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1合理安排教學內容
為提高教學質量,應使教學內容更具針對性和合理性。本課程結合高職教育特點并通過對食品企業以及相關行業的調研,分析其職業崗位的設置及其用人標準,對原課程內容進行了重新整合和設計,更加突出職業應用能力的培養。我校食品工程專業根據企業需求分為乳品、肉品、烘培等加工方向,由于目前市場上食品機械類教材涉及的內容較廣泛,因此需根據實際情況自編講義。在自編講義過程中,我們堅持“以成果為導向”的課程設計理念進行編寫,力求突出學生的主體地位以及學生職業能力的培養,最終使學生達到懂結構、懂原理、懂操作、懂維護、懂選型的學習目標。為此我們在教學內容組織與安排上(如乳品加工專業方向),制定了“1、2、3、4”基本原則,即1個主線:以乳品加工設備為主線;2個統一:理論與實踐、知識與能力的統一;3個優先:內容的實用性優先于系統性、實踐內容優先于理論內容、技能訓練優先于知識教學,并使這兩者相互協調起來;4個結合:教與學、學與練、課上與課下、校內與校外的相互結合。在此原則基礎下,根據乳品加工工藝依次講解相關機械設備,同時增加機械制圖、機械基礎等方面的知識,另外在每章內容后增加一些先進食品加工工藝及相關的設備介紹,以培養學生可持續發展的能力。
2增加實踐學時分配
為提高教學質量,應加大實踐學時分配。食品機械與設備課程內容涉及食品常用機械的結構、原理、選型、使用與維護等知識,是一門實踐性與應用性較強的課程,而學生平時很少接觸食品機械,在學完相應的理論知識后,應及時帶領學生到實訓基地或工廠進行參觀學習,以增強學生對機械設備的感性認識,因此,為了提高教學質量,必須增加實踐學時分配。實踐內容主要包括對廢舊機械設備進行拆裝;根據生產工藝流程,正確操作相關設備并生產出合格產品;繪制機械結構并說出各部位作用;手工制作簡單設備模型等,通過這些實踐操作可激發學生學習興趣。
3靈活運用行動導向教學法
為提高教學質量,教學過程中應盡量采取行動導向教學法。“行動導向”是指以職業行動和工作任務為主導的教學指導思想。行動導向教學法不是指一種具體的教學方法,而是一系列教學方法及技術的組成。行動導向教學法在高職食品機械與設備課程中應用可行且效果顯著,這在教學實踐中得到了證實。
(1)多媒體演示法。食品機械與設備涉及的結構圖多且較復雜,隨食品加工設備新品種的不斷涌現及更新換代,傳統的掛圖已不能滿足教學需要,因此充分利用多媒體技術,將教學內容以圖、文、聲、像的形式生動、形象、直觀的表現出來,以激發學生的學習興趣,這大大提高了教學效率和教學效果。
(2)現場教學法。對于典型的機械設備,可將理論課搬進實訓基地進行現場教學,如在講到旋風分離機時,讓學生在現場先觀察設備的外形結構,提醒學生注意進料口、出料口與排風口的相互位置,讓學生思考為什么這么設計?為下一步的工作原理學習奠定基礎。
(3)任務驅動教學法。任務驅動教學法就是讓學生在典型任務的驅動下,通過自主探究和學習,在既定時間完成既定任務;其具體實施過程是興趣導入、任務提出、任務實施、評價考核。如在講到膠體磨、高壓均質機時,讓學生根據所查資料并以組為單位對設備進行操作并生產出相應的產品(如果汁),后進行組內自評和組間互評,這不僅使學生掌握相關知識,而且也培養了學生分析及解決問題的能力。
關鍵詞:地方本科院校;應用型;機械原理;雙語教學;改革
作者簡介:解芳(1981-),女,江蘇濱海人,南陽理工學院機械與汽車工程學院,副教授;龐興華(1955-),男,河南南陽人,南陽理工學院機械與汽車工程學院,教授。(河南 南陽 473004)
基金項目:本文系南陽理工學院2012年度教育教學改革項目的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)34-0111-03
在經濟全球化及高等教育國際化的大背景下,尤其是隨著工程教育的理性回歸以及“卓越工程師教育培養計劃”的實施,市場要求高校培養擁有“國際視野”、能夠進行“跨文化交流”、具有“國際合作和競爭能力”的高素質應用型人才,這給高校的雙語教學工作帶來機遇的同時更提出了挑戰。[1,2]
一、地方本科院校開展雙語教學的必要性
早在2001年9月,教育部就在《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》中對雙語教學提出明確要求:“各高校要積極推動使用外語進行公共課和專業課的教學,特別是在信息技術、生物技術、新材料技術、金融、法律等專業以及國家發展急需的專業開展雙語教學,力爭三年內開發5%~10%的雙語課,以提高高等教育人才的競爭力。”2010年,教育部在“卓越工程師教育培養計劃”中對大學生的國際化培養提出了明確的要求:“參與高校要積極引進國外先進的工程教育資源和高水平的工程教師,要積極組織學生參與國際交流、到海外企業實習,拓展學生的國際視野,提升學生跨文化交流、合作能力和參與國際競爭能力。鼓勵有條件的參與高校,培養熟悉某一國家文化、法律和標準的國際化工程師。”
目前,我國“211”和“985”重點院校如北京大學、浙江大學等高校的雙語教學工作進展順利,這些高校已在雙語教學的教材編寫與選用、師資隊伍建設以及教學模式和方法改革方面取得了許多研究成果。然而,目前地方本科院校的雙語教學工作在艱難推進中鮮有進展,其主要原因是地方本科院校的學生英語底子差、欠缺自學能力,同時雙語教學資源及師資也相對匱乏。上述差異決定了地方本科院校難以模仿照搬重點院校的雙語教學模式,因此如何基于自身特點探索一條適合于地方本科院校的雙語教學模式是推進雙語教學的關鍵。
機械與汽車工程學院的機械設計制造及其自動化專業(以下簡稱機制專業),是南陽理工學院(以下簡稱“我校”)創辦較早的專業之一,同時也是我校率先啟動“卓越計劃”的專業之一。該專業以培養高素質應用型的機械工程師為目標,要求學生具有扎實的綜合基礎知識的同時,還要具有國際視野、跨文化交流能力以及國際合作和競爭能力。機械原理作為機制專業的核心技術基礎課程,主要研究機械的基本概念、基本原理與基本設計方法,具有嚴密的理論性、邏輯性、系統性與工程應用性。因此針對機械原理課程開展雙語教學,是提高學生運用英語進行國際交流合作的能力,培養高素質應用型的機械工程師的重要途徑。
二、機械原理雙語教學存在的主要問題
南陽理工學院機械與汽車工程學院(以下簡稱“我院”)從2008年開始就對機制專業機械原理課程實施了雙語教學嘗試,是我院率先開展雙語教學的課程之一。經過近5年的探索實踐,雖然積累了一定的雙語教學經驗,但是目前仍存在以下主要問題:
第一,由于學生英語水平參差不齊,故目前機械原理雙語教學中使用的全英文教材不適合所有層次的學生,缺乏與全英文教材相匹配的中文講義和中文電子課件,給學生的預習和復習帶來了不便,導致英語水平較差的學生對機械原理雙語課產生了畏懼甚至是厭煩情緒。
第二,在授課語言上,沒有達到教育部要求的“教師須使用50%~70%甚至是100%英語講授課程內容”,在實際的教學過程中由于學生的英語基礎差以及雙語教學師資資源薄弱等,僅僅達到了10%左右。
