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差异化教学策略是一种先进的教学模式,为我们解决自动控制课程设计教学实践中出现的上述问题提供了有力帮助。美国著名教育学家汤姆林森指出,“差异教学方式将学生的个体差异视为教学的组成要素,教师根据学生的准备水平、学习兴趣和学习风格设计教学内容,以适应学生之间的个别差异,从而最终促进每个学生的成长与进步”。差异教学以学生个体为中心,强调人的自主性、整体性和独特性,与我国传统的因材施教教学思想有相通之处。针对自动控制课程设计教学中的问题,我们借鉴差异化教学思想,提出一种基于差异化教学策略的自动控制课程设计新模式。该模式不但使得课程设计任务和内容具有层次化差异化,满足学生个体差异发展的需要,提高学生参与课程设计的积极性和主动性;并且,结合课程设计本身的特点,我们对差异化教学策略进行拓展,采用差异化的实验对象和多样化的课程设计手段,提高学生课程设计中的独立性,增强学生理论联系实际的能力。
2、课程设计任务的差异化
在差异化教学策略的指导下,课程设计的具体任务和教学内容应该体现出明显的层次性,从而满足不同能力学生学习的需求。因此,我们把课程设计实验内容分为如下三个层次。
(1)基础型实验—主要包括实验装置的机理建模、基于实验曲线的辨识建模、装置物理模拟和控制系统构建等;
(2)综合型实验—是课程设计的主要工作,该部分内容包括Matlab控制系统工具箱的使用、PID控制器的设计、控制器参数变化与根轨迹的关系、串联校正技术、控制系统的能控能观性分析和状态反馈控制器的设计等;
(3)提高型实验—其目的在于提高学生对自动控制系统的综合研究能力,包括最小拍控制器设计、纯滞后系统构建与控制和基于观测器的状态反馈控制等。
3、课程设计实验对象的差异化
(1)不同的实验装置—在有限的实验室装置中,为每组学生随机指定不同的双容水箱装置,不同装置的物理参数有一定差别,必然会带来不同的被控对象数学模型。
(2)不同的装置参数—在同一套实验装置,为每组学生设置不同的水箱出口挡板阀开度,从而使得每组学生测试得到不同的实验对象数学模型。
(3)不同的装置工作点—要求学生设置不同的工作点,双容水箱系统本身为非线性系统,选择不同的工作点会导致不同的近似线性模型。虽然所有学生均针对双容水箱实验装置建立二阶被控系统作为实验对象,但是以上三种措施使得学生面临不同参数的二阶实验对象,做到实验对象相似而不相同。因此从根本上避免了设计方案和实验结果的雷同性,可以有效促进学生独立自主创造性的开展课程设计工作。
4、课程设计实验手段的多样化
针对学生无法有效联系控制理论与工程实际的问题,采用控制理论分析、数字仿真分析与实验测试验证多种不同实验手段相融合的课程设计模式,学生课程设计过程中做出的每条实验曲线,教师都要求其应用控制理论进行解释分析,同时通过Matlab控制系统工具箱进行仿真对照。教师在课程设计中学生发现问题时不应直接解答,而是有意识引导学生结合理论概念进行思考分析,进一步利用Matlab仿真平台验证想法,并在模拟实验箱上进行测试,从而真正独立自主的发现问题、分析问题和解决问题。最后教师针对学生的问题,帮助其总结归纳分析,提炼使用控制理论分析解决实际控制问题的思路和步骤。
5、课程设计考核方式的综合化
自动控制课程设计的考核,不但要测评学生的最终实验报告,更重要的是要考查学生的课程设计过程和平时表现。因此课程设计成绩评定过程中采用综合化考核方式,平时表现、成果检查与总结报告按照一定比例(如3:4:3)构成课程设计成绩。
电子技术课程设计是在电子技术实验的基础上进行的综合性的实验训练,是电子技术课程的实践性教学环节,是对电子类和其他相近专业学生进行综合能力培养的实践课程,对于全面、系统、深入地理解与掌握电子系统的知识、设计方法具有重要的教学意义。
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。
电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。
教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。
在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。
学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。
预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。
总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。
电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。
虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。
电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
4.电子技术课程设计的效果
学生经过这样系统训练后,各方面技能都通过考核,为后续课程的学习打下了扎实的基础。
参考文献:
[1]高吉祥,易凡,丁文霞等.电子技术基础实验与课程设计(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2006.
中图分类号:G642 文献标识码:B
1计算机网络课程设计的目的
一个完整的计算机网络教学应该包括三个环节:课堂教学、实验和课程设计。课堂教学、实验和课程设计三者是相辅相成的。计算机网络课程设计作为计算机网络教学的最后一个环节,在巩固学生理论知识学习成果,锻炼学生动手实践能力方面具有重要的作用。
安排计算机网络课程设计的目的有两个,一是引导学生将书本上抽象的概念和具体实现技术结合起来,使学习深化;二是消除学生对协议的神秘感,调动学生学习的积极性与主动性。
2计算机网络课程设计的任务编制
我院在2007年由作者执笔,编写了新一版的计算机网络课程设计指导书,对课程设计的任务进行了编制。课程设计基本上按照计算机网络教学大纲安排,安排了5个具有一定代表性的课程设计题目。
实验一,简单网络程序设计。本实验选择了几个简单的网络程序,这几个网络程序或者是我们经常使用的网络命令,或者是网络程序设计中的基础内容。通过从几个简单的网络程序中选取其中的两个实现,目的是希望同学们了解网络编程的基本流程和基本方法,能初步掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法,对网络的实现机制有进一步的认识。本实验的几个简单的程序都可以采用Java的网络编程包java.io中提供的编程接口实现,但是因为Java的网络包提供了较高层次的封装,屏蔽了网络编程中需要处理的细节问题,所以采用Java作为实现语言的同学需要把Java的网络包源码加入到自己编写的程序源码中,对Java网络包中相关代码的实现细节进行分析,并在实验报告中得到体现。这几个简单的程序是:(1)Ping程序设计;(2)Echo程序设计;(3)HTTP客户端程序,不要求解释HTML语言;(4)端口扫描程序。
