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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數字化課程設計,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
(沈陽工程學院機械學院,遼寧沈陽110136)
摘要:數字化設計制造是技術應用型本科機械電子工程專業的核心職業能力,我院在人才培養方案中以數字化設計制造工程能力培養為主線,首先以典型企業的崗位能力需求為基礎,構建了理論教學、實踐教學、素質教育的三大課程群體系結構,提出了在教學中實施綜合課程改革的探索性實踐方法,通過改革使學生的工程能力得到了提高。
關鍵詞 :數字化設計制造;課程群;工程能力培養;課程改革
DOI:10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.04.025
中圖分類號:G642.4文獻標識碼:A文章編號:1671—1580(2015)04—0054—02
基金項目:遼寧省教育科學“十二五”規劃立項課題“以數字化設計制造為主線的卓越工程能力培養”(編號:JG14DB280)。
收稿日期:2014—11—19
作者簡介:李鐵鋼(1973— ),男,遼寧沈陽人。沈陽工程學院機械學院,高級工程師,副教授,在讀博士,研究方向:先進制造技術及教學。
當代機械工程領域邁進了數字化制造的時代,在產品制造活動的全生命過程中利用數字化的信息實現產品和制造活動的表達、組織和運行,數字化制造大大地提高了產品的質量和企業的生產經營效率。企業的數字化制造水平和應用能力已經成為企業的核心競爭力。
應用型本科院校機電專業的人才培養特色是“工程教育,職業取向”,培養的學生是既不同于普通高等教育的研究型人才,也不同于高職高專院校的技能操作型人才,而是具有夠用的機械和電子專業理論知識,一定的人文、科技和藝術素質,較強創新精神的高等應用型機械工程領域的復合性應用型人才。從就業反饋來看,企業認為學生的理論泛泛而實踐技能不足,理論與當代的企業技術脫軌,就業后工作適應能力差,需要經過相當長時間的培訓和培養才能勝任崗位。因此,需要改革人才培養方案和課程,以數字化設計制造的綜合工程能力為主線、基于企業實踐培養人才。
一、以數字化設計制造為主線的培養方案規劃
基于我校機械專業近幾年的就業和定向培育就業客戶群調研,我院總結形成了企業的崗位能力需求指標,并分解指標,形成知識體系,根據知識體系修改了培養方案。
沈陽工程學院為以工為主的培養技能應用型人才的地方高校,辦學戰略依托電力行業,服務先進裝備制造行業和現代服務業,培養創新應用型人才。機械電子工程專業主要培養德、智、體、美全面發展,較系統地掌握機械制造及自動化、計算機應用、自動控制和電子技術應用等復合型的專業知識,以機床數控系統的應用與開發,機電一體化產品的設計、調試和管理等能力為特色的機械電子工程領域高級應用型人才。
課程群規劃遵循“三面向、三服務”的理念,即面向學生就業、面向企業界、面向未來,課程改革要服務于職業能力需求、服務于工程實踐能力培養,理論課程要服務于實踐課程。
我院綜合美國ABET工程專業認證的標準和企業需求確定了機電專業工程素質能力的培養包含自然人文能力、工程應用能力、機械產品設計能力、機械產品制造能力、機械設備控制能力和企業實踐能力等模塊。課程群體系要體現“理實交融、分為層遞進”的原則,分為基本技能層次、提高應用層次和綜合創新層次三大類。
二、課程群建設方法
(一)以課程群為基礎,結合教師科研,組建教學科研團隊,爭創精品課程。建立同典型企業的校企密切合作關系,按照典型企業的數字化生產流程規劃工程軟件,軟件分必修和選修兩部分,對于必修課程,學生必須掌握;而選修課程,學生可課后自學。必修軟件有AUTOCAD、UG、ANSYS和Matlab,選修軟件有機械工程師、Amesim、VERICUT、CAXA工藝圖表、PC DMIS、VNUC、Autoform、Geomagic Qualify和Imageware等。在工程軟件課程體系中,AUTOCAD主要培養學生的機械和電子平面制圖能力,在機械制圖與CAD課程中學習,在機械原理、機械設計、機械測繪、機械原理課程設計和機械設計課程設計中應用;UG主要培養三維設計和數控編程能力,在三維設計基礎、CAD/CAE技術與應用和數控加工工藝與編程中按模塊講授,在模具設計與制造、數控加工工藝與編程課程設計和機械裝備課程設計中應用;Matlab主要培養數學分析和控制系統分析能力,在高等數學、線性代數和機電工程控制基礎中學習,在機電一體化系統課程設計、機械工程測試技術和液壓與氣壓傳動課程設計中應用;ANSYS主要培養有限元分析能力,在工程力學和CAD/CAE技術與應用中學習,在材料成形技術和CAD/CAE實訓中應用。
(二)貫徹工程軟件培養,注重對必修軟件的系統培訓,安排好自學選修軟件的知識點,規劃好各課程中軟件的知識點講授和知識的遞進,以使學生掌握數字化設計制造能力。比如:對于數字化制造能力的培養,重點培養數控機床的加工能力,在三維設計基礎課程中講授UG軟件的基本操作和三維實體造型;在模具設計和制造課程中講授模具的三維設計;在機械制造裝備設計課程中講授夾具的設計;在機械制造技術基礎課程中講授CAXA工藝圖表軟件編制數控加工工藝規程;在數控加工工藝與編程課程中講授利用UG軟件編制數控程序;在先進制造技術課程中講授利用VERICUT軟件進行數控程序加工仿真,利用PC DMIS軟件生成數字化測量程序,利用Geomagic Qualify軟件進行檢測結果分析,最后這些技能在獨立實踐環節數控加工工藝與編程課程設計中得到全面應用。學生利用前述這些工程軟件,從產品的圖紙出發,獨立分析并設計數控加工工藝規程,編寫數控加工程序,分組加工零件并檢測。
(三)為體現數字化設計和制造能力培養,對課程群的能力體系進行分解,得到詳細的能力和目標矩陣。設置40周的獨立實踐環節,包括課程設計、實訓、實習和畢業設計,側重綜合問題的解決,體現工程實踐性和創新性,培養學生的企業實踐技能,使其能夠綜合應用專業知識進行產品的數字化設計和制造,解決實際工程問題。突出實踐教學的地位,實踐教學不僅僅是理論教學的演示、驗證和補充,還是工程能力培養的決定性環節,培養目標的實現應以能否從事生產實踐作為評判基準。加大專業化、數字化設計制造素質教育,對于
取得相關學科證書的學生將給予學分加分或課程減免的激勵,
包括數控車床和銑床的中級工和高級工操作等級證書、制圖員證書、三維設計證書、數控工藝員證書、各種省級以上相關比賽證書等。
此類課程也可以幫助學生考取職業資格等級證書,增加就業資本。
(四)加強數字化設計制造教學資源庫建設,選擇企業經典案例進行課件、圖片、動畫等教學資源的信息化建設;加強虛擬實驗室建設,建造虛擬材料成型實驗室、虛擬數控加工仿真實驗室和網絡化制造實驗室等。在進行數字化教學資源建設和虛擬實驗室建設中吸收學生參與,既激發了其學習的興趣,又鍛煉了其數字化設計和制造能力。
(五)加大教材建設,特別是綜合實踐類教材,編寫反映企業數字化設計制造技術的教材,對企業的典型零件和流程進行凝練,形成具有代表性的教學案例。教材應言簡意賅,圖例形象,還要便于進行啟發性教學,便于課后思考和進一步的知識擴展。
(六)開放數字化設計制造相關實驗室。將數控機床實驗室、CAD/CAM實驗室開放,接受課外實驗和創新制作,提高學生的學習能動性。利用好教務網絡教學平臺,將數字化設計和制造的教學資源放到網絡上,開展網絡答疑,增加與學生間的互動,利用當代大學生的信息獲取手段促進其學習興趣的提高。
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參考文獻]
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關鍵詞:數字信號處理;課程設計;FPGA
中圖分類號:G434文獻標志碼:A文章編號:1673-8454(2017)24-0034-03
一、引言
數字信號處理課程是電子技術類、通信類專業的一門重要的專業基礎課。目前我們對本科生開設的《數字信號處理》課程大多側重在理論技術方面,注重理論推導而忽略具體實現技術的介紹。結果導致學生在學習了數字信號處理課程之后并不能把所學的理論知識與實際的工程應用聯系起來。如果將現有的《數字信號處理》課程與FPGA技術相結合,以已有的理論為基礎,重點介紹數字信號處理實現平臺和一些具體可用的實現算法,可促進教員教學水平的提高及學員動手能力的加強和創新意識的養成[1-5]。
我校已設立了《數字信號處理課程設計》課程,為進一步培養學生的創新實踐能力,我們將FPGA引入到數字信號處理課程設計的實驗教學中,精選和優化課程設計內容,使數字信號處理課程設計更具科學性和實踐性。以Xilinx公司提供的集成開發工具ISE軟件和實驗室自研的基于Spartan3系列的FPGA多功能實驗箱,作為“數字信號處理課程設計”的軟、硬件平臺。在此平臺上,學生最終能完成從基礎實驗、典型應用到綜合設計的一系列教學實驗。通過近三屆學生的教學實踐,收到了良好的教學效果。
二、課程設計的目的與要求
本課程設計是《數字信號處理》課程的具體應用和實踐,是《數字信號處理》課程理論知識的綜合運用,其基本任務是著重提高學員在模/數轉換、數/模轉換、數字信號處理、系統分析與綜合方面的實踐技能和科學作風,培養學員綜合利用理論知識解決實際問題的能力。
要求學員根據所學數字信號處理知識獨立設計完成基本任務,熟悉、掌握、熟練使用FPGA開發軟件,掌握模擬信號的數字化采集與產生、數字濾波和頻譜分析的基本原理,運用FPGA技術對數字信號處理系統進行系統分析和綜合設計。
