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DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.121
1 前言
随着我国工业的发展,社会和企业需要机械电子工程专业的学生具备综合能力,不仅在专业上有所建树,同样也能够德、智、体全面发展。一方面能够掌握机械电子基本知识和技能,在毕业之后可以直接从事机电一体化领域内的设计制造、科技开发、应用研究和运行管理等方面的工作。这样一来,企业在招聘人才时,就会有更多的选择。学生也能够在很快的时间满足企业的要求。这是应用型本科机械电子工程人才培养定位的基础和依据。
2 本科机械电子工程人才培养现状
从我国目前的人才培养层次上来看,机械电子工程专业主要可以分为研究生层次、本科层次和专科层次三个层次。但是在这三个层次的人数分布来看,主要以本科生为主。这主要是因为,很多学校都设置了本科的机械电子工程专业,很多普通高校的专业目录上都有这一专业。此外,很多学校也设置了机械设计制造及其自动化和机械工程及其自动化两个专业下开设的机械电子或机电一体化专业方向,也称为准机械电子工程专业,这种学校数量众多[1]。
但是就目前的情形来看,这些本科高校的人才培养主要还是以学科本位为基础,把课程主要分为了基础课程和专业课。也主要是根据课程的内容来安排的。但是很难把学生的实践能力和综合能力提高。但是随着高等本科教育的普及,社会对人才的需要也发生了很大的变化,尤其是学生就业的形势发生变化之后,对于本科生的培养也应该随之发生变化[2]。因此,本科机械电子工程在人才培养的时候,必须要培养学生的综合能力。学生既要有理论知识应用能力、实践能力,还应该具备学习能力、应变能力、拓展能力以及沟通能力等诸多能力。
3 应用型本科人才培养原则
应用型本科机械电子工程人才,是现代工业发展的主要力量。因为现代工程所包含的内容多且相对复杂。因此需要学生既动手又动脑。因此,为了能够更好地培养学生,在培养应用型本科人才时,必须遵循以下几点原则。
一是要引进先进的教育理念。应用型高校的发展,和其它研究型大学发展不同。学校和教育不需要建立太多的机械、电子、信息、控制、管理的知识体系,而是更好地建立起运用和训练体系。因此,在引进先进的教育理念时,既要学习国外的先进理念,时刻跟踪各个高校工程训练的最新发展理念和动态。另外,也要根据自身学校的发展,再结合现实的需要,根据人才需求多样性,进而构建出合适的工程训练体系。
二是要将这一培养体系贯穿于学生的四年学习当中。因为客观的规律告诉我们,理论与实践是相互补充的,并且学生的学习是一个循环的过程。学生首先要在四年本科教育中,努力学习理论知识,之后依靠理论做支持,再通过大量的实践和高强度的训练,最终达到学习的最佳效果。当然,在这一过程中,学生必定要经历从不熟练到熟练的过程,才有可能锻炼出的实际操作能力,突出“应用”的特点。
三是要遵循循序渐进的原则。任何一个学习过程,都必定是一个循序渐进的过程。首先,在学校的基础培养之下,学生要根据自身的实际情况,逐渐构建出适合自己的循序渐进的工程训练体系。不管是在内容上,还是在途径上,以及训练的安排上,都要努力做到先简单、后复杂的过程,从不熟练到逐渐熟练,最终适应社会发展的需要。
最后,也是很重要的一点。就是要坚持校企合作与校校合作的原则。在培养应用型的人才时,最为重要的一点就是要多让学生进行实践。而学生进行实践的主要途径就是要让学生进入企业,尽早地进行实践。因此,进行校企合作,就是社会资源开展工程训练的重要途径。也是应用型本科培养的关键举措。实行校企合作,一方面对于企业来说,企业可以提前选出一部分综合能力比较强的人才,作为企业的储备人才。另一方面,对于学校来说,能够适时地安排学生利用暑期,或者是其它集中时间,来进行实践学习。而对于学生来说,校企合作能够帮助学生更好地提升技能和技术水平,积累一部分工作经验。
4 应用型本科机械电子工程人才培养策略
为了能够更好地培养出应用型的本科机械电子工程人才,可以从以下几点进行。
首先,就是要收集相关资料,对社会和企业的人才需求情况进行深入的了解。尤其是了解机械电子工程专业的人才需要情况,与企业进行交流。通过走访和了解企业,与企业进行合作,形成双方都较为满意的人才培养方案。
其次,通过达成口头协议之后,之后再与相关企业签订人才培养方案共建协议。一方面能够努力建立起由学校、企业双方共同的专业、就业指导专家组。通过专业的专业指导,一方面能够指导企业选择合理的人才,另一方面也能够指导学生如何在就业的过程中更好地使自己适应的企业的要求。
另外,学校要充分利用引进人才的优惠政策。学校首先要引进合适的人才,尤其是一些青年教师,青年教师在观念上、科研能力和教学水平上都比较能够更好地适应企业的要求。学校一方面要提升师资队伍,来建设相关制度。
最后,就是需要有强大的硬件条件作为支撑。机械电子工程专业,尤其是应用型的。很多时候都需要进行实验,因此,必须要加大教学基础硬件设施建设。学校需要在国家的资金支持下,加强实验室以及实习实训基地[3]。
5 总结
总之,培养应用型的本科机械工程的专业人才,就必须要每一个模块的具体内容和形式都有针对性的培养。一方面可以形成较为科学合理的人才培养体系,改变原先传统的人才培养模式,逐渐提高人才培养的质量,尤其是提高学生的社会适应能力。最后,能够较好地适应目前这种动态而又高速发展社会对人才的需求。
参考文献:
[1]王福元,倪骁骅.机械电子工程专业本科办学现状与分析[J].内江科技,2007(11):26-27.
2016年6月2日,中国正式成为《华盛顿协议》成员国,这将对中国工程教育质量的提高发挥极大的督促作用,促进中国按照国际标准培养工程师,提高工程技术人才的培养质量[1]。国际上广泛应用的CDIO工程教育模式是在2004年由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学联合研究提出的[2]。它主要由构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)四部分组成,目的是通过产品研发到产品运行整个过程的锻炼培养学生理论联系实际的能力[3]。按照CDIO的培养模式,工程毕业生的能力被分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层次,并通过12条标准来衡量学生的培养质量,这与中国工程教育专业认证的12条标准有异曲同工之处。
我校机械电子工程专业目前虽然已经制定了较合理的专业培养目标和培养方案,培养了结构合理的师资队伍,形成了较好的理论和实践教学模式,但是与CDIO工程教育标准的要求相比,在培养方案、教学体系、教师队伍建设及教学效果评价机制等方面,仍然存在一定的差距。现有机电专业课程体系存在专业特色不明显、不同课程之间存在重复或相互冲突的地方等缺点,因此要依据CDIO工程教育理念,借助校企合作平台,全面地进行机电专业人才培养模式的探讨,建立符合CDIO工程教育标准的机械电子工程专业实践教学体系。
1.我校机械电子工程专业课程体系情况
目前的专业培养方案里包括的核心课程为:机械制图、理论力学、材料力学、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、单片机原理及应用、自动控制原理、机电传动控制、传感技术、机械原理、机械设计、机械工程测试技术、机电一体化系统设计、互换性、工程材料等;主要实践环节为:社会实践调查、金工实习、电子电路实训、工程制图实践、创新实践、生产实习、毕业实习、毕业设计(论文)、PLC与组态技术综合实验、测试技术与传感器综合实验、单片机综合实验、自动化生产线认知实践、机械设计基础课程设计和机电专业综合课程设计等。
2.CDIO模式下的机电专业教学体系
根据CDIO工程教育标准的要求和我校办学特色,为适应煤炭行业和地方经济对机电专业高级技术人才的需求,结合重实践、重创新的培养目标设计新的课程体系。广泛吸取企业专家建议,深入探讨和修订机电专业课程体系,强化实践环节,构建国际化的课程体系和教学模式,从而保证面向工程的课程体系能够培养学生的实践能力与创新思维。依据CDIO工程教育理念,选择典型的工程实践项目,采取“做中学”的方式,通过在项目中反复训练锻炼学生自主学习的能力,这样不仅可以促进学生对基础知识的掌握,还可以提高学生解决工程实践问题的能力,从而使学生综合素质和能力能达到CDIO标准的要求,增强人才培养对企业的适应性[4]。近年来,主要通过以下措施进行教学体系的改革:
(1)基于CDIO的工程教育理念,构建了“一个核心、两个方向、四个阶段”的工程教学体系。
“一个核心”是以矿业领域的机电一体化系统设计、研发为主,覆盖了多学科交叉领域,主要涉及机械设计、机械传动、机械制造、机电传动控制、PLC、单片机、控制工程、机电一体化系统设计等多种技术;“两个方向”是指机械设计与制造、电气控制系统,选修课中增添“煤矿机电设备”、“工业控制网络与现场总线技术”等课程;“四个阶段”是指根据CDIO理念的构思、设计、实现、运行四阶段指导,学生要经历认知实习、基础课程实验、专业课程设计与综合实验及毕业设计、创新大赛等综合实训,才能更好地掌握本专业的工程应用技术。从第三学期开始,每学期均安排工程实践环节,按照核心知识点和要求来设定每个工程实践项目,在课程设计与毕业设计过程中企业参与。
(2)依托产学研合作背景,通过专业综合实训和企业顶岗实习等环节提高学生工程实践能力。
我校机械工程学院已经建立了电子创新设计实验室、慧鱼模型创新设计实验室、机电控制技术实验室、虚拟仪器综合实验室、动态测试技术实验室等实践创新平台,与淮南矿业集团、皖北煤电集团、淮南万泰电子股份有限公司、淮南润成科技股份有限公司、平安开诚智能安全装备有限责任公司、凯盛重工有限公司、淮南阶梯电子科技有限公司等开展了长期的产学研合作,从而可以保证给学生提供校内、外实践实习基地。通过单片机和PLC综合实验、课程设计、毕业设计、实训检验学生电工电路、单片机、PLC综合开发的能力,往往借助典型机电案例(如斜井跑车防护装置、皮带机集控系统、立井提升系统过卷过放保护系统等),让学生经历“构思—设计—实现—运行”四阶段的完整实训。与此同时,让学生积极深入到到校企合作的实习基地中,在相关机电系统中顶岗锻炼,进一步提高学生的理论联系实践的能力,缩短学生个人能力与企业要求的差距。
(3)通过创新团队建设、学科竞赛和大学生科研项目培养学生工程实践创新能力。
为进一步拓展学生科技创新能力,借助学院设置的创新团队、学科竞赛活动、大学生科研项目的平台,在日常的教学管理中,融入紧密联系工程实际的大学生课外科技创新能力培养模式,鼓励学生积极参加“全国大学生机械创新大赛”、“全国大学生机器人大赛”、“全国大学生电子设计竞赛”、“全国大学生节能减排大赛”等各种赛事,鼓励学生撰写学术论文和申请专利。
3.结语
CDIO工程教育模式与中国工程教育专业认证的标准是高度统一的,只有坚持以CDIO工程教育模式为指导,依据校企合作背景,不断创新改革机电专业的课程教学模式,才能进一步提高学生的工程实践应用能力,为国家和企业培养出能在机电行业及相关领域从事机电一体化产品和系统的设计制造、研究开发、工程应用和运行管理工作的复合型工程技术人才,达到国际标准的要求。
[关键词]应用技术型高校 机电专业 专业建设 人才培养
[中图分类号] C961 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)06-0135-04
机械电子工程是科技高速发展以及学科相互链接的产物,它打破了传统的学科分类,集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科于一体,又不断通过学科交叉、技术融合和创新,使其本身得到持续地发展,是多技术融合与集成而面向应用的综合性学科。机械电子工程的本质是机械自动化和智能化,是诸多高新技术产业和高新技术装备产业的基础,在国民经济各领域各行业应用广泛。因此,机械电子工程的学科特点是该学科随科技的发展而发展,并且学科知识面广,交叉性强。
应用技术型高校是区别于研究型大学和高职院校的一种办学类型,是一种以满足经济社会发展需求,以培养应用技术类人才为办学定位的,具有其独特的办学理念、办学模式以及办学规律的本科大学,其培养的学生动手能力应该强于研究型大学,理论基础和专业能力又强于高职院校。所以,应用技术型高校机械电子工程专业人才培养必须将机械电子工程的学科特点、应用技术型本科院校的办学定位和服务地方经济发展需求三者有机结合,培养能满足当地社会经济发展人才需求的,具有良好理论基础和较强工程实践能力(尤其是应用创新能力),兼具良好职业道德和学习发展能力的本科层次应用技术型人才。本文以广东技术师范学院机械电子工程专业建设为例,就该专业人才模式的培养进行探讨。
一、突出专业特色,服务地方经济
目前,广东不少高校开设机械电子工程专业,其教学计划的制订大多依据传统的机电工程教学,制订的人才培养方案大同小异,课程设置过于追求大而全,一些课程相对陈旧,没能很好的跟上科学技术的更新发展和结合地方最新产业布局及未来发展趋势。
近年,光电信息产业(涵盖太阳能电池、半导体LED照明、激光3D打印、手机、数码照相机、激光扫描仪、激光打印机,各类光盘驱动器、液晶显示器,高清晰度电视等等)迅猛发展,并成为广东省的新兴支柱产业。纯光学专业和传统的机电工程专业都不能很好的满足该新兴产业的人才需求,企业需要的是同时熟悉机械结构设计、光学系统设计、激光技术应用、传感技术、光电信息处理、自动控制、计算机硬件接口和软件设计等方面综合知识的应用技术型人才。我们基于原有专业,进行教学计划优化设置,通过加强光电技术方面理论知识和实践技能的培养,在原有专业基础上建设“光机电一体化技术与应用”培养方向,以凸显专业特色和提高学生竞争力。
其次,现代装备制造业是广东的传统支柱产业,工业机器人技术则是装备制造产业技术发展的最新方向和最终目标。随着人口红利的持续消退,在国家政策支持下,我国工业机器人产业已进入了高速发展期,截至2014年11月,中国已经成为全球第一大工业机器人市场。与此同时,我国工业机器人应用技术人才的培养呈现高低充分发展中间断层的不合理局面:大专层次和研究生层次工业机器人专业人才的培养已初具规模,本科层次应用技术型人才的培养则还很少见。广东省必将实现由传统装备制造业(数控技术)向智能装备制造业(工业机器人技术)的转型升级和跨越式发展,在机械电子工程专业下开设“工业机器人技术与应用”培养方向,有利于在激烈的人才竞争中迅速占领人才培养的制高点。
二、加强教学团队建设,全面提升师资队伍水平
(一)加强师资队伍建设
建立一支热爱教育工作、教学和学术水平高、结构合理的专职教师队伍,是进行特色专业建设的关键。结合专业特色与学科建设需要,需进一步优化和充实师资队伍,加大引进高层次中青年人才的工作力度。同时对现有师资不断培养,通过到国内外进修、联合培养、定向培养来进一步加强教师队伍建设力度。积极聘请校外相关单位与高新技术企业的专家来校兼职授课。实施青年教师导师制和教学督导制,加强对青年教师师德师风建设和教师教育技能培训,定期开展教学观摩、教学评比、教学经验交流等活动,促进青年教师整体教育教学水平的提高。鼓励青年教师以项目合作、技术开发和科技特派员等多种形式到相关科研院所和高新技术企业锻炼,以提高他们的科研水平和实践创新能力。
(二)构建“双师结构”的教学队伍
以双师结构教学团队建设为教学改革的重要抓手,是实现应用技术型高校人才培养目标的重要保证。所谓“双师结构”是指以课程建设为载体,由校内专任教师和合作企业兼职导师共同组成结构合理、相互协作、能力互补的教学队伍,团队成员中既有学术理论水平高、教学能力突出的专任教师实施理论教学,又有实践经验丰富、具备很强的实践操作和开发能力的专任教师和企业兼职导师提供强有力的实验技能实训,形成良好的学缘、年龄、知识结构和以中青年为主体的师资队伍,为实现应用技术型人才培养目标提供师资保障。
三、人才培养模式改革
(一)优化人才培养计划
随着我国由制造大国向制造强国的演变,对机电专业的工程人才的需求和用人机制等发生了一系列新的变化。以现代教育思想和教学理念为指导,围绕学校办学定位和人才培养目标,以强化专业理论基础、增强实践创新能力、拓宽专业知识面为出发点,进一步完善人才培养计划。在保障基础和专业基础课的前提下,增大选修课比例,压缩选修课的课时数,增设具有先进性、综合应用性强的课程。实现 “光机电一体化技术与应用”和“工业机器人技术与应用”两个培养方向之间大部分选修课可以互通,以提高学生学习的自主性,满足学生个性发展需求,突出大学生综合素质和工程能力的培养。
(二)构建学生创新能力体系
为致力于大学生创新精神和创新能力培养,提高学生发现问题,分析问题,解决问题的能力,对课堂教学、实验教学进行改革,制订系统的大学生课外科技创新能力培养方案。积极引导大学生参与学校的开放性实验、科研能力较强教师的纵横向科研项目研究(以定期举办助研岗位招聘的形式选拔)和机电学院大学生科技创新中心的智能车开发、机器人设计和开发等各类科技创新竞赛活动等第二课堂活动,以及对优秀生、特长生实行导师制等,强化实践动手能力和创新能力培养。整合优势资源,积极申报广东省和广州市的科普基地,为学生创新实践能力的提高开创新的实体平台。通过举办各种学术讲座、大学生学术沙龙等学术交流活动,营造浓厚的校园学术氛围,开阔学生的学术视野,激发学生创造性思维能力。
(三)推进校企联合培养模式
1.产学研合作教育模式
主要是与国家、省级科研院所和相关高新技术企业,通过“共建基地”、“科技联合攻关”、“双向兼职”、“专业综合实习”等多种方式开展产学研合作。通过与校外合作教育基地联合培养,强化实践教学。进行基地的合作共建,硬件上的建设可以改善学生实习基地条件,提升实习培养质量,软件上的建设是通过协议的签订明确合作双方的责权利关系,使实习基地固定化、实习指导制度化、实习流程规范化。采用“全程双师制”,即机械电子工程系和实习单位分别指派老师共同指导学生的实习过程以及毕业设计的研究工作。实现指导老师双向互动式交流,即外面的导师能进来里面的教师能出去的灵活模式。
2.依托对口(重点)企业的定向人才培养模式
学生在校期间就和对口(重点)企业签订双向选择的协议,实施定向定位的订单培养模式。对口(重点)企业参与人才培养计划的制订和完善,在专业课程的设置和实践教学环节方面适当考虑企业的实际需要。企业选派科研技术人员参与相关的课堂理论教学和实践教学。学生择优在合作企业中就业,充实企业研发力量,提升企业工程技术的自主创新能力,为企业提供人力资源和保证。积极鼓励企业在学校设立专项奖学金奖励有志献身现代制造业、学习优异、表现优良的学生。
四、课程与教学资源建设
(一)优化课程体系
在课程体系构建上,坚持拓宽基础、增强创新能力、提高综合素质、办出专业特色的基本原则,开展课程教学内容改革。根据机械电子工程专业的人才培养方案特点,紧紧围绕“以市场为导向,以能力为本位,以质量求生存,以特色求发展,培养高素质应用技术型本科人才”这条主线,构建起重基础理论、强实践技能、强综合素质的一重两强的培养体系。课程体系的切入点首先应调整教学培养计划,反映本专业应用型人才培养特色。在精选内容、提高起点、避免重复的基础上,将课程体系分为理论教学、实践教学和第二课堂教学活动三个层次。
(二)加强精品课程和教材建设
在现有1门省级精品资源共享课程的基础上,加强现有校级精品课程的建设力度,争取将其建设成为省级精品资源共享课程;同时开展相关主要课程的精品资源共享课程建设,争取有1-2门尽快建设成为校级资源共享课程。
教材建设也是专业建设不可缺少的内容。在课程教材的选用上,鼓励选用国家“十二五”规划教材,面向21 世纪教材,省部级以上获奖教材以及原版外文教材等优秀教材。同时,组织教师立项编写或参编高质量教材,如普通高等教育国家规划教材或精品教材,将行业领域中的新理论、新思想,新技术、新方法反映到教材中,提高教材的新颖性、实用性、针对性;积极开发具有专业特色的CAI课件。
五、教学方式方法改革
(一)以科研促教学
科学研究既是独立于教学和社会服务之外的大学基本功能,同时又是大学教学和社会服务职能得以充分发挥的基础。科学研究对大学的学科结构、师资水平、生源质量、培养质量、毕业生去向和层次等都具有重要的影响。本专业的专任教师科研基础扎实,在专业建设过程中,以“光机电一体化产品”和“工业机器人”特色研究领域为核心,整合本专业、广东技术师范学院及合作单位的科研力量,发挥本专业在经济发展主潮流的优势与潜力,在现代高新技术产品开发、高端装备制造研究、光机电一体化技术研究等方向争取更多的科研项目,并且在项目级别和研究成果方面稳步发展,积极将科研成果和教学内容、人才培养联系起来。
(二)教学方式方法改革
1.培养学习能力,鼓励创新思维
在教学中,明确教师最主要的职责是培养学生发现问题,分析问题,解决问题的能力,而不是一味按部就班地讲授教材,尤其是对于实践性极强的专业课程教学来说,可采取更为灵活的教学形式。如有些内容教师给出思路,学生自行学习,或者采取学生分组讨论教师给予点评的形式,或者也可由教师布置相关的一些思考题,学生独立完成,这样可充分调动学生的积极性,并激发其求知欲,使他们自主地去深入探讨一些问题。在人才培养过程中,营造一种 “鼓励创新,宽容失败”的氛围,允许并鼓励学生在教学环节实施过程中,提出并实践一些创新思想,培养学生的创新思想。
2.推广理论实践教学相结合模式
理论授课和实践动手能力培养有机结合在一起。在实验室教学不局限教材,结合专业知识和技能,多指导学生学习掌握一些实用的、应用现场的专业技术和技能,让学生熟悉专业知识和技能的实际应用,对专业知识和技能产生浓厚的求知渴望,再经过理论联系实际的教学手段和方法,例如一个学时的理论学习,紧跟着一个学时的实际动手能力的培养,教师“拿做来教”,学生“用做来学”,以此提高学生的动手能力和就业能力。
3.建设立体化的教学环境
将现代化的教学设备以及教学手段运用到教学中来,建设网络学习平台,以更好地辅助教学。在教学过程中,采用多媒体教学方式,既减少教师的板书量,又增加了教学的信息量,并且多媒体图文并茂的生动形式也更容易调动学生听课学习的积极性。采用模拟现场的动画课件,由此加深学生对理论知识的理解和掌握。在课后,建设课程网络学习平台,让学生实现自主学习,满足不同层次学习者的需求、实习学生的个性化学习。在学习之余鼓励师生灵活运用微信、QQ等互联网技术,让学生与教师的交流更加便捷,从而更有利于师生双方的沟通、协调,以更好地提高教学的效率与效果。
六、强化实践教学环节
(一)加强实践教学内涵建设
制订实践教学体系改革方案和实践教学大纲改革方案;根据人才培养目标、专业发展与社会不断变化的需求,整合专业实践(实验)教学资源,构建基础实验、综合性实验、创新性实验、研究性实验等多种实验构成的实验教学体系;建立健全实验实训室(基地)各项规章制度。同时,加强与企业的合作与联系,注重实践教材和实验讲义的建设。利用综合实习、科创设计竞赛、社会实践、科研训练、毕业实习、毕业设计(论文)等各种形式开展丰富的实践活动,全面培养学生的职业道德、人文素质、实践能力、职业生存能力和创新能力。
(二)建设完备的实践教学条件
充分挖掘和利用包括实验室、校内实习基地、校外实习基地等在内的各种现有实践教学资源,开发综合性、设计性及创新研究性实验项目,逐步完善实验项目库建设,提高现有实验设备的利用率。申请学校经费购置新设备和组建新的实验平台,不断改善实验教学条件和环境,提高实验室整体建设水平。构建集教学科研为一体、理论教学与实践教学为一体、课内教学与课外教学为一体的实践教学平台。
(三)加强校外实践基地建设
充分利用广东省光电信息行业和装备制造行业的企业资源,加强产学研合作,建立校外实践基地并积极申报省级大学生实践教学基地。利用校外实践基地这个平台,与企业合作开展联合教学与培训,开展产学研活动。通过加强教师与企业合作,联合培养学生,让学生了解企业的文化,掌握企业对相关技术技能的要求,拓宽学生的知识视野,增强学生的团队协作精神,提高学生的实践动手能力,为学生的就业和创业打下良好基础。
(四)加大实践教学环节的监控力度
积极探索良好有效的考评体系,对实验实习的各个环节实行良好的管理,以保证实验实习达到预期效果。对每一主要实践教学环节都建立了完善的管理办法、操作流程,如各类实习均有相应的实纲、实习任务书和实习计划,和相关企业签订了长期的合作协议,定点进行实习等。
七、教学管理改革
(一)建立教师考评机制
在专业建设中,大力改革教师培养和使用机制,以教学效果评价方式改革促进教师业务水平的提高,进而促进教学效果的提高。课堂教学效果在传统的以考试分数为主要评价依据的基础上,增加学生评价、同行互评和学校督导专家评价的内容,使教学效果的评价方式更加公正和科学。制订团队建设规划、评价体系,通过搭建交流平台使团队成员的交流制度化;制订互动交流制度,实现校内的教师走出去、校外的导师请进来;发挥团队的辐射作用,服务区域性地方经济。
(二)学生实习评价体系
继续深入开展产学研合作教育,促进学科、专业发展,实现学校与合作教育单位的双赢。改革学生学习效果的评价方式,建立学校、实习基地、用人单位及行业部门共同参与的学生能力考核评价机制。除教师对在校学生的学习效果进行评价外,本专业将更加注重合作培养单位和社会对学生学习效果的评价,并以此作为调整教学改革方向和人才培养方案的重要依据。对毕业学生进行跟踪调查,采用实地考察、问卷调查和走访座谈的方式,收集社会各界对毕业生的反映,通过分析研究后作为教学改革的依据。
[ 参 考 文 献 ]
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高等工程教育在机械电子工程专业实施的可行性
山东理工大学机械电子工程专业人才培养模式的改革是在深入探索CDIO教育理念的基础上提出的,同时也充分考虑了机电系现有的师资力量、设备条件等客观因素。从本质看,CDIO考虑了现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程,其工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力,此能力不仅包括个人的学术知识,而且包括学生的终生学习能力、团队交流能力和大系统掌握能力。依据CDIO培养模式的这一核心思想,首要解决的问题就是选定机械电子工程专业进行CDIO试点的项目对象。由于目前现有的机电一体化产品多数面向工程应用,因此一般不能长期反复拆装,内部结构也不便于学生观察、测绘,因此很难直接应用于现场教学。而多数教学产品则更多地侧重于产品原理的教学,因此在产品的真实感、形象性方面也存在欠缺。CDIO培养模式要求学生在掌握基本专业知识的基础上,更侧重于工程设计能力的培训,因此,在教学中要求尽量保持产品原有的外形、功能特点,如何选择与设计研究对象成为首要解决的问题,针对机电系的实际情况主要考虑了如下几个因素:(1)机械电子工程专业已初步选定机器人技术作为重点发展方向之一。机器人技术是一门迅速发展的综合性前沿学科,是现代科学技术高度集成和交融的产物,它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、人工智能、知识库系统以及认识科学等众多学科领域,是当代最具代表性的机电一体化技术之一。经过几十年的发展,现代机器人技术在工业、农业、国防、航空航天、商业、旅游、医药卫生、办公自动化及生活服务等诸多领域获得了越来越普遍的应用。掌握机器人技术基础知识和工程应用方法,能够触类旁通地应用于现代机械、机电工程、现代制造业等各大领域。(2)机器人能够激发学生的学习兴趣和创造力。机器人从产生开始,就承载了人类的诸多梦想,对于充满活力的大学生而言更是如此。目前多数高校都拥有机器人爱好者协会等类似的组织,而各种机器人创作、竞赛等活动更是如火如荼的开展,足以反映了学生对机器人技术的关切和向往。兴趣是学习最大的原动力,将机器人设为项目对象,让学生了解机器人的具体结构和控制方法,必将取得事半功倍的教学效果。(3)机电系具有较强的机器人技术研发实力和实践教学经验。在创新实践方面充分发挥机电学科机电一体化的优势,培养学生创新意识和实践精神,积极参与到科技创新活动中,多次参与全国性和省级机器人竞赛并获奖。
机械电子工程专业的工程教育教学实践案例
作为人才培养模式最重要的组成部分,引入机电系统设计与制造I、机电系统设计与制造II、机电系统设计与制造III三个一级项目。分别设置在不同的教学时期,每个一级项目都是对学生某一方面知识和能力的锻炼和考核,往往涉及到多门核心课程,下面是详细描述。
机械电子工程专业学生培养过程中的首次一级项目训练,开设在第四学期,时间安排2周。学生在教师指导下通过对机器人这一典型机电一体化产品的解剖,了解其各个关键部件(包括机械系统组件和控制系统组件)的具体结构和连接方式,从而提前了解本专业核心内容与实际产品的关系,以工程师的角度去面对即将开始的专业课程学习。通过早期项目的构思和设计,激发学生兴趣,进行初步的创新思维与产品构思训练,并在一定程度上建立起与专业相关的整体概念。要求学生在工程制图、3D工程设计等相关课程理论学习的基础上,进一步将理论应用于具体的机电类产品。要求学生针对特定的机器人对象,实际测绘整个机器人关键部件的尺寸,并通过3D软件重新造型设计,完成机械图纸的绘制。传统的机械制图测绘环节以减速箱作为测绘对象,研究对象脱离了具体产品,没有专业针对性,也不利于提高学生兴趣。该一级项目以机器人为载体,将机械制图的理论知识融合到项目实施中,在加深学生对基础理论掌握的同时,能够加深学生对机器人及相关机电产品整体认识,为第六学期的设计制造奠定必要的基础。
【关键词】硕士研究生 电子创新实验 TRIZ 矛盾冲突
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)03-0013-02
一 引言
随着人类认识能力的发展和知识的积累,创新对经济的繁荣和民族的富强有着越来越显著的决定作用。在知识经济时代,制造业企业的核心竞争力是产品创新设计能力。对研究生来说,今后的竞争力就是创新能力。
随着硕士研究生招生规模的扩大,社会对硕士研究生的需求也在发生变化,相应的硕士研究生培养目标也在发生变化。如何培养具有高层次应用型、实践型、创新型人才这是高校管理层和教学实施环节中的各个主体单位和部门所必须面对和必须认真加以考虑的问题。机械电子工程专业是机械专业中学科交叉的典型学科,对机、电、液等相关知识都有一定的要求,然而近几年,社会上对机械电子工程专业的研究生存在一些看法,认为该专业硕士研究生机械方面的知识不扎实,有关电方面的知识更是短缺,其实这种现象是存在的,这是有悖于机械电子工程专业的培养方案,有悖于培养高层次应用型人才的目标的。产生这种现象的原因,主要是因为硕士研究生在本科期间和研究生期间对电的实践较少,对电方面的实验亲自动手做的机会较少,更制约了其创新能力的发展。
二 TRIZ理论
TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的缩写,其英文翻译为“Theory of Inventive Problem Solving(TIPS)”。任何领域的产品改进、技术变革、创新和生物系统一样,都存在产生、生
长、成熟、衰老、灭亡的过程,有规律可循。人们如果掌握了这些规律,就可以能动地进行产品设计,并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ正是这些规律的综合。运用这一理论,可大大加快人们创造发明的进程,而且能得到高质量的创新产品。同样我们可利用这一理论来实现开发高质量的创新实验。
三 现状问题分析
硕士研究生的培养与本科生的培养是有所不同的,研究生的理论学习时间是一年,其余两年时间主要是硕士课题研究,这就使得自己的专业水平局限于某个方面,因此,对机械电子工程专业的研究生来说,课堂学习和实验环节是扩宽电知识结构的重要过程,为了在短短的一年时间内争取掌握更多的有关电方面的知识,必须理论联系实际,多做实验,才能提高学习效果,提高实际动手能力从而加深电方面知识的理解。
机械电子工程专业开设的与电相关的课程一般包括《现代控制理论》《机电系统检测与控制》《计算机控制及接口技术》《工程测试与信号处理》《数控技术》等,这些课程都涉及信号检测、信号处理、信号辨别、算法处理、输出控制等内容,通过传统的实验箱装置实现这些内容的实验是有难度的。主要存在以下问题:第一,目前关于电子开发的实验箱数目有限,价格昂贵无法实现人手一套,并且各个模块相互独立,无法形成一个完整的闭环控制回路;第二,实验所用技术虽然基础但较落后,无法适应技术的发展趋势,作为本科的基础教学实验可以满足,作为硕士研究生的应用型教学实验却存在一定的差距;第三,实验箱的实验与实际应用开发还存在一定的差距,作为硕士研究生的研究学习,目的是为了今后更好地进行科研工作、开发产品等,所以,硕士研究生的实验应更加的接近实际应用;第四,实验内容单薄、僵化无法开发硕士研究生的创新思想。传统实验箱没有留有扩展接口,只能做实验箱上固有的实验,不利于硕士研究生的创新培养。
因此,大部分课程实验无法完成或部分实验停留在演示阶段上,使得硕士研究生无法深入了解更深层次的内容,与实际应用脱轨。如最基础的接口应用、基本的通讯实现大多停留在理论阶段,没有进行实质性的编程操作,对于算法如经典的PID控制算法也没有进行过实验和深入的了解,从而在今后的课题中涉及到该内容的知识感到无从下手,市面上的产品非常昂贵,所以,开发一个既能满足以上课程的基本实验要求又能贴近实际应用的先进的电子实验教学平台很有必要。
开发什么样的电子实验,既可以满足硕士研究生的学习,又能满足其的科研,且不能与当前的技术脱离太大,成本较低,成为我们所要解决的主要问题。
四 利用TRIZ求解
利用TRIZ理论的矛盾冲突矩阵求解。首先找到矛盾问题,也就是先进的、良好扩展性的电子实验平台与可操作性、低成本构成了矛盾。
技术冲突与相应解决原理的确定
冲突确定 先进的技术、良好扩展 高成本、操作复杂
标准工程参数描述冲突 NO.36装置复杂性 NO.34可修理性
(能够创新)
用发明原理解决问题 NO.1:分割
NO.13:反置
如上表所示,选用先进的技术、良好扩展但这样造成成本高、操作复杂。选用“No.36装置复杂性”“No.34可修理性”来描述这一冲突。选择“可修理性”是为了能够让硕士研究生在该实验中充分发挥自己的创新思维,可以改变实验平台的原有实验,达到创新的目的。选用发明原理“No.1:分割”来解决这一冲突,即把复杂功能模块分割成简单功能模块。
五 根据分割远离设计实验平台
根据分割原理设计实验平台,框架见下图:
电子平台组成结构
上述功能是一个相对完整的平台,采用了模块化设计,硕士研究生在学习各个功能模块的同时,也可以根据自己的相关课题进行裁减,以满足自己课题需要,相当于学习和科研并行。
MCU的选择很重要,由于先技术的不断更新,MCU的功能越来越强大,越来越完善。基于51内核的MCU仍然专有主导地位,因此在该开发平台上仍然选择51内核的MCU。该开发平台选择C8051F020,该型号单片机集成了AD、DA等功能,具有很强的代表性。
通讯是现代电子产品必不可少的功能,在该平台上集成两种通讯方式:RS485和RS232。这是在工业产品中应用较多的通讯方式。
仪器的网络化将是今后的发展趋势,因此在平台上扩展了网络接口,采用CP2200芯片,Silicon Laboratories公司推出CP2200,是业界体积最小和效能最高的单芯片以太网控制器可以提供目前应用最广泛的局域网技术。CP2200最多能将所需的电路板面积减少90%,同时让系统成本和复杂性减至最少,相对于RTL8019以太网控制芯片来说,更容易将嵌入式以太网功能导入各种产品。
因为该平台除了提供硕士研究生学习外,另一个重要的任务就是帮助其进行课题研究,为了不同课题的开展,所用功能也不同,因此必须留有扩展的接口,方便其进行扩展以满足课题的需要。
因此,通过该平台,硕士研究生能实现电子产品的完整开发,从程序编写到程序下载程序到程序调试等完整的步骤,因为对于电子产品来说,程序是灵魂,硕士研究生可以把更多的时间放在程序的编写和算法的研究上面。
六 结论
第一,运用TRIZ理论的分析工具与知识库工具,不仅可以帮助设计人员克服心理惯性、有限知识等因素对创新方案形成的限制,系统地进行产品创新设计,还能够帮助老师进行实验创新。第二,TRIZ理论已形成一套较为完整的理论体系,有很好的逻辑严密性和操作程序性,易于应用。