工程教育專業(yè)下實踐教學改革
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0引言
為提升工程教育質(zhì)量，促進工程教育與國際接軌，實現(xiàn)國際本科工程學位互認，我國于2006年啟動了工程教育專業(yè)認證工作。[1]工程教育專業(yè)認證遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心、持續(xù)改進，我國的工程專業(yè)認證標準是緊緊圍繞這三個基本理念設計的。[2-3]北京科技大學自動化專業(yè)從工程教育專業(yè)認證的要求出發(fā)，依據(jù)本專業(yè)工程教育人才的需求，重新制定了培養(yǎng)目標及畢業(yè)要求，建立了各類課程與畢業(yè)要求的對應關系矩陣，重構了新的課程體系，同時建立了畢業(yè)要求與各類相應課程達成度評估方式，以檢驗畢業(yè)要求達成度并持續(xù)改進以保證畢業(yè)要求的達成。對應專業(yè)認證所要求的新的課程體系及達成度評價體系，顯然過去的實踐教學環(huán)節(jié)從內(nèi)容、方法、手段及評價方式各方面都存在問題，所以，我校自動化專業(yè)針對工程專業(yè)認證進行實踐教學環(huán)節(jié)改革，以滿足專業(yè)認證的人才培養(yǎng)要求。
1重構實踐教學體系，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力
在認證的通用畢業(yè)要求中有8條都涉及解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)問題，我們緊緊圍繞這一點，構建了從基礎課實驗平臺、專業(yè)實驗平臺、實訓實驗平臺及校外企業(yè)實踐基地的一體化實踐教學體系，在基礎課實驗室，培養(yǎng)學生的動手操作能力，并使學生學會利用數(shù)學及自然科學的基礎知識分析問題和解決問題的能力，為學生解決復雜工程問題提供知識儲備及能力培養(yǎng)；在專業(yè)課實驗室培養(yǎng)學生能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，建立控制對象模型、設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論的能力；在自動化實訓實驗室，通過過程控制、運動控制和制造自動化等多個行業(yè)子系統(tǒng)，有效地培養(yǎng)學生分析、提出方案并解決復雜工程實際問題的能力，通過項目組方式培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力及溝通交流能力，通過工程方案的撰寫培養(yǎng)學生撰寫設計報告及方案的能力；通過校外企業(yè)實踐基地的參觀及實習，對企業(yè)實際復雜應用系統(tǒng)的進行了解，理解用自然科學及工程基礎知識利用現(xiàn)代工具及信息技術工具等對復雜工程問題的預測與模擬的局限性及復雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響等。通過四年不間斷的實踐訓練，為培養(yǎng)學生達到畢業(yè)要求提供有力支撐。
2實驗教學中樹立以學生為中心的理念，改革實驗教學方法，重視能力培養(yǎng)
2.1用“主動性實驗”的理念改造現(xiàn)有的實驗項目，使學生做到“做中思”和“思中做”
過去很多實驗按照傳統(tǒng)的實驗方式，學生只是機械的按照指導書接線操作、驗證結果或通過簡單分析數(shù)據(jù)得出某個結論，學生不能主動地思考，這不利于培養(yǎng)學生的自主學習能力和解決問題的能力，不能滿足工程教育的能力培養(yǎng)要求。[4-5]因此，我們對原有實驗的各個環(huán)節(jié)進行重新設計，改進教學方法，讓學生做實驗過程中，能夠“做中思”和“思中做”。比如直流調(diào)速系統(tǒng)實驗，要求學生能通過查詢文獻，從工程基礎及專業(yè)知識的角度對復雜工程問題進行分析，并得到有效結論。如按傳統(tǒng)的按圖接線、按實驗指導書步驟操作的實驗方式，很難達成指標點的要求，所以，我們改變傳統(tǒng)的實驗方式，加強預習環(huán)節(jié)要求。要求學生在實驗之前，通過了解實驗設備及實驗系統(tǒng)框圖設計實驗接線，同時通過實驗電機及電路參數(shù)設計PI調(diào)節(jié)器初值，在預習的過程中，學生需要查閱相關設備資料及理論知識，應用數(shù)學知識建立各環(huán)節(jié)數(shù)學模型，通過預習學生對直流調(diào)速系統(tǒng)有了深入的認識。如實驗過程中出現(xiàn)問題，在確保安全的前提下，教師引導學生根據(jù)故障現(xiàn)象分析原因，并通過所學理論知識自己解決問題。實驗結束后，實驗報告不能只有簡單的實驗步驟和結果，必須要對實驗的現(xiàn)象和結果進行分析，并完成課后思考題。在分析過程中，實驗結果回歸理論，對理論知識進行確認，并對理論預估與實際現(xiàn)象的差別進行分析，培養(yǎng)學生立足理論知識分析工程實際問題的能力。通過這樣的改變，使驗證性實驗的達成了綜合設計性實驗的效果，學生在實驗過程中主動思考，提高了學生的自主學習能力和理論與實踐相結合的能力。[6-7]通過這樣的實驗過程，讓學生能夠做到“做中思”和“思中做”，大大提高了實驗教學的效果。
2.2引入工程實訓環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力[8-9]
傳統(tǒng)的實驗設備，多為用于理論驗證的教學設備，和現(xiàn)場應用的設備差別很大，這造成了實驗教學與工程實際相脫離，缺乏工程基礎知識和工程基本能力培養(yǎng)的手段和方法。我校結合工程教育的要求，以實際的工業(yè)系統(tǒng)為原型，研制了一套自動化工廠實訓系統(tǒng)，系統(tǒng)包括污水處理系統(tǒng)、水箱溫度和液位控制系統(tǒng)、張力控制系，交流調(diào)速控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等過程控制、運動控制和制造自動化等多個行業(yè)子系統(tǒng)。配合設備，我院開設了自動化生產(chǎn)線實訓課程，學生通過任務分析，設計解決方案，并通過實際的系統(tǒng)調(diào)試來完成控制任務。課程的開設加強了實驗教學中的工程實踐能力培養(yǎng)，使學生通過實訓過程的學習，深入了解典型工業(yè)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，將理論知識應用到實際中解決現(xiàn)場實際問題，培養(yǎng)了工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求中學生應具有的多種解決復雜工程問題的能力。
3結論
以自動化專業(yè)工程教育認證為導向，我校通過構建新的實驗教學體系、調(diào)整實驗室結構、加強實驗室建設并進行實驗教學改革，改變了實驗教學內(nèi)容與工程實際脫節(jié)、不重視學生的知識應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的問題，注重了學生解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)，為培養(yǎng)高素質(zhì)的自動化專業(yè)工程人才打下了良好的基礎。
作者：徐銀梅 李擎 崔家瑞 單位：北京科技大學自動化學院
