低能的问题,让我校培养的机械电子工程专业学生与人才终端市场形成无缝连接。
2.1 建立教学科研互动的实践教学模式
充分利用校内的科研平台与实习基地,将实践教育与科研相结合,建立教学与科研资源共享的平台。并探索渐进性实践模式:先开始校外实习,接触科研环境,培养科研兴趣,夯实基本功;接着增加校外实践,提高理论结合实际能力;最后加强专业与科研实践,提高学生的创新能力和科研素养。
2.2 探索多样化的合作教育实践模式
开展符合学科特点的多种方式产学研合作教育。学生走出去到企业与研究所等生产第一线实践;将企业与研究所的专家请过来讲学;学校与企事业单位合作创建实习基地,可以同时培训在校生与员工,并让他们互相学习,互相促进等。
3.构建多元一体的实践教学体系
机械电子工程专业所在学院拥有机械基础实验国家示范中心、省部共建重点实验室,电路实验室、微机原理实验室、PLC控制实验室、控制原理实验室、机械测试实验室、液压传动实验室、气压传动实验室、流体力学实验室、电液伺服控制实验室、数控加工实验室等教学实验室等各种先进的教学设备。
本专业依托钢铁行业,在冶金机械、智能机械、数字制造、机-电-液系统及其控制等方面形成了优势,建立了基础研究、应用研究和工程化应用及产业开发有机结合的科研体系。提倡学与用相结合,得到全面开放型的教学模式。教学上鼓励学生参与教学实践,并对参与教学实践较好的学生进行奖励。教师要充分利用各种资源将教学从课堂延伸到课外。鼓励教师探索符合学科特点的科研项目,让教师做到学用结合,提高学习能力和应用知识的能力,促进学生的创新品质与个性发展。
构建多元一体的实践教学体系。充分利用校内外多种教育资源,创造开放的环境,让学生主动参与实践,从中发现问题和解决问题。强调学生在实践教学过程中的中心位置,着重培养学生综合分析解决实际问题的能力和创造能力。
4. 教学改革的主要措施及方法
让课程内容具有“广范”、“浅显”、“新颖”、“实用”的特点。“广范”是指学科知识覆盖面要宽广;“浅显”是指将理论深度适度,贴合学生毕业后的去向环境;“新颖”是指授课中不断将与机械电子工程专业相关的最新知识加入课程,且所用案例也不断更新;“实用”指针对机械电子工程专业学科知识的传授要以应用性为导向。采用教师引导、学生参与的体验式教学方法。要求教师在课堂教学中灵活运用多媒体、案例、模拟训练、专题讨论等多种形式,注重观念引导、知识传授与技能培养的有机结合。采取多样化的考核办法,如课程笔试、口试、实习报告、调研报告、科技创新、职业证书等方式。学生的平时成绩占总成绩达50%;期末考试成绩占50%。
5. 结束语
改革措施实施后的实践教学模式丰富了教师的教学素材,教学更贴近社会和技术发展,学生通过多渠道的融入生产和科研实践,分析和解决问题的能力得到培养和提升,几年实践表明这种教学方法探索效果良好。
参考文献:
[1]龙腾发,李明顺,陈孟林等. 建设有地方特色的环境工程专业的探索与实践[J].高等理科教育,2008,(2): 88-91.
[2]Wang Y,Yu Y,Xie C,etal.Mechatronics education at CDHAW of Tongji University:Laboratory Guidelines, Framework,Implementations and Improvements[J].Mechatronics,2009,19(8):1346-1352.
[3]中国机械工程学科教程研究组.中国机械工程学科教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
[4]梁燕.对发展应用性本科教育若干问题的思考[J].长春工业大学学报(高教研究版),2008,29(4):2-22.
