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现代制造工程技术课程实践教学围绕数控加工制造、控制、监测的三个主要环节开展实践型实验教学,使机械工程类研究生较深入地掌握现代制造工程领域解决实际制造问题的基本方法,提高工程实践能力。
1 前言
机械工程领域工程硕士的培养目标是了解机械工程学科发展的前沿和动态,掌握机械工程学科坚实的基础理论、先进的技术方法和手段,具有独立从事工程设计、工程实施、工程研究、工程开发和工程管理等能力[1-2]。要达到这样一个培养目标,专业实践是必不可少的重要环节,充分的、高质量的专业实践是专业学位教育质量的最重要保证。然而,目前大多数高校的在读研究生是从本科直接考取的,工作经验很少,缺乏工程实践的经验,既极大限制了对机械理论知识的理解,又无法解决工程实际问题[3-4]。对工科机械类的研究生特别是工程硕士研究生而言,机械制造的实践知识对他们来说尤为重要,他们对实践要求也最为迫切,但现今机械制造实践课程的缺乏,打击了研究生的学习兴趣,阻碍了应用型实践人才的培养。
机械制造实践基础是从事机械制造、机械设计研究、装备开发最重要的条件之一,现代制造工程技术涉及制造、加工、监测多个环节,集机械制造技术、数控技术、传感器技术、信息技术为一体,了解并掌握现代制造工程技术,对机械工程类研究生是十分重要的。我国工程硕士研究生实践教学起步较晚,开展现代制造工程技术课程实践教学环节建设可进一步完善研究实践教学体系。该课程可直接作为机械制造工程专业学位硕士研究生的必修课、机械制造类学术型硕士研究生的选修课。通过本课程学习,可培养机械工程类工程硕士研究生的动手能力和实践能力,使其掌握现代制造工程技术相关理论与技术,提高将数字化技术应用于工程实际的能力,为今后从事本学科的科学研究及工程应用打下良好的基础。
2 现代制造工程技术实践教学总体内容
根据先进制造的发展方向[5]及北京信息科技大学机械工程学科的传统优势研究方向,以数控机床加工制造、控制、监测为核心,结合机械行业实际工程案例及机械工程领域工程硕士研究生就业需要,从提高基础实践能力和综合实践能力两方面开展课程建设。现代制造工程技术课程实践环节教学拟开设有三个方面的任务式专题实践教学,即典型零件的数控编程与加工实验、开放式数控系统开发与应用、制造过程监测与控制。三个单元循序渐进,采用教师理论讲授与学生动手实际操作个性化实验开发结合的理念,以学生实践为主,完成三个专题的任务,最后以实验报告+实验程序的形式提交,课程内容及学时分配如表1所示。
现代制造工程技术实践课程以实验室现有的'科研设备为基础,由教师提出总体任务要求和目标,学生亲自动手完成各任务,在完成各个任务的关键节点由教师指导,采用的编程语言和相关软件由学生根据自身特长及研究生课题自选。使学生在掌握实际设备开发技能的同时,掌握科学研究的方法,提高学生独立思考及解决实际问题的能力。
典型零件的数控编程与加工实验 数控加工是机械工程专业最具实践性的课程,是多学科知识的融合,因此首先进行数控加工实践环节学习。典型零件的数控编程与加工跟机械设计密不可分,因此在进行该实验之前,首先进行机械造型三维软件复习与巩固;在此基础之上,进行CAM软件学习及实际加工,典型零件的数控编程与加工实验环节内容设置如表2所示。
本环节以数控加工为主,为提高学生自主性,三维造型软件不指定,SolidWorks、Pro/Engineer、UG等软件由学生根据自身条件任选,三维模型统一保存为IGES格式文件。CAM软件根据实验室条件,统一采用PowerMill软件进行工艺参数设置和选择的加工设备后处理 [6],运动仿真检验完成后将加工程序输入机床,在VMC 600立式铣削加工中心上完成程序最后调整及零件实际加工,并检验加工效果,具体流程如图1所示。
开放式数控系统开发与应用 进行零件的数控编程与加工环节学习之后,为了使学生进一步加深对数控系统的了解,提高机械工程领域工程硕士研发新设备的能力,进行开放式数控系统开发与应用环节学习。开放式数控系统与高级程序编程语言及运动控制理论密切相关,因此在进行该实验的同时,首先进行高级程序编程语言及运动控制理论复习与巩固;在此基础上,进行开放式数控系统学习及二次开发,开放式数控系统开发与应用实验环节内容设置如表3所示。
本环节最终目标是采用高级语言实现上位控制界面的自主开发,开放式数控系统选用美国Delta Tau公司的PMAC Clipper控制器。为提高学生的自主性,上位编程语言不指定,PMAC系统二次开发支持Visual C++、Visual Basic、C#、LabView、Delphi等高级语言[7],由学生根据自身特长任选。在数控系统的开发应用过程中,软件和硬件是密不可分,因此在开发上位控制软件的同时,还需掌握相关辅助PLC程序及运动控制程序的开发。上位控制界面的具体效果,需在PMAC运动控制平台上进行检验。开放式数控系统开发环节流程如图2所示。
制造过程监测与控制 设备研制完成后,一项重要的研究工作就是设备运行过程的监控,进行误差测量、采集和分析,这也是机械工程领域重要的研究内容。因此,完成零件的数控编程与加工、开放式数控系统开发与应用环节学习之后,进行制造过程监测与控制环节学习。制造过程监控涉及装备、传感器、软件开发、数据处理等多个环节。因此,在进行该实验的同时,需要进行高级程序编程语言、传感器的原理及使用等知识的复习与巩固,在此基础上进行基于数据采集卡的上位界面二次开发,并将采集到的数据进行处理分析,以有效、准确地获知装备运行的基本状态。制造过程监测与控制实验环节内容设置如表4所示。
本环节的数据采集卡选用北京阿尔泰科技的USB5935,该采集卡采用USB通信方式,支持LabView、Visual C++、Visual Basic、C#等多种高级编程语言开发[8]。考虑到LabView在虚拟仪器领域的巨大优势,该环节数据采集界面开发以LabView为主,但也可采用其他高级语言。测量对象以机床状态测量为主,可测量机床运行温度、电流、力等多种传感器的信号,并完成传感器供电电路连接、传感器的标定及采集数据处理,最终实现对机床当前状况的判断。制造过程监测与控制开发环节流程如图3所示。
4 结论
1)现代制造工程技术研究生实践课程环节涉及机械制造、控制技术、数控技术、传感器技术、信息技术等多项技术,通过三个的环节学习,将有效提高机械工程领域工程硕士研究生的综合实践能力,完善工程硕士研究生实践教学体系,为今后从事本学科的科学研究及工程应用打下良好的基础。
2)现代制造工程技术研究生实践课程包含多种设备、多种高级语言编程及三维软件的使用,涉及内容较多,学生基础参差不齐,在短时间内完成,对教师及学生均提出巨大挑战,具体效果还有待进一步研究。
研究生食品物性学课程教学方法研究论文