实验二,数据包捕获与分析。网卡的缺省工作模式包含广播模式和直接模式,即它只接收广播帧和发给自己的帧。如果采用混杂模式,一个站点的网卡将接受同一网络内所有站点所发送的数据包,这样就可以到达对网络信息监视捕获的目的。Ethreal是一种开源的网络数据包的捕获和分析软件,本实验通过Ethreal软件的安装使用,监控局域网的状态,捕获在局域网中传输的数据包,并结合在计算机网络课程中学习到的理论知识,对常用网络协议的数据包做出分析,加深网络课程知识的理解和掌握。
实验三,Web服务器的简单设计与实现。本实验要求了解Web服务器的工作原理,设计并实现一个简单的Web服务器,并通过测试。
实验四,聊天程序的简单设计与实现。聊天程序是上网时经常使用的网络程序,本实验要求完成一个聊天程序的简单设计与实现。
实验五,动态网站的简单设计与实现。动态网站的构建已经成为计算机专业学生的一项基本技能,本实验要求学生构建一个动态网站,掌握网站构建的流程、编程方法以及部署、运行等基本技能。
上述实验中,实验一和实验二是必做的内容,而实验三、实验四和实验五只需要选做一个即可。
3计算机网络课程设计的实践
作者从2006年毕业入校以来已经指导了2届学生进行计算机网络的课程设计,在指导课程设计的过程中,总结了普遍存在的以下几个现象,并有针对性地采取了应对的措施。
[1] 学生人数众多。高校扩招使在校学生的数量大大增加,针对这样的现象,我们对参加课程设计的学生进行了分组,每组由3~4名学生组成,课程设计只对组做要求,但是要求明确组内成员的分工。这样既解决了学生人数众多和教学资源相对不足之间的矛盾,又起到了锻炼每一个参与学生能力的目的。
[2] 个体之间差异大。为解决学生个体之间差异很大的问题,我们在小组的组成上做了要求,要求一个组内既有成绩比较好、动手能力比较强的学生,同时也有一些成绩比较差、动手能力相对弱一些的同学,这样通过组内的交流就能共同提高、共同进步。
[3] 懒于动手。相当数量的学生在做课程设计的时候不愿自己亲自动手编写程序,而是通过在网上搜索,寻找相关程序或者从上一届学生手里拷贝。针对这个现象,我们增加了考核措施和激励机制,在验收程序时不仅看实验的结果,而且要让学生讲解程序的原理和设计思路,在课程设计实验报告中也增加相关的内容。在考核的时候,亲自动手做实验、编程序的学生的成绩要远远高于通过下载、拷贝程序的学生的成绩,达到激励学生勤于动手的目的。
1传统电子技术课程设计教学的弊端
传统的电子技术课程设计的教学过程中有一些弊端,主要表现在以下几个方面。第一受到教学经费及实验场地和实验时间的制约,辅导教师缺少;第二,课程设计题目狭隘,缺少个性,有的课程设计题目向乎是纸上谈兵,设计过程枯燥乏味;第三,学生综合能力培养受到限制,阻碍了学生创新能力的发展和发挥,导致学生对课程设计兴趣降低,不利于学生主动探索精神的培养。
2电子技术课程设计的教学改革
2.1教学方法的改革
电子设计自动化(EDA)技术是当前工程设计的新技术,它的应用使得电子系统的设计手段产生了深刻的变革[4,5,6,7]。在教学中采用虚实结合法,“虚”是指学生在完成电子系统的初步设计方案以后,用应用软件对整体电路进行仿真,验证设计方案的或能,修改方案设计中的原理性错误。“实”是指学生对所设计的电路在实验室进行实物制作。虚实结合法中“虚”是手段,“实”是目的,虚拟仿真不受实物实验条件的限制,能够拓宽学生的设计思路,实物制件与调试是最终实现的结果。虚实结合法进行电子课程设计的流程如图1所示:1)选题及方案设计:根据课程设计的预期目标,提出几个不同的、难度大体相当的、具有实用性的电子电路设计题目及性能指标,由小组成员集体讨论选择设计题目,组织小组成员查找相关资料,并要求小组成员每人都提出自己的初步设计方案。然后小组成员讨论各自的方案,相互提出修改意见,发挥团体精神,集思广益,最后确定设计方案。2)电路虚拟仿真:电子设计自动化是当前工程设计的新技术,它的应用使得电子系统的分析设计手段产生了深刻的变革,是电类学生从事工程技术工作必须掌握的技能。在学生根据设计课题初步确定方案后,要求先在虚拟仿真台上对设计方案进行仿真,观察电路功能是否满足设计要求,分析主要元器件参数对电路指标的影响,初步了解电路的工作情况,适当更改元件参数使之达到技术指标的要求,为电路的实际调试做准备。3)实物制作及调试:对实物电路进行安装,可以培养学生严谨、求真的科学态度和认真踏实的工作作风。从实物的制作及连接可以让学生接触实际中使用的元器件及识别,观察实际元件的外形及标称方法,可以在实物制作中提高焊接的技能以及集成芯片和面包板的使用。调试技术是工程技术人员必须熟练掌握的基本技能,在加信号的情况下进行单元电路的调试,单元电路能正常工作后再逐步扩大调试范围,直到完全符合设计要求。调试完毕后,比较电路实测的性能与计算机的虚拟仿真结果,认识虚拟仿真在电子技术设计中所起的作用,培养学生软硬件的综合应用能力。4)答辩及设计报告:答辩主要检查的提问课程设计课题的基本原理、基本设计方案、电路图等相关内容及学生的理解和掌握情况。答辩以小组为单位,采取抢答的形式,答辩题目按难易区分2-3个层次,抢答的题目难度越大则得分越高。总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结,按规定的格式进行书写,作图要规范,通过撰写总结提高学生的方案表达能力、工程制图能力和科技写作能力等基本综合素质。
2.2设计课题内容的改进
电子技术课程设计所选的课题来源于工程实际,能够反映现实生活中的应用,并且能尽量覆盖电子技术理论的主要知识点。比如,振荡电路、组合逻辑电路、计数器、译码器、寄存器、循环脉冲发生器等,既要使大多数学生能够在规定时间顺利完成,又要使课题有一定的自由空间,以开阔学生思路,发挥学生的创造性和主动性。结合几个学期的工程实践经历,目前电子技术课程设计已经开设的题目有数字钟、数字频率计、交通灯控制、篮球比赛计时器、救护车报警器、抢答器、循环彩灯等。在选题时,学生自由选择提供的课程设计题目,也可以自拟题目。
3教学的收效
上述教学实践极大地激发了学生的设计热情,从学生所写的课程设计总结来看,大多数学生在不同方面都有很大收获。3.1激发了学生的积极性学生感觉到利用所学的电子技术知识可以实实在在的做出电路来,提高了学生对所学专业知识的信心,激发了学习理论课的热情。3.2掌握开展实践活动的科学方法学生对开展工程实践活动的科学方法和步骤有了切身体会,为进一步学习其它专业课的设计和以后的专业工作奠定了基础。3.3增强了团队合作能力以团队合作的形式完成任务,分别查找资料、模块设计、电路调试等从而使学生在设计过程中学会相互沟通协调,相互支持配合,增强了责任感和团队合作能力。
关键词 综合教学改革 课程实验 课程设计 应用型本科人才
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.025
On Mechanical Course Experiment and Course
Design Comprehensive Reform
ZHANG Lingli, ZHAO Jian, WANG Wenjin, ZHANG Jing
(School of Control and Mechanical Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384)
Abstract: On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system, methods, ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.
