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1.1基于逻辑式的规则表示技术
变量和规则模型可以对对象的知识进行规则的表示。在对象领域内的各种参数建模中都需要用到变量,例如,在设计注塑模时,利用浇注系统对象能建立2两个变量,分别为浮点型分流道长度与字符串型形状。在传统知识的处理工具中,采用字符串方式进行规则匹配,只有当规则前件中字符串与事实库中表示事实的字符串相等时,才可表示规则匹配。但是在实际应用中,这种处理方式还存在一些问题,例如当计算中存在变量数值时,就无法采用字符串匹配的方式进行判断,也就无法得知该变量是否大于其他数值。由于对象中存在变量,因此需要从逻辑上对变量的取值进行判断,确定其是否符合规则要求,逻辑式的规则表示技术使规则匹配方法更加便捷。这种表示技术不仅使传统知识处理工具获得了有效的拓展,还在极大程度上满足了知识推理过程在运算时的多样性需求。基于逻辑式的规则表示技术的构建从真正的逻辑意义方面达到了专家判断能力的目标。
1.2基于广义表的函数计算语言
在工程设计领域中,需要运用到较多的理论与公式,简单的知识表示规则并不能满足工程设计中众多理论的描述需要。因此应建立基于广义表的函数计算语言,才能使知识建模阶段的理论与公式集成更加丰富。
2面向工程设计的知识推理方法
面向工程设计的知识推理方法能充分利用规则系统进行前向推理与反向推理:首先将工程设计中需要进行求解的子对象搜索出来,然后尽量将系统推理集中在每一个子对象中进行,大大缩小推理范围,当每一个子对象的推理全部完成之后,再综合总体工程的设计。基于对象的知识推理算法范围涉及较多,包括查找求解对象、查找与应用求解知识、合并推理中间与结论的事实等。工程设计知识求解的子对象名称与求解方法都集中于该算法的工程设计层次结构的根节点中,并且具体子对象中还包含了该领域中的设计知识与变量,这不仅能有利于知识推理对工程设计的目标进行定位,包括总体目标与分目标,还可以尽量避免由于相关子对象的繁多复杂造成在知识应用于求解过程中的组合爆炸问题。由此可见,基于对象的知识推理算法有着十分明显的良好效果,适用于工程设计领域中的层次结构。
3基于逻辑式的规则推理方法
在建立知识推理方法后应建立规则的推理方法,由于规则是基于逻辑式的表示方法,致使其与常规推理方法存在一定的差距。规则的推理方法中,变量计算是由逻辑推理、计算方式、询问方式的有效结合共同实现的,其中,计算方式是由广义表中的函数语言计算得出,这一变量与其他变量是息息相关的,存在一定的经验关系;询问方式主要是由用户输入后得出的变量值。基于逻辑式的规则推理过程中,针对规则前件中各节点进行计算;如有未解的变量,应采用前述方式来求解;如节点变量已求解,应根据操作符逻辑进行真实性计算;若规则推理方法中的前件部分通过了真实性检测,而不确定值超过阈值且规则匹配,应计算后件节点的不确定度,并将真实性验证数据保存到事实库中,作为其他规则推理的理论依据。反之,作为规则无法进行匹配处理。
4结束语
机械类专业重在培养学生对机电类产品的结构设计,加工制造,强度设计、工艺分析以及相应的软件和设备的使用等方面的能力。因此,学生不像其它那些直接给予结构设计、强度分析等课程那么受重视。用人单位在招聘中也不太考查学生系统分析、控制设计等方面的能力。因此更加重了学生认为控制工程是一门次要的课程,不实用,凑学分,应付了事即可的心态。只有部分考研和对自己要求比较高的学生,还有些学习的积极性。从上面两个方面的分析,可以看出现行的机械类控制工程基础课程是有必要进行教学改革的。我们将从理论教学、实践教学、考试与评价三个方面进行教学改革探讨。
2.教学改革措施
2.1理论教学
(1)精炼课堂教学内容:在保证课程内容的严谨性、系统性和完整性的前提下,精选教学内容。为方便学生更好的消化、吸收和应用课程知识,重点概念、原理和方法讲深讲透,略讲或不讲了解性内容和使用较少的内容。教学过程中重点讲思路、结论和应用,弱化数学推导和证明,重在展示该工程化的一面。并将当前机电领域中最新应用的自动化技术和科研成果以及发展动态和趋势更新到教学中。不断丰富课堂教学的例子,生动课堂,开阔学生的视野,以至保持本课程教学内容的先进性。强化控制思想,让学生自己在控制器设计时,灵活运用,提高分析和设计能力。