第三,雙語教學的考核體系不健全,仍然以中文考核為主,如平時作業、練習、考試試卷均采用中文等等,導致學生雙語學習的積極性不是很高。
第四,雙語師資資源嚴重匱乏。由于我校為應用型本科,因此近年來大量引進雙師型教師,目前,我院雙師型教師比例已超過60%,雖然其中不乏實踐經驗豐富、教學能力優秀的教師,但是能夠承擔雙語教學的寥寥無幾。
以上問題嚴重制約了機械原理雙語教學的進一步深入開展。
三、機械原理雙語教學改革的具體措施
針對我院機械原理雙語教學中存在的問題,主要從輔助教學資源構建、教學模式與教學方法改革、課程考核體系完善、雙語師資隊伍建設等方面開展了改革工作。
1.構建與機械原理全英文教材相匹配的輔助教學資源
在機械原理全英文教材相匹配的輔助教學資源構建過程中,主要從以下兩方面展開:
(1)創建與選用的原版英文教材相匹配的中文講義及電子課件。按原版教材的章節編制中文講義,以保持英文的“原汁原味”;為專業詞匯、術語等名稱增加英文注釋,書后增加中英文詞匯對照表,以兼容中英文教材的優點;每章開頭增加“本章學習指導”,對主要知識點及學習的重難點進行說明,使學生一開始就能對每一章的重難點心中有數;每章結尾增加“本章小結”,將本章重要知識點及專業詞匯進行羅列總結,有利于學生對教學要點的理解和掌握,便于學生的自學。在電子課件中,遵循原版英文課件,將其轉換為學生更容易接受的中文電子課件,對專業詞匯、術語等名稱增加英文注釋,使學生掌握機械原理的基本知識點的同時熟悉機械類的專業術語及詞匯。
(2)建立與考核大綱相匹配的中英文習題庫及模擬試卷庫。為了增加學生雙語學習的積極性,讓學生及時檢查自己的雙語學習效果,建立了題型豐富的機械原理中英文習題庫及模擬試卷庫,該試題庫囊括了機械原理考核大綱中所有的考點;此外,習題庫及試卷庫都配有相應的標準答案,可供學生參考。
2.分步走、可持續地開展機械原理雙語教學模式與教學方法的改革
雙語課與專業英語的不同之處在于雙語課是專業基礎課,其主要任務包含兩方面:一是使學生掌握扎實的專業基礎知識,二是使學生掌握相關的專業英語詞匯和科技文獻的英文表達方式,提高學生在相關專業領域的英語聽、說、讀、寫“四會”能力。因此,雙語教學不能沿襲專業外語教學中的簡單翻譯模式,即將英文科技文獻逐句翻譯成漢語,講授句子結構、語法、單詞等,這是沒有充分理解雙語教學的要求,偏離了雙語教學的目的。基于此,在機械原理雙語教學模式的改革和實施中,主要從以下方面展開:
(1)采用“分階段遞進式”及“啟發探究式”的教學模式。根據我校自身條件和學生外語基礎普遍較差,英語水平良莠不齊等因素,采用“分階段遞進式”教學模式逐步推進雙語教學。目前,機械原理雙語課程教材選用的是高等教育出版社出版的全英文教材《Mechanisms and Machine Theory》,該教材淺顯易懂,句子結構比較簡單,只要學生掌握相應專業名詞術語,就能讀懂內容,非常適合我院學生。基于此,在雙語教學的初級階段,由于學生剛接觸專業外語,專業詞匯量有限,難免存在畏懼心理,因此在該階段宜采用“半外型”教學模式,即使用全英文教材,教師基本用漢語講授,只涉及少量零星的專業英文詞匯,并將這些詞匯進行整理匯總,便于學生記憶;隨著雙語教學的推進以及學生專業詞匯量的增加,逐步由“半外型”過渡到“混合型”教學模式,即使用全英文教材,教師用外語和漢語交叉講授,較淺顯的內容用英語講授,重點、難點以及較復雜的難以用英文解釋清楚的原理用漢語解釋。該循序漸進的教學模式可以兼顧學生英語基礎的差異性,使英語基礎差的學生跟得上,英語基礎好的學生喂得飽。
另外,要充分調動學生對雙語學習的興趣,要打破國內傳統的“以教為主”的課堂教學模式,構建一種在國外盛行的“以學為主”的新的課堂教學模式。在教學過程中,采用“啟發探究式”,以“研究討論”的方式引導學生探究問題,激發學生的創新思維。使學生在討論中發現問題、解決問題,這樣既有利于學生對相關知識點的牢記,又可以增加學生的成就感,消除其畏難心里,從而提高其學習興趣。圖1為“啟發探究式”授課的程序模式框圖。
(2)采用“正式合作式小組”研討式的教學方法。基于優勢互補及自愿結合原則,組建“正式合作式小組”,采用分工合作制,明確各組員的任務,如組長負責組織、策劃;主持人負責主持討論等。每一輪研討可以輪流執政,讓每位學生能承擔不同的任務,各抒己見,集思廣益,并明確自己的差距,有利于形成互相競爭、相互學習的良好局面。在授課前,給每一小組指定外文教材的某一章節或教師選編的英文閱讀材料,并要求經過小組討論后在課堂用英語向其他小組講授或形成討論報告,由教師及其他小組給其打分,并記入平時成績,通過考核方式引導和督促學生提高英語學習效率,培養他們使用英語工具的習慣,提高學生雙語學習的積極性。
(3)充分發揮多媒體教學手段的形象直觀性。在教學中堅持傳統教學與多媒體教學的優勢互補,即要充分發揮傳統教學特有的隨機性、靈活性、及時性,同時要有效利用多媒體教學的形象性、直觀性,將聲音、動畫、文字、圖像等融為一體,以增大雙語課堂教學的信息量,達到事半功倍的效果。如:在講授凸輪輪廓曲線設計方法的時候,可以利用事先編制好的繪圖程序,一步步演示凸輪輪廓曲線的設計步驟,這樣不僅能夠提高學生的學習興趣,而且與傳統的板書教學相比效率大大提高;在講授齒輪漸開線齒廓的加工方法時,可以播放事先錄制好的視頻,這種清晰直觀的圖像有助于學生的理解。
3.完善機械原理雙語教學考核體系
為了檢驗雙語教學的效果,加強了對機械原理雙語課程的過程考核,在綜合考慮學生的平時表現、實驗成績和試卷成績的基礎上評定學生的最終成績,其中平時成績占10%,實驗成績占20%,考試成績占70%。
平時表現包含三個方面:一是課堂發言及小組討論是否積極,英文表達是否流利,盡可能要求學生用英語記課堂筆記,用英文回答教師提問;二是平時布置的課后作業(要求學生用英作業)是否能夠認真完成,課后布置的專業英語擴展閱讀是否能夠認真完成;三是平時上課出勤率。
實驗成績一方面考查學生對機械原理基本知識點的理解情況,另一方面考查學生的實際動手操作能力。與以往機械原理實驗以驗證性實驗為主,忽視設計性實驗不同,除了開設機構運動簡圖測繪和漸開線齒廓范成原理實驗以外,還增加了機構運動方案創新設計實驗,學生在機構創新實驗平臺上,通過拼接、調試、運行等最終設計出具有確定運動的機構,這種“搭積木”的實驗方式不僅有效提高了學生參與實驗的積極性,而且大大提高了其動手能力。
以往該課程的試卷均采用傳統的全中文命題形式,試題中體現雙語的僅僅是10分的名詞術語翻譯題,不僅覆蓋面小,難以囊括該課程的重點專業詞匯,而且還占用了一定的分值,使考核專業知識考點題目的分值縮減到90分,這樣在考點覆蓋面和分值分配之間難以兩全。為了解決這一問題,在2011級機制專業考核時使用了全英文試卷,這樣所有的題型都是以考核學生的英語閱讀能力為基礎,并以考核學生是否掌握機械原理知識為目的,有效協調了專業知識與雙語之間的矛盾。此外,在開課初期就告知學生本課程的考試為全英文試卷,以此提升學生雙語學習的積極性。表1所示為采用全英文試卷考核后2011級機制專業三個班的卷面成績統計表,可見三個班的卷面平均分都達到了命題期望值。其中11級機制卓越班的卷面平均分遠高于其他兩個班的,這是由于班級差異性造成的,卓越班是經過層層選拔重新組建的班級,該班學生英語及公共課基礎普遍較好,而且在課程進行當中,該班完成了將英文課文翻譯成中文的大作業,也一定程度上推進了該班的雙語教學效果。