食品物性学是物理学在食品科学与工程学科的延伸,是食品科学学科主要研究方向之一,是赏鉴食品感官之美和探析食品物理性质的重要基础学科之一叭物性学不仅在专业课体系中占有重要地位,而且随着社会发展,其研究应用更具有广泛性和必要性P1。
食品物性学是一门较新的课程,对学生的理论综合和实践动手能力要求很高。课程涉及知识广,如食品化学、胶体化学、高分子物理、流体力学、化学和生物流变学及各种食品加工原理。而且食品科学专业的学生源于不同的研究方向,数理基础差距较大P1。因此,有必要根据实际培养目标,确定适合本专业的教学重点,丰富食品物性学在食品加工中应用的教学内容,在课堂中开展互动性专题讨论,开设食品物性学相关实验,并建立多媒体网络教学模块,以建立理论密切结合实际的教学法,培养学生的突破性思维和活跃思维能力。
1、启发式教学的应用
由于食品物性学课程数学公式多,涉及流变学、数理方程、高等数学、大学物理等,比较抽象,学生不容易将知识灵活地运用于实践中|31。在教学中教师可以列举学生熟悉或经历过的物性应用案例讲述食品物性学的研究领域和发展前景。在实验室条件许可时,让学生亲自进行实验,激发学生对该课程的兴趣。
例如,可以用牙膏来解释流变学的含义:使用牙膏时挤出要容易,挤出后要求挺括,在牙刷上不能下陷,刷牙时又要轻松,这就要求牙膏遇到剪切时黏度迅速下降,静止时又具有一定的屈服应力,以保持坚挺。学习液态食品的流动特性时,首先让同学回忆倒水和倒油的现象,油是稠的,流动慢;水是稀的,流动快。为什么出现不同的现象?若不让它们流动还会出现这些现象吗|51?可以用薯片的脆感、果冻带弹性的滑软感来解释食品质构对食品风味的重要性;用水果可制成原电池引出食品的电学特性;用通过加热可使食品失去水分引出食品的热学特性等|41。在进行质构学部分讲述时,可以先提问:为什么市场上的面包,同样的重量,大小差别很大?除了菌株以及焙烤工艺的原因,还有哪些影响因素?然后再介绍要想生产出好的产品,必须要了解原料的物性。在面包生产中,面粉的物性也起着决定性的因素,如面粉颗粒度、面粉的成分、添加水分的多少等,直接影响着面团的流变特性,从而影响最终产品的质构。
2、学生专题讲座
研究生有别于本科生,他们课程压力相对小,时间自由度大,研究积极性高,自信心更强。因此,学生专题讲座是研究生教学的有益补充|3]。对于研究生来说,单纯地获得书本上的知识已经远远不够,他们必须关注学科前沿,并具备查阅文献和总结报告的能力。尤其对于一年级的研究生,这种训练十分必要,不仅锻炼学生査阅文献、阅读文献以及口头表达的能力,最重要的是让同学们了解食品物性学究竟在食品科研和实际生产中有哪些具体的应用。通过査找文献和阅读最新研究论文,
关教学资料,特别是关于食品物性研究使用的仪器设备和实验操作方面的信息,丰富食品物性学在食品加工中应用的教学内容,让学生对这门课程的强大实用性留下深刻印象。
笔者采取的具体做法是:根据食品物性学各个章节的内容,布置各小组的专题讲座题目(表1),要求每组成员分工完成相应题目的课件制作、课堂演讲和提问解答(30min)。教师提问、点评,肯定其优点并指出需要改进的地方,综合考核作为平时成绩(占总成绩的20%)。在分析和讨论的互动过程中,充分发挥学生的主动性、独立性和创造性,培养科学型研究所需要的.观察、思维、探索、分析及解决问题的能力。
学生专题讲座题目举例见表1。
在食品物性学的教学过程中,教师同时也进行着相关方向的科研工作,在课堂中可以将学科的最新研究动态穿插到各个知识点中,如在讲授食品的光学特性时,可讲述现代成像技术和现代光谱技术,如核磁共振、CT、超声、高光谱成像技术及近红外光谱技术在食品品质检测中应用的最新科研动态。
3、加强课程设计提高实践能力
实验教学是食品物性学教学的一个重要环节,要在课程总学时中分配一定量的实验学时配合理论教学。在实验项目类型设计中应包含演示性、验证性、综合性和设计性实验,并应覆盖理论教学内容的重点、难点,如果实硬度计、黏度仪、物性仪、色差计、热分析仪等。也可以自己动手设计制作实验装置,如空隙率测试装置、黏弹性模拟实验装置等[11。笔者在讲述“食品质构学”时,组织同学们进行了感官评定实验,实验由二年级的研究生组织,由一年级的研究生处理数据并上交实验报告(占总成绩的20%),取得了较好的效果。以实验促使学生理论联系实际,更好地理解课堂知识,并为以后进人食品加工企业工作奠定良好基础。
若实验条件有限,可在教学过程中展示最新国外研究技术、高新设备、新推产品的大量图片和材料,并下载相关仪器运行的视频。例如在课堂上播放半固体食品生产加工过程,边播放边讲解其加工步骤和原理,尤其是涉及到的相关食品物理性质,以动态的画面、鲜艳的色彩、直观的图形与同步的声音,加深学生对最新研究动态和教学内容的理解。
4、教材的选择以及考核方法
我国高校对食品科学与工程专业中的食品物性学课程的重视程度还很不够,仅有几所学校将食品物性学列为研究生学位课或必修课m。国内关于食品物性学的研究起步较晚,用于高校教学的教材只有几个版本,尤其是针对研究生编著的教材更是屈指可数。不同高等院校之间的专业建设方向存在差异,教学的对象和着重点也不相同。笔者推荐李里特主编的〈〈食品物性学(研究生用书)》(m为主要教材,李云飞等编著的《食品物性学》以及屠康等编著的《食品物性学》()为参考教材。教师可通过课堂回答问题的情况、平时实验课情况、了解查阅文献的情况,依此把学生获取信息的能力、分析解决问题的能力、综合统筹能力以及创新思维能力,列人考核内容之中,综合了解学生的能力。笔者的考核方法为出勤率io%,专题讲座20%,实验及报告20%,期末考试(闭卷)50%。
工科研究生课程教学方法探讨论文
论文摘要:“高等工程热力学”是工科能源动力类研究生的一门主要学科基础课程,近几年在该课程教学过程中逐步进行了教学方法改革与探索,建立新的课程综合评价体系,改革效果明显。在课堂教学上讲授模式精略结合,并采用双语教学、讨论式教学、案例教学、“双5教学法”等多种教学方法有机结合,有效地激发学生的学习兴趣、提高了教学质量;而课堂外对学生所进行的换位教学、写课程总结及相关创新实验项目等措施的开展,不仅能强化学生所学理论基础知识,更为重要的是提升了学生解决问题的能力,促进学生综合素质的培养。
论文关键词:高等工程热力学;研究生;教学方法
为适应社会主义现代化建设对高层次专门人才的要求,研究生教学应追踪世界最新科学研究方向,反映新知识、新成就,采用有益和有效的新经验、新方法、新体系,注意培养学生的综合素质。研究生课程的学习对提高研究生培养质量举足轻重,而课程的教学方式被认为是实施创新教育的重要环节。
“高等工程热力学”是工程热物理、热能工程、动力机械及工程、制冷及低温工程等专业硕士研究生的一门主要学科基础课程,为学位必修课。在传统的“填鸭式”教学过程中,深感学生学完这门课程后却不能很好地将所学的理论知识应用实际工程或自己的研究工作当中去,显然这种教学方式是不符合研究生创新教育及综合能力培养要求的。笔者在教学过程中逐步探索的新教学方法将与大家共享,以其对研究生教学改革起到推波助澜的作用。