(2)分层次教学:将课程内容分为认知性内容、核心内容认知性内容和重点难点拓展性内容三个模块。根据培养目标、教学对象、专业层次的不同,可以优化课时分布,掌握程度和要求不同进行分层教学,以缓解其中的矛盾,达到熟悉认知性内容,掌握核心内容,了解拓展性内容。增强了学生的学习兴趣、学习热情和自信心。
2.2实践教学
(1)引入Matlab:Matlab是最好的控制系统仿真软件,将它引入到教学中来,能运用Matlab软件作为实践平台,引导学生验证教材中的理论知识,针对一些具体的控制系统,分析和设计系统并进行仿真实验。仿真实验的重点是给定性能指标,让学生自己独立设计控制方案,进行控制单元设计、参数计算,画出图纸,编写说明书,模拟工程设计的全过程,并用Matlab仿真检验设计效果。这将大大加强学生根据系统的性能要求,适当结合一些具体控制装置,搭建和调试系统,较大提高学生的动手能力和独立思考的能力。
(2)以科研促进教学:控制理论是工程实际与数学原理、计算机科学相互融合的结果。在教学过程中,教师可利用多媒体表现力强、图文并茂的特点,用多媒体把一些简单的控制系统用动画的形式展现给学生,以及适时地增加一些与当前科研相关的重点、热点问题,这能拓宽学生的知识面、了解学科的发展动态。这样不仅能使学生加深对概念的理解,摸清控制系统的各环节,明确认识整个控制过程,还能极大的提高学生的学习兴趣,激发求知欲望,培养创新能力。若条件允许,挑选一些能力强,对科研有兴趣的学生,参加教师的科研项目和一些科技竞赛活动,达到教学和科研相互促进的效果。
2.3优化考评方式
控制工程基础内容多、涉及广、原理抽象、计算繁杂,较难仅用试卷成绩来评价学生对知识内涵的掌握程度。即不能仅考查数学公式掌握,更应关注学生对数学公式所表达的物理本质内涵的理解,和运用基本的控制原理解决实际问题的分析设计能力和动手操作能力。因此,需综合考评课堂上和实践环节中基础理论、基本技能以及在融会贯通上分析和解决问题的能力及综合素质。这种加强平时考核,在各个环节上严格要求学生,改变一考定终身的考核制度,对平时学习提出了更高的要求。有助于引导学生主动学习,促进形成好的学习风气,改善学生的成绩。
3.结束语
1.沿袭重理论轻技能的教学观念。
从传统的教学观念看,人才培养通常以夯实基础、掌握专业技能为目标,这体现在某些高职人才培养方案中理论课时占总课时份额达到60%以上。在有限的学习时间里,理论课程占去大部分时间,到了后期技能课程学习却因为学时不够,而掌握不足。如此一来,重理论轻技能的教学观念下,学生头脑中建构起来的学习目的是以理论学习为出发点,而不是以职业需要为出发点。
2.教学方法单一,教学效果欠佳。
目前从基础课程实施看,绝大部分课程仍然以讲授法、练习法、讨论法等教学方法为主。这些教学方法存在明显的缺点:之于教师,学时安排过长、教学内容繁冗;之于学生,内容难于理解、学习兴趣低。缺乏兴趣培养和脱离实践的教学,既不能为后续专业课程提供良好的基础,更不能使学生毕业之后尽快地适应未来的工作岗位。
3.知识点散而多,缺乏科学整合。
譬如力学与结构设计原理,按照某高职人才培养方案要求,工程力学需掌握140多个知识点,结构力学100多个知识点;而结构设计原理多则200多个知识点。两门课程存在逻辑延续关系,分开传授,那么所花费的课时则较多。而且由于时间错位的原因,导致学生在学设计时已将力学忘记七八分。所以,教师在授课时不得不花时间去“回忆”之前学的知识。虽然在教学中也存在将部分相关课程进行整合的情况,但只局限于某节课或者某个教学单元范围内进行,且整合内容仅由若干知识点的机械叠加,缺乏知识点的逻辑衔接,缺乏科学整合,内容仍然繁冗,重点不突出,特色不突出。
二、课程整合教学的设想
什么是课程整合?美国1990年《帕金森法》给出的定义是:设计一种课程,使得相关的概念、理论、内容、过程集中在一起,并以学习者为中心组织学习。笔者认为课程整合就是设置若干知识模块,按照逻辑关系,整合两门及两门以上课程的相关知识点,然后在小范围内形成模块体系的教学方式。
1.整合目标。