表1 機械原理雙語課程全英文試卷考核卷面成績統計表
(命題期望值70分)
班級 優秀(率)(90~100分) 良好(率)(80~89分) 中等(率)(70~79分) 及格(率)(60~69分) 不及格(率)(
平均分
11級機制
1班 8人
(14.5%) 6人
(10.9%) 15人(27.3%) 19人
(34.5%) 7人(12.7%) 71.4
11級機制
2班 9人
(16.4%) 16人(29.1%) 12人(21.8%) 11人
(20.0%) 7人(12.7%) 74.6
11級機制
卓越班 5人
(17.9%) 14人(50.0%) 6人
(21.4%) 3人
(10.7%) —— 82.6
表2 近三年機械原理雙語課程考試卷面成績統計表
(命題期望值70分)
年級 優秀(率)(90~100分) 良好(率)(80~89分) 中等(率)(70~79分) 及格(率)(60~69分) 不及格(率)(
平均分
2009級
機制專業 20人(16.7%) 40人(33.3%) 25人(21.0%) 21人(14.3%) 14人(12.6%) 75.6
2010級
機制專業 19人(16.0%) 43人(36.1%) 25人(21.0%) 17人(14.3%) 15人(12.6%) 76.9
2011級
機制專業 22人(16.0%) 36人(26.1%) 33人(24.0%) 33人(24.0%) 14人(10.1%) 75.0
表2所示為近三年機械原理雙語課程考試卷面成績統計表,其中2009級和2010級考核采用的是中文試卷,而11級采用的是全英文試卷,由此可知:全英文試卷的采用并沒有對卷面平均分產生較大的影響,說明學生對全英文的考核形式是可以接受的,因此該考核形式可在今后的雙語教學中繼續推廣。
4.雙語師資隊伍建設
近兩年,我院大力引進具有海外留學背景的高學歷人才,目前已引進一名留英博士和一名留法碩士,將他們充實到機械原理雙語教學的隊伍中,有效解決了雙語師資短缺的問題。此外,我院充分利用與英國北安普頓大學合作辦學的國際交流平臺,一方面每年派遣1~2名雙語教學骨干教師出國訪學;另一方面英國北安普頓大學每年派遣2~4名外籍教師到我校講學,在講學過程中,要求相關課程中方教師必須跟班學習。通過學習國外大學相關專業的教材、教學模式和考核模式,有效提高了我院教師的雙語教學水平。
四、結論
機械原理雙語教學在我院機制專業開展了近5年,從教學效果來看,雙語教學不僅使學生掌握了專業基礎知識,而且開闊了專業視野,具有了一定的專業英語閱讀能力。下一步將繼續根據我校學生英語基礎,制訂合適的雙語教學計劃,并及時收集學生的反饋信息,適時調整教學進度計劃與教學方式,爭取在達到專業培養要求所具備的專業基本知識與技能的前提下,進一步提高學生的專業外語閱讀、寫作和交流能力。
參考文獻:
【關鍵詞】自動控制;實踐教學;教學儀器;考核方案
一、自動控制原理的課程性質
目前,許多高校把自動控制原理設置為一門重要的工科專業課程。特別是對于自動控制、電子信息工程、測量與控制技術、機制制造與自動化等本科專業,自動控制原理是必修的專業基礎課程。在學習自動控制原理之前,一般應先修完模擬電子技術、數字電子技術、電機拖動技術、傳感器技術等先導課。在學習自動控制原理之后,一般還有單片機技術、PLC控制技術、嵌入式系統開發等選修課。若要學好自動控制技術,就不僅要求對上述先導課有一個比較全面的掌握,還要求能夠把所學到的控制方法應用于實際應用系統。只有這樣,才能深刻理解自動控制原理的基本方法與重要功能,才能激發學生的學習熱情,使其學習富有系統性和成就感。因此,自動控制原理是一門重要的專業基礎課。
二、實踐教學現狀與存在問題
目前,大部分高校的電子信息類本科專業均開設了自動控制原理,同時安排一定的實驗教學內容。實驗內容通常安排6個實驗項目,共12課時。為了簡化實驗教學工作,很少有教師針對學生實際情況自編實驗講義,通常直接使用儀器制造商提供的實驗項目說明書。儀器制造商提供的實驗項目往往存在實驗內容過于簡單、知識點單一、與教材內容不匹配等問題。如此開展實驗,導致的不良后果是,難以與課堂教學內容匹配與關聯,亦難以對重要的應用實例展開針對性的訓練,學生實踐能力得不到到實質提升。例如,教師在指導一階系統的階躍響應測量時,只是機械地要求學生觀察輸出響應是否在1T時是否上升至63.2%,在3T時是否上升至95%,在4T時是否上升至98%。在實際工作中,經常要求測量一階慣性環節的時間常數T。然而,許多學生不知道此逆過程即可用來測量時間常數。
三、改進方案
考慮到自動控制原理的重要性,其實踐課程安排可考慮做如下改進:
1.選購合適的實驗教學儀器。一些學校的儀器采購過程,往往是由學院(系部)的領導提出儀器的要求,然后送學校相關部門審批和招標,其中任課教師很少參與此過程,其發言權被嚴重削弱。若要真正改變這種情況,學校的管理層應該制定相關政策,提高儀器使用者的發言權,切實傾聽他們在采購和驗收的意見,以購買到符合教學實際情況的儀器。
2.編寫有針對性的實驗講義。教師自編講義,可以因地制宜地考慮到學生的實際情況、教師自身的知識視野,分配好驗證性與綜合性實驗的比例,有針對性開展一些應用性的實驗項目。例如,在做利用積分環節改善控制精度實驗的時候,可在實驗講義中先回顧一下模擬電子技術的積分電路及其輸入輸出特性,以理解它對微小誤差的積累功能。然后,根據PID控制方法,利用單片機、Pt100傳感器和加熱功率管構成一個閉環溫度自動控制系統。盡管這樣的實驗項目只是一個簡單的應用系統,但對培養學生實踐能力和增強學生的學習興趣是大有益處的。
3.改革實踐課程考核方案。以前,實驗成績通常是由教師根據學生實驗過程表現得出。這是方式容易導致一些濫竽充數的學生,抄襲其他同學的實驗數據以應付檢查。特別是在兩個學生共用一臺儀器的時候,這種情況尤其突出。一種比較可行的考核方案是,把最后一個實驗項目設計為綜合性實驗,并直接設置為考核項目。在考核之前1周把實驗要求跟學生講解清楚。不同的學生可以負責不同的設計內容,設計方案允許多樣化。在考核過程中,教師不僅考核其調試過程與實驗結果,同時考核他們的設計理由,并要求對異常現象的給出解釋。盡管是做相同的實驗項目,因為不同的小組的設計思路不同,其設計方案不會完全相同。即是相同的方案,做出實驗效果亦可能不同。針對不同的實驗效果,教師只要簡單詢問,即可得出學生的真實水平。這種考核方案,只要教師嚴格執行,就可以真正杜絕學生偷懶與抄襲的毛病。
四、結論
自動控制原理是大多數工科專業的專業基礎課,對于學生開發與制作應用系統具有重要意義。在許多地方高校向應用技術型大學轉型發展的背景下,其意義顯得更加突出。目前,該門課程的實踐教學存在諸多問題,比如教學模式比較簡單粗放,教學過程管理比較松散、考核方式不合理等。選購適當的教學儀器、編寫有針對性的實驗講義和改革考核方式,是提高實踐教學效果的有力措施。
【參考文獻】