Keywords: comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate
根据机械类本科人才培养要求及社会发展需要,学生在校期间应得到系统化工程实践能力和创新能力的培养,具体表现在识图及工程语义的表达及其包括机械产品的加工、制造、装配和调试等实践能力。因此,对机械类本科生在校期间应注重这两方面的培养。机械类本科生所学主干课程的实践教学包括实验和课程设计两部分,它们是培养学生工程实践能力和创新能力的重要环节。
目前,本科院校开设的机械基础实验所涉及的教学课程较多,但各门课程的实验各自独立开设,互不联系,没有从专业培养的目标和课程综合学习的角度出发,形成机械基础综合实验教学体系。实验室能开设的实验多为常规验证性的,内容较为陈旧,实验手段较落后,设计性和创新性的综合实验很少;实验仅仅作为理论课的辅助教学,学生也不重视,实验的成绩并不能反映出学生真实的实验能力和水平;在实验教学方式上,学生只能按照教师事先搭接好的实验平台和设计好的实验步骤进行操作,读取实验数据及进行数据处理,这种实验教学方法严重制约了学生实际动手能力和创新能力的培养。①
在课程设计教学实践中,很多院校在选择设计题目时一直选用传统、单一的二级减速器,虽然减速器的设计包含了齿轮、轴和轴承等典型轴系零件的设计,学生所学到的知识也能得到较全面的综合应用,但是中国制造业的不断发展,又对机械类专业设计者提出了新要求,在这种形势下,以往的教学模式暴露出了诸多问题,具体表现为:设计题目相对单一,设计参数数量不足,导致部分同学的设计结果雷同,存在抄袭现象;②学生盲目模仿,甚至照搬照抄;在结构设计中,存在不能综合考虑零件的强度、刚度、工艺、装配、和密封等问题。③这些都致使学生的设计能力及创新能力得不到应有的锻炼。
针对上述问题,结合机械专业特点,本文主要从机械类本科生所学主干课程的实验教学和课程设计入手,提出一套面向机械类学生综合创新能力培养的教学改革方案。
1 改革实验教学,建立全新的基础实验教学体系
遵循模仿、掌握、熟练和创新的认识规律,必要的基础实验应该保留,设计性、创新性、综合性实验的比例适当增加,通过综合性实验项目和开放性课外创新实践教学活动,培养学生在机械设计方面的创新能力和密切配合的团队精神。
(1)整合实验内容,建立科学完整的实验体系。突破实验原有的课程界限,把一部分实验内容采用单元形式进行教学,每一单元设计一组实验,再把另一部分实验内容组合在一起,设置成为机械基础综合实验单元,形成分层次的实验教学。各实验单元既互相独立又相互联系。机械基础综合实验教学内容分三个层次:基础实验、综合设计性实验、创新性实验,通过综合设计性实验项目和科技创新活动,既提高了学生对机械产品的创新思维能力,又培养了相互协作的团队精神。
(2)改革实验教学方法,引入案例式实验教学手段。在实验教学中引入案例式教学手段,教师应根据教学目标,用典型的教学案例将机、电知识结合在一起,调动学生参与讨论、分析及实践的积极性,进一步提高学生认识、分析和解决工程实际问题以及理论联系实际的能力,形成培养创新思维意识、自主学习方法、沟通能力和合作精神能力的一种教学方法。
(3)创设开放性实验,培养学生创新意识。在规定范围内允许学生自选实验题目,由学生自行设计实验,整个实验过程在教师的指导下独立完成,无固定实验模式,这种教学模式既能让学生认识到机械方案设计的重要性,又强化了学生独立设计的意识和动手能力。同时,增加成果展示和学生互评环节,促进创新经验交流和创新意识的激发。
(4)探索设计性、综合性和创新性实验的教学模式。尝试在设计性、综合性和创新性实验过程采用自主形式,即允许学生自选实验题目。例如,机电系统创意组合搭接实验,这个实验完全由学生自己设计传动方案,整个装配、调整、测试、数据采集及分析过程也由学生独立完成。这样就极大地调动了学生动手的兴趣,这种实验教学模式排除了由教师统一定传动方案、实验步骤,禁锢学生创新思维的现象。
(5)开放实验室,开展课外实践性教学活动。将实验室作为学生的课外科技创新活动基地,教师引导学生自由组建项目小组,由学生自行寻找课题或根据竞赛主题确定题目,进行方案设计论证,通过小组分析、研究和讨论确定项目内容,最终根据设计思想和创意理念,在教师指导下形成设计作品,作品可参加校级或市级机械创新大赛,在实践过程中促进学生间交流,拓宽知识面,开阔眼界。同时,可以将学生暴露出的问题进行总结并引入到实验教学中,使实验教学和课外科技创新活动形成良性循环。
2 改革课程设计教学,培养学生的工程应用能力
课程设计环节实践性和实用性强,结合机械类专业特色,培养学生“学以致用”成为应用型创新人才,为后续面向卓越工程师培养的课程教学体制改革进行有益的初步探索。
(1)改革课程设计内容,引入“能力导向”原则。能力导向原则是以能力为中心设计课程体系,以能力为目标改进教学方法,以能力为标准考评教学效果。④⑤面向机械类学生,我们以学生为中心,以能力导向为原则,构建了完善的课程设计教学体系,目标是培养学生基本设计能力和创新性设计能力,专业设计能力和相关专业设计能力。根据学校自身特色和社会需要拟定课程设计题目,打破传统设计两级齿轮减速器局限,在部分有能力的同学中开设创新性设计内容,选定以工程实际为背景的设计题目,把构思、方案设计、功能设计、结构设计、优化设计与CAD相结合,并进行系统训练,形成一个面向工程实践的教学体系。
(2)把学生的课外创新设计作品,纳入到课程设计教学环节。在部分有能力的同学中开展课外创新性设计活动,设计过程尝试采用项目式实践模式,教师提出项目的目标,不规定题目,不指定方法,不提供参考资料;由学生自行探索,允许几个人组成小组,共同完成项目,成果可以作为课程设计的教学环节进行考核。这种教学模式既培养了团队合作的能力,又培养了学生的创新能力,极大地挖掘了学生的潜力。
(3)将CAD(计算机辅助设计)运用到课程设计中,提高绘图效率。把现代设计手段引入到课程设计中,如利用机械专业常用设计软件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等,鼓励学生使用计算机辅助设计软件构建三维模型,实现运动和装配仿真等,最后可将零件的三维实体模型转换为二维工程图,并进一步完成尺寸和公差的标注,这样,既激发了学生的学习热情,又将学生从繁杂的绘图中解放出来,提高绘图效率,同时,学生对整个设计过程及结果具有更加直观和形象的了解,使学生将注意力集中在设计方法上,有更多时间去思考产品的整体设计、细节设计及创新设计,真正体验到机械设计的乐趣。
3 开辟第二课堂,调动学生的学习兴趣
利用实验和课程设计这两个实践教学环节组织学生进行课外科技创新活动,通过课外实践性教学活动,锻炼学生从方案确定、到结构设计、再到工艺实现等工程实践能力,培养学生的创新设计能力、综合设计能力、动手能力、工程实践能力和团队协作精神,调动学生学习兴趣,挖掘学生自身潜力,施展学生创造才能。一方面,实验教学、课程设计等可以为课外实践性教学活动打下良好的实践基础;另一方面,课外实践性教学活动又使实验教学、课程设计得到了延伸。例如我校机械专业的同学,6人自由组成一设计小组,进行机械创新设计,学生们从设计方案的确定、参数的选择,零件的设计、校核及绘图再到零件的加工等都是在教师的指导下独立完成,其中一组同学设计的产品“思维空间”平面机构创意组合演示教具,参加全国第六届机械创新大赛和天津市第五届机械创新大赛,分别获二等奖和一等奖荣誉。通过我校的教学实践改革证明,学生主动学习、沟通能力、理论联系实际和创新思维意识有了很大的提高。
4 结语
本文立足机械类本科生所学主干课程的课程实验和课程设计,通过具体实践教学和学生第二课堂,就教学体系、教学内容、教学方法和教学手段等方面进行全面改革,提出了以学生为中心,教师为主导,注重动手能力的培养,发挥学生的想象力,使学生在获取知识(自学)、共享知识(团队工作)、应用知识(解决问题)、总结知识(创新)和传播知识(沟通)过程中得到能力提升的改革思路,教学改革已初见成效。实践证明,这种改革更能充分地调动学生的学习和创新的积极性,提高学生实际动手能力、协作能力及创新能力,教学效果显著,为把学生培养成应用型本科人才打下了良好的基础。
参考文献
[1] 刘贺平,罗阿妮,杨恩霞,庞永刚.“机械设计”课程设计融入课堂教学的方法研究[J].中国电力教育,2013.