三、課程設計的內容安排
本課程的教學內容包括FPGA設計基礎、FPGA典型應用案例、綜合課程設計實驗三大部分內容。
1.FPGA設計基礎
第一部分FPGA設計基礎介紹了可編程邏輯器件的編程器件工作原理、基本結構和電路表示方法,現代數字系統的設計方法,可編程邏輯器件的一般設計流程;FPGA的典型應用場合;主流的FPGA芯片廠家(如Xilinx和Altera等)及其市面代表產品;硬件描述語言基礎(VHDL和Verilog);Xilinx的可編程邏輯器件設計工具ISE軟件,以及基于ISE的開發設計流程。
2.FPGA典型應用案例
選擇合適的典型應用案例是做好數字信號處理課程設計的關鍵所在。通過實際教學實踐,使學生利用FPGA工具開發軟件來掌握信號處理系統基本原理,以及數字信號處理的設計方法。同時利用配套的儀器和設備,在FPGA多功能實驗箱上完成數字信號處理的算法驗證與調試。
本實驗箱充分采用了模塊化設計思想,具有良好的擴展性和移植性。實驗箱由底板、FPGA核心板、雙路A/D模塊、雙路D/A模塊、IO模塊、面包括展板等組成。其中,FPGA核心板采用Xilinx公司的Spartan3系列FPGA芯片XC3S400-PQ208,門數容量為40萬門;A/D模塊搭載雙通道65MHz高速12位ADC,滿足高速高精度數據采集需求;D/A模塊搭載雙通道125MHz高速14位DAC,滿足高速高精度波形輸出需求;I/O模塊板配備了豐富的I/O設備,其中有12個LED燈、4*4矩陣鍵盤、撥碼開關、四位七段數碼管、液晶模塊(1602和12864)和蜂鳴器。
根據課程設計的目的與要求,在對多年教學實踐分析的基礎上,為學生提供了下列5個FPGA典型應用案例:①正弦信號發生器設計;②數字電壓表設計;③數字頻率計設計;④FIR濾波器設計;⑤簡易數字頻譜儀設計。這一部分內容是本門課程設計的重點,是在課堂上教師重點講授的內容。首先對工作原理進行分析,然后在FPGA多功能實驗箱上演示實驗結果,再打開ISE實驗例程進行程序講解,最后安排學生自己實做練習,復現實驗結果。
在以上典型應用案例中,不僅注重數字信號處理基本知識的理解和應用,而且強調知識的融匯貫通,重點加強學生對課程知識的綜合應用和實踐能力的培養。例如,正弦信號發生器設計實驗,注重運用直接數字頻率合成(DDS)和數/模轉換(D/A)的實現方法;數字電壓表和數字頻率計設計實驗,注重運用模/數轉換(A/D)和數字化測量幅度、頻率的實現方法;FIR濾波器和簡易數字頻譜儀設計試驗,注重運用FIR數字濾波和FFT進行實際信號頻譜分析的實現方法。
3.綜合課程設計實驗
綜合課程設計實驗要求學生運用FPGA技術對數字信號處理系統進行系統分析和綜合設計,完成數字信號處理課程設計報告總結,以及課程設計過程中的學習體會與收獲、對FPGA開發設計經驗總結、本次課程設計的認識與建議。
具體實施時,教師布置4個可選的綜合設計實驗:①數字儲存示波器、②邏輯信號分析儀、③程控濾波器、④簡易數字信號傳輸性能分析儀。學生可以任選其中一題作為綜合課程設計實驗題目,要求學生運用FPGA技術對數字信號處理系統進行系統分析和綜合設計,并在FPGA多功能實驗箱上完成整個系統的設計與實現。
下面是一組學生選擇第3題(程控濾波器)進行綜合課程設計的部分實驗結果。其中設計了一個截止頻率為10KHz高通濾波器,先用Matalbfdatool濾波器設計軟件進行FIR線性濾波器的系數設計[6-7](如圖1所示),然后導入到MATLAB工作空間進行相應的操作,并保存為FPGAIP核所需的.coe文件,再在ISE工程中將.coe文件導入到FIRIP核中,并編譯下載至FPGA多功能實驗箱上觀察輸出結果。截止頻率10KHz高通濾波器輸出結果(10KHz輸入)如圖2所示,截止頻率10KHz高通濾波器輸出結果(8KHz輸入)如圖3所示。
四、教學模式和方法的選擇
1.以學生為主體,采用啟發式教學
“數字信號處理課程設計”教學的基本模式是采用多媒體課件進行部分精講,伴以大量的自學、討論和實踐。在以啟發式為基本方法的前提下,針對本課程的特點,采用了以下三種方法。一是對比分析法。不同FPGA在芯片結構、外圍接口、程序開發以及功能上都有可比之處,通過對比教學,可以加深印象提高教學效果,讓學員更好的理解所講述的內容。二是系統分析法。一個完整的FPGA系統是一個完備的系統。在介紹各種不同系統結構的設計時,還必須從硬件和軟件兩個角度統一闡述,使學員明白為什么采用該型號芯片、為什么采用該軟件結構等,從而更深入的理解數字信號處理的硬件實現的本質。三是典型分析法。FPGA系統多種多樣,適當的選取幾種典型的系統進行詳細分析,由淺入深,由表及里,使學員不但能熟練的掌握和分析各種FPGA系統,還能學會自己設計或構造具有特定意義的數字信號處理系統。
2.豐富的多媒體教學手段
針對數字信號處理課程設計中一些內容比較抽象難以理解,教師用傳統的教學手段很難講解清楚,某些規律學習者難以捕捉,同時有許多設計的概念需要通過實驗驗證來加以闡述,例如,在講解濾波器設計過程時,雖然在理論上說明了設計過程的步驟和方法,但是,實際濾波的應用具體是怎樣,需要通過實驗來加以驗證。因此在教學中,可發揮多媒體的強大的輔助教學功能,使得抽象的或難以進行傳統教學的內容能形象直觀生動地再現出來,實現教學由難化易,由繁化簡,激發學生學習興趣。
在課堂教學中可以引入Matlab仿真和FPGA技術演示,可以加深學生對基本概念、理論的理解,可以使抽象的內容生動、直觀,從而提高學生的學習興趣,事半功倍;同時將視頻、動畫制作在課堂講解中,利用動畫與視頻產生的動態效應,將深奧難懂的理論問題轉換成直觀、動態的視頻或動畫,這樣不但增加了知識的趣味性,而且增加了知識的連貫性。對教師來說,能夠通過動畫與視頻將知識點更好、更直觀的表現出來,學生也可以在學習過程中對自己的抽象思維進行驗證。
3.分組協作共同完成
具體實現來說,可以將學生分組(3~4人一組),每組重點準備一個可選的綜合設計實驗。教師引領學生對項目進行任務分解、剖析與本課程設計相關的內容。學生按照實驗小組討論方案設計、任務分解、搜集資料、項目制作、調試測試、撰寫報告的一般項目研發過程進行綜合性實驗。整個綜合性實驗以一個項目研發的形式進行組織,不但能加深學生對理論知識的理解,而且能夠極大提高學生的科研素質。全組同學既要獨立思考又要集體討論,鼓勵學生設計出不同的方案。采用這種方式,可以極大調動學生的積極性,同時增強同學之間的團隊合作。
4.課程設計考核方式
建立完善合理的考核制度無疑可以有效的對學生形成正確的引導,考核方式應該以考核學員能力為主要目的。數字信號處理課程設計考核成績根據學生的實驗報告和實際操作情況進行綜合評分。考核內容包括:設計方案是否合理,編程、調試和測試數據是否正確,設計指標是否完成,撰寫報告是否格式規范和條理清楚等方面。按100分考核,最后評定為優秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。
五、結束語
通過《數字信號處理課程設計》課程的學習,培養學員綜合數字信號處理方面的理論知識,解決模/數轉換、數/模轉換、數字信號處理、系統分析與綜合方面常見實際問題的能力。基于FPGA硬件實驗平臺,學生通過查閱參考資料、設計實驗方案,分組討論、分析解決問題,最終完成設計課題,初步掌握工程設計方法和組織實踐的基本技能,逐漸熟悉開展科學實踐的程序和辦法,為將來從事和逐步適應日新月異發展的系統科學提供一定的適應能力與基礎。
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關鍵詞數字化設計與制造 課程體系 人才培養
1 數字化產品開發技術已成為現代制造業不可缺少的技術手段
制造業是一個國家的支柱產業,制造業的發展水平直接反映出國家經濟和科技的發展水平。以信息技術為主導的現代科學技術的迅速發展,推動了制造業和數字化產品開發技術的快速發展,使傳統的制造業面臨巨大挑戰。
傳統的產品開發過程采取串行設計模式,從產品設計、樣機試制到經過改進再投產,導致新產品開發的周期較長,缺乏市場競爭力。而現代制造業則借助數字化產品開發技術實現了從設計、制造全過程的并行設計模式,盡可能采用數字化三維數據模型取代原來的物理原型,從而縮短新產品開發周期,加快上市速度。
2 傳統教學模式與相關課程體系亟待改革
目前許多高校機械工程學科在數字化產品開發系列技術方面存在較多問題,主要表現在:原有的傳統教學模式是以常規機械設計制造流程為主線,課程體系的設置重理論輕實踐,各單元技術之間存在很大的脫節與重復現象,沒有形成完整的課程體系。
數字化設計與制造環境下的現代制造業,正逐步普及以三維CAD技術為核心的數字化產品開發模式,這便要求機械類專業的人才培養目標、課程體系設置與之相適應。在充分調研的基礎上,提出將原有課程體系調整為:“以綜合素質培養為核心、創新教育為主線、以數字化產品開發技術為手段、拓寬基礎、加強工程實踐能力培養”。
3 數字化產品開發技術涉及的主要內容
數字化產品開發技術集成了現代設計制造過程中的相關先進技術,可分為:數字化設計、數字化制造、數字化管理等三大模塊,各模塊涉及的單元技術如圖1所示。
圖1數字化設計技術相關單元技術
上述各項單元技術貫穿于產品設計、分析、制造、使用等全過程,是一項多學科的綜合技術。以三維CAD/CAE/CAM為核心的數字化產品開發技術已成為新產品開發不可缺少的現代技術手段。
4 數字化設計與制造環境下課程體系的設置