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從上個世紀60年代起,我國的工業與軍用電子裝備開始從仿制走向自行研制,經歷了40多年的發展歷程,積累了豐富的經驗,目前已在電子裝備的設計與制造上走向世界的先進水平,與此同時也深刻認識到結構與工藝對電子裝備的性能有著重要的影響,電子裝備中電氣設計、結構設計及制造工藝是密不可分的,并趨向融為一體設計。電子機械是研究電子與信息系統中的機械與結構問題的一門機電光相結合的邊緣學科,它通過研究機械、電磁、熱之間的耦合關系,把電子設備的原理設計轉化為機械和結構的設計,提高其在機械、電磁、熱環境中的可靠性,以保證其電氣性能指標。與一般機械專業相比,電子機械的研究有其自身的特點:在目的上,電子機械在于捉高電子裝備系統的電氣性能,而常規機械則是為了提高其機械性能。在實現手段上,前者主要通過改變、優選機械結構參數與工藝來實現,而后者則主要通過電子信息、光電子信息來實現。在機電一體化的載體方面,前者是電子系統,后者為機械結構系統。從對系統的重要程度看,機電一體化對電子裝備而言不但重要而且是其生命之所在。現代國防武器裝備對軍用電子裝備提出了越來越高的要求,突出表現為高頻段、高增益,快響應、高指向精度,高密度、小型化。為適應上述發展趨勢和要求,在電子信息行業,亟須培養具備電子機械專門知識,從事電子機械的工程應用型人才和研究人才。
二、電子機械人才知識結構體系和課程結構體系
如何有效地培養出適應電子信息領域需求的高層次電子機械人才,或者說,如何科學合理地建立起電子機械人才培養模式和課程結構體系,是我們從創辦這一專業開始就一直探討的問題。一個真正合格的電子機械人才必須把機械知識和電子技術、計算機技術以及信息技術等知識有機地融合在一起,全面、綜合地設計電子設備。在制定教學計劃和建立課程體系時,從構建學生知識結構的角度,按模塊化分課程體系更容易建立知識結構與課程體系的對應關系。將電子機械方向人才培養的知識結構,劃分為基礎知識模塊、專業基礎知識模塊和專知識模塊。基礎知識模塊分為工程基礎知識、機械基礎知識、電子及信息基礎知識、機電控制基礎知識和工程測量基礎知識5個子模塊,重點是保證學生具有扎實的數理基礎、良好的外語能力和熟練的計算機應用能力。專業基礎知識模塊主要是掌握機械設計及其自動化專業的通識知識,包括機電一體化知識、機電控制工程知識等。專業知識模塊是在結合基礎知識模塊如何構建交叉融合的知識結構,對于電子機械培養方向,除了掌握機電一體化方面的基礎知識之外,更重要的是掌握面向電子信息領域的電子設備的設計和集成化制造方面的知識,這其中主要包括電子設備環境防護、天線結構設計、辦公自動化設備和高密度組裝等知識。
由于電子機械方向涉及多個領域的知識,課程設置的主要問題是如何在有限的學習時間內合理地安排機、電等多學科的課程問題,如果只是將課程硬性疊加,則學生不堪重負,且學生對相關知識的應用不能有機地結合,會使學生感到對各方面的知識都沒有學好,因此必須對原有機類和電類課程進行優化、精簡、合理的組合并創新。我們結合自身的情況,所遵循的原則是:“面向電子信息領域,以電子設備CAD/CAM為主線,以創新設計為核心,強化基礎、注重實踐”。貫穿4年培養計劃的主線是電子設備設計制造綜合能力培養。在培養計劃和課程體系的框架上,結合電子機械知識結構體系要求,2005年,按照教育部新的專業目錄,本專業制定了新的教學計劃和課程體系,我們設計了平臺模塊式課程框架結構,突出了課程的整體優化與整合,突出了加強基礎,突出了方向的靈活性和適應性。新的課程體系課內總學時設定為2559學時,其中分為必修課、限選課與選修課程,開出課程總學分為272.5,準許畢業的最低學分186.5。
課程體系為四級平臺(平臺體現了課程的分類與整合):
1.公共基礎平臺。作為通識教育部分,對全校學生統一要求。課程分為5大模塊:數學、自然科學模塊,人文社會科學模塊,工具與方法類模塊工程概論模塊以及體育。
2.機械工程學科群技術基礎平臺。(這一平臺課程與部分機電工程學院其他專業共同使用。)
3.機械設計制造及其自動化專業基礎平臺。
4.電子機械方向平臺。
三、課程的建設與改革工作
1.機電化合,解決機電結合、設計與制造相結合過程中教學時數劇增的問題
正確處理機械與電子、設計與制造的關系,強調以機為主,以設計為主。在教學計劃實施過程中,機械類課程中基礎課、專業基礎課與一級機械類專業一致。電子類課程主要著重基本原理與定性設計,區別與電子類專業。專業課程中重點探討機械結構如何保證優良的電子性能。
2.設置與電子機械領域發展相適應的教學內容
針對電子信息行業特點,開設具有明顯電子機械特色的課程,如:電子設備熱控制技術、天線結構設計、電磁兼容性設計、現代電子裝聯工藝學等課程,以使所培養的人才能自如地應用所學的專業基礎知識和專業知識進行電子行業電子設備設計的技術工作。
3.全方位提高學生的科學研究素質
通過豐富多樣的方式培養學生的多種能力,尤其是學生參加科學研究能力的培養,一直是課程體系改革追求的目標。首先在加強教學環節建設的同時,實行實驗室開放制度,增加電子機械方向上綜合性、設計性實驗項目。其次實行導師制,遴選優秀學生在本科階段參加導師的科研工作。再者組織學生參加“全國大學生機器人大賽”,“全國大學生電子設計競賽”、“全國挑戰杯競賽”、“全國大學生機械創新設計大賽”、“全國大學生數學建模競賽”等活動。通過這些措施,在相當程度上激發了學生的創新意識,提高了科研能力,也進一步夯實了基礎。
4.結合專業發展的要求,強化實驗室建設
實驗室是學生綜合素質和科學思維培養的重要場所。為適應學科發展和人才培養需要,我們把本學科實驗室硬件建設和管理體制改革結合起來同步進行,以先進制造技術為基礎,以制造信息技術為紐帶,建設學院的專業基礎課實驗室。在機電工程學院形成了一個集現代設計技術、制造技術、控制技術、測試測量技術、信息技術為一體的院級綜合實驗平臺。為本科生及研究生的基本技能訓練、創新能力培養提供強有力的支持。
5.抓好教材建設工作,形成具有本學科特色的教材體系
在本專業初創時期,我們編寫了首批機電結合型的教材,填補了國內空白。幾十年來,始終把教材建設放在十分重要的位置,常抓不懈,形成了統編教材、自編教材及實驗講義相互配合的、比較完整的、有特色的機電結合型的教材體系。10年間出版了教材25部,獲國家優秀教材獎2項,省部級優秀教材獎7 項,校級優秀教材和講義26項。我們在教材建設方面的體會是:第一,要有明確的教材建設規劃和目標。第二,在教材建設的方向上,始終不渝地堅持機電結合的特色。第三,堅持國內外著名教材與本專業特色相結合。第四,始終注意教材的社會效益。不僅僅局限于滿足大專院校教學的需要,而且非常注意其學科性與工程實用性,及時將科研體會與工程實踐的內容加入教材中,以使教材成為本學科領域各部門各行業工程技術人員的參考用書,提高教材的社會效益。
關鍵詞:排氣系統 催化器 消聲器 有限元分析