我国高等工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的中国工程师,然而我国工科的教育实践中还存在不少问题,如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等问题。mc.kinsey global institute 在2005年10月发表的一份报告称,2005年我国毕业的约60万工程技术人才中适合在国际化公司工作的不到10%,其中的原因,他认为“中国教育系统偏于理论,中国学生几乎没有受到project和团队工作的实际训练,相比之下欧洲和北美学生以团队方式解决实际问题”。国内外的经验都表明cdio的理念和方法是先进可行的,适合工科教育教学过程各个环节的改革。
1 cdio工程教育介绍:
cdio工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得knut and alice wallenberg基金会近2000万美元巨额资助,经过四年的探索研究,创立了 cdio 工程教育理念,并成立了以 cdio命名的国际合作组织。
cdio代表构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)和运作(operate) ,它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。cdio培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
2 cdio工程教育模式在机械电子工程专业人才培养中的应用:
机械电子工程专业培养目标是培养具有机械工程、电气工程、控制科学与工程、计算机科学与技术等学科基础理论和基本知识,具备现代科技理念、综合人文素质、较强的创新精神和工程实践能力,能够从事机械和机电装备与系统的设计制造、研究开发、设备维护和运行管理的复合型高级工程专门人才。
山东理工大学是一所以理工为主的多科性省属重点大学,于2009年初加入cdio。机械电子工程专业2010年被教育部批准为新上专业,机械电子工程专业作为cdio培养模式的试点专业。我们的改革目标是通过注重培养学生系统工程技术能力,尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力,以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力,吸收世界先进的工程教育理念,建立符合国际工程师认证的课程体系。为此,我们选定国际上公认的cdio工程教育理念。将cdio项目按规模和范围划分为三个模块,第i模块为包含本专业主要基础核心课程和能力要求的项目;第ii模块为包含一组相关核心课程、能力要求的项目;第iii模块为增强课程能力与理解而设的项目。
基于cdio工程教育理念而设计的人才培养模式中最重要的组成部分,是机电系统设计与制造i、机电系统设计与制造ii、机电系统设计与制造iii三个综合项目的设计和实现。分别设置在不同的教学学期,每个综合项目都是对学生某一方面知识和能力的锻炼和考核,往往涉及到多门核心课程。选定移动机器人作为项目对象,贯穿于三个一级项目。具体内容包括如下几个方面:
2.1 完成机械结构设计的概念设计。
机械电子工程专业学生培养过程中的机电系统设计与制造i项目训练,开设在第四学期,时间安排2周。学生在教师指导下通过对移动机器人这一典型机电一体化产品的解剖,了解其各个关键部件(包括机械系统组件和控制系统组件)的具体结构和连接方式,从而提前了解本专业核心内容与实际产品的关系,以工程师的角度去面对即将开始的专业课程学习。通过早期项目的构思和设计,激发学生兴趣,进行初步的创新思维与产品构思训练,并在一定程度上建立起与专业相关的整体概念。
根据这一总体要求,需要综合考虑在机械电子方向所必须的专业课程和基础课程的相关要求,重点考察学生将所学知识点运用到实际工程项目的能力并同时达到对其进行锻炼的目的。
2.2 完成机械构件运动原理综合考察的规划设计。
机械电子工程专业学生培养过程中的机电系统设计与制造ii项目训练,开设在第六学期,时间安排2周。在第四学期一级项目的基础上,本次二级项目进一步要求学生通过团队合作的方法完成机器人整体结构的设计。通过具体给定不同的设计参数和机器人操作任务,由学生自由组成团队,合作完成机器人各关本文由收集整理键部件的详细设计,要求每个学生独立完成给定的局部设计任务,并保证团队内部学生设计的各个部件之间的良好连接。
在设计的工程设计中,满足给定的输出运动关系,并进行必要的运动分析是工程设计的最基本要求。结合学生在测绘环节对机器人总体结构和关键部件的认知,此环节需要给出机器人的运动关系,并在此基础上进一步根据指导教师的设计要求进行修正,实现新的运动关系输出,达到运动学设计的基本要求。
具体的机器人产品,要求整体上各关节运动灵活,能够满足一定的运动范围和运动速度要求。因此必然在结构上具有特定的参数要求,对于关键的技术参数,需要进行整体规划和论证,并提出具体的设计方法。
2.3 完成机器人控制系统设计。