機械設計制造及其自動化專業屬于工程應用型專業,人才類型分成應用研究型和技術應用型。技術應用型人才主要是應用知識而非科學發現,其知識結構應圍繞現代制造業的實際需要進行設置,拓展基礎、注重實踐。在對重慶市眾多制造類企業(國營、民營;大、中、小型)進行廣泛調研的基礎上(涉及汽車整車制造廠、汽車零部件公司、摩托車制造企業、裝備制造業),并參照全國其他高等院校本專業的培養計劃,結合我校的實際情況,本專業方向人才培養目標為高素質應用型高級專門人才。
4.1 機械設計制造及其自動化專業課程體系
機械設計制造及其自動化專業課程體系的設置,應該建立在“機械設計技術基礎”、“機械制造技術基礎”以及“機電系統集成技術”三大平臺之上,并以數字化設計制造技術為特色、注重培養學生技術應用能力,強化綜合實踐與工程訓練。機械設計制造及其自動化課程體系框圖如圖2所示。
圖2機械設計制造及其自動化課程體系框圖
整個課程體系由理論教學、實踐環節以及課外社會活動實踐等三大部分構成,其中理論教學按課程的性質可分為:公共基礎課、學科基礎課、專業主干課以及專業方向選修課等四大類(圖2中只列出少部分課程)。
4.2 體現數字化設計與制造技術特色的實踐性環節
從課程體系中可以看出,綜合實踐性環節在整個課程體系中占有十分重要的地位,圖3為實踐性環節所涉及的主要內容,從中可以看出,數字化設計與制造技術在整個實踐環節中占有突出顯要的位置,并且四年不間斷。
在大一年級開設的“工程圖學課程實踐”、“計算機輔助繪圖(二維)”實訓中,要求學生用AutoCAD軟件完成減速器的測繪,使學生得到最基本的數字化設計基本訓練;在“金工實習”環節,除進行車、銑、磨、鉗工以及鑄造、焊接等常規的加工方式外,重點強調數控機床、加工中心、線切割機床等設備所采用的數字化制造方式給傳統制造業所帶來的巨大變革。
在大二年級開設的“三維CAD應用實訓”綜合實踐是數字化設計與制造技術最核心、最基礎的組成部分,通過高端三維CAD\CAE\CAM一體化軟件——UG NX5的學習,學生應掌握實體建模、曲面設計、鈑金設計、裝配、工程圖等模塊,為后續環節打下堅實基礎;在“機械設計基礎”課程設計環節中,除完成以齒輪減速器為主體的一般機械傳動裝置的設計過程外,同時要求學生必須完成該減速器的三維建模、虛擬裝配及簡單的機構運動分析;在“電子工藝實習”中,除完成收音機的裝配調試以外,同時要求學生用“protel電路圖繪制軟件”完成收音機的整張電路圖。
圖3集中性專業實踐環節
在大三年級開設的“機械制造技術基礎課程設計”中,除常規內容以外,同時要求學生采用CAPP軟件完成該零件的計算機輔助工藝規程編制,并且用三維CAD軟件采取自頂向下的裝配建模方法完成整套夾具的三維設計;在“計算機輔助制造實訓”綜合實踐環節中,要求學生掌握數控自動編程的原理、方法,并熟練運用UG NX5軟件中的CAM模塊,完成一個中等復雜程度帶異形曲面零件的數控銑削自動編程,并實際加工操作。在“計算機輔助工程分析”綜合實訓環節中,要求學生掌握有限元分析的基本原理、方法,并基本掌握利用ADAMS軟件對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。
在大四年級開設的“逆向工程綜合實訓”,與其它實踐環節相比較,所涉及的范圍及綜合性則顯得更加突出,從概念設計到效果圖、油泥造型到三坐標掃描、點云數據處理到曲面設計及實體建模、快速原型制造,通過該實訓環節,強化學生在數字化設計與制造環境下進行新產品快速開發的實施流程。在“產品數據管理綜合實訓”實踐環節中,要求學生掌握數字化管理技術所涉及的領域,并熟練使用國產CAXA V5 PDM軟件的使用方法。在整個課程體系中,依據不同的專業方向特點設置了相應的“專業實訓環節”。諸如在模具設計與制造方向,其專業實訓環節則是“注塑模具CAD/CAE/CAM”綜合實訓,主要學習UG NX5軟件中的MoldWizard注塑模具設計模塊以及的Moldflow流動分析模塊的使用;在畢業設計環節,若畢業設計題目為工程設計類型,則要求學生必須完成一定工作量的三維設計。
5 近三年應用型人才培養的探索實踐
近三年來,機械工程學院在重視理論教學的同時強化實踐環節對學生能力的培養,學生的綜合素質得到顯著提高。并積極組織學生參加全國及重慶市的各種學科競賽,如:在第二屆全國機械創新設計大賽中獲得三等獎一項、第三屆全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽榮獲四個單項二等獎、第一屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽重慶賽區三等獎二項、2009年度全國三維數字化創新設計大賽(簡稱3D大賽)重慶賽區二等獎兩項等較好成績。與此同時,學院作為國家制造業信息化三維CAD教育培訓基地,近三年培訓學生達五百人。
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【關鍵詞】綜合素質 專業與職業 創業與創新 工科大學生
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2012)22-0001-02
大學生綜合素質是指受過高等教育的、學習了一定專業基礎知識后能夠滿足社會整體或用人單位需要的能力。大學生綜合素質評價是一項科學而復雜的工程,不同層次高等學校和不同培養目標對大學生綜合素質的要求和評價方法與標準也應有所不同。
本文結合材料成型及控制工程(模具設計)專業的實踐為例,結合各類專業綜合周與創業創新周、專業競賽、專業與職業培訓等環節的實踐,從專業與職業、創業與創新的角度談談如何提高綜合素質中的專業核心能力。
一 立足“模”字,提高模具核心專業能力素質,為職業做好充分準備
模具是機械、汽車、電子、通信、家電等工業產品的基礎工藝裝備,我國模具行業從業人員已有600多萬,長江三角洲及江蘇是我國制造業比較發達的地區,也是模具需求的集中地區,僅江蘇蘇州目前就有各類模具廠1000多家。
結合行業需求及地區經濟發展,繼承學校辦學傳統和優勢,確定模具方向作為專業的主要特色之一,并且是塑料模具、沖模、鍛模同時并重,模具的設計、分析、制造能力并重。選定沖壓、鍛造、塑料、模具制造、模具CAD/CAM等五門課程為重點建設課程,強化三類模具的三種能力培養,使得學生在就業時選擇面寬,適應性強。
經過多年的軟硬件建設,學校已經具備了較好的專業實驗室,配備了行業最先進的軟件,為學生提供了多種模具學習、設計、分析、動手操作的平臺。通過學校的“長三角模具專業水平崗位能力”培訓考試項目的學員將獲得長三角市政府人事部門聯合頒發的長江三角洲緊缺人才崗位模具專業能力證書。
二 緊扣“實”字,加強專業實踐環節,強化校企聯合,凸顯專業綜合實踐周特色
學生專業實踐能力的強弱是衡量應用型本科畢業生的綜合素質重要指標之一,也是目前最廣泛宣傳的各應用型專業水平比較的實踐試金石。
第一,為了確保學生實踐能力的有效鍛煉,近幾年,學校通過中央地方共建和自籌資金投入近1500萬元建設了材料加工實驗中心、材料基礎實驗中心、模具工程中心等,與省內著名企業聯合建設了15個校外實習基地和3個省級模具工程技術研究中心。
第二,實踐教學環節與工程結合緊密,實習、實驗、課程設計、畢業設計等多個環節訓練。在制定人才培養方案中,較大幅度地提高了實踐教學比例(學分比例超過45%),優化了實踐教學過程,以加強實踐教學。課程設計,通過實踐項目從產品數字采集到產品造型、模具設計、制造工藝、模擬分析、模具制造等一條龍項目的訓練將其整個串起。畢業設計選題絕大多數來源于企業的實際項目,培養了學生工程能力的同時將企業對人才素質要求的理念帶進學校。
第三,模具專業開設了模具綜合周、材料回收綜合實驗周、模具工程師實踐周、材料資源信息檢索周等特色綜合周。學生從選題與概念設計到資料搜索、方案設計、方案實施、結果與成果評價,進行自主的探索與研究性學習與鍛煉。通過綜合實踐周的鍛煉,可以鍛煉學生的分析能力和動手能力,提高知識綜合運用能力,培養了團結協作精神、主動探索研究精神,強化了工程意識和創新意識。
三 圍繞“創”字,圍繞創新與創業元素,多渠道多模式培養學生創新能力與創業意識
創新能力就是創新性地解決問題的能力。它包括創新感知能力、創新想象能力、創新思維能力和創新實踐能力等,以獨創性、整合性、發展性等為特征,其核心是創新思維。創業能力分為硬件和軟件,硬件就是人力、物力和財力;軟件就是創業者的個人能力,包括專業技能和創業素質。
鑒于以上概念,學校將“創新”與“創業”貫穿到整個教學環節中,注重培養學生創新學習、自主學習、創業意識等理念。在實事求是的基礎上,結合工程,鼓勵學術自由、學術創新;容忍失敗和標新立異。具體安排上結合軟件培訓、模具設計師的研討與實踐、科技創新訓練項目(創新基金)、模具設計創新大賽、創業大賽活動、創業與創新實踐綜合周等進行。
創新與創業教育實踐周是綜合性和實踐性較強的教學環節,通過對各種創業知識的系統講述,培養在校大學生的創新和創業意識,并且通過一定的案例分析和模擬實踐活動,使學生獲得一定的創業經驗,為今后其創業活動提供借鑒。要求學生利用所學的專業知識完成與專業相關的創業計劃書,通過這一過程,培養學生專業知識和創新創業理論相結合的綜合能力;培養學生分析和解決實際問題的能力;還能培養學生的團結協作能力和實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風。
四 突出“數”字,突顯數字化設計與制造專業能力,強化職業能力培訓
CAX技術近年來已經成為企業技術創新、開拓市場的重要手段,許多成型加工及模具企業已經實現計算機輔助的產品設計、成型工藝分析、模具設計到數控代碼的直接生成。