汽車排氣系統(以下簡稱“排氣系統”,不含歧管或歧管式催化器,下同)由催化轉化器(以下簡稱“催化器”)、排氣消聲器(以下簡稱“消聲器”)、排氣管總成、解耦器(柔性管或球形法蘭)和懸掛組件(支架或吊掛、橡膠吊耳)等部件組成(如圖1),是發動機系統重要組成部分,起到降低排放和噪聲污染作用。隨著我國環保法規的日益嚴格,找到一個符合或接近排氣系統實際工況的試驗方法,對確保排氣系統設計生產的正確性和產品的可靠性,從而發揮其應有的作用是十分必要的。
1.排氣系統常見機械故障和力學分析
1.1排氣系統常見機械故障
排氣系統常見機械故障大體分為開焊(或裂紋)、斷裂(或破碎)等機械損傷和因排氣和環境中弱酸、弱堿造成的腐蝕損傷(如催化器和消聲器殼體穿孔等)兩大類。
1.1.1排氣系統常見機械故障位置分布
排氣系統常見機械故障分布如圖1箭頭所示位置,其特點是:催化劑載體(catalytic substrate)、兩零件(如法蘭與接管)或單一零件(如捆綁式催化器縱縫結合部)焊接邊緣、零件兩個形狀交界應力集中處(如催化器或消聲器的錐管與接口圓柱)和排氣管彎管應力集中處等為故障常發位置。
1.1.2排氣系統常見機械故障部分實例
1.2 排氣系統力學分析
排氣系統應力一般由因振動引起的機械應力和因交變溫度(排氣溫度+催化器反應溫度)引起的熱應力兩大部分組成。分述如下:
1.2.1 機械應力
1.2.1.1 振動源
排氣系統的振動源包括發動機的機械激勵、發動機氣流沖擊、聲波激勵和車體激勵四個方面,如圖3所示。
1.3排氣系統熱力學分析
催化器對一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)的反應屬于氧化放熱反應,故催化器(含歧管式催化器)是排氣系統中熱力學分析的重點研究對象,其化學反應式如式(3)所示:
2CO + O2 = CO2 , C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O (3)
1.3.1催化器溫度分布分析
1.3.1.1催化劑載體
應用star-CD工具對催化劑載體(catalytic substrate )的溫度分布進行分析,結果如圖6.1和6.2所示:
催化器軸向溫度這種由高到低的分布狀態可以用催化動力學來解釋,即
Fy0dx=rsSgρb,Acdz (3)
式中:Fy0—催化器入口端反應物克分子數; dx —轉化率微量; rs —催化劑反應速率;ρb—催化劑涂敷量;Sg—催化劑單位重量的比表面積;Ac—載體截面積;dz —催化床某截面長度微量
催化器入口處反應物濃度大,反應劇烈溫度高;反應物在催化床移動越往后濃度越低,故溫度逐漸降低。
催化器徑向溫度這種由芯部到邊緣由高到低的分布狀態可以用流體在管體流速分布狀態來解釋。
1.3.1.2催化器殼體
催化器殼體溫度和最大應力分布如圖3.3所示,其最高溫度在接口處,與圖2.1 排氣系統機械故障位置分布圖位置吻合。
圖6.3 催化器殼體溫度分布圖
1.3.2催化器熱應力分析依據
催化器是一個由堇青石陶瓷(催化劑載體,脆性材料)、蛭石(襯墊)和不銹鋼(彈性材料)不同材料組裝而成的整體部件。
依據熱力學原理,單一均質物體在無外界約束、無溫度變化時不會產生應力。但在有溫度場過分不均勻時會造成嚴重的熱應力;且依據對于彈性材料的杜阿梅爾-諾依曼的線性熱應力理論,即假定在溫度變化不大的情況下,由于溫度的變化引起的應力(或應變)和外力引起的應力(或應變)可以疊加。
且在兩種不同材料的交界處(如催化劑載體和襯墊、襯墊和殼體),由于其熱膨脹系數α不一,形成約束,產生應力。
2.結語
綜上所述,排氣系統的試驗方法的設置應遵循以“針對關鍵部位,模擬實際工況”為原則,借助有限元分析這一現代計算機軟件工具,根據排氣系統及其組成部件的常見故障,合理的選擇試驗內容和試驗條件,如此才能真實的反映產品試驗結果的可信度。
參考文獻:
[1]GB/T18377-2001汽油車用催化轉化器的技術條件與試驗方法[M].
分析化學是化學相關專業中的四大基礎學科之一,同時又是與信息、生命、材料、環境、能源、地球、空間和核科學等學科相互交叉和滲透的一門重要學科。分析化學課程在應用型本科院校中教授的是測定物質含量、狀態和結構、化學組成的各種分析方法以及各種分析儀器的原理簡單介紹以及使用方法的介紹,有著嚴密的、系統的、實用性強的理論,是理論與實踐結合密切的課程。分析化學實驗總體特點是:用量少,準確度高,対儀器依賴性較強,能提高學生的數據處理能力與動手能力,對培養學生嚴謹、認真的科學態度和實事求是的科學素養有著極其重要意義。要求學生掌握分析化學基本原理,樹立量的概念,對近代儀器分析方法有所了解,并初步具有分析問題和解決問題的能力。但由于長期以來受到學科教育的影響和實驗室條件的制約,學生學起來感覺困難較大,同時可能感到乏味,提不起興趣,一學期課程上完,學生感覺啥都不會,跟沒學一個樣,達不到教學要求,因此分析化學教學方式與考核模式應該通過改革來改變這一現狀。
一、分析化學在本科教學中出現的問題
學校分析化學課程安排時課時安排不夠。分析化學較無機化學相比有以下特點:原理和儀器結構復雜、抽象、難懂;概念多、抽象、計算復雜、公式多難記憶。這就在客觀上造成了分析化學的教學中老師教學難,學生學習難,教學效果不太好現象。而學校安排的課時不太寬裕,老師要在規定的課時內完成教學任務,只能摘重點講,按著PPT一頁頁的往下翻,不管學生聽懂沒,只按教學計劃講,因為時間緊湊,只能在一節課安排更多內容才能完成教學安排。基本上沒有習題課與答疑課,這就導致學生很難理解課程內容,也跟不上老師進度。學生在學習分析化學課時自信心不足,也不夠重視。原理和儀器結構復雜、抽象、難懂;概念多、抽象、計算復雜、公式多難記憶。學生理解起來難度較大,加之老師講課快,自己學習時間用的也不多,導致學生不懂得地方越積越多,而且有些知識點聯系緊密,就會出現這一節還沒聽懂,下一節又開始了,更不知道老師在講什么了。自信心與積極性受到了嚴重打擊,加之覺得學這門課沒有用,老師講的比較枯燥,自己以后也不會干跟分析化學有關的工作,考試過了就行,便產生放松甚至放棄的態度。于是便出現了逃課,課堂上睡覺、聊天、玩手機等不合適的行為,如此惡性循環,不懂的地方越來越多,學習興趣越來越少。老師講課枯燥無味,課堂要求不嚴,缺乏與學生溝通。原理和儀器結構復雜、抽象、難懂;概念多、抽象、計算復雜、公式多難記憶,給老師備課帶來不小難度。很多老師上課很枯燥,沒有創新,引發不了學生興趣。學生課堂表現不積極,老師上課積極性也就不高了,照著PPT讀,一節課說個不停,與學生沒有互動,上課方式很機械,一點也不靈活。有的代課老師把主要精力都放在了科研上,輕視了理論教學,這也是教學效果不好的一個重要原因。平時課堂要求不嚴,期末考核較松,考前劃重點,有時甚至把考題范圍都給了,學生學習壓力不大,自然不會太用心。實驗安排的不合理。分析化學實驗大部分是驗證型實驗,做了一次又一次沒有太大變化。實驗講義太細致,實驗步驟詳細,所需要藥品溶液都已經提前被準備好了,學生做實驗時只需按著講義機械的做就行,不能徹底理解實驗原理以及為什么做這個實驗。有的老師在實驗開始后便離開了,根本沒做到用心指導。有的學生根本不動手做,老師在監督方面做得不到位。實驗結束后進行數據處理,有的學生也不認真處理,抄完就算完事了,能力一點也沒有提升。
