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DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.121
1 前言
隨著我國工業的發展,社會和企業需要機械電子工程專業的學生具備綜合能力,不僅在專業上有所建樹,同樣也能夠德、智、體全面發展。一方面能夠掌握機械電子基本知識和技能,在畢業之后可以直接從事機電一體化領域內的設計制造、科技開發、應用研究和運行管理等方面的工作。這樣一來,企業在招聘人才時,就會有更多的選擇。學生也能夠在很快的時間滿足企業的要求。這是應用型本科機械電子工程人才培養定位的基礎和依據。
2 本科機械電子工程人才培養現狀
從我國目前的人才培養層次上來看,機械電子工程專業主要可以分為研究生層次、本科層次和專科層次三個層次。但是在這三個層次的人數分布來看,主要以本科生為主。這主要是因為,很多學校都設置了本科的機械電子工程專業,很多普通高校的專業目錄上都有這一專業。此外,很多學校也設置了機械設計制造及其自動化和機械工程及其自動化兩個專業下開設的機械電子或機電一體化專業方向,也稱為準機械電子工程專業,這種學校數量眾多[1]。
但是就目前的情形來看,這些本科高校的人才培養主要還是以學科本位為基礎,把課程主要分為了基礎課程和專業課。也主要是根據課程的內容來安排的。但是很難把學生的實踐能力和綜合能力提高。但是隨著高等本科教育的普及,社會對人才的需要也發生了很大的變化,尤其是學生就業的形勢發生變化之后,對于本科生的培養也應該隨之發生變化[2]。因此,本科機械電子工程在人才培養的時候,必須要培養學生的綜合能力。學生既要有理論知識應用能力、實踐能力,還應該具備學習能力、應變能力、拓展能力以及溝通能力等諸多能力。
3 應用型本科人才培養原則
應用型本科機械電子工程人才,是現代工業發展的主要力量。因為現代工程所包含的內容多且相對復雜。因此需要學生既動手又動腦。因此,為了能夠更好地培養學生,在培養應用型本科人才時,必須遵循以下幾點原則。
一是要引進先進的教育理念。應用型高校的發展,和其它研究型大學發展不同。學校和教育不需要建立太多的機械、電子、信息、控制、管理的知識體系,而是更好地建立起運用和訓練體系。因此,在引進先進的教育理念時,既要學習國外的先進理念,時刻跟蹤各個高校工程訓練的最新發展理念和動態。另外,也要根據自身學校的發展,再結合現實的需要,根據人才需求多樣性,進而構建出合適的工程訓練體系。
二是要將這一培養體系貫穿于學生的四年學習當中。因為客觀的規律告訴我們,理論與實踐是相互補充的,并且學生的學習是一個循環的過程。學生首先要在四年本科教育中,努力學習理論知識,之后依靠理論做支持,再通過大量的實踐和高強度的訓練,最終達到學習的最佳效果。當然,在這一過程中,學生必定要經歷從不熟練到熟練的過程,才有可能鍛煉出的實際操作能力,突出“應用”的特點。
三是要遵循循序漸進的原則。任何一個學習過程,都必定是一個循序漸進的過程。首先,在學校的基礎培養之下,學生要根據自身的實際情況,逐漸構建出適合自己的循序漸進的工程訓練體系。不管是在內容上,還是在途徑上,以及訓練的安排上,都要努力做到先簡單、后復雜的過程,從不熟練到逐漸熟練,最終適應社會發展的需要。
最后,也是很重要的一點。就是要堅持校企合作與校校合作的原則。在培養應用型的人才時,最為重要的一點就是要多讓學生進行實踐。而學生進行實踐的主要途徑就是要讓學生進入企業,盡早地進行實踐。因此,進行校企合作,就是社會資源開展工程訓練的重要途徑。也是應用型本科培養的關鍵舉措。實行校企合作,一方面對于企業來說,企業可以提前選出一部分綜合能力比較強的人才,作為企業的儲備人才。另一方面,對于學校來說,能夠適時地安排學生利用暑期,或者是其它集中時間,來進行實踐學習。而對于學生來說,校企合作能夠幫助學生更好地提升技能和技術水平,積累一部分工作經驗。
4 應用型本科機械電子工程人才培養策略
為了能夠更好地培養出應用型的本科機械電子工程人才,可以從以下幾點進行。
首先,就是要收集相關資料,對社會和企業的人才需求情況進行深入的了解。尤其是了解機械電子工程專業的人才需要情況,與企業進行交流。通過走訪和了解企業,與企業進行合作,形成雙方都較為滿意的人才培養方案。
其次,通過達成口頭協議之后,之后再與相關企業簽訂人才培養方案共建協議。一方面能夠努力建立起由學校、企業雙方共同的專業、就業指導專家組。通過專業的專業指導,一方面能夠指導企業選擇合理的人才,另一方面也能夠指導學生如何在就業的過程中更好地使自己適應的企業的要求。
另外,學校要充分利用引進人才的優惠政策。學校首先要引進合適的人才,尤其是一些青年教師,青年教師在觀念上、科研能力和教學水平上都比較能夠更好地適應企業的要求。學校一方面要提升師資隊伍,來建設相關制度。
最后,就是需要有強大的硬件條件作為支撐。機械電子工程專業,尤其是應用型的。很多時候都需要進行實驗,因此,必須要加大教學基礎硬件設施建設。學校需要在國家的資金支持下,加強實驗室以及實習實訓基地[3]。
5 總結
總之,培養應用型的本科機械工程的專業人才,就必須要每一個模塊的具體內容和形式都有針對性的培養。一方面可以形成較為科學合理的人才培養體系,改變原先傳統的人才培養模式,逐漸提高人才培養的質量,尤其是提高學生的社會適應能力。最后,能夠較好地適應目前這種動態而又高速發展社會對人才的需求。
參考文獻:
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2016年6月2日,中國正式成為《華盛頓協議》成員國,這將對中國工程教育質量的提高發揮極大的督促作用,促進中國按照國際標準培養工程師,提高工程技術人才的培養質量[1]。國際上廣泛應用的CDIO工程教育模式是在2004年由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學聯合研究提出的[2]。它主要由構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)四部分組成,目的是通過產品研發到產品運行整個過程的鍛煉培養學生理論聯系實際的能力[3]。按照CDIO的培養模式,工程畢業生的能力被分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層次,并通過12條標準來衡量學生的培養質量,這與中國工程教育專業認證的12條標準有異曲同工之處。
我校機械電子工程專業目前雖然已經制定了較合理的專業培養目標和培養方案,培養了結構合理的師資隊伍,形成了較好的理論和實踐教學模式,但是與CDIO工程教育標準的要求相比,在培養方案、教學體系、教師隊伍建設及教學效果評價機制等方面,仍然存在一定的差距。現有機電專業課程體系存在專業特色不明顯、不同課程之間存在重復或相互沖突的地方等缺點,因此要依據CDIO工程教育理念,借助校企合作平臺,全面地進行機電專業人才培養模式的探討,建立符合CDIO工程教育標準的機械電子工程專業實踐教學體系。
1.我校機械電子工程專業課程體系情況
目前的專業培養方案里包括的核心課程為:機械制圖、理論力學、材料力學、模擬電子技術、數字電子技術、C語言程序設計、單片機原理及應用、自動控制原理、機電傳動控制、傳感技術、機械原理、機械設計、機械工程測試技術、機電一體化系統設計、互換性、工程材料等;主要實踐環節為:社會實踐調查、金工實習、電子電路實訓、工程制圖實踐、創新實踐、生產實習、畢業實習、畢業設計(論文)、PLC與組態技術綜合實驗、測試技術與傳感器綜合實驗、單片機綜合實驗、自動化生產線認知實踐、機械設計基礎課程設計和機電專業綜合課程設計等。
2.CDIO模式下的機電專業教學體系
根據CDIO工程教育標準的要求和我校辦學特色,為適應煤炭行業和地方經濟對機電專業高級技術人才的需求,結合重實踐、重創新的培養目標設計新的課程體系。廣泛吸取企業專家建議,深入探討和修訂機電專業課程體系,強化實踐環節,構建國際化的課程體系和教學模式,從而保證面向工程的課程體系能夠培養學生的實踐能力與創新思維。依據CDIO工程教育理念,選擇典型的工程實踐項目,采取“做中學”的方式,通過在項目中反復訓練鍛煉學生自主學習的能力,這樣不僅可以促進學生對基礎知識的掌握,還可以提高學生解決工程實踐問題的能力,從而使學生綜合素質和能力能達到CDIO標準的要求,增強人才培養對企業的適應性[4]。近年來,主要通過以下措施進行教學體系的改革:
(1)基于CDIO的工程教育理念,構建了“一個核心、兩個方向、四個階段”的工程教學體系。
“一個核心”是以礦業領域的機電一體化系統設計、研發為主,覆蓋了多學科交叉領域,主要涉及機械設計、機械傳動、機械制造、機電傳動控制、PLC、單片機、控制工程、機電一體化系統設計等多種技術;“兩個方向”是指機械設計與制造、電氣控制系統,選修課中增添“煤礦機電設備”、“工業控制網絡與現場總線技術”等課程;“四個階段”是指根據CDIO理念的構思、設計、實現、運行四階段指導,學生要經歷認知實習、基礎課程實驗、專業課程設計與綜合實驗及畢業設計、創新大賽等綜合實訓,才能更好地掌握本專業的工程應用技術。從第三學期開始,每學期均安排工程實踐環節,按照核心知識點和要求來設定每個工程實踐項目,在課程設計與畢業設計過程中企業參與。
(2)依托產學研合作背景,通過專業綜合實訓和企業頂崗實習等環節提高學生工程實踐能力。
我校機械工程學院已經建立了電子創新設計實驗室、慧魚模型創新設計實驗室、機電控制技術實驗室、虛擬儀器綜合實驗室、動態測試技術實驗室等實踐創新平臺,與淮南礦業集團、皖北煤電集團、淮南萬泰電子股份有限公司、淮南潤成科技股份有限公司、平安開誠智能安全裝備有限責任公司、凱盛重工有限公司、淮南階梯電子科技有限公司等開展了長期的產學研合作,從而可以保證給學生提供校內、外實踐實習基地。通過單片機和PLC綜合實驗、課程設計、畢業設計、實訓檢驗學生電工電路、單片機、PLC綜合開發的能力,往往借助典型機電案例(如斜井跑車防護裝置、皮帶機集控系統、立井提升系統過卷過放保護系統等),讓學生經歷“構思—設計—實現—運行”四階段的完整實訓。與此同時,讓學生積極深入到到校企合作的實習基地中,在相關機電系統中頂崗鍛煉,進一步提高學生的理論聯系實踐的能力,縮短學生個人能力與企業要求的差距。
(3)通過創新團隊建設、學科競賽和大學生科研項目培養學生工程實踐創新能力。
為進一步拓展學生科技創新能力,借助學院設置的創新團隊、學科競賽活動、大學生科研項目的平臺,在日常的教學管理中,融入緊密聯系工程實際的大學生課外科技創新能力培養模式,鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創新大賽”、“全國大學生機器人大賽”、“全國大學生電子設計競賽”、“全國大學生節能減排大賽”等各種賽事,鼓勵學生撰寫學術論文和申請專利。
3.結語
CDIO工程教育模式與中國工程教育專業認證的標準是高度統一的,只有堅持以CDIO工程教育模式為指導,依據校企合作背景,不斷創新改革機電專業的課程教學模式,才能進一步提高學生的工程實踐應用能力,為國家和企業培養出能在機電行業及相關領域從事機電一體化產品和系統的設計制造、研究開發、工程應用和運行管理工作的復合型工程技術人才,達到國際標準的要求。
[關鍵詞]應用技術型高校 機電專業 專業建設 人才培養
[中圖分類號] C961 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2015)06-0135-04
機械電子工程是科技高速發展以及學科相互鏈接的產物,它打破了傳統的學科分類,集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科于一體,又不斷通過學科交叉、技術融合和創新,使其本身得到持續地發展,是多技術融合與集成而面向應用的綜合性學科。機械電子工程的本質是機械自動化和智能化,是諸多高新技術產業和高新技術裝備產業的基礎,在國民經濟各領域各行業應用廣泛。因此,機械電子工程的學科特點是該學科隨科技的發展而發展,并且學科知識面廣,交叉性強。
應用技術型高校是區別于研究型大學和高職院校的一種辦學類型,是一種以滿足經濟社會發展需求,以培養應用技術類人才為辦學定位的,具有其獨特的辦學理念、辦學模式以及辦學規律的本科大學,其培養的學生動手能力應該強于研究型大學,理論基礎和專業能力又強于高職院校。所以,應用技術型高校機械電子工程專業人才培養必須將機械電子工程的學科特點、應用技術型本科院校的辦學定位和服務地方經濟發展需求三者有機結合,培養能滿足當地社會經濟發展人才需求的,具有良好理論基礎和較強工程實踐能力(尤其是應用創新能力),兼具良好職業道德和學習發展能力的本科層次應用技術型人才。本文以廣東技術師范學院機械電子工程專業建設為例,就該專業人才模式的培養進行探討。
一、突出專業特色,服務地方經濟
目前,廣東不少高校開設機械電子工程專業,其教學計劃的制訂大多依據傳統的機電工程教學,制訂的人才培養方案大同小異,課程設置過于追求大而全,一些課程相對陳舊,沒能很好的跟上科學技術的更新發展和結合地方最新產業布局及未來發展趨勢。
近年,光電信息產業(涵蓋太陽能電池、半導體LED照明、激光3D打印、手機、數碼照相機、激光掃描儀、激光打印機,各類光盤驅動器、液晶顯示器,高清晰度電視等等)迅猛發展,并成為廣東省的新興支柱產業。純光學專業和傳統的機電工程專業都不能很好的滿足該新興產業的人才需求,企業需要的是同時熟悉機械結構設計、光學系統設計、激光技術應用、傳感技術、光電信息處理、自動控制、計算機硬件接口和軟件設計等方面綜合知識的應用技術型人才。我們基于原有專業,進行教學計劃優化設置,通過加強光電技術方面理論知識和實踐技能的培養,在原有專業基礎上建設“光機電一體化技術與應用”培養方向,以凸顯專業特色和提高學生競爭力。
其次,現代裝備制造業是廣東的傳統支柱產業,工業機器人技術則是裝備制造產業技術發展的最新方向和最終目標。隨著人口紅利的持續消退,在國家政策支持下,我國工業機器人產業已進入了高速發展期,截至2014年11月,中國已經成為全球第一大工業機器人市場。與此同時,我國工業機器人應用技術人才的培養呈現高低充分發展中間斷層的不合理局面:大專層次和研究生層次工業機器人專業人才的培養已初具規模,本科層次應用技術型人才的培養則還很少見。廣東省必將實現由傳統裝備制造業(數控技術)向智能裝備制造業(工業機器人技術)的轉型升級和跨越式發展,在機械電子工程專業下開設“工業機器人技術與應用”培養方向,有利于在激烈的人才競爭中迅速占領人才培養的制高點。
二、加強教學團隊建設,全面提升師資隊伍水平
(一)加強師資隊伍建設
建立一支熱愛教育工作、教學和學術水平高、結構合理的專職教師隊伍,是進行特色專業建設的關鍵。結合專業特色與學科建設需要,需進一步優化和充實師資隊伍,加大引進高層次中青年人才的工作力度。同時對現有師資不斷培養,通過到國內外進修、聯合培養、定向培養來進一步加強教師隊伍建設力度。積極聘請校外相關單位與高新技術企業的專家來校兼職授課。實施青年教師導師制和教學督導制,加強對青年教師師德師風建設和教師教育技能培訓,定期開展教學觀摩、教學評比、教學經驗交流等活動,促進青年教師整體教育教學水平的提高。鼓勵青年教師以項目合作、技術開發和科技特派員等多種形式到相關科研院所和高新技術企業鍛煉,以提高他們的科研水平和實踐創新能力。
(二)構建“雙師結構”的教學隊伍
以雙師結構教學團隊建設為教學改革的重要抓手,是實現應用技術型高校人才培養目標的重要保證。所謂“雙師結構”是指以課程建設為載體,由校內專任教師和合作企業兼職導師共同組成結構合理、相互協作、能力互補的教學隊伍,團隊成員中既有學術理論水平高、教學能力突出的專任教師實施理論教學,又有實踐經驗豐富、具備很強的實踐操作和開發能力的專任教師和企業兼職導師提供強有力的實驗技能實訓,形成良好的學緣、年齡、知識結構和以中青年為主體的師資隊伍,為實現應用技術型人才培養目標提供師資保障。
三、人才培養模式改革
(一)優化人才培養計劃
隨著我國由制造大國向制造強國的演變,對機電專業的工程人才的需求和用人機制等發生了一系列新的變化。以現代教育思想和教學理念為指導,圍繞學校辦學定位和人才培養目標,以強化專業理論基礎、增強實踐創新能力、拓寬專業知識面為出發點,進一步完善人才培養計劃。在保障基礎和專業基礎課的前提下,增大選修課比例,壓縮選修課的課時數,增設具有先進性、綜合應用性強的課程。實現 “光機電一體化技術與應用”和“工業機器人技術與應用”兩個培養方向之間大部分選修課可以互通,以提高學生學習的自主性,滿足學生個性發展需求,突出大學生綜合素質和工程能力的培養。
(二)構建學生創新能力體系
為致力于大學生創新精神和創新能力培養,提高學生發現問題,分析問題,解決問題的能力,對課堂教學、實驗教學進行改革,制訂系統的大學生課外科技創新能力培養方案。積極引導大學生參與學校的開放性實驗、科研能力較強教師的縱橫向科研項目研究(以定期舉辦助研崗位招聘的形式選拔)和機電學院大學生科技創新中心的智能車開發、機器人設計和開發等各類科技創新競賽活動等第二課堂活動,以及對優秀生、特長生實行導師制等,強化實踐動手能力和創新能力培養。整合優勢資源,積極申報廣東省和廣州市的科普基地,為學生創新實踐能力的提高開創新的實體平臺。通過舉辦各種學術講座、大學生學術沙龍等學術交流活動,營造濃厚的校園學術氛圍,開闊學生的學術視野,激發學生創造性思維能力。
(三)推進校企聯合培養模式
1.產學研合作教育模式
主要是與國家、省級科研院所和相關高新技術企業,通過“共建基地”、“科技聯合攻關”、“雙向兼職”、“專業綜合實習”等多種方式開展產學研合作。通過與校外合作教育基地聯合培養,強化實踐教學。進行基地的合作共建,硬件上的建設可以改善學生實習基地條件,提升實習培養質量,軟件上的建設是通過協議的簽訂明確合作雙方的責權利關系,使實習基地固定化、實習指導制度化、實習流程規范化。采用“全程雙師制”,即機械電子工程系和實習單位分別指派老師共同指導學生的實習過程以及畢業設計的研究工作。實現指導老師雙向互動式交流,即外面的導師能進來里面的教師能出去的靈活模式。
2.依托對口(重點)企業的定向人才培養模式
學生在校期間就和對口(重點)企業簽訂雙向選擇的協議,實施定向定位的訂單培養模式。對口(重點)企業參與人才培養計劃的制訂和完善,在專業課程的設置和實踐教學環節方面適當考慮企業的實際需要。企業選派科研技術人員參與相關的課堂理論教學和實踐教學。學生擇優在合作企業中就業,充實企業研發力量,提升企業工程技術的自主創新能力,為企業提供人力資源和保證。積極鼓勵企業在學校設立專項獎學金獎勵有志獻身現代制造業、學習優異、表現優良的學生。
四、課程與教學資源建設
(一)優化課程體系
在課程體系構建上,堅持拓寬基礎、增強創新能力、提高綜合素質、辦出專業特色的基本原則,開展課程教學內容改革。根據機械電子工程專業的人才培養方案特點,緊緊圍繞“以市場為導向,以能力為本位,以質量求生存,以特色求發展,培養高素質應用技術型本科人才”這條主線,構建起重基礎理論、強實踐技能、強綜合素質的一重兩強的培養體系。課程體系的切入點首先應調整教學培養計劃,反映本專業應用型人才培養特色。在精選內容、提高起點、避免重復的基礎上,將課程體系分為理論教學、實踐教學和第二課堂教學活動三個層次。
(二)加強精品課程和教材建設
在現有1門省級精品資源共享課程的基礎上,加強現有校級精品課程的建設力度,爭取將其建設成為省級精品資源共享課程;同時開展相關主要課程的精品資源共享課程建設,爭取有1-2門盡快建設成為校級資源共享課程。
教材建設也是專業建設不可缺少的內容。在課程教材的選用上,鼓勵選用國家“十二五”規劃教材,面向21 世紀教材,省部級以上獲獎教材以及原版外文教材等優秀教材。同時,組織教師立項編寫或參編高質量教材,如普通高等教育國家規劃教材或精品教材,將行業領域中的新理論、新思想,新技術、新方法反映到教材中,提高教材的新穎性、實用性、針對性;積極開發具有專業特色的CAI課件。
五、教學方式方法改革
(一)以科研促教學
科學研究既是獨立于教學和社會服務之外的大學基本功能,同時又是大學教學和社會服務職能得以充分發揮的基礎。科學研究對大學的學科結構、師資水平、生源質量、培養質量、畢業生去向和層次等都具有重要的影響。本專業的專任教師科研基礎扎實,在專業建設過程中,以“光機電一體化產品”和“工業機器人”特色研究領域為核心,整合本專業、廣東技術師范學院及合作單位的科研力量,發揮本專業在經濟發展主潮流的優勢與潛力,在現代高新技術產品開發、高端裝備制造研究、光機電一體化技術研究等方向爭取更多的科研項目,并且在項目級別和研究成果方面穩步發展,積極將科研成果和教學內容、人才培養聯系起來。
(二)教學方式方法改革
1.培養學習能力,鼓勵創新思維
在教學中,明確教師最主要的職責是培養學生發現問題,分析問題,解決問題的能力,而不是一味按部就班地講授教材,尤其是對于實踐性極強的專業課程教學來說,可采取更為靈活的教學形式。如有些內容教師給出思路,學生自行學習,或者采取學生分組討論教師給予點評的形式,或者也可由教師布置相關的一些思考題,學生獨立完成,這樣可充分調動學生的積極性,并激發其求知欲,使他們自主地去深入探討一些問題。在人才培養過程中,營造一種 “鼓勵創新,寬容失敗”的氛圍,允許并鼓勵學生在教學環節實施過程中,提出并實踐一些創新思想,培養學生的創新思想。
2.推廣理論實踐教學相結合模式
理論授課和實踐動手能力培養有機結合在一起。在實驗室教學不局限教材,結合專業知識和技能,多指導學生學習掌握一些實用的、應用現場的專業技術和技能,讓學生熟悉專業知識和技能的實際應用,對專業知識和技能產生濃厚的求知渴望,再經過理論聯系實際的教學手段和方法,例如一個學時的理論學習,緊跟著一個學時的實際動手能力的培養,教師“拿做來教”,學生“用做來學”,以此提高學生的動手能力和就業能力。
3.建設立體化的教學環境
將現代化的教學設備以及教學手段運用到教學中來,建設網絡學習平臺,以更好地輔助教學。在教學過程中,采用多媒體教學方式,既減少教師的板書量,又增加了教學的信息量,并且多媒體圖文并茂的生動形式也更容易調動學生聽課學習的積極性。采用模擬現場的動畫課件,由此加深學生對理論知識的理解和掌握。在課后,建設課程網絡學習平臺,讓學生實現自主學習,滿足不同層次學習者的需求、實習學生的個性化學習。在學習之余鼓勵師生靈活運用微信、QQ等互聯網技術,讓學生與教師的交流更加便捷,從而更有利于師生雙方的溝通、協調,以更好地提高教學的效率與效果。
六、強化實踐教學環節
(一)加強實踐教學內涵建設
制訂實踐教學體系改革方案和實踐教學大綱改革方案;根據人才培養目標、專業發展與社會不斷變化的需求,整合專業實踐(實驗)教學資源,構建基礎實驗、綜合性實驗、創新性實驗、研究性實驗等多種實驗構成的實驗教學體系;建立健全實驗實訓室(基地)各項規章制度。同時,加強與企業的合作與聯系,注重實踐教材和實驗講義的建設。利用綜合實習、科創設計競賽、社會實踐、科研訓練、畢業實習、畢業設計(論文)等各種形式開展豐富的實踐活動,全面培養學生的職業道德、人文素質、實踐能力、職業生存能力和創新能力。
(二)建設完備的實踐教學條件
充分挖掘和利用包括實驗室、校內實習基地、校外實習基地等在內的各種現有實踐教學資源,開發綜合性、設計性及創新研究性實驗項目,逐步完善實驗項目庫建設,提高現有實驗設備的利用率。申請學校經費購置新設備和組建新的實驗平臺,不斷改善實驗教學條件和環境,提高實驗室整體建設水平。構建集教學科研為一體、理論教學與實踐教學為一體、課內教學與課外教學為一體的實踐教學平臺。
(三)加強校外實踐基地建設
充分利用廣東省光電信息行業和裝備制造行業的企業資源,加強產學研合作,建立校外實踐基地并積極申報省級大學生實踐教學基地。利用校外實踐基地這個平臺,與企業合作開展聯合教學與培訓,開展產學研活動。通過加強教師與企業合作,聯合培養學生,讓學生了解企業的文化,掌握企業對相關技術技能的要求,拓寬學生的知識視野,增強學生的團隊協作精神,提高學生的實踐動手能力,為學生的就業和創業打下良好基礎。
(四)加大實踐教學環節的監控力度
積極探索良好有效的考評體系,對實驗實習的各個環節實行良好的管理,以保證實驗實習達到預期效果。對每一主要實踐教學環節都建立了完善的管理辦法、操作流程,如各類實習均有相應的實綱、實習任務書和實習計劃,和相關企業簽訂了長期的合作協議,定點進行實習等。
七、教學管理改革
(一)建立教師考評機制
在專業建設中,大力改革教師培養和使用機制,以教學效果評價方式改革促進教師業務水平的提高,進而促進教學效果的提高。課堂教學效果在傳統的以考試分數為主要評價依據的基礎上,增加學生評價、同行互評和學校督導專家評價的內容,使教學效果的評價方式更加公正和科學。制訂團隊建設規劃、評價體系,通過搭建交流平臺使團隊成員的交流制度化;制訂互動交流制度,實現校內的教師走出去、校外的導師請進來;發揮團隊的輻射作用,服務區域性地方經濟。
(二)學生實習評價體系
繼續深入開展產學研合作教育,促進學科、專業發展,實現學校與合作教育單位的雙贏。改革學生學習效果的評價方式,建立學校、實習基地、用人單位及行業部門共同參與的學生能力考核評價機制。除教師對在校學生的學習效果進行評價外,本專業將更加注重合作培養單位和社會對學生學習效果的評價,并以此作為調整教學改革方向和人才培養方案的重要依據。對畢業學生進行跟蹤調查,采用實地考察、問卷調查和走訪座談的方式,收集社會各界對畢業生的反映,通過分析研究后作為教學改革的依據。
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[10] 李孝祿.機械電子工程專業知識集成研究[J].中國電力教育,2013(20):44-45.
高等工程教育在機械電子工程專業實施的可行性
山東理工大學機械電子工程專業人才培養模式的改革是在深入探索CDIO教育理念的基礎上提出的,同時也充分考慮了機電系現有的師資力量、設備條件等客觀因素。從本質看,CDIO考慮了現代工業產品從構思研發到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程,其工程教育理念就是要以此全過程為載體培養學生的工程能力,此能力不僅包括個人的學術知識,而且包括學生的終生學習能力、團隊交流能力和大系統掌握能力。依據CDIO培養模式的這一核心思想,首要解決的問題就是選定機械電子工程專業進行CDIO試點的項目對象。由于目前現有的機電一體化產品多數面向工程應用,因此一般不能長期反復拆裝,內部結構也不便于學生觀察、測繪,因此很難直接應用于現場教學。而多數教學產品則更多地側重于產品原理的教學,因此在產品的真實感、形象性方面也存在欠缺。CDIO培養模式要求學生在掌握基本專業知識的基礎上,更側重于工程設計能力的培訓,因此,在教學中要求盡量保持產品原有的外形、功能特點,如何選擇與設計研究對象成為首要解決的問題,針對機電系的實際情況主要考慮了如下幾個因素:(1)機械電子工程專業已初步選定機器人技術作為重點發展方向之一。機器人技術是一門迅速發展的綜合性前沿學科,是現代科學技術高度集成和交融的產物,它涉及機械、控制、電子、傳感器、計算機、人工智能、知識庫系統以及認識科學等眾多學科領域,是當代最具代表性的機電一體化技術之一。經過幾十年的發展,現代機器人技術在工業、農業、國防、航空航天、商業、旅游、醫藥衛生、辦公自動化及生活服務等諸多領域獲得了越來越普遍的應用。掌握機器人技術基礎知識和工程應用方法,能夠觸類旁通地應用于現代機械、機電工程、現代制造業等各大領域。(2)機器人能夠激發學生的學習興趣和創造力。機器人從產生開始,就承載了人類的諸多夢想,對于充滿活力的大學生而言更是如此。目前多數高校都擁有機器人愛好者協會等類似的組織,而各種機器人創作、競賽等活動更是如火如荼的開展,足以反映了學生對機器人技術的關切和向往。興趣是學習最大的原動力,將機器人設為項目對象,讓學生了解機器人的具體結構和控制方法,必將取得事半功倍的教學效果。(3)機電系具有較強的機器人技術研發實力和實踐教學經驗。在創新實踐方面充分發揮機電學科機電一體化的優勢,培養學生創新意識和實踐精神,積極參與到科技創新活動中,多次參與全國性和省級機器人競賽并獲獎。
機械電子工程專業的工程教育教學實踐案例
作為人才培養模式最重要的組成部分,引入機電系統設計與制造I、機電系統設計與制造II、機電系統設計與制造III三個一級項目。分別設置在不同的教學時期,每個一級項目都是對學生某一方面知識和能力的鍛煉和考核,往往涉及到多門核心課程,下面是詳細描述。
機械電子工程專業學生培養過程中的首次一級項目訓練,開設在第四學期,時間安排2周。學生在教師指導下通過對機器人這一典型機電一體化產品的解剖,了解其各個關鍵部件(包括機械系統組件和控制系統組件)的具體結構和連接方式,從而提前了解本專業核心內容與實際產品的關系,以工程師的角度去面對即將開始的專業課程學習。通過早期項目的構思和設計,激發學生興趣,進行初步的創新思維與產品構思訓練,并在一定程度上建立起與專業相關的整體概念。要求學生在工程制圖、3D工程設計等相關課程理論學習的基礎上,進一步將理論應用于具體的機電類產品。要求學生針對特定的機器人對象,實際測繪整個機器人關鍵部件的尺寸,并通過3D軟件重新造型設計,完成機械圖紙的繪制。傳統的機械制圖測繪環節以減速箱作為測繪對象,研究對象脫離了具體產品,沒有專業針對性,也不利于提高學生興趣。該一級項目以機器人為載體,將機械制圖的理論知識融合到項目實施中,在加深學生對基礎理論掌握的同時,能夠加深學生對機器人及相關機電產品整體認識,為第六學期的設計制造奠定必要的基礎。
【關鍵詞】碩士研究生 電子創新實驗 TRIZ 矛盾沖突
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2013)03-0013-02
一 引言
隨著人類認識能力的發展和知識的積累,創新對經濟的繁榮和民族的富強有著越來越顯著的決定作用。在知識經濟時代,制造業企業的核心競爭力是產品創新設計能力。對研究生來說,今后的競爭力就是創新能力。
隨著碩士研究生招生規模的擴大,社會對碩士研究生的需求也在發生變化,相應的碩士研究生培養目標也在發生變化。如何培養具有高層次應用型、實踐型、創新型人才這是高校管理層和教學實施環節中的各個主體單位和部門所必須面對和必須認真加以考慮的問題。機械電子工程專業是機械專業中學科交叉的典型學科,對機、電、液等相關知識都有一定的要求,然而近幾年,社會上對機械電子工程專業的研究生存在一些看法,認為該專業碩士研究生機械方面的知識不扎實,有關電方面的知識更是短缺,其實這種現象是存在的,這是有悖于機械電子工程專業的培養方案,有悖于培養高層次應用型人才的目標的。產生這種現象的原因,主要是因為碩士研究生在本科期間和研究生期間對電的實踐較少,對電方面的實驗親自動手做的機會較少,更制約了其創新能力的發展。
二 TRIZ理論
TRIZ是俄文“發明問題解決理論”的縮寫,其英文翻譯為“Theory of Inventive Problem Solving(TIPS)”。任何領域的產品改進、技術變革、創新和生物系統一樣,都存在產生、生
長、成熟、衰老、滅亡的過程,有規律可循。人們如果掌握了這些規律,就可以能動地進行產品設計,并能預測產品的未來發展趨勢。TRIZ正是這些規律的綜合。運用這一理論,可大大加快人們創造發明的進程,而且能得到高質量的創新產品。同樣我們可利用這一理論來實現開發高質量的創新實驗。
三 現狀問題分析
碩士研究生的培養與本科生的培養是有所不同的,研究生的理論學習時間是一年,其余兩年時間主要是碩士課題研究,這就使得自己的專業水平局限于某個方面,因此,對機械電子工程專業的研究生來說,課堂學習和實驗環節是擴寬電知識結構的重要過程,為了在短短的一年時間內爭取掌握更多的有關電方面的知識,必須理論聯系實際,多做實驗,才能提高學習效果,提高實際動手能力從而加深電方面知識的理解。
機械電子工程專業開設的與電相關的課程一般包括《現代控制理論》《機電系統檢測與控制》《計算機控制及接口技術》《工程測試與信號處理》《數控技術》等,這些課程都涉及信號檢測、信號處理、信號辨別、算法處理、輸出控制等內容,通過傳統的實驗箱裝置實現這些內容的實驗是有難度的。主要存在以下問題:第一,目前關于電子開發的實驗箱數目有限,價格昂貴無法實現人手一套,并且各個模塊相互獨立,無法形成一個完整的閉環控制回路;第二,實驗所用技術雖然基礎但較落后,無法適應技術的發展趨勢,作為本科的基礎教學實驗可以滿足,作為碩士研究生的應用型教學實驗卻存在一定的差距;第三,實驗箱的實驗與實際應用開發還存在一定的差距,作為碩士研究生的研究學習,目的是為了今后更好地進行科研工作、開發產品等,所以,碩士研究生的實驗應更加的接近實際應用;第四,實驗內容單薄、僵化無法開發碩士研究生的創新思想。傳統實驗箱沒有留有擴展接口,只能做實驗箱上固有的實驗,不利于碩士研究生的創新培養。
因此,大部分課程實驗無法完成或部分實驗停留在演示階段上,使得碩士研究生無法深入了解更深層次的內容,與實際應用脫軌。如最基礎的接口應用、基本的通訊實現大多停留在理論階段,沒有進行實質性的編程操作,對于算法如經典的PID控制算法也沒有進行過實驗和深入的了解,從而在今后的課題中涉及到該內容的知識感到無從下手,市面上的產品非常昂貴,所以,開發一個既能滿足以上課程的基本實驗要求又能貼近實際應用的先進的電子實驗教學平臺很有必要。
開發什么樣的電子實驗,既可以滿足碩士研究生的學習,又能滿足其的科研,且不能與當前的技術脫離太大,成本較低,成為我們所要解決的主要問題。
四 利用TRIZ求解
利用TRIZ理論的矛盾沖突矩陣求解。首先找到矛盾問題,也就是先進的、良好擴展性的電子實驗平臺與可操作性、低成本構成了矛盾。
技術沖突與相應解決原理的確定
沖突確定 先進的技術、良好擴展 高成本、操作復雜
標準工程參數描述沖突 NO.36裝置復雜性 NO.34可修理性
(能夠創新)
用發明原理解決問題 NO.1:分割
NO.13:反置
如上表所示,選用先進的技術、良好擴展但這樣造成成本高、操作復雜。選用“No.36裝置復雜性”“No.34可修理性”來描述這一沖突。選擇“可修理性”是為了能夠讓碩士研究生在該實驗中充分發揮自己的創新思維,可以改變實驗平臺的原有實驗,達到創新的目的。選用發明原理“No.1:分割”來解決這一沖突,即把復雜功能模塊分割成簡單功能模塊。
五 根據分割遠離設計實驗平臺
根據分割原理設計實驗平臺,框架見下圖:
電子平臺組成結構
上述功能是一個相對完整的平臺,采用了模塊化設計,碩士研究生在學習各個功能模塊的同時,也可以根據自己的相關課題進行裁減,以滿足自己課題需要,相當于學習和科研并行。
MCU的選擇很重要,由于先技術的不斷更新,MCU的功能越來越強大,越來越完善。基于51內核的MCU仍然專有主導地位,因此在該開發平臺上仍然選擇51內核的MCU。該開發平臺選擇C8051F020,該型號單片機集成了AD、DA等功能,具有很強的代表性。
通訊是現代電子產品必不可少的功能,在該平臺上集成兩種通訊方式:RS485和RS232。這是在工業產品中應用較多的通訊方式。
儀器的網絡化將是今后的發展趨勢,因此在平臺上擴展了網絡接口,采用CP2200芯片,Silicon Laboratories公司推出CP2200,是業界體積最小和效能最高的單芯片以太網控制器可以提供目前應用最廣泛的局域網技術。CP2200最多能將所需的電路板面積減少90%,同時讓系統成本和復雜性減至最少,相對于RTL8019以太網控制芯片來說,更容易將嵌入式以太網功能導入各種產品。
因為該平臺除了提供碩士研究生學習外,另一個重要的任務就是幫助其進行課題研究,為了不同課題的開展,所用功能也不同,因此必須留有擴展的接口,方便其進行擴展以滿足課題的需要。
因此,通過該平臺,碩士研究生能實現電子產品的完整開發,從程序編寫到程序下載程序到程序調試等完整的步驟,因為對于電子產品來說,程序是靈魂,碩士研究生可以把更多的時間放在程序的編寫和算法的研究上面。
六 結論
第一,運用TRIZ理論的分析工具與知識庫工具,不僅可以幫助設計人員克服心理慣性、有限知識等因素對創新方案形成的限制,系統地進行產品創新設計,還能夠幫助老師進行實驗創新。第二,TRIZ理論已形成一套較為完整的理論體系,有很好的邏輯嚴密性和操作程序性,易于應用。