學校構建了數字化設計制造教學的軟硬件基礎。完善了教學體系,優化了課程內容,改進了教學方法,加強數字化設計制造系列課程建設。材料成型CAX應用技術系列課程包括CAD/CAM技術、材料成型CAE技術及應用、CAPP概論、CAD/CAE/CAM課程設計(2周)、數控實習(2周)等課程內容,并配備了課外8種CAD/CAM/CAE軟件證書培訓(AutoCAD、Pro/E、UG、CATIA、Moldflow、Deform、 Dynaform、AnyCasting)。為加強數字化能力、工程能力和創新能力培養,同時開設了以下選修課程:快速成型、逆向工程、工業產品設計、檢測技術與數據處理、實用模具設計與制造方法。同時通過邀請專家講座、舉辦比賽造氛圍,引導學生學習以數字化技術為代表的新技術的積極性和興趣。
材料成型CAX系列課程的改革與實踐已經取得初步成效,形成了課堂精講、上機多練、課程設計的項目訓練、數控實習操作和課外技能培訓的教學模式。學生學習積極性高,學習效果很好,就業競爭力大大提升。該專業學生畢業時95%以上的擁有三個相應的軟件培訓證書。
五 結束語
通過幾年地培養模式的實踐,提高了人才培養質量。該專業學生就業基礎好、綜合能力強,得到了社會的普遍好評。綜合素質的培養是一個系統工程,本文僅從專業核心能力的角度進行了探討,還有許多工作需要研究。
參考文獻
[1]查光成、郝洪艷、賈俐俐.材料成型專業新技術應用教學體系的改革與實踐[J].南京工程學院學報,2007(1)
>> 教育云,云教育 “云”背景下教育變革的意義與價值研析 云教育背景下的“教、學”改革初探 云計算背景下的云存儲服務研究 云下的智慧教育 從云上到云下 馬云的云快遞 聯云:“云”下的支付平臺 淺談桌面云下的酒店云 云”影初現:云平臺支撐下的智慧教育 淺析云模式大背景下制定“云計劃”方向 淺議云計算背景下現代教育技術的發展應用 你的云我的云他的云 云計算背景下的信息安全應用 云計算背景下的安全防范 云計算背景下對會計披露的研究 云計算背景下的網絡技術探析 淺析安防大數據背景下的云存儲 “云”背景下高職課堂的信息化建設 云計算背景下的信息安全問題研究 常見問題解答 當前所在位置:l)、職教資源中心(http://61.132.31.37/SRMP/login.aspx)、題庫與在線考試系統、學生日報管理系統、課堂教學互評互學信息管理系統、網上教(職)代會管理信息系統等信息系統,滿足了辦學對信息系統的建設需求。
工作室同時全面負責學校校園網站的建設工作,近期配合正在進行的校園電視臺建設,正努力打造一支集創意、拍攝、制作、播出為一體的數字媒體專業化團隊,給學校信息化建設帶來更強的推動力。
2.多方協作,共建共享,在數字資源建設上保質增量
學校于2011年11月正式被確立為“國家網絡教育數字化學習資源中心首批職業學校分中心”,成為全國29所中職院校分中心之一。分中心建立后,按照項目組統一部署,承擔了國家各類數字化教學資源的開放和共享任務,面向本地及周邊區域提供數字化資源網絡服務,分中心部署有600G的優質數字化資源,涉及19個專業大類,500多門精品課程,共計36000多個教學資源。
學校自加入江蘇省國家中等職業教育改革發展示范校協作會以來,參與并合作共建了102門課程的數字化虛擬仿真實訓軟件的開發工作,其中已有80門課程部署完畢,并已進行了全員培訓,教師已實際開始使用這些優質資源進行教學活動。
學校高度重視精品課程的建設工作,2010年就根據江蘇聯合職業技術學院精品課程的建設要求出臺了校級精品課程建設要求,現擁有院級精品課程2個,校級精品課程15個,涵蓋了學校所有的重點專業。越來越多的教師參與到精品課程的建設活動中,實現了優質資源的共建共享。
3.立足服務,著眼長遠,在信息化應用創新模式上取得突破
學校正在通過教學全過程信息化建設打破傳統教學模式的時空限制,建立教與學的綜合平臺。不久的將來,學校所有專業主干課程均可開展網上學習、交流、練習、測試、評價和考核,信息化手段貫穿教師的整個教學過程。
學校著力推進數字化社區的建設工作,構建集學習交流、校園生活、社團服務、求職應聘、公共服務、休閑娛樂于一體的數字化平臺,為在校師生、畢業校友及家長提供一個互動交流的綜合型信息門戶。數字化社區建設以校園服務為中心理念,實現網絡學習空間人人通,人人有空間,班班有空間,現架構已經基本建成,采用實名制,空間已成為了師生個人風采的展示平臺、教與學的平臺、互動交流的平臺。
學校大力推動立體信息投送渠道建設,不斷擴展學校宣傳和信息投送的渠道,在原校園網站基礎上建設校園電視臺和電子校報。
二、提升教師從事信息化教學能力
“云教育”的實現離不開廣大教師的積極參與,教師實際上是推動教育信息化的主要力量。作為教師,如何在教育信息化進程中應對自如、如何通過提高自身的信息化水平來提升教學水平和教學能力,使之更能切合課堂教學的實際與學生的需求?諸如此類的問題是我們必須面對和思考的。
我校從現狀出發,要求教師必須努力提升五個方向的能力:
(一)提升信息檢索與處理能力
面對龐雜的網絡信息,必須要學會運用各類檢索工具,并可對檢索到的各類信息進行加工、處理以及整合,將其變成自己可用的信息。
(二)提升網絡學習能力
互聯網的知識海洋取之不盡、用之不竭,只要你想學,就可以通過互聯網進行學習。教師應充分利用網絡資源加強學習,提升自身的業務水平和能力。各類網絡學習平臺如國家、省市精品課程,各種知識數據庫系統等,教師都可以從中獲益,這對培養和提升教師的課程建設、課程設計等教學能力有很大的幫助。
(三)提升網絡交流協作能力
在網絡環境下,掌握人與人交流和溝通的新方式,從而更好地服務于教育教學的需要,是當前這個時代教師需要進行研究的一個課題。教師應有能力通過即時通信工具(IM)、論壇、學習空間等各類平臺真誠地與其他教師、學生在學習、生活、就業和為人處世等方面進行直接的交流與互動。
(四)提升網絡課程設計能力
教師應有能力開展網絡課程的設計和制作,在把握課程的教學內容、教學目標、教學任務等要素的基礎上,分析學生的專業培養需求,整合各類數字資源,同時能利用各類課程制作軟件設計完成網絡課程。
(五)提升網絡教學的組織實施能力
摘要:BIM技術促進了信息技術與教育教學模式的深度融合,翻轉課堂、MOOC和微課成為新形勢下高校教育教學模式改革的重要發展趨勢。本研究立足于BIM技術為高校課堂學習帶來的新機遇,初步構建了BIM技術背景下的工程造價專業在線開放課程教學數字化平臺,提出了基于數字孿生技術的工程造價專業教育應用設想,并對工程造價專業數字化教學建設進行了基于BIM技術和數字孿生技術價值共創性的思考。
關鍵詞:BIM技術;工程造價軟件;數字孿生
近年來,隨著大數據、云計算、BIM(BuildingInformationModeling)技術的發展,工程造價專業教學模式出現了新的變化[1]。文獻[2-6]等分別從課程體系、實踐環節、教學手段、人才培養模式等方面提出了教學改革的思路和合理的建議,這些思路和建議對工程造價專業數字化教學建設有很大的促進作用。文章另辟蹊徑,以價值共創為視角,以數據孿生模型理論為研究基礎,以本科工程造價專業數字化建設為研究目標,從課程體系建設、教師團隊建設、教學方法革新和教學理念升華四個方面提出了新的見解,實現人才培養模式的革新[7-12],如圖1教育教學模塊創新所示。(1)工程造價專業教學數字化建設思考。BIM技術是建筑企業信息化的新的重要技術手段,能否考慮充分利用BIM技術和其他手段,對傳統理論教學和實踐教學的內容進行數字化建設,實現教學課程內容的數字化、可視化、模塊化和程序化,逐步改進教育教學方式與方法,促進優勢教學資源共享,方便老師實現流程化教學,方便了教學和管理,形成一種老師容易教、學生易學易懂的良好教學環境,促進教學效果和教學質量的提升。(2)工程造價專業數字孿生思考。能否以數字孿生模型的物理層和數據層(虛擬層)角度重新審視教育教學,構建具體真實實物教學系統和虛擬仿真教學系統,虛擬仿真教學系統可對實物教學系統進行仿真模擬,對實物教學系統選用的教學方式進行一個效果反饋,實現教學資源的最優化配置。(3)BIM技術與傳統教學模塊價值共創思考。不能簡單的將BIM技術視為傳統教學的從屬部分或其他部分,站在BIM技術與傳統教學模塊是相互對立的角度上,如何考慮以數字孿生模型角度和工程造價專業數字化建設角度,實現BIM技術與傳統教學模塊的深度融合,實現二者的價值共創。
一、工程造價專業教學數字化建設思考
以“工程造價專業數字化教學”為目的,從專業課程體系、教學方法、教學團隊、教學目標、教學活動等方面著手,搭建高校工程造價專業在線開放課程體系平臺,并由此制定在線開放課程保障機制和措施。1)在線開放課程教學設計理念。根據在線開放課程的基本要求,融合現代信息技術,如何實現教學內容的數字化、可視化、模塊化和程序化。把“數字化、可視化、模塊化、程序化”的四個教學設計理念貫穿課程建設始終。2)工程造價專業教學數字化平臺構建。依托資源-智力-技術-保障四維支持,構建工程造價專業在線開放課程數字化教學平臺。該專業教學平臺包含課程設計、開放性教學資源、在線考核、學習效果評價和在線交流平臺。如圖2工程造價專業在線開放課程數字化教學平臺框架所示:在慕課的制作和運行中,場景化教學資源、卡通動畫資源、話題討論形式、微信平臺、嘉賓座談、工程影像資料、虛擬仿真技術這七種信息技術及手段與造價專業課程深度融合,以開放性的教學資源為依托,形成了“七位一體”的全新數字化教學體系。3)工程造價專業數字化教學平臺教學機制保障。從教師團隊層面和學校制度層面給予教學保障,構建我校工程造價專業數字化教學平臺。[13-15]