二、關于分析化學教學與考核模式的探索
學校安排分析化學課時應該給予充分的學時,以便老師有充分時間來講解課程內容,至于到底需要多長學時,我們可以在多所高校內進行調研來確定一個合理學時。同時應明確到每個章節,每個重點都各自需要多少學時。開始確定都是比較困難的,課題組可重新對分析化學的內容進行壓縮,以便學生更好地理解每一章節。對學生最具有沖擊力的是學校的考核模式,我為之痛心,把技術性的學科,發展成為考試型的確實有可取之處,但過猶不及,采取一刀切的方式使學生對分析化學課程產生理解的偏差,思維方面也被考試的條條框框限制,一些操作方面的技能不可能通過考試淋漓盡致的發揮出來,學校可以對考試優秀的學生進行獎勵,但不可忽略在操作方面的激勵,筆者希望高校能把實驗技能以現場考察作為考試分數的參考,學生們深切地反映目前的實驗課程不可取,預習報告和實驗報告也讓學生深惡痛絕,客觀的評價分數僅僅是在報告中體現,這也會造成學生把精力過多的放在實驗數據的造假而忽略真實的實驗。提高技能的初衷便不能實現。全而不通,是在現代教育環境下成長的化學人才的處境,一旦脫離校園又不能滿足企業的需求,學校在培養化學人才的同時,不應僅僅以市場需求為導向,市場牽著科技只會越陷越深,科技靠人才來支撐,人才要有準確的引導方向,現代科技的迅猛發展也要求分析化學在教學方面的變革,數字化時代的到來更加側重于把儀器設備與大型設備聯系在一起,集數字科技與分析操作于一身地現代化分析化學慢慢展現在人們的面前,書本的版本已經不能滿足社會對學生的要求,五年之前的課本精華固然存在,當年的設備已經陳舊,棄之不用。發達國家對中國實行技術封鎖,高校在這方面又經驗不足,如果再以目前的考試形式,片面注重分數,忽視實踐創新,分析化學踏上世界前列將是困難重重。希望國家深入調查,在改革分析化學課程教學的實踐中,找準方向,堅定步伐,為分析化學開辟光明的道路,使從事分析化學相關專業的學生對其產生信心。
關鍵詞:非電類專業;控制工程基礎;實踐教學;教學質量
自動控制理論課程不僅是控制類專業重要的基礎課,而且是諸多工科專業的一門重要專業基礎課程,為后續專業課程提供理論基礎和分析設計方法。其特點是理論性強,涉及多方面的數理知識,而且比較抽象,是一門具有一定深度和難度的課程。由于課程中計算和分析的數學要求高,過程比較煩瑣,而農科院校與一般工科院校相比較,學生的數學基礎較弱、參與實踐的機會較少,往往在學習過程中學生易感到難學、乏味,從而產生厭學的情緒,造成學習主動性差,嚴重影響了該課程的教學質量[1]。
控制工程基礎課程在教學和實驗環節都有較先進的方法,各學校的教師都講解的很有深度,但是針對非電類專業,像機械制造、車輛工程和農業機械化等專業,由于這些專業的學生接觸自動化的機會很少,很難讓學生形象生動的理解課程的內容,為了能夠把所學的控制類知識應用于各自專業,希望在控制工程基礎課程實驗方面逐步形成了“基礎驗證性實驗綜合性實驗設計性實驗課程設計”的實踐教學主線,下面針對這一思路作進一步探討。
一、控制工程基礎課程的理論教學
控制工程基礎課程具有理論深、難點多等特點,在教學時數減少和學生素質下降的情況下,要保證教學質量,就必須調整知識結構,優化教學內容。為此對控制工程基礎教學大綱進行了重新修訂,削減了根軌跡部分的學時,細化了閉環頻率特性的繪制,充分體現了厚基礎、寬口徑的教學意圖。教材選用與大綱相適應、能反映學科前沿動態的優秀教材至關重要。為此采用國家統編優秀教材,經過教師的提煉,從課時和內容上形成適合學院學生實際的講義,從而優化了教材內容。
采用啟發式教學并注重課堂氣氛的調節,把學生的注意力引導和凝聚到教師講授的內容上來,讓學生參與現場教學,形成師生互動,活躍課堂氛圍,從而提高教學質量[2]。這樣在教師和學生的共同參與下,以教師為導向和監管,以學生為學習主體,充分調動學習積極性,引導他們獨立思維,取得了非常好的教學效果。
二、基礎驗證性實驗和綜合性實驗的教學
在實驗安排上則遵循循序漸進的原則,先驗證性實驗,然后進行綜合性實驗。在實驗教學方式上改變了單一的驗證性實驗,以學生為主,教師為輔的方式,要求學生根據實驗內容先完成預習報告,包括設備的使用方法、系統的工作原理和操作方法。傳統的控制工程實驗,包括系統的組成、時域特性、頻域特性、控制器特性等相關實驗,多是由學生在硬件電路箱上搭建系統,并由信號發生器、示波器、頻率分析儀組成。學生可以根據自己所學專業特點及愛好進行設計性和綜合性實驗,鼓勵他們靈活運用所學知識,盡可能地激發了學生的學習興趣。
為了更好的配合課堂教學,在保留原有模擬實驗的基礎上,另外設計了基于MATLAB 的實驗內容。根據“自動控制理論” 的教學內容,結合MATLAB的功能,開設了用MATLAB處理系統數學模型及進行時域特性的分析、MATLAB用于頻域特性的分析和用于采樣控制系統的分析和MATLAB在連續系統、離散系統中的仿真等實驗。這兩方面的內容滿足了學生基礎驗證性實驗和綜合性實驗的需要。
三、設計性實驗和針對各專業的課程設計
針對有興趣的學生,可為他們開設一些采用計算機與MATLAB和Multisim[3] 工程設計軟件,比如,對于二階系統的相關實驗,包括系統的構成、時域特性分析、頻率特性分析和相應控制器的設計等,讓學生離開實驗室,仍然可以實驗,因而能更清楚地了解系統的有關特性。方法主要有:首先在仿照原硬件實驗平臺,在Multisim 環境中用線性電路構造系統,觀察系統輸入 輸出特性關系;然后將Multisim環境中用線性電路構造的系統轉換成MATLAB中SIMUI INK模塊中的系統方框圖結構;在SIMULINK模塊中,將PID控制器加入系統,改變PID參數,可觀察控制器對系統性能的控制調節作用與效果比較,從而能更深入了解系統構造、特性分析。
對于非電類專業,像機械制造、車輛工程和農業機械化等專業,可開設一定的針對各個專業特點的課程設計,比如機械制造中的數控機床,數控加工的實質就是通過用特定處理方式下的數字信息去自動控制機械裝置進行動作,如果截取其中的一個部分在作為學生的課程設計,將極大的提高學生對機械制造和控制工程的理解;在車輛工程這個專業中,車輛制動系統電磁動力學與耦合控制理論是以車輛電磁制動系統動態匹配設計為主線,重點圍繞車輛與電磁動態作用制動的安全問題,如果截取其中的一個部分在作為學生的課程設計,將極大的提高學生對車輛工程和控制工程的理解。根據課程設計的基本要求,增強學生運用計算機及工程設計軟件的能力,達到能夠解決基本工程實際問題的目的。通過上述方式,應用工程設計軟件解決實際問題,使學生能夠了解應用計算機與主流工程設計軟件解決實際問題的全過程,學生在完成課程設計后,對畢業設計和今后工作都有極大的幫助。
四、結論
通過“控制工程基礎”課程理論教學到實踐的探索,經過多種課堂教學方法與手段改革,經過“基礎驗證性實驗綜合性實驗設計性實驗課程設計和參觀實習”的實踐教學主線,初步探索出了具有鮮明特色的教學模式和實踐手段,取得了專業課程教學與實際相結合的經驗,達到了較滿意的教學效果。
參考文獻
[1]黃兆波,蘇紅梅等.農科院校中《自動控制理論與系統》課程的建設與探索[J].云南農業大學學報,2008,2(5).