[2] 涂德浴,陈富强,许爱瑾,路曼.机械基础主干课程体系建设及教改实践[J].安徽工业大学学报社会科学版,2012.
基金项目:邵阳学院教学改革研究项目(编号:2012JG01)
中图分类号:G64 文献标识码:A
收录日期:2013年9月2日
组织管理的本质是组织的绩效管理。绩效管理是研究和揭示绩效的度量、考核、应用过程的客观规律的科学。绩效管理是人力资源管理的核心,绩效管理的结果可以运用到工作分析、员工招聘、员工职业生涯管理、薪酬管理、员工培训开发、员工劳动关系管理、员工晋升等人力资源管理的其他环节。因此,绩效管理课程是人力资源管理本科专业的一门专业核心课程。提高该课程的教学质量,特别是实践教学质量,对提高毕业生的专业能力和就业能力,具有十分重要的意义。
一、绩效管理课程实践教学存在的问题
(一)不重视绩效管理课程的实践教学,课时难以保证。由于绩效管理课程实践教学有一定难度,或实践教学设施(如计算机模拟教学软件)缺乏,部分高效未设置绩效管理课程实训、课程设计等实践教学环节,在人力资源管理综合(专业)实习中也不重视绩效管理岗位的实践,难以保证实践教学质量。
(二)实践指导教师的能力有待提高。部分教师特别是青年教师参与企业绩效管理的实践较少,不能对学生进行有效的指导。具体表现有:不能科学安排实践教学任务,不能对学生进行针对性的训练,不能进行现场答疑或指导等。
(三)未对实践教学环节进行严格管理,实践教学效果较差。绩效管理的实践教学环节包括校内实践环节(如实验实训、课程设计)和校外实践环节(如综合实习、毕业实习)。由于校内实践场地、设备(或计算机软件)的原因,或在校外实习单位不能进行对口或顶岗实习,学生的实践教学效果不太理想。
二、绩效管理课程实践教学体系的构建
绩效管理课程的教学目的,是使学生具有进行绩效设计、绩效实施、绩效沟通、绩效改进的基本技能,具有分析和解决组织绩效管理中存在问题的初步能力。因此,应根据课程教学目的,构建绩效管理课程的实践教学体系。结合我校2007年开始的绩效管理课程实践教学经验,绩效管理课程实践教学体系可以包括以下组成部分:
(一)案例教学。案例教学是绩效管理课堂教学普遍应用的一种教学方法。教师在课堂教学中,除了讲授绩效管理的基本知识和基本理论外,必须紧贴企业实际,使学生掌握绩效管理的基本技能和专业技能。因此,在绩效计划的编制、绩效目标和指标的设置、绩效沟通、绩效面谈、绩效总结等教学环节,都可以精选一些典型案例,采用分组讨论或情景模拟,进行案例教学。
(二)社会调查。社会调查指学生根据教学计划,事先编制企业绩效管理现状调查表,调查典型企业绩效管理的现状及存在的问题,必要时写出调查总结报告。社会调查是学生了解企业、熟悉企业的一个重要手段,在寒暑假或绩效管理课程实训、课程设计或综合实习、毕业实习等教学环节,学生都可以进行社会调查。
(三)课程实验或实训。课程实验指借助计算机模拟教学软件,安排专门的课内实验课时,学生到计算机房进行实验。实验内容包括:绩效指标及权重的设置、对员工绩效指标进行网上评价、员工绩效评分的汇总等。课程实训指学生根据指导教师的任务安排,利用企业调查资料或到网上收集相关资料,进行绩效管理的基本技能训练。如,绩效计划的编制、绩效考核表的设计、企业绩效管理制度的编制等。
(四)综合实习或专业实习。在学完人力资源管理专业的主要主干课程后,可以安排学生进行综合实习(或专业实习)。综合实习的内容除了绩效管理外,还可以包括人力资源管理的其他主要职能,如工作分析、组织设计、员工培训与开发、薪酬管理、员工劳动关系管理等。
(五)毕业实习。在学完全部理论课程后,一般在第八学期初安排学生的毕业实习。毕业实习主要是为学生就业做准备,以增强学生的实践能力和就业能力。对毕业以后有意向从事绩效管理工作的学生,可以到企业的绩效管理岗位进行顶岗实习。
(六)毕业论文。毕业论文是学生全面运用所学基本理论、专业知识和技能,对实际问题进行研究的综合性训练。毕业论文旨在检验学生的独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神。毕业论文一般在学完全部理论课程后,安排在第八学期进行。对绩效管理感兴趣的学生,可以选择先进的绩效管理工具应用、绩效管理系统、绩效管理过程、绩效管理创新等方面的课题进行研究。
三、绩效管理课程实践教学体系实施
绩效管理课程实践教学体系构建完成以后,学校应结合自身实际,制定适合的管理制度和规定,精心组织,严格实施,发现问题,不断改进。下面以绩效管理课程设计为例,其实施要点如下:
(一)编制相关的管理制度和规定。如编制绩效管理课程设计大纲,内容可包括:课程设计的性质、目的和任务,课程设计的基本理论,程序与要求,主要内容提要,考核方式与评分标准,配套教材等。
(二)制定课程设计工作计划,下达课程设计任务书。课程设计组组长根据课程设计大纲编制课程设计的工作计划,内容可包括:教学目的和要求,选题程序和题目拟定,时间和场地安排,指导教师和学生分组名单,考核方式和成绩评定办法,纪律和保障措施,课程设计工作计划表等。指导教师应根据课程设计的工作计划,编制课程设计任务书,内容可包括:课程设计的目的、课程设计的背景资料、课程设计的主要内容、任务分工、课程设计的基本要求等。较好的做法是以一个典型企业为背景,10~20个学生为一组,包括以下设计内容:确定企业使命、愿景、价值观和战略,企业各岗位说明书的编制,企业绩效管理制度的编制,企业各岗位绩效管理表格(如绩效考核表)的编制。
(三)学生按要求进行课程设计。一般做法是:先到典型企业进行实地调查,收集原始数据和资料;再根据任务书的要求完成课程设计任务;最后完成课程设计报告。在课程设计的过程中,指导教师应全过程对学生进行辅导和答疑。
(四)课程设计总结。在学生完成课程设计后,指导组组长应负责召开学生座谈会,对课程设计进行总结,并根据存在的问题,制定针对性的措施。
四、绩效管理课程实践教学体系改进
在构建、实施绩效管理课程实践教学体系以后,必须对实践教学体系定期进行检查和总结,发现问题,不断改进,形成持续改进的动态循环。根据目前绩效管理课程实践教学存在的问题,可采取以下改进措施:
(一)重视绩效管理课程的实践教学,构建比较完善的实践教学体系。学校应根据自身实际,合理安排绩效管理课程的实践教学。如设置1~2周的绩效管理课程设计或6~10课时的课程实训。有条件的学校,可开发或购买绩效管理模拟教学软件,安排6~10课时的课程实验。在学生进行综合实习或毕业实习阶段,可安排学生到企业人力资源部的绩效管理岗位进行对口或顶岗实习。
(二)重视绩效管理课程教师的培养,提高教师的实践能力。绩效管理课程是一门实践性较强的课程。可以采取教师进修,为企业提供绩效管理咨询服务,到企业人力部门兼职等办法,提高教师的实践能力和教学水平。