二、工程造價專業數字孿生思考
數字孿生(DigitalTwin)技術是一種以模型信息流驅動全產業價值鏈相互協同的產品全生命期管理工具,從數字孿生技術的發展進程來看,數字孿生更像是一種數據驅動型的實時虛擬映射系統,始于對產品全生命周期的可視化管理,發展于航空工業復雜工程的系統管理工具。[16]人類現處在一個虛實相互融合的混合社會空間之中,數字孿生技術為當下虛擬空間與物理空間的融合,帶來了一種新的可能,即虛實共生。1)數字孿生技術具有虛實共生、高虛擬仿真、高實時交互、深度洞見等特點。[16]2)數字孿生技術的工程造價專業教育應用分析數字孿生技術為當下虛擬空間與物理空間的融合成為可能,即虛實共生。虛擬空間物體不再是物理空間實體的簡單映射與模仿,而是基于現實空間實體數據的再造與演化。基于此潛在的數據價值,實現其教育教學模式的創新。如圖3工程造價專業數字孿生教育應用場景預想所示:
三、BIM技術與傳統教學模塊價值共創思考
BIM技術可為虛擬空間提供部分技術支持,能否把BIM技術與傳統教育教學模塊依托數字孿生技術實現二者的價值共創。孿生數據作為故障報警預測、健康管理、能耗管理、“孿生車間”、可視化等工具,賦能職業教育,助力創新與創業教育,促進學習者畫像與數據精準分析,優化了教學動態評估和遠程學習過程,強化人文教育與場館學習效果,特別是構建“全息孿生課堂”,優化學習空間,這些值得我們思考。[16]1)微觀層面思考。目前,知識和經驗將以跨媒介、非結構化的具體形象化的信息形式得以體現,能否以此數字孿生技術為契機,構建相關BIM技術、MOOC課等數字孿生技術為底蘊的數字化教學平臺,以個性化特征滿足學習者不同的學習訴求,解放了廣大教師,增益了眾多學生們,知識內容的客體傳播將不再被過多的關注,學生被動的理解和消化將成為歷史。廣大教師在泛智慧空間中引導學習者進行個性化的知識探索以及技術應用。學習者將擁有交互的數字孿生客體,群智協作模式也成為可能,通過學習共同體的組合,實現學生主體學習的自主性。[17-18]2)中觀層面思考。圍繞學習者,激活教學過程實體空間中的一切資源型物件,優化資源配置,為學生提供創意設計個性化自適應學習空間提供了可能。對校園內硬、軟環境的數據進行BIM建模等,構建學習者、教師等教育主體孿生對象,搜集各方面的高質量數據,為實施數字孿生技術提供關鍵校內保障,將高校校園轉變成為知識管理的集成平臺,促進海量知識在各知識學習主體之間交流溝通。3)宏觀層面思考。建設更廣泛的孿生系統,使該教育系統成為其大孿生系統的數據節點。
關鍵詞:教學改革;教學模式;實證研究
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2015)23-0068-02
Study on the Application of the Multinedia Products
GAO Fei, SU Chen, CHEN MEi
(Beijing Polytechnic,Beijing 100176, China)
Abstracts:This paper discusses the graduates to adapt to the needs of society the problem lies in the knowledge structure, cognitive skills, teaching and learning frustration communication disorder students psychological barrier four reasons, the training curriculum as the starting point, the empirical case study, factors to solve the problem, and to effectively collect objective data and qualitative analysis, discusses the teaching mode of work scene based training is an effective way to solve the vocational college graduates employment and occupation development results.
Key words: reform in education; teaching mode; empirical research
2015年兩會及十報告均提到要重視高等職業教育,強調“要全面實施素質教育,深化教育領域綜合改革,著力提高教育質量,培養學生創新精神。”中國的職教體系也在深入發展改革的過程中,新的教育理念逐步貫徹到國際化教育合作領域。職業教育體系中國際知名的有如:美國的社區職教、德國的“雙元制”、英國的“工讀交替”等實訓教學模式。目前我國高職高專院校畢業生基本情況是:不能靈活應用在校期間所學理論基礎知識及技術,動手能力尚欠缺。社會及企業需求的專業技能和項目經驗人才,是對的就業者的核心素質的要求,企業人才需求有缺口,高職院校應盡力貼合社會需求培養相應技能的就業學生。我們通過數字媒體課程實訓教學模式應用的研究,針對高等職業院校的教學與教法的進行探究和改革,全面實施素質教育,重視學生的創新能力的培養具有重要意義。
1 數字媒體實訓課程設計方法
由于高職院校畢業學生就業與用人單位,其對實習及畢業學生要求具備較高的動手實踐能力,要求就業人員應該能夠完成所在專業工作崗位的典型工作任務。數字媒體實訓課程教學方法的研究與應用,同時受到所在學校的教學現實情況的約束,未見得能夠使得每一位學生進行專業崗位培訓,針對實際工作場景的課程實訓模式是較好的體驗實際項目、了解項目設計實施過程,課程設計存在著直觀有效的方式,很好的成為學生在模擬項目中體驗規則、制度、過程、管理和規范的目的。
2 探究課程設計
通過虛擬實際工作情景,應該模擬實際項目目標,學生分組和工作流程,還應該模擬工作中各種制度、成本控制等,讓同學們有著親臨其境的職場體驗。
3 分析教學效果
應用數字化圖表展現完成圖,充分分析研究學生的學習表現,依據數據分析統計外部條件,完成標準。采用實證研究法,通過數字媒體實訓課程設計完成教學模式的客觀探究。
4 結束語
綜上所述,應用新的教學模式強化了教師信息技術能力;提高了學生的創新能力;提高了教師科研能力;豐富了教學資源;改革成果顯著。近年來參加實訓的多媒體專業學生一次性就業率就達到98%以上,畢業生分布于本市各設計、媒體、網絡等公司。實訓課程對學生今后職業發展深具影響力,學生們首先從中體會到了學習和創造的快樂,品味到了工學交替的樂趣,實現了個人價值的提升。同時,他們學會了學習和獨立思考,體會到了探究的樂趣,嘗試從多角度全方位觀察分析問題,激發了學生進一步學習的興趣和不斷開拓進取的精神;學會了做事,知道怎樣做才能做成一件事,了解了項目運作的工作程序;學會了共處,認識到了合作、溝通、團結的重要性,體驗到了同舟共濟戰勝困難的喜悅;學會了做人,知道怎樣做才能成為一個懂得盡義務、負責任、社會需要的高素質人才。
參考文獻:
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關鍵詞 飛行器制造工程 實踐教學體系
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
Study on Improving Practice Teaching System of Aircraft
Manufacturing Engineering Professional
XU Yan, CHEN Wenliang
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of
Aeronautics and Astronautics, Nanjing, Jiangsu 210016)
Abstract The practice of scientific research is not only an important part of the university research system, is also an important part of the university teaching system, analysis of the contents of the aircraft manufacturing engineering professional practice of teaching composition of the system, as well as their practical teaching, combined with the current aviation manufacturing enterprisesthe production of the actual situation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, to further improve the points of the aircraft manufacturing engineering practice teaching, and put forward some suggestions on the arrangements between the various contents of the practical teaching.