[2]王艷輝.“控制工程基礎”課程的教學改革嘗試[J].高教研究,2008 (10).
[3]尹勇,李林凌.Multisim 電路仿真入門與進階[M].北京:電子工業出版社,2005.
關鍵詞:機械工程;專業英語教學;實踐教學方法研究
隨著這幾年來機械制造業的國際技術合作、國際貿易越來越多,外國企業的不斷涌入以及進口設備的大量引進。不管是在使用、維護或者研究進口設備還是在和國外同行進行交流,扎實的專業知識和熟練的英語都缺一不可。所以,專業英語已經成為專業人員的必備技能之一,也是其擴大資訊來源、學習外國先進技術的基礎條件。而高等院校肩負著為社會和先進制造業培養、輸送高級技術人才的重任,所以分析現今高職機械專業英語教學存在的問題,探討如何提高教學方法的改革,具有重要的現實意義。
一、機械專業英語教學中存在的問題
1.專業知識與英語教學脫節
在機械專業英語教學中,目前普遍存在兩種情況:第一是僅側重于英語教學,對文章大意做機械的翻譯,學生雖然讀懂了文章但對于專業知識仍然一知半解;第二是僅注重理論知識的講解,對專業知識在英語中的準確表達沒有深入講解。
2.只注重基本語法和詞法的講解,忽視了專業英語教學重點
教學的模式基本上的“閱讀加翻譯”或者是“詞匯講解加翻譯”的形式,學生一般對于被動的地位,教學內容單一,課堂氣氛也不活躍。
3.教學方式僵硬呆板,教材的選用局限性大
被動式的教學模式普遍存在,在這種模式中教師只注重閱讀及對文章的翻譯,而忽視了培養學生的專業聽說能力。
4.教學手段比較落后
專業英語的教學沒有很好的利用多媒體教學的優勢,然而通過視頻教學可以生動的學習到各種機械設備的英文名稱和機械設備的操作原理的準確表達,加強學生專業聽說能力的訓練,培養其自主的學習能力。
5.師資水平比較低
高職的專業英語教學和普通中學的英語教學不同,高職學校對英語老師的要求更高,而目前的現狀是低水平的老師難以滿足高要求的教學。
二、對機械工程專業英語教學方式、方法的研究
針對以上現象,筆者歸納、總結了英語教學中的一些寶貴經驗,并與機械專業英語的特征及教學任務相結合,針對學生對專業英語的要求,從如下幾方面進行改革:
1.講練結合,培養學生學習專業詞匯和進行專業翻譯的能力
英語教學的重點在于培養學生閱讀理解和翻譯專業文獻的綜合能力。要做到這一點,學習專業詞匯和進行大量專業翻譯就顯得尤為關鍵。在詞匯學習中,老師應側重解釋單詞在專業領域的用法,而且結合實例來加深對單詞的印象和理解,在講課中如果遇到一些學生還未接觸的專業知識要適當進行補充。翻譯技巧的教學及一些長句、難句的解釋要以添加講解一些專業知識為前提,通過對比中英文表達方式的不同,加以靈活多變的語言技巧訓練,運用講練相結合的辦法,大力提高學生專業英語的翻譯能力。
2.選取合適的教材和整合其他教學資源
充分利用多媒體教學平臺,老師在備課過程中,可以針對實際情況,將外國教材中的精華章節加入到講義中來,充實課堂的教學內容,顯現專業特色,做到思想性和科學性、實用性和趣味性相統一。希望學校引進網絡教學平臺,將課件放到熒幕上,方便學生隨時預習和溫習課堂知識。
3.加強多樣化和趣味性的教學方式,增強學生對專業英語的學習興趣
采用多媒體的技術手段就可以讓學生很直觀的接觸很多技術成果,增加學生學習的興趣。而且在教學中,應該改變傳統的以老師講為主的教學方式,充分利用提問、討論、辯論等教學方法,調動每一個學生的積極性。
4.加強對教師的培訓,提高專業英語老師的綜合素質
目前缺乏優秀的專業老師是造成專業英語教學質量不高的主要因素。所以,教育部門和學校應根據學校的條件,運用不同的方式,多管齊下,解決師資問題。
三、結語
經濟的全球化,生產的全球化和企業分布的全球化,迫使制造型企業應該越來越加強專業英語能力的培養。提高機械專業英語教學的質量是順應時代和社會發展的必然要求,是培養優秀專業人才不可缺少的組成部分。從宏觀方面講,機械專業英語的教學可以成為高等教育教學方式和國際接軌的一個重要部分。從微觀方面講,其在加強機械專業學生的英語聽說能力、了解本行業最新的發展狀況以及提高自我學習能力各方面都可以發揮重要的作用。
參考文獻:
[1]吳琦.機械工程專業英語教學探究[J].內江科技,2007.
[2]何鋒,陳君德.提高機械工程專業英語應用能力的研究.理工高教研究,2004.
關鍵詞:系統節能原理;課程改革;教學實踐;石化特色
作者簡介:馬利敏(1978-),女,遼寧西豐人,中國石油大學(北京)機械與儲運工程學院,講師;姬忠禮(1963-),男,山東汶上人,中國石油大學(北京)機械與儲運工程學院,教授。(北京 102249)
基金項目:本文系“2010年中國石油大學(北京)校級重點教學改革項目”及“2012年中國石油大學(北京)青年教師專項培養基金”(項目編號:KYJJ20120415)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)35-0106-02
一、系統節能原理課程改革的背景
在強調節能、注重環保的今天,使從事與能源開發、利用與轉化緊密相關工作的學生掌握系統節能原理的精髓并能夠學以致用有著非常重要的社會意義。系統節能原理是中國石油大學(以下簡稱“我校”)能源與動力工程專業一門重要專業課,32學時。其基礎理論部分,以工程熱力學基本定律為基礎。工程熱力學重點講授熱力學第一定律和熱力學第二定律的熵分析法,引入分析法。在本課程中,上述內容仍是重點,需重復介紹。基礎理論是晦澀與枯燥的,如只是重復介紹,不易激發學生學習興趣,難以獲得滿意的教學效果。因此,研究如何組織教學工作,使本課程與工程熱力學做好銜接,激發學生學習興趣,幫助其加深對基礎理論的理解,提高解決實際問題的能力,是十分必要的。同時,本課程還缺乏適合的教材,需要編寫課程講義。目前,缺乏能夠同時將經典及新興能量分析法進行全面介紹的教材,而在能量分析法的應用部分,也需要結合我校行業特點、畢業生就業去向,針對石油石化領域工程應用背景設置教學案例。我校于2010年批準了該課程的教學改革計劃,經過近幾年的努力,該教改計劃已經初步完成。
二、課程教學內容體系建設
教學內容改革是教學改革最核心、最基本的問題。教學內容主要由熱力學第一定律、熱力學第二定律熵分析法和分析、新的能量系統分析評價方法介紹組成。其中,根據教學目的與任務有效組織教學內容,要與基礎課程工程熱力學第一定律、第二定律知識點的學習有機結合,既避免教學內容的簡單重復,又要使學生通過本課程的學習對第一定律、第二定律有更為深刻的認知,并使學生能夠利用兩個熱力學基本定律熟練進行能量系統分析與評價、以及高效學習和應用新的分析、評價與優化方法。
1.熱力學第一定律
熱力學第一定律是工程熱力學教學內容的重點,主要講授閉口系統與穩流開口系的熱力學第一定律能量方程式的表達式及應用。在本課程中,進一步強調熱力學第一定律的一般表達式即:“進入系統的能量-離開系統的能量=系統總儲存能的變化”的正確靈活應用,重點介紹如何分析、列出非穩態充、放氣熱力過程的能量方程式,幫助學生進一步增強利用第一定律進行能量分析的能力。同時,通過對節流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等熱力過程分析來幫助同學們對第一定律的局限性有更為深入的理解。
