“流体传动与控制综合实验”教学改革探索与实践_孙渊.pdf
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1、 第 卷 第 期 年 月:“流体传动与控制综合实验”教学改革探索与实践孙 渊,李庆龄(上海电机学院 机械学院,上海)摘 要:针对理论教学课程中出现的课程项目涉及知识体系与现实工程实际应用技术不同步,实验学习分组不科学和学生综合应用能力弱等问题,进行了实验课程教学改革。从面向现实工程问题,关注现实工程实际应用技术,建立了多知识融合课程项目;关注学生学情,探索了科学分组策略;关注学生能力,探索了实验过程中多项能力递进培养模式。教学结果表明,学生的设计创新能力和专业知识综合应用能力得到持续改进和提升,学习成效和课程目标达成度均明显提高。关键词:工程实际应用;多知识融合;能力递进培养中图分类号:;|文
2、献标志码:文章编号:(),(,):,:;收稿日期:基金项目:年度上海电机学院重点课程建设项目();中国高等教育学会 年度高等教育科学研究规划课题()作者简介:孙 渊(),女,上海人,博士,教授,研究方向为机械电子工程专业相关技术和体系、专业人才培养方案和培养模式。:;:引 言工程本质上是造物、实践活动,工程教育与传统科学教育的主要区别在于突出实践,回归工程,关注现实工程。近年来,中国工程教育界重视工程实践,强化实践教学环节,重视学生工程实践能力培养。年,国家颁布高等教育面向 世纪教学内容和课程体系改革计划,明确提出“综合性、重实践”的教学改革要求,加强工程实践能力的培养,强调课程“整合”与课程
3、“集成”,重建课程内容和课程结构。年,在教育部指导下,构思设计实现运行()教育模式开始在工程教育中探索与实践,让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程。年,教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”,其目的就是要培养工程实践能力、工程设计能力和工程第 卷创新能力。年,教育部等三部委下发的关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见指出,地方高校的人才培养应与地方经济发展需求对接,以培养能够服务地方企业的应用型工程科技创新人才和服务区域经济社会发展的科技产业人才为主,因此探索产教融合途径提升人才培养质量成为研究热点。此后,众多地方高校开始探索成果导向教育()教育模式,开展工程教育专业
4、认证下的课程教学改革,关注学生课程学习成效,关注学生本体,关注学生能力培养。纵观中国工程教育改革之路发现,工程活动至关重要。为此,工程教育改革更加需要强化实践的分量,重视创新设计和工程实践,尤其在实验教学中要加强研究和探索。例如,李晶等在课程实验中构建了层次化实验教学内容体系,引入虚拟仿真技术,创新教学方式,提升学生实践能力;叶回春等运用虚拟仿真技术使学生了解前沿知识与先进技术;赵劲松等结合电液伺服实验台进行实践教学研究,加深了学生对理论知识的理解,培养了学生解决实际工程问题的能力;朱玉平等构建了“三耦四融”的工程实践创新人才一体化培养体系,以提升学生工程实践创新能力。我校机械电子工程专业教学
5、团队从专业培养方案、培养目标、培养模式、课程教学等方面开展了全面的改革与试点:以培养学生的工程实践能力为主线,开设了专项实验、综合实验和综合实践教学,实践教学比例占 以上。通过综合实验课程,创设环境让学生运用多门课程知识进行有效的综合和集成,培养学生创新设计和工程实践等综合能力。其中,笔者开设的“流体传动与控制综合实验”就是运用“液压与气压传动”“计算机辅助设计()基础”“项目管理与经济分析”“机电控制系统”等专业课程所学知识进行多知识融合,运用液压相关专业知识,进行机电设备的液压系统及其控制系统方案设计,以及具体的系统回路设计、控制系统设计、负载连接件结构设计,既锻炼了学生分析机电领域复杂工
6、程问题的能力,又为学生完成后续毕业设计提供了必要准备。在课程改革过程中,遵循回归工程,从关注现实工程、关注学生学情、关注学生能力三方面进行了探索与实践。教学中存在的问题“流体传动与控制综合实验”是机械电子工程专业必修课程之一,旨在提升学生的专业实践能力。该课程作为实践教学环节,前 年是“一人一题”,近 年采用“一组一题”的模式,或 名学生自由组合,以小组形式合作完成一个完整的机电液工程项目。本课程开设之初,即关注任务驱动、学生主导、教师引导。通过近 年的教学实践发现,目前该课程教学实施过程中亟需解决如下 个突出问题。.知识与企业技术不同步随着新兴产业和智能技术的出现,以智能制造、云计算、人工智
7、能、机器人技术的新工科,相对于传统的工科人才,更需要实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型应用人才。如何培养具有创新意识的实践应用人才以适应当代科技发展和新工科建设需求,是值得思考与研究的问题,例如胡蔓等探索了新工科背景下工程实践教学模式,严寒冰等进行了智能制造技术引领下机电专业实践教学体系的研究等。随着技术的发展,现实工程新技术需要快速融入课程项目,以往课程项目涉及的知识体系已经滞后,有待于更新和优化。因此,需要更新课程中机电液工程项目,与目前智能化、自动化设备中工程实际应用技术保持一致,实现课程学习内容与企业技术应用同步,通过工程实践锻炼学生分析机电领域复杂工程问题的能力。.