Key words aircraft manufacturing engineering; practice teaching system
0 引言
南京航空航天大學飛行器制造工程專業是國家重點學科,也是 江蘇省重中之重學科,每年都為國家航空航天企業和科研院所輸送大量專業人才,目前該專業具有良好的科研環境和實踐教學條件,在專業課程的理論教學過程中適當引入實踐教學,不但能取得更好的教學效果,還能增強學生對專業的興趣,使得學生對當今最新的航空制造領域工程實踐有一定了解。本文通過分析南航飛行器制造工程專業現有的實踐教學條件,提出幾點有助于完善目前實踐教學體系的初步構想,并從實踐教學環節之間的聯系,提出實踐教學計劃安排的幾點建議。
1 飛行器制造專業目前實踐教學的基本狀況
南航飛行器制造專業本科學生主要需要學習飛機裝配和飛機鈑金工藝的相關的專業課程,在教學實踐環節,目前本專業學生畢業前需要學習的課程有:《CAD/CAM綜合實驗》、《鈑金模具綜合實驗》、《沖壓工藝課程設計》、《下廠實習》、《現代飛機裝配技術課程設計》。另外,有一些實踐內容主要是專業課教師在課堂教學中穿行的介紹和講解,這些講解往往是教師根據自身對專業的理解結合自己的研究方向給學生進行講解的,隨機性比較強,不同教師的講解內容不一定相同,甚至每位老師不同學年的內容也有變化。
從實踐教學環境目前的課程設置上,《CAD/CAM綜合實驗》主要是通過CAD、CAM軟件的使用,讓學生初步了解目前航空制造領域常用的CAD、CAM軟件的基本情況;《鈑金模具綜合實驗》是通過學生的實際鈑金零件加工,對沖壓設備、模具結構、鈑金的基本工藝進行感性認識;《沖壓工藝課程設計》是具體到通過工程設計訓練,讓學生了解模具設計的一般過程,是《沖壓工藝學課程》的輔助部分;《現代飛機裝配技術課程設計》是通過虛擬裝配和具體實例展示等手段,讓學生了解從零件、組件、段件、部件、總裝的飛機裝配一般過程;《下廠實習》是飛行器制造專業學生到飛機主機生產企業進行參觀和學習的實踐環節,通過具體的飛機生產科研環境的參觀、企業技術人員的專題講座、現場設備、工藝、生產環節的介紹、學生自己和企業人員的交流等等,讓學生全面了解飛機生產科研的全過程。以上的實踐教學內容基本覆蓋了裝配和鈑金兩種主要的傳統飛機制造工藝,但是,隨著飛機研制中新工藝的不斷采用,我們的課堂和實踐教學內容與飛機制造企業目前的實際生產狀況有些脫節,由于教材通常有一定的滯后性,因此,我們需要在實踐教學環節中讓學生比較全面和細致地了解我國飛機制造的實際情況,一般性了解世界上先進的飛機制造工藝的情況。
2 飛行器制造專業實踐教學完善探討
飛行器制造專業在教學環節的專業課程主要包括兩類:一是零件加工類,二是零件裝配類。因此為了輔(下轉第215頁)(上接第206頁)助學生理解課堂教學的內容,可以從這兩方面進行教學實踐環節的建設。
(1)從飛機制造中零件加工的角度構建實踐教學體系,具體可從鈑金零件制造、復合材料零件制造及其工藝裝備三方面完善教學實踐環節。
①鈑金零件制造。在現有的《鈑金模具綜合實驗》實踐教學環節中補充最新的鈑金工藝方法,包括:液壓成形工藝、熱成形工藝、超塑成形工藝、噴丸成形工藝,經過近年來的專業建設,實驗室已經自主研制了熱成形、超塑成形設備、噴丸成形設備、液壓成形試驗裝置,開設這些工藝課程實踐教學的硬件條件已經具備,只要進行適當的課程設計和編寫相應的實驗指導教材。
②復合材料零件制造。復合材料在飛機上的應用已經十分廣泛,目前在有關復合材料零件制造上的教學實踐急需構建,但是復合材料工藝對設備和環境的要求較高,在學校進行建設比較困難,可以利用《下廠實習》的環節,在主機廠的復合材料加工車間進行現場講解,只要在《下廠實習》的指導書中編入相應的復合材料工藝相關內容也可以取得很好效果。
③工藝裝備。生產零件需要各種工藝裝備,如模具、夾具、專用量具、樣板等等,這些工藝裝備的概念、功用、使用方法及其設計與制造如果不結合生產實際進行講解,學生不容易全面了解,因此,在實踐教學方面結合具體工藝中使用的工藝裝備進行講解,則事半功倍。
(2)從飛機制造中零部件裝配的角度構建實踐教學體系,可圍繞數字化裝配教學實踐平臺的建設來完善飛機裝配環節的實踐教學,平臺主要包括以下具體的教學實踐環節的建設。
①柔性制孔和自動鉆鉚仿真實驗課程建設。通過已經初步建設完成的自動化制孔實驗裝置,結合橫向科研項目“自動鉆鉚編程技術開發”取得的成果,以實物結合仿真軟件的方式,建設相關實踐教學環節的條件已經具備,只要加以整合和適當設計即可形成相應的實驗課程。
②飛機裝配實驗室的建設。通過南航前期與中國商用飛機公司合作取得的科研成果,分析和整理出適合進行實踐教學的內容,從飛機大部件對接的角度展示飛機大部件裝配的一般過程和常用方法。
③數字化裝配的實踐教學課程建設。以南航自主研發的AD系列輕型飛機為目標對象,由于該飛機零件數目較少,比較適合作為數字化裝配教學實踐的對象,可較快的建立基礎平臺,容易實現整機的數字化與及虛擬裝配,也容易用PDM進行管理,對硬件要求低,因此特別適合教學和實驗。
④裝配工裝設計實踐教學課程建設。選取典型部件,完成數字化協調體系下裝配工裝(包括部裝和部件對接工裝)設計實踐教學素材和實驗大綱編制。以典型的部件裝配型架的為實驗對象,根據其數據模型設計型架骨架、定位件和壓緊件,完成零件三維建模和虛擬裝配。課程建設需編寫課程設計大綱并構建相應的實驗環境。
3 總結
從以上兩方面構建教學實踐體系,在專業課程課堂教學過程中合理安排,不僅可以促進學生對課堂教學內容的理解,提高學生的學習興趣,還能使學生比較完整的理解飛機制造全過程,在教學實踐環節中適當結合本專業有關飛機制造領域的近期科研實踐進行講座,學生還會對飛機研制過程的國內外實際情況更加了解,使得南航培養的飛行器制造專業學生在行業內就業時更加適應航空制造企業的需求。
參考文獻
[1] 王珉,郝小忠,陳文亮.飛行器制造工程專業教學和實驗體系研究與實踐.實驗技術與管理,2009.26(10):129-132.
摘要:在研究地圖學課程特點的基礎上,分析了當前地圖學教學中存在的問題,并針對存在的問題,提出了地圖學理論教學和課程設計實踐教學的改革方法。分別從教學內容、教學手段、實踐教學、考核體系等等角度詳細闡述具體的改革措施,以促進地圖學教學質量的提高。
關鍵詞:GIS;地圖學;教學改革
1、引言
地圖學融理論與實踐于一體,是一門綜合性和技術性極強的學科。它以地圖信息可視化為核心,涉及到地圖的數學基礎、地圖符號系統、制圖綜合、普通地圖及專題地圖制作、地圖應用等各類綜合性知識。地圖學與地理信息系統(GIS)、遙感(RS)、全球定位系統(GPS)、測量學關系非常密切,是一門真正培養學生動手能力的基本技能課。目前地圖學是我國高等院校地學各專業的一門專業基礎課。學好地圖學是學好地理科學及其相關專業的關鍵,可其他課程的學習打下堅實的專業基礎。
“3S”技術的發展,使地圖學在理論基礎、制作技術和使用方式上都發生了巨大的變革,迫使必須對地圖學教學內容進行改革才能與科學技術和社會的需求相適應。地球科學類專業本科專業人才應是具備相關專業勞動能力的復合型人才。因此,在計算機技術不斷向地圖學滲透的過程中,探討數字環境下的現代地圖學教學與改革,構建數字環境下現代地圖學的教學體系,統籌地圖學與地理信息系統教學之間的關系,對于提高教學質量、培養相關專業技術人才、提高學生的制圖實踐能力等方面具有重要的意義[1]。
2、地圖學課程的特點
地圖學教學內容由偏重理論的地圖學原理部分和偏重實踐操作的實習部分組成。地圖學在普通高等院校開設的目的,主要是為后繼相關課程的學習提供必要的知識儲備,以及為空間信息成果的科學表達提供必要的技術技能。地圖學是一門具有承上啟下作用的專業基礎課程,學生如果能夠很好地掌握這門課程,將為各相關專業其他相關課程的學習打下堅實的基礎。
地圖學課程具有涵蓋內容多、信息密度大、實踐操作性強、知識更新快等特點[2]。地圖的內容所反映出的文化特征非常豐富。一張圖勝過千言萬語。隨著地圖的應用越來越廣,要求相關專業的畢業生需熟練掌握制作地圖的流程和方法。此外,地圖學的教學手段、教學方法改變了過去板書式、填鴨式的傳統手段,多媒體技術成為現代地圖學的主要教學手段,計算機技術與地圖學的結合成為數字環境下現代地圖學的主要特征[1]。
地圖學是一門古老而年輕的學科,其研究內容、研究手段、研究方法、研究技術一直隨著社會的進步而不斷變化。隨著計算機技術、網絡技術、3S技術不斷向地圖學滲透,地圖學學科發展進入到數字化時代。在數字環境下,地圖學的理論體系發生了深刻變化,地圖制圖已逐步從手工模擬制圖技術體系向現代數字化制圖技術體系轉化,并呈現出地圖制圖數據源的多樣化,生產工藝的數字化,產品多樣化的趨勢。
3、當前地圖學教學中存在的問題
雖然,各高校在教學內容、教學手段及實踐教學方面有一定的改進,目前在地圖學教學中仍存在著一些問題:
首先,選用的教材編著時間較早,時效性不強,教學內容滯后時代要求和生產實踐,教材中沒能體現出最新的一些地圖制作的技術和最新的地圖研究成果。
第二,教學方法不靈活,教學手段單一,課件質量亟待提高,不利于學生掌握學科前沿技術,不利于培養學生地圖制作和使用的創新思維。
第三,最新的地圖制作技術采用較少。地圖學與遙感、GIS關系密切,在實際教學中三者經常脫節,使得與地圖學教學有關的地圖生產和制作實踐環節,仍然停留在傳統的紙質地圖的較低層次水平上,學生缺少嘗試運用遙感、GIS、WebGIS、三維GIS等技術進行較高層次地圖實踐活動的機會,更缺乏利用GIS技術對地圖進行深入分析和應用的實踐[3];
第四,教學中理論占用時間較多、實踐操作環節花費時間少,教學內容以傳統的理論內容居多,實驗課程學時嚴重不足,造成學生的動手能力與實踐能力欠缺。受授課學時、上課條件等限制與影響,理論課教學時間占用較多,實踐時間較少。不少抽象的理論知識,僅限于硬性記憶,缺少上機實踐去靈活掌握。
4、地圖學教學內容和教學方式中的改革措施
在地圖學教學內容、教學方式等理論教學和課程設計的實踐教學的改革中,首先,需立足于傳統的教學理論,突出“現代”和“高級”制圖手段和學科前沿等教學內容;其次,需優化教學手段與教學方式;第三,需密切聯系實際,強調“實踐”和“操作”,突出課程設計和動手分析操作綜合能力的培養;最后,改革課程考核體系,優化理論知識學習過程和實踐操作能力的比例;最終實現教學內容更科學化、更有感染力,教學方式更靈活化、新穎化,實踐教學更規范化、綜合化,評價體系更客觀化、人性化的教改目標[3]。
4.1加強相關地圖學前沿領域知識技能和地學領域專題地圖應用的教學內容
隨著計算機地圖制圖、遙感地圖、GIS制圖、電子地圖以及虛擬現實等新興技術手段的出現,隨之迅速發展了當今的地球科學的前沿領域——地球空間信息科學[4]。當今更應該重視加強有關現代地圖學的理論前沿、應用前景和最新發展動態的學習,順應時代的要求。
關鍵詞:新課程 DIS(數字化信息系統) 化學校本課程 實驗
DIS環境下化學校本課程以數字化自主學習為核心、在信息技術與課程整合的要求下實踐的一門嶄新的校本課程,實施的是以數字化為載體的自主學習方式。課程學習活動主要在學校DIS實驗室這一包括計算機、傳感器、數據采集器以及互聯網等設備的數字化學習環境中實驗的;課程學習內容是經過教師精心開發設計的數字化實驗探究的學習資源;課程學習知識是學生利用信息工具可以進行重構和創造的諸如實驗數據、文字處理、圖像處理等。課程學習不僅能使學生獲得知識,而且能夠幫助學生自主建構知識。
一、DIS化學校本課程的開設背景
校本課程,相對于基礎課程有其自身的特點:靈活性、適應性、及時性。DIS環境下化學校本課程的開設體現了教與學的需要,是現代技術發展與新課改不斷推進的必然產物。2009年9月,南菁高中新校區建成使用,學校以建設“數字化”校園為契機,高度重視實驗室的建設和投入,配備了三個DIS實驗室,實現了建設標準化、管理規范化,為DIS環境下化學校本課程的開設作了硬件保障。
二、DIS化學校本課程的設計思路
新課程教學環境下,以校本課程形式開展DIS教學實踐,其課程設計思路始終以學生需要和改變學生的學習方式為本。課程開發設計思路應緊緊圍繞激發學生對DIS實驗的興趣,培養學生的動手操作能力、理論聯系實際能力、應用規律解決問題能力。在這樣的設計思路指引下開展實驗的每一個環節,學生能通過DIS化學實驗探究,體驗科學規律,提升情感態度與價值觀。
三、建立DIS化學校本課程備課組
建立DIS化學校本課程備課組是課程成功開設的保證。備課組由有志于數字化實驗研究的DIS教學的教師組成,是化學教研組中的一個體現數字化特色的備課組。備課組主要有以下幾項任務:
1、制定具體教學目標。
任何一門課程的實驗都必須有相應的教學目標,更何況DIS化學校本課程是在新課程改革大背景下開發的新校本課程。備課組以課改教學的三維目標為依據制定DIS化學校本課程總教學目標。在測量性實驗、驗證性實驗及探索性實驗中要求學生在明確實驗目的、實驗原理的前提下,學會正確選擇和使用DIS傳感器、相應儀器和工具,準確獲得實驗數據,合理處理實驗數據;通過歸納、演繹得出實驗結論并學習撰寫實驗報告;學會簡單實驗故障的排除,進行初步實驗誤差分析;探索性實驗中注重假設、猜想及DIS實驗方案設計,學會獨立操作分工協作,發揚團隊協作精神,克服困難,共同進步。
2、研究DIS技術,開發全新化學實驗。美國課程論專家泰勒說過:要最大限度地利用學生資源,要加強校外課程,要幫助學生與學校以外的環境打交道。因此,實施DIS校本課程時要注重研究選擇并整合校內外資源,聯系社會熱點開展課題研究,努力克服無現成器材、資料等困難,運用創新的思維,開發新實驗。
3、認真進行備課組活動。要在制訂教學計劃的基礎上,安排每學期的教學內容,精心備課,精心準備每項DIS化學實驗,探討實驗教學的重點與難點,設計實驗教學方案。實驗結束后要對實驗課堂教學進行反饋與評價。每節課學生均需完成一份DIS化學實驗報告,教師以此對學生進行 評價,做好教學反思及資料積累。
四、選擇課程生源
在學校眾多的校本課程中,DIS化學校本課程屬于理科拓展類課程,備課組將DIS化學校課程開發宗旨通過學校電視廣播節目進行宣傳,并以海報廣告形式將課程內容、招生要求在校內展示。課程吸引了眾多學生積極報名參加。之后備課組根據年級分班,每3-4位學生組成一個化學實驗操作小組(使用一臺計算機及一套DIS設備)。
五、課時安排
校本課程納入學校總課程表,由學校統一安排,一般每周1-2課時,但在具體教學時間上可以有一定的靈活性,教師可根據教學實際需要進行調整。如在進行河道水體污染等課題研究階段,可以安排學生走出校門去校外實地進行水體采樣、pH值、濁度及溶氧量等數值的測定,教學時間則另行安排在課余或周末。
關鍵詞:教學資源建設;數控加工與編程;課程改革;工程能力
數控技術專業是高職院校普遍開設的主干專業,各校的培養目標不同,課程的側重點不同,但多數培養操作型的技術工人。沈陽工程學院根據專業招生生源的特點,結合本校在典型企業的就業現狀及發展規劃,確定了本校人才培養的目標是培養高級技術應用型的“金領”人才,數控機床加工與零件編程是核心技能之一,數控加工與編程課程為主干專業課程,具體的能力目標就是培養具有數控機床加工的高級操作能力,能夠加工中等復雜零件;具有中等的數控加工工藝和編程能力,能夠編制較復雜零件的制造工藝和主流型號數控機床的加工程序。
以就業為人才培養出發點,調研典型機械制造企業,按照企業的生產實踐流程和崗位技能要求培養學生。以企業實踐過程為任務流程,規劃了課程群的理論教學、實踐教學、素質教育三大體系,并構建了數字化教學資源庫。
一、數控加工與編程能力課程群規劃
通過調研學生近五年就業的典型制造型企業和潛在的企業,通過與企業負責人、人力資源主管、技術主管、生產主管座談,參觀企業生產車間,了解產品和數控工藝與編程現狀,凝煉出企業對數控加工工藝與編程人員的能力需求,結合大學人才培養特色,對應各職業能力需求,制訂出數控技術專業的人才培養目標和方案,構建支撐課程群體系。
制造企業需求的數控加工與編程崗位能力包括識別工程圖紙的能力、操作數控機床的能力、數控工藝的制定能力、數控零件的程序編制能力等。理論課程體系方面,在專業必修課中數控加工工藝與編程、計算機輔助數控編程整合成數控加工與編程課程,培養典型數控加工工藝編制、數控程序編制和加工能力。在專業選修課程體系中設置數控車(銑)中級工職業技能鑒定培訓、數控車(銑)高級工職業技能鑒定培訓、數控工藝員鑒定培訓、制圖員培訓、三維建模資格證書培訓(UG、SOLIDWORS等系列)等,此類課程為學生考取職業資格等級證書提供相應培訓,增加就業資本;選修課程開設模具制造、先進制造技術等數控加工與編程的拓展課。實踐課程體系方面,分為理論課程內試驗、課程設計、實習和實訓等部分。專業素質教育方面,為學生課程外自修環節,包括數控車床和銑床的中級工和高級工操作等級證書、制圖員證書、三維設計證書、數控工藝員證書、各種省級以上相關競賽獲獎證書、專題講座等。取得相應相關學科證書的學生將獲得學分加分或課程減免的激勵,專題講座既有教師講座也包括學生講座。
二、數字化教學資源建設
依據課程體系制定資源建設的總體架構,體系組成上包括課程總覽、理論課程、網絡課程、課程設計、實驗、實訓、試題庫、考證培訓、軟件資源、信息交流等模塊資源,具體的資源素材重點建設內容如表1所示。
利用學校的校園網絡作為資源的支撐平臺,利用教務處的清華網絡教學平臺的教學資源庫模塊為資源庫管理平臺,進行資源的管理,教師和學生可以登錄和檢索使用。
資源庫建設首先制定底層素材技術標準、學習情景素材技術標準、元數據技術標準等。資源編目及屬性描述需遵循教育部教學資源數據規范,盡量采用精簡數據格式的視頻和音頻格式文件。在建設上采取校企聯合方式,與專業實踐企業基地密切聯系,媒體素材取自企業實踐的案例;緊跟企業技術發展趨勢,改革課程體系培養“無縫對接”的高級應用型人才,緊跟企業信息化、數字化、虛擬化、集成化制造的大潮,大力發展工程軟件資源建設,選擇典型的行業工程軟件如表2所示。素材建設著重利用三維實體造型技術和動畫仿真技術,使課程形象直觀。
建設途徑采取教師自制、學生項目參與、網絡下載和企業資助等多種方式相結合進行。每位教師負責收集對應的資源,資源收集后定期進行評審和定稿。
利用圖片、視頻和音頻編輯軟件進行素材編輯處理,保證分辨率和清晰度。加強數字化版權保護意識,利用密碼加密的PDF文件代替WORD文本文檔素材,利用密碼加密的PDF文件代替POWERPOINT課件文檔素材;為壓縮打包文件設置解壓密碼;利用視頻加密軟件對視頻進行加密處理,播放時輸入密碼方可播放;利用水印工具為視頻和圖片素材添加可見或不可見水印。
參考文獻:
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關鍵詞:電子課程設計 工程實踐 創新意識 創新能力
電子課程設計是在先修理論課:電路理論、模擬電子、數字電子,以及與其相對應的實驗課:電路理論實驗、模擬電子實驗、數字電子實驗的基礎上開設的一門以培養學生的設計能力、綜合應用能力和工程實踐能力為目標的必修課。
我國經濟、科技的發展和國際范圍內電子技術的發展、電子新產品的涌現,對電子類人才的培養提出了一個更高的標準和要求。而我國傳統的教育思想和教學方法中重知識、輕能力,重理論、輕實踐的教育思想已經不能適應現階段人才培養的需要。實踐教學對于提高學生的綜合素質,培養學生的創新精神和實踐能力具有特殊的作用。
1. 改革的理念
(1)以“走出去,用得上”為目標,順應現代科技的發展態勢出發,采取工程集成的教學觀點,加強課程設計的數字化、綜合化、系統化實驗。
(2)重視設計方法學的變革,逐步培養學生熟練應用現代互設計工具,增強學生應用大規模復雜系統的能力。
(3)在理論課教學和基礎實驗教學中,注重加強基礎拓展知識面,增強學生的工程實踐能力。
(4)以人為本,把情感因素考慮進去,充分發展個性,因材施教。把培養創新意識和創新能力放在核心地位。
(5)打破院系甚至學校的壁壘,充分利用現有資源,本著“寧可用壞,不許放壞”的原則,為學生提供盡量多的
實踐環境和實踐儀器設備。
2. 實驗教學新方法
(1)分層次。把理論教學、基礎實驗教學和課程設計融為一體,做到一條龍、不斷線、重基礎、分層次。在新的教學模式中,電子技術分為三個層次:基礎理論教學,基礎實驗教學,綜合應用實驗教學和科技創新實驗教學。其中電子設計課程屬于第三層即綜合應用層。
教學內容有著必然的連續性,“我要的是葫蘆”使不得,既不能像傳統的教學體制中重理論、輕實踐,但也不能“改革過度”,片面強調實驗的重要性。學理論是為了應用,實驗也是為了應用,僅僅是在實踐中所起的作用不盡相同而已。
基礎實驗教學又分為兩個小的層次:基礎實驗和設計型實驗。基礎實驗是為了驗證理論,使學生對理論有更深的理解,并加固記憶;提高型實驗運用某一或某幾個理論,設計小型的電子產品,或電子產品的一個模塊,對近期學的知識點加以綜合應用。
綜合應用層實驗是在學完電路理論、模擬電子和數字電子及電路理論實驗、模擬電子實驗、數字電子實驗后開設的一門必修課。通過分層次的實驗,使學生綜合利用所學的知識,學會電子系統設計的基本步驟、硬件安裝方法、軟件調試方法,學會應用新型的設計工具和仿真工具。使學生的知識結構和設計素質方面大幅度地提高,將比較分散的知識點能綜合運用到實際中去。
科技活動層主要包括各類賽事。例如全國大學生電子設計大賽、全國大學生挑戰杯科技競賽以及眾多公司舉辦的電子設計大賽。
(2)充分利用網絡資源,在時間和空間上予以開放,改變傳統課程設計運作模式。以往進行電子課程設計,具有時間和空間上的局限性。教師和學生任何一個環節出現問題,就不能達到交流的目的,且時間規定得較為嚴格,從教師給出題目到交實驗報告為兩周的時間。新的模式是一個學期:實驗題目在學期初就到網上,學生根據自己的喜好進行在線選擇,實驗室提供通用的、常規的元器件,其它的器件鼓勵學生自己到電子市場去選購器件,讓他們熟悉電子器件市場,學會成本核算,為工作后的工程設計做一個“小熱身”。學生根據自己的時間到實驗室調試,到期末完成即可。
(3)將電子設計新技術、新方法融入到設計中。要求學生對自己的設計先進行軟件仿真,根據仿真給出相關器件的參數,以及輸入輸出數據和波形圖。做到虛擬仿真和硬件實驗相結合――先虛擬后硬件,淡化軟件和硬件設計界限,使學生體會和掌握設計方法學革命所帶來的科學化和高效率。要求或建議學生掌握EDA方法,以及常用的Mutisim、Protel等仿真軟件使用。
(4)本著“多樣化、綜合性、研究型、趣味性”的原則,精心設計實驗題目和內容。設計多個題目,學生選做的實驗空間加大。每一個題目都和當前新技術、新產品甚至生活中常用品有聯系,有的是學院正在進行的項目的一個子模塊。難度和工作量適中,設計的內容和所學的理論知識緊密聯系,又有一定的提高,這樣既激發了學生的學習興趣,又不使他們在中途望而卻步。通過這些待探索性和研究型的設計題目的鍛煉,學生將學過的知識串聯起來,加以綜合和應用,以理論指導實驗,理論得到了運用、加深和升華。
(5)改變考核制度。考核的公正性是教育的公平性一個重要體現。由于目前我國的教育現狀,分數對學生來說很是重要,所以考核公正有利用提高學生學習的積極性。根據課程設計的特點以及不同的側重點,對環節進行細分,分為設計、仿真、參數的設定、安裝、調試,對遇到問題的解決能力、實現的功能、性能指標測試和試驗報告、總結答辯等內容,借鑒“以考促教,以考促學”的思想,每一個環節有不同的分值。
3. 結束語
實踐證明,新模式的建立和實施,改變了學生的知識結構,培養了學生的創新意識,提高了學生的綜合設計和工程實踐能力,為后續層次的學習例如科技創新實驗和走向工作崗位打下了堅實的基礎。實施新模式后學生在各類競賽獲得的獎項和用人單位的好評是最好的見證。
參考文獻:
[1]盧家楣.情感教學心理學.上海:上教育出版社.
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[3]王友仁等.探索研究型課程教學模式,培養學生工程實踐與科技創新能力.南京航空航天大學學報(社會科學版),2004,2.