2.熱力學第二定律熵分析法
熱力學第二定律是工程熱力學教學內容的重點與難點,主要講授熱力學第二定律的數學表達式,具體包括:卡諾循環+卡諾定理、克勞修斯積分不等式、閉口系及開口系統熵方程、孤立系統熵增原理。在本課程中,考慮到判斷一個熱力循環是否可行、可逆的數學判據容易理解而且是熱力過程的特例,故重點講述閉口系及開口系熵方程、孤立系統熵增原理。
在該部分從以下四個方面進行介紹:對于狀態參數熵的辨析:辨析熵是狀態參數與過程無關,強調判斷一個熱力過程能否進行、可逆的參量不是過程熵變而是過程熵產,引出后面由熵方程及孤立系統熵增原理計算過程熵產的知識點;重點講授熵方程的一般表達式,即:“進入系統的熵-離開系統的熵+過程熵產=系統熵變化”,通過典型例題幫助同學能夠利用熵方程列出閉口及開口系熵方程,并求取過程熵產;重點解析孤立系統熵增原理的實質及解題特點,并通過典型例題幫助學生認識到孤立系統熵增原理與熵方程的一致性:孤立系統熵增即熵方程中的熵產;作功能力損失方面除了介紹計算公式、通過計算熱力過程熵產及作功能力損失,還著重結合對節流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等具體熱力過程分析讓學生體會第一定律與第二定律之間的聯系及第二定律的獨有貢獻。
3.熱力學第二定律分析法
由于學時有限并且概念抽象難以理解,分析法在工程熱力學中屬于選講內容,即便講授,也多是簡要介紹。本課程中,分析法是授課重點,從以下四個方面進行講授:第一,概念及計算公式,包括機械、熱量(冷量)、內能、焓和化學。第二,重點講授方程的一般表達式“進入系統的-離開系統的-過程損=系統變化”,通過典型例題幫助同學能夠利用方程列出閉口及開口系方程,并求取過程損。同時,在分析典型例題時,引導學生同時用熵分析法來計算過程的作功能力損失,讓學生自覺地認識到分析法中所得到的損失即熵分析法中計算的作功能力損失、體會兩種分析法的一致性及分析法的優勢。第三,效率、損系數的概念及公式,以及在典型熱力設備、過程及熱力循環中的計算。第四,針對本學科領域典型的火力發電裝置、燃氣輪機發電裝置和低溫制冷裝置、LNG液化裝置、天然氣凈化裝置、油田聯合站等,設置工程背景很強的案例,教師與同學們一起分析循環裝置及各組成設備的效率、損失及損系數等,讓同學們認識到分析法在進行系統能量分析時的重要性及提高利用該方法解決實際工程問題的能力。
4.新發展起來的能量系統分析與優化方法
介紹能級分析法、經濟學、夾點技術、全生命周期分析法、能值理論等新發展起來的能量系統分析與優化方法的基本理論及應用,鼓勵學生查閱相關文獻獲取更多知識。這部分內容與留給學生的學習報告緊密相關,將在下文介紹。
目前還沒有適合于本專業本科教學的系統節能方面的教材,本課程教學內容主要參考自沈維道等[1]主編《工程熱力學》、朱明善等[2]編著《工程熱力學》、傅秦生[3]編著《能量系統的熱力學分析方法》和馮霄[4]編著《化工節能原理與技術》、何雅玲[5]主編《工程熱力學精要分析典型題解》等教材及專著,結合教學團隊多年來收集整理的工程案例編寫成講義供教師及學生使用。
三、教學方式改革
教學中的主體是學生,調動學生學習主動性,提高其學習興趣和學習效果是教學方式改革的目的。學生們對于國際上最新的、與未來工作緊密相關及實用性強的知識以及確實能提高自身素質與能力的教學環節更感興趣。
1.采用多媒體與板書有機結合的教學模式
充分利用多媒體教學信息量大,圖像、視頻生動形象的特點,同時結合傳統板書講解復雜推導更容易被學生掌握的優點以提升教學效果。這種授課方式既可以增大授課信息量、有效吸引學生注意力,同時又能使學生通過與老師一起板書推導對所學重點、難點有更為深刻的認知。
2.提高課堂教學吸引力
通過針對每一個重要概念及知識點設計的系列典型例題、思考題吸引學生注意力,激發學生學習興趣,引導其積極參與到教學中來。而且教學團隊經過多年的教學和科研積累,收集并提煉出與石化工程緊密關聯的工程案例,通過案例的討論和分析,增強學生學習理論知識的興趣,提升課堂教學的互動效果,增強學生運用理論知識分析并解決工程實際問題的能力。
3.布置作業形式靈活多樣
對于重要的基本概念,以讀書筆記的作業形式激發學生學習興趣。本課程涉及眾多抽象概念和公式,追溯熱量、溫度、熵、熱力學第二定律、等重要基本概念的由來、發展歷程,可使學生在搜集資料的過程中對這些概念有一個直接的感性認知,同時也有助于學生認識到這些知識在本學科發展中的重要作用。
要求學生組成2~3人的學習小組,除常規課下作業外,課上作業以小組為單位完成。課上作業為教師針對每次課的重點和難點內容設計的多為填空、選擇和問答形式的練習題,課前打印好分發給每個學習小組。在講課過程中,留出適合時間讓學生及時完成。教學實踐表明課上作業非常利于學生把握住和消化吸收重難點知識,且能提高學生學習的注意力,達到良好的教學效果。
四、課程考核方式的教學改革
本課程考試采用閉卷+學習報告的形式。在閉卷考試中,只有一種類型題,即計算題。本課程一個重要教學目的就是使學生能夠熟練、正確應用第一、第二定律尤其是分析法分析實際裝置的用能情況,所以考查學生的學習效果應用型計算題是較為合適的。
學習報告要求每個學習小組(2~3人組成)圍繞與本學科緊密相關的實際裝置進行國內外能量分析與優化方面的調研,提交1份不少于4000字、有5篇以上參考文獻的學習報告,并根據報告內容制作ppt,每小組選派1名學生進行報告,匯報10分鐘,討論5分鐘。報告題目憑學生興趣自選。學習報告這種考核形式不僅促使學生自主學習,開闊視野,加深認知,而且可以鍛煉和提高學生多方面的能力。學生們自選的題目有:超臨界及超超臨界蒸汽動力裝置;燃氣輪機裝置;燃氣蒸汽聯合循環裝置;冷熱電三聯供裝置;地源熱泵裝置;低溫磁制冷裝置;煤制油裝置;燃料電池;低溫地熱發電裝置;天然氣壓氣站燃氣輪機余熱利用;天然氣凈化裝置;油田聯合站;LNG接收站冷能利用等等。
近4年的教學實踐也表明學生們非常接受和歡迎這種考核形式,并且每一年都會有讓教師感到驚喜的學習報告,這也說明要想學生切實提高學習能力、扎實掌握專業知識確實也需要教師有意識地去創造機會及科學引導。
五、教學效果
經過近4年的教學實踐,團隊通過對歷年學生評教、學生考試成績分析以及學生在本科畢業設計及成為本校研究生后所選與系統節能原理相關方向課題的表現等進行了調研,證明該課程改革是卓有成效的。學生對工程熱力學及系統節能知識的接受能力增強,學習興趣明顯提高。靈活適宜的授課方式、作業形式以及考試方式受到學生的普遍歡迎。總之,通過課程建設與教學實踐,使學生在學習過程中發揮了主體作用,激發了學生學習興趣,提高了學生的綜合能力,教學效果良好,達到了既定教學目標。
參考文獻:
[1] 沈維道,童鈞耕. 工程熱力學[M]. 第四版.北京:高等教育出版社,2007.
[2] 朱明善,劉穎,林兆莊,等.工程熱力學[M]. 第二版.北京:清華大學出版社,2011.
[3] 傅秦生. 能量系統的熱力學分析方法[M]. 西安:西安交通大學出版社,2005.