整合不等于摒弃“夯实理论”的观念,也不等于完全保留式的“改装”,它必须充分地贴合“工学结合”的教学模式,既要保留部分理论知识,又要结合实践操作运用,主要从以下方面进行深入全面的整合:(1)教学标准整合:对两门课程标准进行整合,建立一个新标准,满足后续课程的能力要求。(2)教学内容整合:不仅要注意力学与结构设计原理知识的合理衔接,更要注重教学内容的逻辑性和学生的认知规律。(3)考核评价方式的改进:根据新课程标准,新课程内容,设置适应整合课程的考核方式,对学生学习效果综合评价。
2.整合方法。
结合力学与结构设计原理的课程特点和高等职业教育人才培养目标的定位,采用任务驱动整合法进行整合。以某一类型结构设计任务为驱动,探索两门课程之间的逻辑关系和衔接点,按照课程设计完成的需要,将这些知识按照自身的独立性划分模块,通过完成课程设计任务的过程来学习,做到“教、学、做合一”。达到任务典型、内容精简、课程结构性好的整合效果。
三、课程整合的基本流程
现以力学与结构设计原理两门课程的整合为例,阐述课程整合实施的主要内容和步骤。
1.确定课程定位,建立新标准。
教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》(教高[2006]16号文件)中提出了“建立突出职业能力培养的课程标准”的建议,新课程标准建立必然与技能培养紧密联系,与职业标准融合在一起,以确保学生达到岗位技能的要求。课程新标准应体现内容标准、考核标准、教学指导三个方面的内涵。从课程定位、学习目标、课程设计、教学设计、考核设计、学习资源等几个方面来建立,具体步骤如下:首先,由专业教师组成调研小组,调研行业企业对本专业的技能要求,人才要求。然后,由院系领导、行业专家、专业教师(包含学科带头人、骨干教师和有经验的教师)等组成研讨小组,分析调研成果,研讨制定基础课程的定位、目标及教学内容。接着,由专业教师根据专业人才培养目标,结合职业岗位的任职要求,参照相关的职业资格标准,在已确定基础课程定位、目标及教学内容的基础上完善课程设计、教学设计、考核设计等内容。最后,汇总资料,初步定制课程标准。由各方专家组成的小组通过审核论证之后,新课程标准才能用于教学实践中。在课程标准实施中,会根据反馈建议及行业发展情况进行修订。
2.整合教学内容,设计学习任务。
如何整合教学内容呢?通过寻找课程之间的衔接点,理清各点之间的逻辑联系,以课程任务的形式将完成该任务需要的知识内容囊括起来,完成整合。当然以多个知识点来确定一个课程任务不太现实,那么反过来先确定课程任务,再确定知识点的范围,这种做法要简单得多,而这实际是整合的逆向思维,但最终却达到了整合的目的。譬如力学是结构设计原理的先行课程,很多知识点都可以为各种构件结构设计服务。既然如此,便以结构设计原理的设计任务为载体,然后将任务分解成若干子任务,再将子任务划分成若干模块,然后再进一步将知识模块层层分解、梳理,直到最小单元的知识点上。这些知识点有着力学与结构设计原理课程的交叉,它们之间互相联系,为完成课程任务提供理论依据。具体以结构设计原理中“钢筋混凝土受弯构件配筋设计”这一项课程任务为例,阐述课程内容整合的过程:首先确定课程任务,然后根据任务需要划分知识,最后形成结构层次图。在图中,最顶层即是任务“钢筋混凝土受弯构件配筋设计”,向下分解成“准备工作”、“构造设计”、“抗弯设计”、“抗剪设计”、“变形验算”等子任务;子任务细分成若干知识模块,如“抗弯设计”下分解成“受力过程”、“破坏形式”、“承载力计算”等知识模块;知识模块再层层分解,直到最小单元知识点。这样便形成一个以任务为中心的知识框架。在知识结构组成中,既有力学内容,也包含结构设计原理内容,所有内容都是服务于如何完成配筋设计这项任务,那么教师在讲授的时候就会有的放矢,学生就会真正地学以致用。
3.改进教学评价方式。
传统的教学评价方式以知识考核为主,它最大的缺点,一是教师很难避免出题范围跑偏的情况;二是学生可能会因为应试,而忽略动手能力的锻炼,只看书不操作;三是不能多角度综合地评价教学效果、学习效果。通过课程整合后,对学生完成课程设计任务情况,可以采取多角度综合评价法:(1)从力学、设计原理等知识考核角度去评价;(2)从设计成果角度评价;(3)从通过现场习作,从学生的操作能力,团队合作能力去评价等。
四、结语