(三)对实践教学环节进行严格管理,提高实践教学效果。首先,实践指导教师要根据实践教学大纲的要求,对学生进行严格管理。如加强学生的纪律教育,鼓励学生积极参加教学实践、勇于创新,要求学生填写实践教学日记并认真总结;其次,学校各级教学单位应定期对实践教学环节进行检查和监控。如,在综合实习过程中和实习结束后,召开学生座谈会,听取学生对实习的看法和建议,或到实习单位了解学生的实习表现和实习效果。也可设计一些评价指标(如实习内容、实习方式、实习地选择、实习单位管理等指标),对综合实习的教学效果进行综合评价。
总之,人力资源管理本科专业绩效管理课程的实践教学改革,必须以社会需求为导向,根据人才培养目标,构建适合的实践教学体系,并且持续不断地有效运行,以提高学生的实践能力和就业能力。
主要参考文献:
1.设计题目及内容的改革
对于“电子技术课程设计”题目的选择尤为重要。首先,设计的题目要够多,这样学生的可选择性才够大;其次,设计内容要新颖有趣,有一定的使用价值,每个题目都可以巩固学习电子技术课程重要的知识点,比如:电压超限报警电路的设计可巩固学习比较器和555电路以及各种逻辑门的使用;编码电子锁的设计可巩固学习触发器和门电路;多路数据巡回检测电路会用到包括寄存器、计数器、数据选择器和数据分配器等多个中等规模集成电路的内容;广告灯控制电路包括了可逆计数、逐位显示和蜂鸣报警电路等单元部分,会用到显示译码器、计数器和555电路等电子知识。指导教师在告诉学生设计题目的同时还要把实验室的现有资源给学生讲清楚,学生可在这些限定的条件下进行设计,比如:实验室可提供的触发器只有D触发器,逻辑门只有与非门。这样,学生在设计过程中用到其他的触发器和逻辑门时可以相应地改成实验室已有的器件。这就要求他们要熟练地掌握课本上的理论知识,能够随机应变。当然如果实验室确实无法提供器件,也要鼓励学生自己去购买,这使得他们熟悉了更多新型电子器件的规格和功能,提高他们亲历亲为的能力和学习兴趣。
2.预设计方案的确立
进行预设计时要鼓励学生用模块化的分析和设计方法进行设计。学生通过查阅资料,根据设计要求自行确定实施方案,给学生提供更大的自,使学生能够相对独立地进行实践,充分扬其所长。由于学生受到知识面的限制和其他主、客观原因的影响,初步的设计方案难免存在遗漏和错误,教师要对学生的设计进行把关,保证他们的设计能实现基本功能。同时,也可通过集体答疑的方式组织学生公开讲解设计方案,让学生互找问题、讨论解决方法,从而达到优化设计方案的目的。这些方法增强了教学的互动性,同时也为学生提供了充分发挥个人能力的空间,调动了学生们学习和创作的积极性。初步的设计方案确定以后就要进行仿真实验。Multisim是非常适合模拟/数字电路仿真的软件,它提供了大量的仿真元件模型,且仪器仪表种类之多是很多电子实验室无法比拟的。通过Multisim进行功能仿真可以发现一些设计中存在的问题,进一步优化设计方案,同时增强了学生学习的兴趣,加深了学生对理论知识的理解,提高了学生的实践能力,也使学生掌握了电子仿真软件的使用方法,为后续课程学习打下良好基础。最后,学生把初步的设计方案上升到理论的高度,写出一份详细的预设计报告,包括设计题目、设计任务、总体方案的设计、单元电路的设计、元器件的选择与参数计算,画出总体电路图,列出所用元器件的详细列表和参考文献。这样,做到设计思路清晰明了,为后面的安装调试做好充分的准备。
3.安装调试
按照自己的设计方案进行安装调试,是学生非常期待也是最能得到满足感的一个环节。按照预设计报告中元器件列表领取器件,然后分模块进行安装。在这个环节指导教师要引导学生注意整体布局的美观、规范,比如:电源线和地线要分开,各成一列,并分别用不同颜色的导线进行区分。在确定安装无误的情况下进行通电调试。在调试阶段,有些学生只要发现实验结果不对就手忙脚乱无从下手,指导教师要引导学生从信号输入的一端开始逐个模块进行调试,排除故障的方法要从大范围到小范围,最终找到故障的确切地点。在调试过程中要启发学生自己查找、分析原因,找到解决的方法。通过调试使学生加深对电路工作原理的理解,学会调试电路查找故障的方法。调试完毕后,不要马上拆线交给老师完事,指导老师要鼓励学生用调试好的电路做实验,例如:可以对单元电路的输出进行实际的测算,并跟理论分析结果进行比较,进一步理解电路的特性。这样做可以通过课程设计为学生提供锻炼的平台,提高学生的实践能力和学习积极性。
4.撰写总结报告
总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结,不能等同于平时的实验报告,因此,学生应按规定的格式进行书写。总结报告的图纸要规范,所有图纸都按工程设计标准严格要求。这样可提高学生的方案表达能力、工程制图能力和科技写作能力等基本综合素质,为毕业论文的书写打下基础。
5.建立完善的成绩评定体系是保证课程设计教学质量的关键
在注重结论正确的同时,应该强调整个设计方案实施的全过程。成绩评定包含五个部分:一是预设计方案的正确性与合理性及仿真的结果,占总成绩的25%;二是实验动手能力(包括安装工艺水平、仪器使用、调试过程中分析和解决问题的能力以及创新精神等),占总成绩的30%;三是学生的答辩情况,占总成绩的10%;四是设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神,占总成绩的10%;五是总结报告(包括方案的论证、调试过程中出现的问题及解决方法、数据处理、结果分析、收获和体会等)占总成绩的25%。这样一种相对完善的成绩评定体系使学生在课程设计的任何一个环节都能认真对待,提高了学生学习的积极性和主动性。
改革的效果
1.培养了学生对设计性实验的兴趣,增强了学生动手实验的信心由于设计题目与实际紧密联系,充分调动了学生的学习热情和自觉性,学生在独立完成电路后兴奋不已,很多同学对自己设计并调试成功的电路爱不释手。
2.提高了学生多方面的能力在动手实践设计过程中,学生们从通过查找资料给出预设计方案到互相配合着进行安装调试,最终得出实验结果,每一环节都发挥了他们的主动性和创造性,提高了分析和解决各种问题的能力以及相互合作的能力。
作者简介:师蔚(1981-),女,新疆伊宁人,上海工程技术大学城市轨道交通学院,讲师;郑树彬(1979-),男,广东揭阳人,上海工程技术大学城市轨道交通学院,副教授。(上海 201620)
基金项目:本文系2012年上海高校本科重点教学改革项目(批准号:沪教委高〔2012〕49号)、上海工程技术大学城市轨道交通车辆工程“卓越工程师”培养平台建设项目(项目编号:11XK10)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)19-0117-02