一、课堂上的多种教学方式相结合
1.精略结合的教学模式
最基本的教学方法是在课堂上教师与学生面对面进行传道、授业、解惑。课堂上教师可以在有限时间内浓缩课程的精华,采取“细嚼慢咽”与“蜻蜓点水”两种截然不同的讲课模式相结合的策略。对课程中的重点与难点内容,教师可结合板书与多媒体课件等其他教学方法,采取课堂上的“细嚼慢咽”精讲模式。对学生容易掌握的部分,教师则采用“蜻蜓点水”式引导、归纳总结、学生自学等略讲模式。精略结合还体现在对课程中例题的处理上,注重对学生的启发,把解决问题的思路、技巧传授给学生,加强学生对涉及热力学问题的分析能力与解决能力的培养,而淡化具体的求解计算过程。
2.恰如其分的双语教学
“高等工程热力学”是一门概念多、理论性与工程性均较强的课程,且紧随时代不断发展。若采用纯中文教学模式,虽然学生掌握和理解教学内容更加容易些,但对他们查阅相关英文资料、了解国际相关知识、及时扑捉行业发展动态是不利的。倘若在课堂上教师完全采用英语授课或双语教学中英语所占比重较大,势必影响学生对基本理论的深刻理解与正确应用。为提高教学效果,在课件的'制作及课堂教学上仅仅对专业名词术语采用英语模式。这样既不会增加课程的难度、不影响学生对课程基本知识的理解与掌握,还能让学生了解并掌握专业英语词汇,对今后查阅专业文献资料及国际交流奠定良好的基础。
3.鼓励学生“质疑”,灵活运用启发引导与讨论式教学
对于已经习惯“填鸭式”教学的学生,教师在课堂教学中创造机会,提倡学生独立思考,增强自信,鼓励学生从学会“质疑”到敢于“质疑”、善于“质疑”。“质疑”使教学形式从教师的“一言堂”到师生的“群言堂”的转变。通过“质疑”,培养了学生的自信,使学生敢于发现问题、提出问题,有利于学生创新思维的培养。
教师可灵活应用启发引导与同学间、师生间互动的讨论式教学方法。例如,在每一章授课结束后学生可先提出自己的问题或理解不透彻的内容,或者是现实中的问题,教师鼓励其他学生为提问的同学解答,教师适时引导或加以补充,最后教师总结。
教师也可结合一些社会现象,或针对一些在学科发展中曾令人困扰的问题、热点问题向学生发问,而学生通过思考、收集资料、课堂内外的讨论等方式提出解决方案,教师最后对学生的解决方案做现场点评。如对熵及熵变的理解、关于“水变油”事件以及“节能减排”问题等等都可以进行讨论。通过教师的启发引导、课堂互动交流,不同观点相互碰撞与切磋,激发学生的学习趣味性、主动性与积极性,充分调动学生的参与意识与创新欲望,再配以教师的总结与点评,可强化理论知识、活跃课堂气氛,也提高了教学质量。这种教学方式势必增加教师教学的动力和压力,鞭策教师勤于学习,不断更新知识,提高讲课技能;同时,这种教学方式也使学生能够感受到学习的乐趣和师生间的平等关系,增进师生之间的交流,提高了教学效果。
4.采用案例教学法
在大部分基本理论内容讲授后,可针对工程中的实际相关问题,开展案例教学,以增加学生对工程实际问题的分析能力与解决能力。例如,在讲工质的通用热力性质这一章后,针对实际气体混合物的配制计算问题进行案例教学。通过该案例教学,学生不仅能综合应用所学的理论知识,还可掌握该类问题的理论分析与计算方法,对今后工作中涉及这方面问题打下深刻烙印。又如,在讲述完化学热力学内容后,针对本校专业特点,可针对发动机的实际问题进行案例教学,强化了运用热力学基本理论对工程实际问题进行分析的能力,对学生在研究生论文中进行理论分析也有一定指导意义。
5.采用“双5教学法”
“双5教学法”是指在课堂教学上充分利用“起始5分钟教学法”及课堂教学“最后5分钟教学法”。任课教师可充分有效地利用课堂教学“开始5分钟教学法”,在课堂教学刚开始的5分钟内对上节重点内容进行总结、回顾,把学生的思维及注意力转移到本门课程上来,同时注意对相关内容的上下衔接,对本节内容起到抛砖引玉的作用。 在以教师教、学生听为主,涉及重点、难点问题的课堂精讲教学过程中,课堂最后5分钟也十分关键。在这有限的5分钟内,教师不仅可进行总结、布置讨论题,还可以采用“答题交条”的方式以激发学生的兴趣与注意力。“答题交条”就是教师出一道涉及本节课程内容的比较重要的、或易出错的、或趣味性的简答题,要求学生把问题的答案、姓名与学号写在一个小纸条上,并在离开教室前交到老师手中。“答题交条”意义有三:首先,可充分利用最后的5分钟,强调本次课程的重点内容或易出错的地方,或增加教学内容的趣味性;其次,可初步了解学生对相关知识的掌握程度;最后,该方式可作为一种点名手段,考查学生的出勤情况。学生答案的正误、出勤都作为学生平时成绩的一部分,同时对学生上课认真听讲有促进作用,一举多得。
例如,在讲完“焦耳—汤姆孙系数”这节后,若能抽出课堂最后5分钟,可出一道关于“水蒸气绝热节流后的温度变化趋势”问题,以强化生活及工程中水蒸气节流现象的特征。又如,在讲过理想气体性质后可出一道“若一个门窗开着的房间室内空气的压力不变而温度升高了,问室内空气的比热力学能及总热力学能将发生怎样变化”的简答题,以增加教学趣味性,培养学生从热力学角度分析周围的事物与现象。
二、课外的综合能力提升
为了提升学生的综合素质,激发学生学习的积极性,拓宽学生学习的兴趣,课外综合能力的培养也尤为关键。“高等工程热力学”课程的课外教学实践模式,不仅强化了学生所学的理论知识,更重要的是培养了学生解决问题的能力,锻炼了学生的表达能力,提高学生的综合素质。
1.开展换位教学
该换位教学以学生独立自主学习为前提,结合课程相关内容,通过学生查阅资料、独立钻研和认真思考,独立完成换位教学的汇报材料(如讲稿、ppt)并进行汇报,从而锻炼学生对所研究素材的自学、整理能力及表现能力。
2.写课程总结
课程总结在课程开始时先布置下去,在课程结束后要求每位学生对所学课程的基本理论知识、难点、重点及学习心得进行总结,以文字的形式上交。该课程总结表面上是让学生对所学知识的进一步整理,实质上是学生在整理过程中的进一步强化吸收过程。另外,通过学生的心得体会,教师还可以发现本轮课程教学中的不足,以便今后更好地完成该课程的教学工作。
3.鼓励学生进行创新性实验项目
学生根据所研究方向,选定或独创一个与课程相关的实验项目,进行试验的可行性调研与分析。若试验条件具备、方案可行,则要独立准备及开展实验,并以实验教师的身份对同学进行讲解,最后要写出实验报告或实践总结报告。
三、改革课程教学评价方法
通过近几年逐步在“高等工程热力学”中开展课程教学改革,新的课程评价体系也逐步建立,使教学评价上完成从“一张试卷定高下”到按学生在课堂内外的实际表现和能力来综合评定成绩的转变。该课程的教学效果评价分为基本理论知识的考核与学生对知识的综合运用能力、综合素质的提高等方面。课堂基本理论知识的评价通过考试的方式进行,占总成绩的50%;综合素质考评,占总成绩的50%,依据学生的学习态度、完成作业、课堂讨论及换位教学情况、学生的课程总结报告及创新性实验的论证、准备、操作、报告等内容综合评定。
四、结束语
“高等工程热力学”是一门重要的专业基础课程,该课程对学生的逻辑思维、分析能力和解决实际问题能力的培养至关重要。通过该课程的学习,学生掌握课程的基本理论与方法、培养与强化他们的工程观念,并运用所学理论知识对工程实际问题进行理论分析的能力尤为重要。经过近几年的改革尝试,教学效果明显提高,学生对热力学基础知识的理解与应用能力加强,学生的综合素质得到充分的锻炼。在教学实践中摸索出的教学方法,对其他课程的教学也具有一定的借鉴作用。
关于面向实践的现代SoC设计课程教学方法的创新的论文
摘 要:现代SoC设计课程是集成电路设计及相关专业学生的一门核心基础课程。课程教学分理论授课和实践教学两个环节,为使学生更好地理解授课内容,切实有效地提高工程动手能力,对该课程的实践教学环节进行深入的探索和研究。利用团队互动式教学、递进式实验设
关键词:教育技术论文发表,发表现代教育技术论文,信息技术教学论文投稿
摘 要 现代SoC设计课程是集成电路设计及相关专业学生的一门核心基础课程。课程教学分理论授课和实践教学两个环节,为使学生更好地理解授课内容,切实有效地提高工程动手能力,对该课程的实践教学环节进行深入的探索和研究。利用团队互动式教学、递进式实验设置、项目牵引等教学方法进行面向实践的教学探索,实施多年,取得显著成效,在激发学生学习热情的同时,有效地提升了学生的工程实践能力,从而促进教学质量的稳步提升。
关键词 现代SoC设计课程;实践教学;实验案例;互动式教学
中图分类号:G642.44 文献标识码:B
文章编号:1671-489X08-0143-02
Practice Oriented Teaching Exploration for Modern SoC Design Course//SHEN Jianliang, ZHANF Fan, SONG Ke, LYU Ping, ZHANG Li
Abstract Modern SoC Design is one of basic core courses in integrated circuit design and related majors. It has teaching theory and practicetwo aspects. In order to make students better understand the teaching content and improve the practical ability, this paper do some deep research andexploration on practical teaching, that through interactive teaching by team, setting progressive traction experimental and project teaching method. The implementation of many years has achieved remarkable success to stimulate the learning enthusiasm while effectively improve the practical ability of students, so as to promote the improvement in the teaching quality.
Key words modern SoC design course; practical teaching; experimental case; interactive teaching
1 前言
现代SoC设计是电子科学与技术、计算机科学与技术、通信与信号系统等相关专业的一门核心基础课程。它的先行课程包括数字集成电路设计、数字逻辑和硬件描述语言,后续课程有微处理器设计、高级计算机体系结构、可重构SoC设计方法学等,在一系列硬件课程教学中起着承上启下的作用,对学生理解SoC系统的软硬件设计思想将产生深刻的影响。由于该课程理论性较强、知识面较宽、信息量较大,存在教师难教、学生难学等问题,容易造成学生被动地学习,难以真正理解SoC设计的精髓,也无法调动学习积极性,致使教学效果不理想[1-2]。本课程以SoC设计的基本原理和基本流程为教学内容,教学过程中注重实践能力的培养,并对实践教学方法进行探索,以满足未来对教学及科研工作的要求。
2 以往SoC设计课程教学中存在的问题
教材理论性强,缺乏与实践教学的联系 目前国内SoC设计技术相关教材种类很多,但大多数理论性强,不够形象生动,基本只是对设计流程简单罗列,所举示例不够直观,很少或者没有配套的实验,和实践教学存在脱节,不能直接与SoC系统设计相对应,从而达不到理想的教学效果[3]。现代SoC设计课程多数为高年级本科生和低年级研究生选修,这个阶段学生对于SoC系统有一定的理解,但对于具体的设计方法和涉及的工具链还没有清晰的认识,对部件的功能和结构分析的能力也还比较弱,急需通过一定的工程实践来提升设计能力。在实践过程中可以巩固所学的理论知识,同时对理论知识更好地理解又会进一步指导实践[2,4]。
涉及的知识面广,横向和纵向存在很强的关联性 SoC设计是集成电路设计领域一门重要的课程,涵盖的知识面很广。从底层的半导体物理器件,到芯片封装测试及其应用都有涉及,横向与纵向的知识关联性强。一方面,该课程先修课程本身难度就较大,与数字集成电路设计、数字逻辑和硬件描述语言等先修课程有纵向的密切关联。如果学生没有很好地掌握这些知识,势必影响到现代SoC设计课程的学习。这种纵向联系增加了教师的讲授难度,制约课程教学的立体化展开,从而也制约了实践教学的开展[5]。此外,该课程与同期开设的高速PCB设计、高级计算机体系结构、微处理器设计等课程也有较为重要的联系。多年的教学经验表明,SoC设计等硬件类课程间缺乏统一规划和协调,教学存在内容大量重复或缺失、课程之间内容脱节严重等问题[2]。
另一方面,该课程各个知识点之间横向联系密切,这些关联使得现代SoC设计的`教学不同于其他课程,对各知识点的介绍不能一步到位,而是逐步深化、层层递进,无形中增加了理解和教学的难度[2]。
实践环节过分单一化,不能与理论教学有效结合 现代SoC设计配有专门的实验课程,拥有专用实验平台,但往往受限于EDA工具的选择、厂家定制硬件的配套实验,不能有效结合课堂教学内容。由于硬件课程本身上手比较难,学生初学时往往不知道从何下手,同时实践教学与理论授课也不能很好地直接对应,特别是较为复杂的实验系统很难彻底完成,需要学生课后花更多的时间和精力去消化。
3 教学改革与实践环节设计
针对现代SoC设计教学中存在的上述问题,自起,本单位逐步进行现代SoC设计课程的教学内容与教学方法改革,强化实践环节,取得一定的实践教学经验。
团队互动式教学 SoC课程涵盖了当前ASIC设计的整个设计流程,包含芯片前后端设计、可测试性设计、低功耗设计等内容,一位教师难以透彻地讲解到所有的知识点。本单位结合承担的科研项目实际,参考国家级精品课程教材,以研究生入学考试大纲为指导,根据每位授课教师在科研项目中的特长,对教学内容进行调整,并创新式地采用团队式互动教学方法,由多位教师共同讲授一门课程,从而全方位多角度传授课程的知识要点[2]。
1)团队式互动教学方法是指由多位知识互补的教师组成教学团队完成一门课程的讲授。每位教师直接参与先行理论授课与后继课程的实践教学环节,实现理论授课和实践教学的统一。同时,由授课团队共同完成课程内容修订、课程体系讲座、实践环节设计和指导,并亲身在相关课程中主讲若干学时或讲座,介绍课程之间的关系,实现课程体系的贯通式教学。例如,为了更好得与计算机系统结构课程衔接,“现代SoC设计”主讲教师要为“计算机系统结构”课程开设“指令集设计”“流水线技术”等讲座,激发学生的学习兴趣,明确计算机系统 结构课程在现代SoC设计教学中的地位和联系[2]。
2)增加对硬件设计的综合分析。在团队教师协助下,增加对基于ESL的SoC设计、基于平台的SoC设计等的介绍和学习,为后继课程做好技术铺垫,积极引导学生思考,重新认识硬件基础对于专业学习的重要性,改变“重软偏硬”的思想,而深化“软硬结合,相得益彰”的认识[2]。
开展递进式的教学实践项目 在实践教学过程中需要遵循“由浅入深、由简到难”的原则,同一个知识点可以安排多个实验,递进式地让学生掌握相应的知识点。比如在涉及RTL级代码综合优化的实验时,可以分Step、Hold时序分析与讲解、静态时序分析、综合优化策略等内容进行,形成从基础到高阶的递进,让学生遵循自然学习规律完成知识点的掌握。同时,实践教学内容一定要按照设计流程层层递进,从最初的RTL级代码编写规范开始,然后进行设计综合、布局布线、时序分析、物理实现与验证等步骤,在理解工具脚本的基础上层层推进,最后实现对全流程的掌握[6]。
以项目为牵引,实现动手能力的再提高 实践教学只能将学生领进门,个人的造诣必须在实践中演练。否则,实验做得再好,也只能是纸上谈兵。以“项目”为引导,可以从根本上提高学生学习主动性,提高学生的设计和实践能力。实践教学实验的设计往往只包括最基础的操作和应用,难以覆盖工程实现的方方面面,必须在实践项目的锻炼中才能不断地提高科研能力,实现实验教学的最终目的[4]。
4 实践教学改革效果
多年来通过上述教学内容和实践环节的改革探索,SoC设计课程体系建设得到进一步完善,教学质量也提升了,成效显著,主要体现在以下几个方面。
紧密衔接课程,奠定扎实的理论基础 俗话说得好,基础不牢、地动山摇。在进行SoC设计课程讲授前,对前导课程的知识点进行回顾与梳理,可以帮助学生快速地进入角色,部分与SoC设计课程衔接紧密的课程需要提前进行预习。根据学生调查显示,在巩固学习模拟与数字电路等先导课程后,现代SoC设计课程中所涉及的基本原理更容易被理解,实践内容也更容易被掌握,更容易接受;同时,学好现代SoC设计课程后,对微处理器设计、可重构SoC学习有很大促进作用[2]。
提高SoC设计技术,为项目研发培养生力军 通过本课程学习,很大激发学生的学习热情,学生也更愿意投入到硬件设计、嵌入式系统设计中来。在研究生开题时,很多学生基于对SoC设计的热情选择类似的课题开展研究,积极投身到SoC设计中来,有些甚至成为项目研究的主力,能独立完成一个功能IP从前端到后端设计的所有设计流程,在项目研发中发挥了重要作用[2]。
5 结束语
现代SoC设计是电子科学与技术、计算机科学与技术、通信与信号系统等相关专业的一门核心基础课程。随着对实践教育质量的不断重视,强化实践育人环节,本文分析了以往该课程在教学环节中存在的问题,阐述了面向实践的教学改革与实践环节设计实施方案,通过团队互动式教学、递进式实验设置、项目牵引等实践教学方法,实现对学生SoC设计技术的有效锻炼,培养学生ASIC芯片设计能力[2]。
参考文献
[1]阎波,李广军,林水生.“微机系统原理与应用”课程的教学改革[J].电气电子教学学报,,34(3):42-43.
[2]王洁,周宽久,赖晓晨,等.面向实践的计算机组织与结构教学探索[J].实验室科学,(5):31.
基础医学研究生课程设置的研究与实践论文
医学研究生培养作为我国研究生培养的重要组成部分,对医学卫生事业的发展和参与高科技领域的竞争具有重要意义。在招生规模不断扩大的同时,医学研究生教育也逐渐暴露出许多问题,如存在着重论文、轻课程,重研究、轻教学的倾向。在课程设置上,一定程度上存在着重自然科学、轻人文社会科学,重理论课程、轻技术课程,重知识传授、轻能力培养等问题1丨。为了解基础医学研究生和导师对现行课程设置的意见和建议,笔者对我校基础医学院级研究生进行了问卷调查。设置封闭式问题46现开放式问题8项;共发放问卷108份,收回有效问卷104份,回收率96.3%。
一、问题与现状
1.课程设置。
医学门类研究生的专业基础课、专业课一般按二级学科设置,部分课程是基于三级学科设置。在基础医学研究生课程体系问卷调查中,“对目前研究生课程设置的满意度”一题,选“满意,的占37.5%,选“一般”的和“不满意”的分别占43.2%和19.3%。这个结果反映出我校医学研究生课程设置存在一些问题,还不能很好满足研究生的学习要求。问卷调查中,对“公共课、专业基础课、专业课和选修课中,需要压缩学时的课程”,选压缩“公共必修课”的占62.9%,选压缩“专业基础课”的占27.4%,选压缩“专业课’的占47%,选压缩‘选修课”的占5.0%,说明公共必修课学时需要压缩。调查还反映出,专业课受到师资或导师个人科研情趣和方向的影响而缺少规范性、系统性和完整性;选修课程开设数量不足,反映前沿、交叉的综合性课程相对较少。可供研究生自选的课程十分有限。人文课程设置过少,导致研究生的知识结构过于专业化知识面狭窄,在进行科研选题时,视野不够宽阔,思维不够活跃,创新意识不够强。
2课程内容。
课程体系和教学内容不能反映医学模式转变的需求,不能满足新形势下高层次医药卫生人才知识、能力、素质的培养要求。主要表现为课程内容较为陈旧,内容更新较慢,吸收学科的新知识、新进展、新成果、新技术不够。在问卷调查中,对“当前研究生课程内容是否满足学习要求”,选“满足”的占44.4%,选“一般”和“不足”的分别占39.6%和16.0%。对“您认为现有课程体系中还应该删减或增设哪些课程”,认为政治理论课程“对研究生培养有一定作用,必须开设,学时适当”的占30.5%,认为“应当开设,学时较多,可适当精减”的占56.1%,其他占14.4%。说明对政治理论课的课时数、内容及教学改革有较多呼声。认为“应开设时事政治课程”的占53.9%,“应开设体育技能课程”的占88.6%.这反映出研究生更为关注国内外重大时事和自身学习发展的联系。由于研究生学习期间压力大,更多学生希望开设体育技能课程,增强体质。因此,优化课程内容,搭建知识与技能的桥梁是实现研究生培养目标的关键。
3.课程评价。
目前,我国对研究生课程教学效果的评估有不同的价值取向,再加上评估方法的多样化因而评估结果出现了很大的随意性、差异性和不确定性。另外,形成性评价和总结性评价等评价方式在课程教学过程中并没有有效地结合起来,从而无法保证课程教学的及时调整和优化。课程开设、教学大纲修订、课程实施存在随意性,缺少必要的论证和科学评价机制。课程教学中如何达到师生互动、如何调动教师的教学热情、如何培养学生的学习兴趣,从而达到教学的有效性,还缺乏相应的评价和有效监督。
二、实践与思考
现代医学的迅猛发展势必为医学高级专门人才的培养提出新的要求,在知识结构上,除熟练掌握本专业的知识以外,还要及时了解和掌握前沿学科、新兴学科、边缘学科的新理论、新知识、新方法。我们借鉴国内外有关医学研究生教育课程设置,调整现行课程设置,利用综合性大学学科的整体教育,为培养基础医学高级人才打下坚实的基础。
1.调整课程目标,强调科研与创新能力的培养。
基础医学研究生教育要培养从事医学科学研究和医学教学工作的学术型人才。课程目标要求学生具备深厚自然科学、生命科学和医学科学基本理论知识和实验技能,具备从事基础医学各学科的科学研究及基础与临床相结合的医学实验研究工作的知识结构[3]。在这一目标的指导下,我校汲取一些高校研究生培养的经验,结合我校研究生教育培养的特点,对《基础医学科学学位硕士研究生培养方案》进行了修订和完善。按照培养目标要求,研究生在完成公共学位课程的同时,要牢固掌握本学科基础知识和专业知识,把获取知识和更新知识的能力作为重点,把创新知识的能力作为目标。新的培养方案将获取知识、培养能力和提高素质融为一体为切实提高研究生培养质量奠定基础。
2.完善课程结构,注重课程体系的完整性。
通过广泛的调查研究,结合我校基础医学研究生培养的实际情况,在保证课程基本框架及学分数不变的情况下,对课程结构进行科学、合理的规划。
(1)按模块设置课程:公共必修课模块新增时事政治、体质训练课。将自然辩证法、卫生统计学等课程划入专业必修课。增加专业必修课模块课程比例,进一步提高专业必修课在研究生基础理论学习方面的作用。选修课设置强调多样性、全面性。为了体现这一原则,选修课程数量大幅度增加,在学科分布上,由原来的纯医学课程扩大到医、文、理、工并存,同时开设一些边缘学科、交叉学科、方法学课程。
(2)调整课程结构:根据整体优化的原则,按专题调整课程结构。如生物化学课,过去按照系统性设置,现在按专题分解为基因工程概论、酶工程、高级生物化学,学生可根据自身需要进行有针对性的选择。
(3)学时数的调整:在保证培养质量的前提下,对研究生的课程学时数作了相应的调整。公共必修课学时数由原来的550学时减少到现在的.280学时。选修课在门数增加的情况下总体学时数减少;专业基础课及专业课学时数略有增加。
3.设置综合课程满足学科交叉需要。
更新课程内容,吸纳科技创新成果,凸显出课程改革的国际化方向和时代特点。调整后的课程内容具有以下特点:
(1)从规格上体现了小型化、多元化:新课程体系中,公共选修课为12-20学时,专业必修课一般为30^40学时,专业选修课为3040学时。
(2)从结构上体现出交叉性、综合性:如:“神经内分泌免疫学”、“应用分子药理学”、“分子遗传学技术”、“分子流行病学”,等等。
(3)在内容的设计上体现专题性:以某一专题为切入点,如:酶工程”课程是生物化学教研室开设的“生物化学”中有关酶的部分;电子显微镜技术”部分内容是“分子生物学实验技术”中有关“细胞超微结构研究技术”的节选;“应用分子药理学”是药理学教研室开设的“药理学”中的离子通道部分。在调整过程中对内容陈旧的课程坚决予以取消,同时压缩理论课程,增加实践课程。
4.完善课程评价体系,坚持经常性课程评价。
新课程体系及教学内容从级新生开始实施,通过问卷调查、召开教师、学生座谈会,了解各方面对新课程体系及教学内容的评价,综合意见为:91.1%的学生认为基础医学课程体系及教学内容体现了知识、能力、素质综合培养、全面发展的要求;76.1%的学生认为新课程体系及教学内容突出了内容的交叉融合,为及时引入新知识、新成果、新技术的内容创造了条件,较好地避免了课程结构的不合理、课程内容重复、遗漏、知识与需要不适应等问题。但是,基础医学新课程体系及教学内容改革是一项复杂的系统工程,还有很多方面需要我们在实践中不断的探索与研究。同时现行教学管理模式、运行机制还不能满足新课程体系与教学内容改革的需要,这些都是我们在今后的教学改革研究和实践中需要深入探讨的课题。
基础医学研究生课程设置应结合国内外研究生课程建设动态,形成多样化与专门化、灵活性与规范性、广度与深度、知识掌握与方法培训相结合的课程体系,要注重研究生科学精神和人文精神的培养,全方位提高研究生的综合素质。
工科研究生现代数学教学方法的若干体会论文
摘要:文章从现代数学的演变趋势和特征出发,结合其对工科研究生数学课堂教学带来的挑战以及目前现代数学课堂教学中存在的主要问题,指出了未来工科研究生现代数学课堂教改的基本方向,并就如何更好地开展该课程教学提出了一些心得体会。
关键词:现代数学;课堂教学;工科研究生
一、现代数学的演变趋势和特征
多年来,伴随着数学的不断发展,人们难以給数学下一个确切的定义,包括其特征刻画。恩格斯在《反杜林论》中,将数学定义为“纯数学的研究对象是客观世界的空间形式与数量关系”。空间形式即为几何学,这在客观上完整地概括了19世纪以前数学的对象和本质,因而被誉为“经典定义”。但是20世纪数学的大发展衍生出的许多新特征,已经不能为经典的数学定义所概括。因为现代形式的数学已成为非常抽象的学问,并且完全演变成一种无物质内容的符号系统和一定公理规则下的推演技术。数学的这种离开物质内容的特有空洞性,加上它那曲折而奥妙的逻辑推演技术,造成了数学特殊的认知难度。
然而,现代数学在科学技术发展中越来越展示出巨大的力量。众所周知,它已成为物理科学的语言和设计模型以及探索自然机理的手段。同时它又是其他自然科学、工程科学、经济科学、管理科学甚至一切应用科学与技术的不可或缺的重要工具。现代数学的这种无比广延的普适性,也正充分地说明了它对现实物质世界无限高远的概括性和抽象性。这种抽象性越高,越与人的感官能及的直接经验相去甚远,同时导致在认知上就更难,但是人们又不得不接触它、接受它,因为它已经渗入到人类生活的一切领域。
二、工科研究生现代数学教学现状、问题和挑战
工科研究生现代数学教育是工科研究生教育必不可少的重要组成部分。对工科研究生的教育,必须培养其独立解决科学技术发展中出现的理论和实际问题的能力。由于数学的应用已经直接或间接地触及到了人类社会生活的几乎一切领域,因此大多数工科院校的研究生课程设置里,还包括多门现代数学课程,以便学生掌握和运用数学技术。这同时也说明要培养属于高级专门技术人才的硕士和博士,必须具备较高的数学修养和较丰富的数学知识,否则就难于在当代科技的发展中作出开创性的成果。
但是工科研究生现代数学课程教学效果很不理想。目前工科研究生的主要来源是工科院校本科应届毕业生。大多数院校工科本科生的数学课程主要有“高等数学”、“线性代数”、“概率统计”,而其他的数学课程如“复变函数与积分变换”、“离散数学”等一般只作为选修课程。也就是大多数入学研究生具备的这些数学知识多数还是属于较古典的内容,近、现代数学知识特别是接近实际应用的数学知识储备尤为不足。在研究生阶段,大部分工科院校考虑到实际的需求,給研究生开设现代数学课程呈现多样化的趋势,以加强他们的数学素质和修养,包括抽象思维能力和逻辑思维能力以及运用数学解决实际问题的能力,但效果并不理想。因为其中涉及的必修现代数学课程包括“矩阵论”、“泛函分析”以及“数值分析”等课程总体上仍属于基础理论课,其高度的抽象性和实际的应用存在较大的差距。一方面,当学生学习理论性较强的`现代数学课包括分支领域时,他们往往缺乏兴趣,逃课、开小差、打瞌睡的现象比较普遍;另一方面,学生不愿意学,老师也就很难提起精神认真教授对工科研究生来说非常重要的数学课了。
三、工科研究生现代数学课堂教学改革势在必行
工科研究生的数学课堂教学是研究生直接学习和吸收数学知识的最重要的途径。那么如何通过课堂教学使研究生更好地吸收现代数学思想和方法、提高其数学素养和运用数学工具解决问题的能力呢?笔者认为应该对现有的现代数学课堂教学方式进行改革。
从管理的角度来讲,需要充分认识到研究生现代数学教育的重要性。一方面,在课程的设置上,既要重视培养和提高研究生的数学抽象思维能力和逻辑思维能力这一现代数学教学的基本任务,又要重视加强数学的实际应用,提高学生运用数学工具解决实际问题的能力;另一方面,要通过宣传和思想教育,让研究生认识到现代数学教育的重要性,使其更加积极地投入到现代数学的学习中。 对于教师而言,要不断地创新现有的教学方法。就职业道德而言,每一位給研究生教授现代数学的教师都要认真对待每一次的课堂教学;充分发挥其主导作用,尽力安排好课堂教学内容;细心研究如何教好每一堂课,不能照本宣科,力求授课内容浅显易懂,吸引学生的听课兴趣;特别是可以从本学科的起源、发展和走向即应用于何处来讲,使学生对所学的现代数学分支领域有一个总体上的了解和把握。
要注重加强学生和老师之间的良性互动。一方面,鼓励和引导学生主动提出其在专业学习过程中遇到的需要借助数学手段才能解决的实际问题,授课教师可以为其提供数学思路和方法,帮助其解决实际问题;另一方面,教师可以结合所讲授的课程内容和方法为学生多搜集一些实际的应用案例,以提高学生学习的兴趣、主动性和积极性。比如在学习“泛函”这个抽象的概念时,由于其原型是函数,学生接受起来相对容易。为了将该概念和实际应用结合起来,可以让学生严格按照该概念,结合自己专业构造一个泛函出来。这个习题看似简单,但学生在构造过程中,需要结合自己专业概念,先要构造一个线性空间来,然后才能在该线性空间上构造出泛函。这种方法既可以锻炼学生思考问题的能力而且也有助于这个概念的消化和吸收。
四、工科研究生现代数学课堂教学的心得体会
前已述及,现代数学呈现出向更高级理性化方向演化的趋势,并且更为概括和抽象,距离经验也更远。为了理解现代数学的本质和特征,在教学方法上应该提倡反璞归真,不仅要了解数学的物质源泉,了解昨日的数学,还更应了解它们的演化、发展和应用。比如在讲“群”这个非常抽象的代数概念时,如果直接把群的定义讲給学生,学生肯定难以接受。教师可以先从学生知道的最简单的“整数群加群”讲起。首先,写出整数加法满足的结合律,由这里引出半群的概念;再給出整数“0”与任意整数相加都得任意整数的等式和任意整数和其相反数之和都等于“0”的等式,由此引出群的概念。通过该讲解过程,学生就能了解群这个概念是一个高度抽象的概念,其原型原来就是从中小学就知道的整数集合带上加法运算。在学生了解“群”这个概念后,可以让他们结合自己专业构造一个群和半群的例子进一步加深对“群”的理解。
再如讲解其他的一些抽象概念时,教师均可以从这个概念的原型或引入背景出发来讲解。比如学习微分流形时,可以先讲解多元映射的概念。由于多元映射的最简单情形就是一元函数,不妨启发学生回忆一元函数微积分的内容,并且告诉学生关于多元映射也有类似于一元函数的微积分学,而且这些微积分学在学习微分流形时也会用到。其他内容不用讲,学生就明白了关于多元映射主要有哪些基本内容,可以用到哪里等等。这样学生就理解了所学学科的发展过程,并且在这个过程中吸收了相应的数学思想及方法。这需要授课教师有很高的数学素养和专业知识,对所讲学科的发展演化过程了如指掌,否则难以产生良好的效果。
由于数学学科的特殊性,在教法上不可能有什么“窍门”而言,只能运用和依靠专业知识和专业素养,对学生做到“细教精练”。现代数学接触的新理论新概念特别多,这不仅要求教师在很短的几十课时的教学中,把大量的信息和数学思想方法传授給学生,同时还要求教师自身具有高度的概括精练能力,能够对某个新概念的要点一语中的。比如在学习“小波分析”时,学生的数学基础有限,泛函分析知识储备不足,不能一上课就讲小波分析的概念,可以从Fourier变换中的Fourier级数讲起,因为研究生对Fourier级数应该有印象,问题是虽然学生知道Fourier级数,但也不一定知道它的真正物理含义所以必须給学生讲清楚这一点,也就是Fourier级数(或Fourier变换)的“滤波”作用的实质。就“滤波”而言,教师可以从多个角度如几何的角度、分析的角度讲述,直到学生明白为止。在此基础上,再学习小波分析原理时,就非常容易了,因此在这里花费时间讲解是值得的。沿着这个要点展开,就可以自然而然地引入到小波分析上了。
总之,现代数学课堂教学改革势在必行。课程的设置既要符合现代数学的发展趋势,又要兼顾现实的发展需求;既要培养和提高学生的抽象思维和逻辑思维能力,又要加强学生运用数学工具解决实际问题的能力。在课堂教学中,应该提倡反璞归真,不仅要了解所讲学科的起源,更要了解其演化、发展和应用方向,同时加强老师自身的修养和课堂上师生间的良性互动。
随着科学技术的发展和大型精密仪器的不断增加,如何培养学生,特别是研究生准确掌握和使用先进的仪器设备,运用这些先进的实验手段进行科学研究,对于培养研究生的动手能力、分析问题和解决问题的能力,造就高素质人才,促进提高科学研究的水平极为重要。
“现代仪器分析”是中医药院校药学研究生的必修基础课。近几年来,为了积极适应现代仪器分析的发展和教学改革的新形势,着眼于研究生素质、创新精神和创新能力的培养,本学科对“现代仪器分析”课程的理论教学和实验教学两方面做了改革和实践,构建了“现代仪器分析”教学的新体系,并取得了良好的预期效果。
“现代仪器分析”作为一门随科学发展不断更新的课程,其分析原理、仪器应用均在不断更新,课堂上除了传授书本上已有的知识外,还要让学生及时了解和掌握现代仪器的发展现状。比如现代仪器的发展越来越趋向于多元化和大规模联机化,往往一个实验室内装配有从工艺流程的探索到初产品的制备、分离、提纯、分析等一系列的仪器,这些仪器大多不是应用同一种技术进行操作和控制实验的,这就意味着现代仪器分析的发展所涉及的技术范围越来越广,远远超过了以前“仪器分析”所涉及的范围,因此教师在“现代仪器分析”的教学中就不能只侧重于某一技术,而忽略其他新产生的或是新关联的技术,让学生在有限的时间内既掌握书本上的知识,又了解现有的发展,对知识有全面系统的掌握,这是教师进行“现代仪器分析”教学的难点。
1.1把多媒体引进“现代仪器分析”的课堂教学
在现代教学当中,传统的“一支粉笔一张嘴,上课从头讲到尾”的教学形式已不再适用,而多媒体以其声、形、景、动、静结合等多样的表现形式,大容量、超时空、良好的启发性和易接受性等特点,已广泛地渗透到现代教学中。通过多媒体教学,可以把抽象、深奥的微观过程、仪器的外观与内部构造、运行原理、发光原理等书本知识,转化为制作多媒体课件,形象直观、图文并茂、情景交融、有声有色的计算机辅助教学课件,形成了一种文、图、声、像并茂和人机交互的教学方式,让学生通过多种感觉接受知识,使课堂变得更加生动活泼,更有利于学生对知识的获取与记忆。同时,还节省了教师板书的书写时间,使授课的信息量加大,知识容量扩大,优化了教育过程,提高了教学质量和教学效率。
另外,在多媒体辅助教学的过程中,利用计算机的模拟功能,实现“实验室”进课堂。每个学生可通过模拟的实验室课件进入“虚拟实验室”,反复地在仿真软件上进行仪器操作,这样不仅可以形象地理解仪器分析的基本原理,而且能通过自己亲身的仿真操作,获取直观的感性经验,掌握仪器操作要领,节约了实验成本,而且可以有效缓解“现代仪器分析”实验课程开设有限、所用仪器水平相对较低、大型新型仪器数量不足等不利条件,极大提高学生的学习兴趣,使其对所学知识有更深入、更直观的理解和掌握,拓展学生的学习视野及知识面,提高学生的综合素质。
1.2探索使用PBL教学法及其他先进的教学方法
在“现代仪器分析”课堂教学中,内容与时间的矛盾尤为突出,必须打破“一言堂”、“满堂灌”等传统教学模式,采用现代教学方法和手段,通过课堂多媒体教学讲授、演示、提问、讨论和课外讲座等多种形式,突出重点,突破难点,明辨疑点,把教师的主导作用和学生的主体作用有机结合起来。PBL(problembasedlearning)法,也称作基于问题学习法,强调以学生的主动学习为主,学生通过合适的问题情景,从而发现问题、分析问题、解决问题,要求学生的能力在探知中升华,在锐取中创新,可以采取自主探究和团队合作方式,最终提升学生的多维能力,包括理论联系实际解决问题的能力、团队合作的能力、应对变化的能力、终身的自学能力、自我评价的能力和良好的沟通能力等,这些都是目前用人单位所重视的。基于PBL法,可以采取以下一些手段促进理论教学。
(1)提供网络教学第二平台,创建分析化学课程网站。除了多媒体课件、讲义等常规内容外,还提供大量的课外学习资源及链接网络,进一步拓宽专业视野,增强学生专业能力。
(2)查阅文献、写综述,并制作PPT进行全班答辩。由于学生对科研了解不多,通过查阅文献就某种分析方法撰写综述,可以让学生了解该方法的应用,加深对书本知识的理解,培养学生查阅文献、组织材料的能力,初步掌握科技论文的结构及书写方式。完成PPT制作并答辩,可以锻炼学生文字处理的能力,并检查学生知识消化与否和抗应变的能力。
(3)拆装废旧仪器。可以加深对所学知识的理解,培养学生的动手能力。其他现代教学理念还包括启发式开放教学,学教并重(blendinglearning),STS(science—technology—society)教育,建构主义教育等,可以选择其中一种或几种加以尝试。
2.1更新实验内容,调动学生实验积极性,培养学生的综合能力
合理设计“现代仪器分析”实验内容,对调动学生积极性、培养学生动手能力非常重要,既要在基础理论与实验课的基础上使学生学会怎样将基础理论与实践结合起来,又要根据本专业课程设置情况及实际需要,融进一些有新意、能真正体现课程特点、激发学生热情的内容。我们在实验教学中引入一些大学生比较关注、与日常生活联系比较紧密的实验内容,如“河南道地药材与非道地药材的质量比较”、“不同厂家牛奶的质量比较”和“奶粉中三聚氰胺的检测”等,利用了学生的好奇心与责任感,充分调动了学生的积极性,激发了学生实验中的求真欲,引起了学生的极大兴趣,促使学生自己设计实验、亲自动手操作,培养学生综合能力。
2.2切实抓好学生实验前的预习工作
实验前的预习是做好实验的重要环节,必须严格要求。应让学生清楚预习的内容,实验前应复习教科书中的有关内容,熟悉实验原理,预习实验教材中本次实验的内容、方法和步骤,做到目的明确、原理清楚、做法明白,然后在此基础上写好实验提纲。另外,通过测试题目,对每个学生的预习情况进行测试,使教师能够及时了解学生个体及总体的预习情况和对实验掌握程度,以便于发现问题从而有的放矢地进行课堂讲解,这样既加强了教师实验课讲解的针对性,又使教师能够把主要精力用于观察和指导学生掌握实验技能,更合理有效地利用实验课内时间。
2.3加大开放性实验力度,提高研究生科研能力
实验教学的主要任务是培养学生的动手、观察、查阅、记忆、思维、想像和表达能力,而传统的`“三定式”实验教学方式,即在实验手段上采用规定好的实验线路和步骤,使用规定的仪器并在规定时间内完成实验,导致学生没有选择余地,思维能力和创造能力均受到了局限,得不到充分发挥,不利于学生创新能力的培养和综合素质的提高。对研究生加大开放性实验的力度,做到随时预约、合理安排,尽量满足研究生的实验要求,鼓励研究生将生活中遇到的实际问题带进实验室,进行自主实验,从而增强研究生的科研能力,提高研究生创新能力。
2.4建立多元化的考评体系,促进学生的学习主动性
考核是对教师的教学效果和学生的学习效果的检验,而考核方式也起着引导学生改变学习方式的作用,科学的考核方式会推动学生的学习向最佳方向发展。传统的实验考核只是通过学生的实验报告来评分,而且实验成绩不计入学生最后的课程考试成绩,这样就不能调动学生学习实验的积极性,很多学生在实验课上不认真听讲,不专心做实验,课后抄袭其他学生的实验报告,实验能力没有得到提高。我们通过实行多元化的考评制度,充分调动学生的主观能动性。学生考评体系主要体现在预习情况、实验操作、实验报告、学习态度的综合评定等。多元化的考评体系,更加注重评价学生主动参与实验的过程、善于思考的能力,它能科学合理、全面公正地反映学生实验课程学习的真实水平,激发了学生自主训练和探索精神,培养了学生求真务实的学风。
3结束语
实践证明,“现代仪器分析”课程教学改革是学科发展的大势所趋。我院通过改革教学方法、精心设计安排实验内容、加大开放实验室力度、建立多元化的考评体系,充分发挥了研究生的学习主动性,激发了其学习的积极性和科研创新意识,培养了其实验设计能力和动手能力,取得了较好效果。同时也意识到对于研究生“现代仪器分析”教学改革,仍有大量的工作需要进一步探讨。
★ 现代教学方法