8、课程设计分组不科学前期的“一人一题”是基于课程设计基础上的“延续”“一组一题”是基于与其他综合实践课实施方式上的“抄袭”。通过教学,发现这两种方式均存在一定弊端,采用“一人一题”,学生之间思考和决策的互动性缺乏,往往只顾自己,缺少沟通交流,从而缺乏高阶思维和创新意识的驱动力;采用“一组一题”,学生分组进行组长选择制,带有主观性,忽略了学生学情,从而影响到学习成效总体发挥。因此,需要改进分组方法,关注学生个性,最大效果地提高学生学习成效,达到课程培养目标。.学生综合应用能力较弱课程项目开展过程中,发现学生对机电专业知识的应用能力极为欠缺。本项目需要 基础,通过机械设计对负载件进行设计装配,需要可
9、编程逻辑控制程序()对电磁阀实现自动控制,利用有限元数值模拟软件对液压系统进行仿真分析。其中,软件涉及三维建模软件(如 、等)、液压回路和建模仿真分析,涉及有限元数值模拟软件(如、等),需要经济决策对元器件进行选型,完成系统的设计。由于系统的设计考虑到多因素,其设计过程需考虑更多的技术耦合与系统集成,而多因素的技术耦合与系统集成,需要学生具备高阶思维能力、设计方案创新能力和机电液专业知识的综合应用能力。但是,目前由于学生在培养过程中对上述能力培养重视度不够,学生的综合应用能力较弱。第 期孙 渊,等:“流体传动与控制综合实验”教学改革探索与实践 课程教学改革举措.建立多知识融合项目关注现实工程问
10、题,建立多知识融合项目是本课程教学改革核心内容。在现实工程问题中,着重关注企业技术应用,实现课程教学内容与企业技术应用同步,保证课程教学内容先进性,学生在学习过程中可以体验先进技术,接触现实工程复杂问题。当学生面临问题,分析问题和解决问题时,往往会伴随着“困惑和兴奋”的情感,而当问题被解决后,又可以让学生收获“学以致用”的获得感,这将大大激发学生的求知欲,并维持学习兴趣的持久性,这种由知识学习、能力培养与情感体验有机结合的培养模式,将大大提高学生学习成效。特别是,由于项目来自企业实际工程问题,可以带领学生融入制造业生产一线,亲自“看见”和“识别出”问题,并进而向着解决问题而产生学习动力。另外,
11、来自企业生产实际需求的项目,可让学生产生一种社会需求感和责任感,能够让学生在设计中综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素,并分析和评价机电工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律、文化的影响及责任。建立多知识融合项目,关注多知识综合应用,实现高阶思维、创新能力和知识应用能力提升,是综合实验课程改革任务。综合实验课程培养目标是将两门及以上课程知识有机集成,运用两种或两种以上的实验方法和手段完成实验项目,本课程将液压与气压传动、机械设计、项目管理与经济分析、工程制图、基础、液压系统建模与仿真、机电控制系统等多门课程和知识有机融合(见图),运用现代绘图设计软件、系统建模仿真
12、软件和自动控制软件完成项目设计和实验研究,具体设计分为:项目需求分析;理论计算成本决策;系统建模与装配;液压回路建立与仿真;图 综合实验课程设计流程和多知识融合 编程及运行;液压系统实验搭建、系统自动控制、回路运行、实验验证 个流程。在项目需求分析、拟订方案时,需考虑到企业生产需求、加工工艺、成本和环境友好性等多因素,其过程会带来更多挑战性,有助于培养学生解决复杂问题的综合能力。此外,按照发明问题解决理论(),能为学生在产生创新思维后提供新的思考方式和实践素质,现实工程复杂问题同样会引发更多的创新思维,可以锻炼学生、培养学生的高阶思维能力、设计创新能力和机电液专业知识的综合应用能力,达到学习成
13、效。.探索科学分组策略本课程作为一门实践性课程,一定要让学生成为课堂主角,学生作为学习主体,参与到实践学习中,教师角色已不再是以传授知识为主,而是帮助学生去发现和探索问题、组织和管理知识、形成思路、解决问题,因此,关注学生学情,探索科学分组策略也是本课程改革核心内容。当交给学生一个多知识融合的现实工程实际项目,并教会他们如何运用已有知识,如何获取企业生产中新知识和新技术之后,教师仅需做到适时引导,让学生去自由、自主发现解决问题和可能的技术冲突,真正学到本领。但由于班级学生学习能力和学情不同,面对一个复杂工程问题的课程项目,可能造成部分学生学习能力不足而导致学习成效下降。因此,有必要基于分层教学
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