作为教育部首批“卓越工程师”教育培养计划试点专业,上海工程技术大学城市轨道车辆工程专业培养方案重视知识、能力与工程实践的融合,理论联系实际,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。[1]城市轨道学院车辆工程系教师不断探索,总结该专业在培养过程中的经验,并对本专业的发展方向、培养过程中出现的问题不断研究、改进,从而完善和优化了本专业的课程体系。其中,重要的改进部分为在新的培养计划中添加了系列综合课程设计,注重课程设计选题的综合应用性、工程实践性及多样性,旨在着力培养城市轨道交通车辆工程专业学生在城市轨道车辆方面的综合设计、工程实际应用能力及创新能力。并通过前期研究及一系列规划及筹备,达到了开设条件,取得了一定的成果。
一、系列综合课程设计设置依据
城市轨道车辆工程专业课程体系设置原则主要是紧贴本专业“卓越工程师”培养目标,在系列综合课程设计中着重考虑了其在工程素质和能力培养需求方面的作用,并与课程体系中其他课程保持良好的相互衔接,进一步提升理论及实践教学效果。
1.城市轨道车辆工程专业培养需求
上海工程技术大学城市轨道交通车辆工程专业的培养目标为:以城市轨道交通车辆工程为背景,培养具有城市轨道交通车辆工程基础知识与应用能力,能面向工程实际,从事城市轨道交通车辆运行保障及维护、故障诊断及维修并可延伸至整个轨道交通领域等方面工作的高级工程技术人才。[2]在培养目标中,本专业注重与工程实际的结合,因此设置具有工程实践特点的系列综合课程设计正是满足本专业培养目标的需要。
2.衔接专业课程群需求
城市轨道车辆工程专业课程群设置主要包括学科基础课程群、专业课程群及集中实践环节课程群三大部分。其中学科基础课程群主要包括机械、电力电子、测试控制等相关课程。通过对该部分课程的学习,使学生掌握扎实的机械、电力电子及测试控制方面的基本知识,具备独立分析课程相关内容的能力,为后续专业课的学习打下良好的理论和技能基础,为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。
专业课程群则包括城市轨道车辆结构与原理、城市轨道车辆电力牵引与控制、城市轨道故障诊断技术等专业课程。该部分的课程则使学生系统掌握城市轨道交通车辆结构、控制、检测、维护保障等方面的知识。通过这些课程的学习,使学生掌握城市轨道交通车辆机械结构、电力牵引、电气设备等相关城市轨道车辆的组成和原理,以及其故障诊断、检修方法及手段。
专业课程中的集中实践环节课程群则包括企业实践环节和系列综合课程设计环节。该部分课程中的企业实践环节的主要目的是提高学生工程实践能力,使理论联系实际,增强理论教学效果。而系列综合课程设计环节则是学科基础课程群、专业课程群及企业实践环节的综合应用,通过在设计应用过程中使用各课程群中的知识点,不仅弥补了专业基础课程抽象不易理解,理论教学效果不理想的不足,又解决了专业课程涉及知识领域广、实践性强、不易掌握的问题。并且让学生将学校的“所学”与企业实践的“所见”充分结合,使知识体系得以融会。系列综合课程设计正是起到了衔接及促进各专业课程群效果的作用。
二、内容设置
城市轨道车辆工程专业系列综合课程设计包括:城市轨道交通车辆结构与原理课程设计、检测与传感技术课程设计、城市轨道交通车辆电气设备课程设计。在内容设置方面传统课程设计仅隶属于某一门课程,并不注重课程体系其他课程的内容衔接,难以达到训练学生较全面知识体系的目的,而改革后则避免了这一缺点。在系列综合课程设计中主要体现以下特点:
1.综合应用性
首先在设计选题时,教师考虑其综合应用性,将分散的多门课程串联起来并系统化,使学生得到综合性的应用训练。具体做法是各综合课程设计教师首先开设多个选题,供学生选择,并考虑其具体特点,即在城市轨道交通车辆结构与原理课程设计中,将机械原理、机械设计、工程力学、城市轨道交通车辆结构与原理等课程联系起来;检测与传感技术课程设计将检测与传感技术、城市轨道车辆故障诊断技术等课程联系起来;而城市轨道交通车辆电气设备课程设计则将电子技术、电力电子技术、电力牵引、控制理论等课程联系起来,在综合课程设计的任务书中就体现出各选题的综合应用性。
2.工程实践性
在考虑选题时,所有的选题都应与城市轨道车辆工程应用有关,使学生具有实际应用的前提,有利于提高课程设计的兴趣,调动学生的积极性,有利于发挥学生的主观能动性和创造性,也增强了学生在实践中发现问题、解决问题的能力,做到理论与实践相结合。
3.多样性
即选题多样性。选题有的来自于企业的需求,即需要解决的问题,做创新性的开发;有的来自于国内外文献资料,学生进行实践重新设计,实际复现;有的课题来自于教师科研课题中成熟的研究成果转化,指导学生进行前瞻性的设计。总之,学生可以根据自己自身的特点及能力,选择适合自己的设计选题,达到提高综合能力的目标。
4.开放性
在系列课程设计中,借鉴开放式课程设计模式,以综合课程设计选题为主线,在管理上首先实施开放性管理,指导教师以阶段成果作为考核设计进程标准,给学生开放的课程设计空间,使他们有更多自学和研究的机会。同时配有开放的教学实验室为基地,满足学生开放式实践机会。[3,4]
三、组织实施
根据上述系列综合课程设计设置的内容及特点,需要指导教师具有较强的城市轨道车辆综合应用能力及工程实践经验,因此在组织实施该教学内容时主要通过本专业专职教师的培养、企业导师的参与,同时积极构建课程设计平台,并针对系列课程设计在院内立项研究,从硬件、软件上得以为系列课程设计的实施提供有利的保障。
1.系列课程设计教师培养
在系列课程设计的指导教师配备上使用双导师制,即同时配备学校专职教师与企业导师共同指导系列课程设计。由于有企业导师的介入,使系列课程设计的选题可以更加实用,设计过程更加接近工程实际。而学校专职教师则可以在课程设计中把握学生对新技术的应用,引导创新设计思路,并管控课程设计过程,使系列综合课程设计在实施过程中满足学校培养体系的要求及规范。
在学校专职教师培养过程中,注重企业挂职锻炼环节,使挂职锻炼成为专业课程教师的必修环节。通过企业的挂职锻炼,让教师充分了解本专业领域的工程实践相关知识,促进教师提高解决实际问题和进行实践教学的能力。并促使教师不断学习,不断更新知识和工程实践经验,使教学内容与本专业需求保持紧密的联系。对于企业兼职导师,则需要他们具有硕士以上学历,在企业有丰富的现场及实践经验,弥补专职教师在培养学生过程中出现知识、技能和视野以及对新技术应用方面的不足。
2.系列课程设计平台搭建
为保证系列课程设计的正常进行,除了在指导教师配备及培养方面进行努力外,还进行了系列课程设计的硬件平台的搭建。主要包括设置系列综合课程设计用教室,提供基本计算机,仿真设计软件,实验平台。同时还充分利用实验室等其他平台,具体如下:
(1)充分利用专业实验室。在系列课程设计场所的选用中,通过开放性管理,充分利用城市轨道交通学院已有的实验室,如城市轨道交通列车结构实验室、城市轨道车辆自动驾驶实验室、城市轨道车辆检测实验室等场所及相应实验平成部分实验,使专业实验室得到充分利用。
(2)利用科研平台。当学生的课程设计选题为教师科研成果转化的题目时,学生则可利用专业教师的科研平台进行设计、实验等相关内容。
(3)利用学生创新工作平台。通过学院已经搭建的大学城创新工作室及相关设备,部分学生选题接近时,可以进入这些工作室进行相应的课程设计工作。
3.系列课程设计立项研究
在系列综合课程设计的总体设计方案落实的基础上,为了进一步对各综合课程设计进行细化,如选题论证、设计步骤规范、设计工作量的核算、设计指导书的编制等工作,通过院内立项研究,做到选题必须具有工程实践性,设计内容必须具有先进性。对选题进行学生试做,充分验证其课程设计的工作量是否合理,难度是否适中。通过试做学生反馈进行调整,为正式执行教学计划打下基础。
四、结论
在城市轨道车辆专业课程体系中,增加系列综合课程设计是卓越工程师培养目标的需求,同时也是衔接课程体系各课程的重要内容。通过对指导教师的培养、企业导师的介入,并搭建了系列课程设计平台,在软件及硬件上进行建设,并通过立项研究选题,把握其综合性、工程应用性、多样性等特点,取得了一定成果。
参考文献:
[1]柴晓冬,方宇,郑树彬,师蔚.城市轨道交通特色专业群卓越工程师人才培养模式研究[J].中国科教创新导刊,2012,(5):75-76
在科技高速发展的今天,电子技术在人们的生活、学习、科学研究等各个领域都得到了广泛的应用。因此在大学电子技术课程设计的教学过程中,教师如何教好,学生如何学好这门课程也成为值得我们探究的问题。
1电子技术课程设计介绍
电子技术课程设计是继“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程的理论学习和实验教学之后进行的一个非常重要的实践性教学环节。课程设计的目的旨在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力的基础之上,能够综合运用所学知识进一步学习和掌握电子电路系统的分析、设计和实现方法[1-3]。我院电子技术课程设计是针对物联网工程专业开设的,该课程开设在第四学期,也就是大二的最后一个学期,而学生在第三学期刚学完模拟电子技术和数字电子技术基础课程。有了这两门课程做基石,给电子技术课程设计的顺利完成打下了良好的基础。接下来,以我院物联网工程13本1班的电子技术课程设计的教学实施为例,对该课程的实施情况进行分析和总结。电子技术课程设计的时间安排表。
2电子技术课程设计的实施过程
2.1确定题目
在教师的指导下,学生可以自主选择课题,并对课题的基本要求和扩展要求加深理解。然后,学生就要通过图书馆、网络等多种途径查阅与课题设计相关的资料,积累与课题相关的知识。物联网13本1班共有44人,教师组总共给出30个题目,每个题目都有扩展要求,虽然有一部分同学选做了同样的题目,但是同学们都对自己做了较高的要求,同样的题目采用了不同的芯片,最后制作的实物也不尽相同,比较圆满的完成了课程设计。全部课程设计题目如表2所示。前16个题目主要是采用模拟电子技术的知识来完成的,其余14个题目主要依靠数字电子技术的知识来完成。
2.2仿真电路设计
随着电子技术的不断发展,电子设计自动化技术(EDA,ElectronicsDesignAutomation)已经成为实用电路设计过程中不可忽视的重要手段[4]。现在流行的EDA软件有很多,比较常用的有Proteus、Multisim和EWB。EWB是其中相对简单好用的一种仿真软件,也是这次课程设计中学生们较为常用的一种软件。通过仿真软件的应用,学生可以对自己的设计思路进行验证,还不用担心损坏元器件。当设计好的电路能在仿真软件中达到预期的效果后,再进行实物的搭建就会事倍功半了。但是仿真软件也存在一定的问题,例如,在电路仿真时,二极管、数码管等器件即使不接限流电阻也不会烧毁,但是在实物搭建中如果也不接限流电阻,往往就会烧坏这些器件。这也是实物搭建过程中需要注意的事项。
2.3实物搭建
实物搭建是和仿真电路设计几乎同样费时甚至更为费时的过程。电路越复杂,实物搭建的过程就越长。因为条件所限,一部分同学设计的电路在面包板上搭建完成,一部分同学设计的电路通过实物焊接来完成。而在面包板上搭建的电路因为接触不良,导线连接错误等问题,常常会出现电路搭建好后却不能得到预期效果的情况。事后寻找错误原因时却并不那么容易找到问题所在。有时候寻找问题花费的时间往往比重新搭建一遍电路还要长。所以电路的搭建最好在一开始就细心认真,争取一次成功。
2.4课程设计评分
课程设计历经表1所示6个环节,评分时针对其中的4个主要环节,也即仿真电路设计、实物搭建情况、设计报告完成情况、答辩情况,分别进行评分,从而得到最终成绩。课程设计各环节占总成绩百分比情况如表3所示。最后要求学生提交仿真电路、设计报告和答辩PPT的电子版,以及打印好的纸质设计报告。
3总结
通过电子技术课程设计,学生们在2周的时间之内完成了一个实用电路的设计和实现,培养了学生正确的设计思想,严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神;促使学生综合运用所学的电子技术知识对工程实际问题进行分析和解决。通过课程设计,使学生对于仿真软件的使用和电子产品实物的搭建、焊接能力得到训练和提高[5-6]。然而,在整个课程设计过程中也发现了一些值得思考的问题,希望在以后的课程设计过程中能够进行改进。
(1)题目难易程度不尽相同。
尽管题目组老师尽力使得每个题目都难易相当,但是还是存在有些题目容易些,有些题目难一些的情况。导致学生们完成的进度不一致,最后成绩评定不能完全公平。建议在以后的课程设计中,对于难易程度不同的题目设置不同的难度系数,这样在学生自由择题的时候就会慎重选择题目了。
(2)实物搭建方法最好统一。
采用面包板搭建简单的电路是非常方便快捷的,电路改错也很方便。然而当电路变得复杂时,面包板就不是最好的选择了。因此以后的课程设计可以考虑采用万能板来进行实物搭建,既锻炼了学生在万能板上进行实物电路搭建的能力,还能锻炼学生的实物焊接能力。虽然存在一些不足,但是学生们的收获依然很大。有的学生甚至表示:两周的课程设计做完,感觉自己收获的知识比一学期的理论学习还要多。虽然不排除有夸张的成分,但是也间接体现了学生在电子技术课程设计中确实获益匪浅,这也是设立这门课程设计的初衷和希望达到的目的。
参考文献:
[1]刘芸,陆洪毅,王学慧.浅谈模拟电子技术的学习难点及教学策略[J].大学教育,2015(01):120-122.
[2]王美玲,陶涛鑫君,,等.基于PSoC的数字电子技术教学改革探索[J].实验室研究与探索,2014(08):162-165.
[3]孙炳.模拟电子技术与数字电子技术的优势比较[J].电子技术与软件工程,2015(16):146.
[4]徐晓霞.基于EDA的电子技术课程设计探究[J].电子测试,2015(05):148-150.
应用型电子信息类专业根据电子信息领域对人才的要求,鉴于生源的特点,确定其人才培养目标是能综合应用电子信息技术和计算机技术的应用型电子信息人才。为了实现该培养目标,需实施“以能力培养为中心”人才培养模式,这就需要实施合理的理论与实践教学方式,教学方法,特别是着重培养学生“实践能力和创新能力”实践教学的内容和思路。
2、电子信息类专业实践教学环节
电子信息类专业要求学生实践动手能力强、适应相关岗位技能和创造性需要,实现这个培养目标就必须有合适的实践教学来支撑。坚持“以就业为导向,以服务为宗旨,以社会需求为目标,以技术应用能力培养为主线”,循技术、能力培养的规律,使实践教学和理论教学有机地融为一体,通过各类实践教学环节,采用创新的技能培训模式,使学生技能的培养依托行业、企业,靠近市场,循序渐进,让学生学习掌握融入行业和市场主流的实用技术,构建以职业能力和综合素质培养为目标的实践教学体系。
2.1电路电子实验。对学生的基本实验技能完成训练,主要掌握基本的电子仪器仪表的使用,电路性能指标的测试方法和数据分析的能力,养成正确的实验方法和撰写实验报告的能力。
2.2专业基础课程设计。在学生完成电路电子实验后应进行相关专业基础课程的课程设计,进行课程设计的主要目的是让学生掌握某一个相关题目的设计,由教师给出课程设计题目或经教师审核的自选题目,题目确定后经电路设计、电路安装和调试、撰写课程设计说明书和答辩环节,达到课程设计的目的。在课程设计中一定不能采取“纸上谈兵”的办法,既只让学生撰写课程设计说明书的方式,如采取这种方式就不能达到让学生把理论知识应用到实践当中的目的。
2.3EDA软件应用培训。随着EDA软件的普及,现在的电路设计和调试可以通过各种EDA软件实现,对学生进行EDA软件培训可以提高学生应用软件能力和提高效率。
2.4专业技能培训。专业技能培训针对当前电子信息领域应用广泛的技术进行系统培训,此项培训可提高学生应用能力,专业技能培训可包括单片机应用培训、嵌入式系统培训、PLCD和FPGA培训等。毕业设计环节是整个实践教学中非常重要的环节,毕业设计必须以实际应用为选题依据,突出专业的应用特点。
2.5毕业设计。毕业设计既是对学生设计和应用能力提高,也是对前一阶段实践教学效果的检验,毕业设计阶段必须要求学生完成实际电路设计制作或完成电路仿真测试,不能只做理论分析,否则不能体现应用型人才的培养特点。
3、双师型教师队伍的培养
为了提高实践教学质量,突出办学特色,提升教师的教学水平,专职教师除了承担理论教学工作之外,还参与电路电子实验、电子线路课程设计、专业技能培训和毕业设计等的各个实践教学环节。专职教师要按照各实践教学环节的管理规范,积极承担实践教学工作,努力完成各项实践教学任务。在完成实践教学工作情况,自编多种实验指导书、培训教程、指导专业设计竞赛等。
4、完善实验实训室建设
电子信息实验实训室能够承担电子信息专业的基础实验实训,专业培训,并为其他相关专业的电子专业技术实验实训。此外注重自制实验实训设备研制与应用,可以节约实验设备的投入,提高教师的实践能力,提高实践教学效果和加强对实验设备的维护。
5、加强实践教学的管理
5.1建立健全各项规章制度。建立完善各种规章制度,使各项工作有章可循,有据可查,责任分明。实验室建立各项规章制度,如:实验教师岗位责任、学生实验守则、实验操作规程、实验室安全防范条例等。同时按仪器设备的档次价格,建立完整的技术档案,相关的帐、卡、册及仪器设备的使用情况登记簿。
5.2做好实验教学安排。在实验教学中,为保证教学任务的完成,针对每门课程的进度做好实验的安排,最大程度保证理论课和实验课的同步进行。每门实验实训课都有一到两名教学负责该项课程的课程表安排和实验内容的制定,以保证实践教学的正常进行。
5.3做好实验考核。学生通过各种教学实验而获得实验能力的培养,学生在实验过程中既要掌握仪器的安装、调试和使用,实验的操作和测定,实验数据的处理和分析;又要能独立操作获得正确的实验结果,而后者更为重要。每次实验都要求有原始实验数据,保证实验数据的准确性,作为实验成绩评定的基础。因此,教学实验的考核应当与理论课的考核有所区别。在教学实验课中,要对学生实行全面考核,做到平时成绩和期末考试成绩相结合。
5.4做好实践教学的总结。为总结提高实验教学质量,对实验教学效果应进行调查和研究,着重对学生实验能力培养的调查。每次实验结束,由实验实训负责教师和上课教师对实验进行总结,针对实验实训内容、教师讲授情况和学生的反馈,及时调整实验内容和教学方法。能够使实验教师在改进实验教学时有较准确的依据,并能使实验教学管理工作的改进建立在可靠的基础上。以改进教学方法和实验教学的管理,提高教学质量。
6、通过参加专业竞赛提高学生实践和创新能力
在应用型院校中,培养学生主动探索、主动学习的能力尤为重要。专业竞赛具有良好的导向性,注意基础理论知识与综合能力的结合、设计计算与制作测试的结合,技术基础与多专业内容的结合,传统器件与新型器件的结合。
7、电子信息类实践教学的思考
关键词:实验;课程设计;实践教学
中国分类号:G642
文献标识码:B
“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求,是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念,加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用,提高应用集成电路的基本技能,培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。
1实验设备
2003年初我院加大实验室建设投入,全面改善实验室条件,添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学,并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。
2实验目标和内容
运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理,熟悉简单运算器的数据传送通路;掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能;掌握移位电路的工作原理和使用方法;掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法;掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能;验证4位乘4位功能。按给定的数据,完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如,学生验证完运算器的加运算之后,再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。
存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用,掌握存储器的构成;掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法;掌握用存储器芯片构成主存储器时,如何进行字/片选技术,了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读,属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。
控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理;掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程;掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程;硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。
总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性;掌握用总线传输数据的控制原理和方法;掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。
模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法,以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念,为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验,复杂模型计算机实验,用CPLD实现模型计算机实验,基于RISC处理器的模型计算机实验,基于重叠技术的模型计算机实验,基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。
3课程设计的目标和内容
在学期快要结束的时候,专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计,主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况,自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同,基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。
4考核方法
实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前,指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期),然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中,要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程,实验结果),在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论,实验讨论,实验清单),下次做实验时再交上实验报告,由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。
课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%),主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%),主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%),主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%),主要是程序能正确运行情况(10%),设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%),问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩,并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。
参考文献
[1] 钟荣柏. 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]. 科教文汇,2007,(4).
[2] 柴志雷. “计算机组成与体系结构”教学初探[J]. 考试周刊,2007,(27).