机械电子工程专业学生培养过程中的机电系统设计与制造iii项目训练,开设在第七学期,时间安排3周。在第四学期和第六学期两个一级项目的基础上,本次三级项目进一步要求学生通过团队合作的方法完成机器人控制系统设计。通过单片机、工控机、plc等方案对第i、ii模块确定的项目进行控制系统设计。培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识,独立进行机电产品设计工作,掌握机电产品中控制系统设计的一般程序和方法,并结合设计进一步巩固和扩大知识领域。
三个综合项目的完成,标志着学生基本掌握了机器人的总体方案设计、机械结构设计、控制算法设计、控制系统硬件和软件设计等关键技术,同时这些技术可以触类旁通的用于其它相关产品的设计与制造。在每一届学生中选择设计较为出色的部分产品,进行实际加工制作,一方面是对学生的激励,同时也可以作为以后学生的研究对象。由于三个综合项目依次承接,最终的产品完全是学生自己设计,因此,更利于学生掌握机电产品的整个设计、制造、控制和维护的流程,更能激发学生的学习兴趣。
3 实施效果:
关键词: 高职机械电子工程 创新教学 教学模式
1.引言
机械电子工程专业的集成性较强,整合了机械专业、电子专业及计算机专业的相关知识,学科内容十分复杂与丰富,有着很强的应用范围。近些年来,电子行业及控制技术行业的快速发展,使得机电系统的发展不断信息化与智能化。加强高职机械电子工程专业课程创新教学模式的研究,对于高职机械电子工程专业的教学质量提高有重要的意义。
2.机械电子工程专业教学模式的改革创新方法分析
机械电子工程专业的教学模式有一定的独特性,某些学校近些年来都在进行机械电子工程专业的建设,希望用此专业的建设提高本学校人才的市场竞争实力,促进学生就业能力的提高。学校利用广泛与全面的市场调研进行岗位需求的了解,对人才所要掌握的知识进行分析,借鉴国内外先进的教学经验,加强机械电子工程专业的设置与建立。机械电子工程专业所涉及的专业课较多,如工程测试技术课程、机电一体化课程及计算机控制技术课程等,都在机械电子工程专业学生的学习范围之外。学科过多,使得机械电子工程专业的教学很难得到有效整合,加强教学模式的改革创新十分重要。
2.1加强教学目标的明确。就高职院校的机械电子工程专业课程发展特点讲,加强应用型人才及创新型人才的培养是高职机械电子工程专业课程教学的重要目标。教育工作者需要对学校内的教学资源及社会上的教学资源进行开发,将课程教学延伸到课前与课后,让高职院校的学生了解机械电子工程专业的学习意义,使学生具有创新学习的意识。只有教学目标得到明确,学生的知识与能力发展才能得以协调,促进学生建立科学的学科知识与实践体系。教师要加强多层次与多方面的实践训练,使高职院校机械电子工程专业的学生全面发展。
比如在教学电路分析的相关知识时,教师可以利用实训基地学习及实践平台学习等方法,加大学生的实践学习活动力度。利用第二课堂,使学生认识到电路分析相关知识的应用价值。教师可以组织学生进行实践竞赛,使学生在实践中找到学习目标。
2.2加大演示教学力度。演示教学活动的开展,对学生的机械电子工程学习思维的开发有重要作用。演示教学可以将抽象的专业知识向形象化转化,使学生从感性的角度对机械电子工程专业知识进行认识,提高学生的操作水平。教师要关注演示教学的价值,利用演示教学引导学生对问题进行分析与解决,使学生在思考中获取机械电子工程专业知识。思维的培养是增强学生学科学习能力的重要方法。教师可以利用实验教学,让学生在实验中体会机械电子工程专业的知识。
比如在讲解电子控制相关知识的时候,教师可以设计科学合理的实验,让学生在观察实验的过程中提出问题,使学生了解专业知识的来源。另外,教师也可以引导学生参与到实验当中,成为实验学习的主体,让学生成为教学演示者,从中体会机械电子工程专业知识的学习乐趣,提高学生的学习积极性。
3.高职机械电子工程专业课程教学体系教学方法
高职机械电子工程专业课程创新及教学模式的开发,都需要专业理论的指导。教师要引导学生开展正确的学习,就要对教学理论进行科学化处理。在科学的教学理论的指导下,教师的教学行为会更合理。
3.1在机械电子工程专业教学中融入素质教育。高职院校学生需要将素质教育融入机械电子工程专业教学中,使学生的就业能力与素质得到提高。教学要让毕业学生具有良好的职业能力,更要让学生对职场环境的变化进行适应。培养学生的创新能力及自主学习能力,引导学生建立起合作意识及较强的心理抗压能力,只有这样高职机械电子课程的创新力度才有可能提高。
3.2机械电子工程专业教学要以够用为准。在进行机械电子工程专业教学时,教师要坚持必需与够用的原则。教师要利用正确的教学与言语让学生认识到机械电子工程专业知识的工具性与实用性,让学生在掌握基本知识的基础上进行实践能力的提高。教师要掌握教学的度,不能为了实现教学内容的丰富不断在教学活动中加入新的内容,为学生带来不必要的学习负担。
4.结语
高职机械电子工程专业课程教学的创新是其学科发展的必然方向,也关系到高职学生的个人发展。希望教育工作者正确对待这项教育工作,融入创新因素,促进高职机械电子工程专业学生的快速发展。
参考文献: