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摘要:阐述了创新创业教育是培养创新人才的重要途径,详细论述了中国地质大学(北京)如何构建培养创新人才的电气工程及其自动化专业模拟教学环境中的体验式课程以及教学方法。
关键词:电气工程及其自动化;创新创业教育;模拟教学;体验式课程
作者简介:徐惠勇(1985-),男,陕西韩城人,中国地质大学(北京)信息工程学院,高级工程师,工学博士,主要研究方向:电力电子与电气传动。(北京100083)
当代中国没有任何时候比今天更需要培养大学生的创新意识,推崇创业精神,更需要培养和造就新时代社会发展急需的创新创业型人才,这是时代的呼唤,这是建设创新型国家的必然要求,这是高等教育义不容辞的责任。创新创业教育与传统教育的体系结构和教学方式有本质的区别,以培养一代又一代创新创业者为教育目标。本文对如何构建培养创新创业人才的电气工程及其自动化专业实验教学平台做初步探讨,并讨论相关的学术理念和技术装备。
一、创新创业教育的理论基础
创新创业教育的教育目标是创建新的职业或新的工作岗位。使受教育者自己能够创办企业的一种教育模式。它有利于解决大学生的就业问题,有利于解决以创为业带动就业的问题,有利于创业型经济社会的形成。采取模拟教学与体验式课程,才能保证创新创业教育的教学质量,培养事业心与开创能力,以达到提高学生综合素质的目的。
模拟教学、体验式课程有深刻的理论基础。20世纪80年代,美国凯斯西储大学组织行为学教授大卫库珀提出了体验式课程的理论。他构建了一个体验式学习模型:活动(体验)-发表反思-理论、应用、再活动(体验),依次循环。他认为有效的学习应从体验开始,进而产生想法,发表看法,然后进行反思,再总结成新的认识和理论。最后将理论与认识应用于实践。这套理论完全符合辩证唯物主义的认识论,是体验式课程培训方式的核心理论。西方很多管理者认为,这种强调“做中学”的“体验式’学习,能够将学习者掌握的知识、潜能真正发挥出来,是提高学习水平与工作效率的有效教育模式。当然,模拟教学本质也是从实践仿真环境中强化学习者的主观体验,从而达到全面理解知识与相关实际操作技能的目的。因此,模拟教学、体验式课程是由共同的学术理论基础与认知观念支撑的。
人类知识分为两大类:一类是可编纂的知识,另一类是可意会的知识。前者是能够用语言和图像进行系统化处理的知识,而后者是不可编纂的知识,是隐藏于大脑里面只能意会不能言传的知识,是认知事物的经验和教训的知识积累。而后者的知识只有在运用中才能存在,才有价值,在应用中才能体验到知识的作用与能力的提高。因此,运用模拟和体验课程的方法,可以增强学生对知识的理解,快速掌握实际技能。把感性认识、技能训练、理性认识在教学过程中高度统一起来,避免了理论脱离实际的现象,完成了提高教学质量与增强学生综合素质的教学要求,达到提高创新意识与创业能力的教学目的。
二、构建电气工程及其自动化专业的模拟教学环境
1 模拟教学基本思路
电气工程及其自动化专业模拟教学环境的基本设计思路是将一个综合现代化工厂浓缩在实验室,在实验室构建一个“工厂”。学生组成团队,在“工厂”内担当不同的角色,完成相关任氛在不同时期,以不同的控制系统为认知和研究项目,分别开展生产实习、课程实验、设计型综合实验、毕业设计,项目开发和研究等教学和科研活动。以最少时间和最低代价完成教学任务,使学生能够学到许多在工厂也无法学到的知识和技能,实现毕业生就业的无缝对接。同时使学生在校期间能学习现代企业工作流程、了解企业文化,培养学生的创新能力、职业道德和敬业精神。也为大中型企业、研究院所提供了项目开发和实验研究的场所,搭建了产学研活动的舞台。
在“工厂”能完成三个领域的教学科研活动,分别是:
(1)供电领域,包括发电、传输、分配,监控等系统,构建了“工厂”的心脏,
(2)电力传动领域,包括电力电子功率变换(晶闸管、IGBT等可控性器件),交流调速,直流调速以及电力电子在传动系统中的其他应用,构建了“工厂”的主体。
(3)过程控制领域,包括检控仪表、常用传感器、回路调节器、智能控制仪表、PLC、工业PC、现场总线、网络控制等。构建了“工厂”的神经网络。
由上述三个领域全部嵌入在“综合电气控制实验平台”中,构建了电气工程及其自动化专业的模拟教学环境。在该环境中进行教学有以下优点:
(1)把复杂的现实实践活动简单化,提供真实的专业训练和专项实验。
(2)立即得到信息与决策的反馈,以验证自己的想法、做法是否符合实际。
(3)可使学生的学习热情高涨,精力格外投人,从而达到促进学习、掌握知识的目的。
2 模拟教学环境中的体验式课程
“综合电气控制实验平台”的构架集众家之长,沿用我国传统大型企业的电气设备控制方案,控制手段兼容了现代大型企业的电气控制方案和国际流行控制方案的优点,并将它们有机结合,搭建了一个现代企业综合自动化实验平台。在实验平台上可以模拟项目工艺所需要的各种信息,如控制、调度、管理、经营和决策等功能综合在一起,实现整个项目的生产和管理层层优化和全局优化。控制系统的关键技术是人工智能技术,主要包括专家系统、模糊控制等。
实验平台由常规控制柜、电力传动、集中控制、过程控制、供电监控、网络机柜、控制对象、LED显示屏、多台计算机组成。每台机柜可以独立运行,也可以一台为主,组合其他机柜共同运行。主要进行三种类型体验式实验,实验可以单独完成,也可以与其他类型组合构建实验系统。
(1)验证型实验:包括电机与电力拖动、电力电子技术、供电技术、工厂电气控制技术、过程控制、电力拖动自动控制系统等课程的相关内容。
(2)综合型实验:供电继电保护系统、无功补偿控制系统、上位机监控的传动系统、设备运行参数监控系统、单回路调节系统、人机界面控制等。
(3)设计型实验:电子控制系统、电力电子控制系统、嵌入式控制系统、PLC控制系统、智能继电器控制系统、上位机监控系统、网络远程控制系统、集散控制系统等。
在“工厂”学习体验式课程具有以下特征:
(1)营造综合电气控制研究场所,实验者可以按照“构思一设计-实施-操作”程序完成实验内容,使学生能够“做中学”,教师“做中教”,“教、学、做”真正成为一件事。 (2)可使工艺、管理、机械、控制、电于,计算机、供电、传动等专业技术人员共同研究同一个工程项目,极大提高研究效率和方案合理性。
(3)以研究项目为目标,企业导师和高校教师联合指导培养工程师,以竞赛的形式完成课题的教学任务,确保课题的成果质量。
(4)培养“学以致用”、拥有多专业技能、具有团队精神的貽型人才。
学习者在模拟真实的环境中获得了亲身体验和感受,然后与团队成员之间交流,通过反思、总结,提升为认识的成果,最后将理论和认识的成果应用到实践中去,从而达到预期的目标。体验式课程经历了从实践到理论,从理论再到实践的认识过程,实现了学习者的两个认识飞跃。
体验式课程的教学效果与传统教学有着明显的区别,传统的教学方式只强调教与传授,并不一定能够激发学生主动学习的热情,仅凭考试分数约束,强迫灌输,学生得不到在实际工作中需要的相关技能。或脱离实践,或掌握表面上的相关知识与技能。而体验式课程使学生成为主动汲取知识的主体,并通过实践体验得到相关技能和隐性知识的训练。因而,是一种效果持久的学习方式。
三、模拟教学环境中教师的作用
在“工厂”中教师具备双重身份,既是教师又是工程师,要做到原有专业知识、工程实践经验与现有创新创业教育相结合,必须走积极自学与专项培训相结合的教师教育的路子,以掌握相关理念、教学技巧,重新定位教师的角色,完成模拟教学中体验式课程的教学任氖教师扮演的角色不同于传统的以教师为中心的角色。教师变成该教学活动的组织者,引导者,类似影视剧中的导演。教师的任务是构建学习环境、提供学习信息、组织学习游戏活动、设置体验式环节等,为学习者创造仿真的学习环境与条件。教师的作用是激发学生的学习动力与内在激情,以形成团队意识与内心体验。以完成学生由“学会”向“会学”的主动转变,学生是教学过程中的主角,在两年多的教学实践过程中,已取得了良好的教学效果和教学经验。
责任编辑 麻剑飞
关键词:电气工程及其自动化;创新创业教育;模拟教学;体验式课程
作者简介:徐惠勇(1985-),男,陕西韩城人,中国地质大学(北京)信息工程学院,高级工程师,工学博士,主要研究方向:电力电子与电气传动。(北京100083)
当代中国没有任何时候比今天更需要培养大学生的创新意识,推崇创业精神,更需要培养和造就新时代社会发展急需的创新创业型人才,这是时代的呼唤,这是建设创新型国家的必然要求,这是高等教育义不容辞的责任。创新创业教育与传统教育的体系结构和教学方式有本质的区别,以培养一代又一代创新创业者为教育目标。本文对如何构建培养创新创业人才的电气工程及其自动化专业实验教学平台做初步探讨,并讨论相关的学术理念和技术装备。
一、创新创业教育的理论基础
创新创业教育的教育目标是创建新的职业或新的工作岗位。使受教育者自己能够创办企业的一种教育模式。它有利于解决大学生的就业问题,有利于解决以创为业带动就业的问题,有利于创业型经济社会的形成。采取模拟教学与体验式课程,才能保证创新创业教育的教学质量,培养事业心与开创能力,以达到提高学生综合素质的目的。
模拟教学、体验式课程有深刻的理论基础。20世纪80年代,美国凯斯西储大学组织行为学教授大卫库珀提出了体验式课程的理论。他构建了一个体验式学习模型:活动(体验)-发表反思-理论、应用、再活动(体验),依次循环。他认为有效的学习应从体验开始,进而产生想法,发表看法,然后进行反思,再总结成新的认识和理论。最后将理论与认识应用于实践。这套理论完全符合辩证唯物主义的认识论,是体验式课程培训方式的核心理论。西方很多管理者认为,这种强调“做中学”的“体验式’学习,能够将学习者掌握的知识、潜能真正发挥出来,是提高学习水平与工作效率的有效教育模式。当然,模拟教学本质也是从实践仿真环境中强化学习者的主观体验,从而达到全面理解知识与相关实际操作技能的目的。因此,模拟教学、体验式课程是由共同的学术理论基础与认知观念支撑的。
人类知识分为两大类:一类是可编纂的知识,另一类是可意会的知识。前者是能够用语言和图像进行系统化处理的知识,而后者是不可编纂的知识,是隐藏于大脑里面只能意会不能言传的知识,是认知事物的经验和教训的知识积累。而后者的知识只有在运用中才能存在,才有价值,在应用中才能体验到知识的作用与能力的提高。因此,运用模拟和体验课程的方法,可以增强学生对知识的理解,快速掌握实际技能。把感性认识、技能训练、理性认识在教学过程中高度统一起来,避免了理论脱离实际的现象,完成了提高教学质量与增强学生综合素质的教学要求,达到提高创新意识与创业能力的教学目的。
二、构建电气工程及其自动化专业的模拟教学环境
1 模拟教学基本思路
电气工程及其自动化专业模拟教学环境的基本设计思路是将一个综合现代化工厂浓缩在实验室,在实验室构建一个“工厂”。学生组成团队,在“工厂”内担当不同的角色,完成相关任氛在不同时期,以不同的控制系统为认知和研究项目,分别开展生产实习、课程实验、设计型综合实验、毕业设计,项目开发和研究等教学和科研活动。以最少时间和最低代价完成教学任务,使学生能够学到许多在工厂也无法学到的知识和技能,实现毕业生就业的无缝对接。同时使学生在校期间能学习现代企业工作流程、了解企业文化,培养学生的创新能力、职业道德和敬业精神。也为大中型企业、研究院所提供了项目开发和实验研究的场所,搭建了产学研活动的舞台。
在“工厂”能完成三个领域的教学科研活动,分别是:
(1)供电领域,包括发电、传输、分配,监控等系统,构建了“工厂”的心脏,
(2)电力传动领域,包括电力电子功率变换(晶闸管、IGBT等可控性器件),交流调速,直流调速以及电力电子在传动系统中的其他应用,构建了“工厂”的主体。
(3)过程控制领域,包括检控仪表、常用传感器、回路调节器、智能控制仪表、PLC、工业PC、现场总线、网络控制等。构建了“工厂”的神经网络。
由上述三个领域全部嵌入在“综合电气控制实验平台”中,构建了电气工程及其自动化专业的模拟教学环境。在该环境中进行教学有以下优点:
(1)把复杂的现实实践活动简单化,提供真实的专业训练和专项实验。
(2)立即得到信息与决策的反馈,以验证自己的想法、做法是否符合实际。
(3)可使学生的学习热情高涨,精力格外投人,从而达到促进学习、掌握知识的目的。
2 模拟教学环境中的体验式课程
“综合电气控制实验平台”的构架集众家之长,沿用我国传统大型企业的电气设备控制方案,控制手段兼容了现代大型企业的电气控制方案和国际流行控制方案的优点,并将它们有机结合,搭建了一个现代企业综合自动化实验平台。在实验平台上可以模拟项目工艺所需要的各种信息,如控制、调度、管理、经营和决策等功能综合在一起,实现整个项目的生产和管理层层优化和全局优化。控制系统的关键技术是人工智能技术,主要包括专家系统、模糊控制等。
实验平台由常规控制柜、电力传动、集中控制、过程控制、供电监控、网络机柜、控制对象、LED显示屏、多台计算机组成。每台机柜可以独立运行,也可以一台为主,组合其他机柜共同运行。主要进行三种类型体验式实验,实验可以单独完成,也可以与其他类型组合构建实验系统。
(1)验证型实验:包括电机与电力拖动、电力电子技术、供电技术、工厂电气控制技术、过程控制、电力拖动自动控制系统等课程的相关内容。
(2)综合型实验:供电继电保护系统、无功补偿控制系统、上位机监控的传动系统、设备运行参数监控系统、单回路调节系统、人机界面控制等。
(3)设计型实验:电子控制系统、电力电子控制系统、嵌入式控制系统、PLC控制系统、智能继电器控制系统、上位机监控系统、网络远程控制系统、集散控制系统等。
在“工厂”学习体验式课程具有以下特征:
(1)营造综合电气控制研究场所,实验者可以按照“构思一设计-实施-操作”程序完成实验内容,使学生能够“做中学”,教师“做中教”,“教、学、做”真正成为一件事。 (2)可使工艺、管理、机械、控制、电于,计算机、供电、传动等专业技术人员共同研究同一个工程项目,极大提高研究效率和方案合理性。
(3)以研究项目为目标,企业导师和高校教师联合指导培养工程师,以竞赛的形式完成课题的教学任务,确保课题的成果质量。
(4)培养“学以致用”、拥有多专业技能、具有团队精神的貽型人才。
学习者在模拟真实的环境中获得了亲身体验和感受,然后与团队成员之间交流,通过反思、总结,提升为认识的成果,最后将理论和认识的成果应用到实践中去,从而达到预期的目标。体验式课程经历了从实践到理论,从理论再到实践的认识过程,实现了学习者的两个认识飞跃。
体验式课程的教学效果与传统教学有着明显的区别,传统的教学方式只强调教与传授,并不一定能够激发学生主动学习的热情,仅凭考试分数约束,强迫灌输,学生得不到在实际工作中需要的相关技能。或脱离实践,或掌握表面上的相关知识与技能。而体验式课程使学生成为主动汲取知识的主体,并通过实践体验得到相关技能和隐性知识的训练。因而,是一种效果持久的学习方式。
三、模拟教学环境中教师的作用
在“工厂”中教师具备双重身份,既是教师又是工程师,要做到原有专业知识、工程实践经验与现有创新创业教育相结合,必须走积极自学与专项培训相结合的教师教育的路子,以掌握相关理念、教学技巧,重新定位教师的角色,完成模拟教学中体验式课程的教学任氖教师扮演的角色不同于传统的以教师为中心的角色。教师变成该教学活动的组织者,引导者,类似影视剧中的导演。教师的任务是构建学习环境、提供学习信息、组织学习游戏活动、设置体验式环节等,为学习者创造仿真的学习环境与条件。教师的作用是激发学生的学习动力与内在激情,以形成团队意识与内心体验。以完成学生由“学会”向“会学”的主动转变,学生是教学过程中的主角,在两年多的教学实践过程中,已取得了良好的教学效果和教学经验。
责任编辑 麻剑飞