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流体力学分析培训范文1
关键词:创新型人才;培养实践;安全工程
中图分类号:F241 文献标志码:A 文章编号:1673-291X(2012)33-0135-02
一、研究背景
中国政府历来重视煤矿安全工作,2006年国务院专门会议讨论瓦斯治理问题,加之煤矿安全的严峻形势以及安全欠账的实际情况,近几年数次拨专款投入煤矿安全(每年约30亿元),各地方政府也积极响应,配套相应的资金,这些措施都会直接推动煤矿安全工作的发展。另外,《安全生产法》及其行政追究制度等的颁布与实施,也迫使各级政府及企业领导进一步重视安全工作。还有企业领导自身的觉悟及认识的提高,必将进一步推动煤矿安全工作的发展。鉴于国家对煤炭生产企业安全重视,因此,如何培养高素质、具有实践和创新能力的安全技术与管理人才,如何将煤炭进行过程中事故率降到发达国家水平,加强煤矿安全与管理人才的培养是非常必要的,而且是十分迫切的,加强煤矿安全人才的培养,确保煤矿安全生产形势根本好转,促进中国煤炭工业可持续发展,同时对中国煤炭工业安全生产和经济可持续发展都有着重要意义。
二、培养目标
培养满足新时期煤矿安全生产的需求,具有良好的基础理论、实践技能、外语和计算机应用能力,掌握安全工程系统理论,具有宽广的国际视野、开拓创新意识以及结合生产实际提出和解决问题的能力,能在煤矿从事工程设计与施工、科技开发与生产经营管理等方面工作,具有较好的人文社会科学素养与团队精神、较强的社会责任感和良好的工程职业道德的本科工程型创新人才[1~2]。
三、培养标准
1.掌握相关的自然科学和工程理论基础知识。(1)自然科学基础知识与人文、社会科学知识。掌握中国特色社会主义理论与唯物主义哲学思想,具有社会责任感;经济、管理、法律、英语等方面的基础知识。(2)理论基础知识。掌握并能应用数学、物理、化学等基础知识;掌握安全工程所需要的工程力学、流体力学以及工程热力学等深厚的力学基础知识;熟练应用计算机软件、高级编程语言等现代工具与及相关信息技术;掌握电工、电子等相关基本理论知识;掌握地质学基础理论及工程制图基本方法;具有系统工程知识及系统思维方法。(3)工程专业知识。掌握矿井开采工艺及相关设计与管理技术;掌握矿井通风技术基本原理及相关设计与管理技术;掌握井巷工程设计与施工基本知识;掌握矿井灾害防治理论及防治工程设计方法;掌握矿山安全生产相关法律法规;掌握矿山经济理论基础及矿山企业管理知识;掌握矿山安全与劳动卫生基本原理;掌握矿山环境保护与可持续发展政策及相关技术;熟悉采矿技术规范,掌握矿山设计和数字矿山技术的基本方法。
2.具有运用理论知识和专业技能解决工程实际问题的能力。(1)工程项目评价、分析与决策能力。具备认识和系统表述安全工程领域各环节设计、技术和施工管理等问题,以及初步系统规划研发的能力;具备建立本领域技术分析模型的能力;具备识别及分析影响矿山安全生产的不确定性因素、风险因素的能力;具备提出解决矿山安全生产问题的方法和建议的能力;具备应对危机与突发事件的初步能力。(2)实验和分析能力。熟悉本专业国家和行业的标准与规范;具备查询相关资料或者电子文献的能力;掌握相关实验操作技能,具备分析实验数据、书写实验报告与归纳总结的能力。(3)系统思维能力。具备运用整体思维方式,全局性和系统性地考虑矿山通风与安全工程项目实现的能力;具备梳理矿山安全生产各环节的关键问题、难点以及影响因素的能力;具备针对解决问题的方案进行论证、总结并得出结论的能力。(4)创新精神以及吃苦耐劳的敬业品质。积极探索安全工程领域的新问题、新发展;具有执着的工作态度,并能够结合具体条件善于运用灵活方式合理解决问题;敢于质疑,勇于创新的精神;谦虚谨慎,戒骄戒躁;保持求知欲和终生学习的态度;高效、合理地管理时间和资源;培养吃苦耐劳的精神 [3~4]。(5)职业道德和职业精神。具有高尚的职业道德,正直,富有责任感;遵守职业行为规范,遵纪守法,遵守行业准则;主动规划个人职业方向与发展;与世界安全工程界保持同步,与时俱进。(6)进行安全工程专业技术产品开发和技术改造与创新的初步能力具备发现问题的能力;具备创新的意识;具备创新所需的专业知识;掌握一定的创新方法。
3.具有团队协作和沟通交流的能力。(1)团队精神。培养合同协作的团队精神;具备组织协调和领导能力;善于技术分工和协作,共同完成目标。(2)交流与沟通。具备交流与沟通的意识和能力;建立与安全工程界进行交流的组织结构;具备运用写作、图表、电子和多媒体进行交流的能力;善于口头表达,能够作报告和会议进行交流。(3)国际交流。能够运用外语进行交流;具备参加国际专业合作项目的初步能力;熟练运用外语查阅相关文献。(4)团队管理及组织协调能力。具有丰富的团队管理经验,善于调动团队积极性,激发团队战斗力;良好的组织能力以及冲突协调能力。(5)项目评估能力。掌握正确的项目评估方法;了解项目评估的过程;具有发现问题并及时提出改进意见的能力。
4.具备在一定的企业和社会环境下的综合工程实践经验。(1)参与矿山安全国际化。了解矿山通风与安全的发展及矿业工程发展国际化趋势,了解相关国家矿山安全生产领域的政策和法规,具备参与矿山安全国际化的能力。(2)适应社会背景环境。应用矿山通风与安全专业基础知识与可持续发展相关理论,分析矿山通风与安全对社会财产、生命安全、矿山绿色可持续发展的推动作用,能够利用专业知识为社会作贡献。(3)矿山通风与安全工程项目设计。应用学科基础知识和安全工程专业知识,进行矿山通风与安全工程项目的设计能力。(4)矿井灾害防治规划与设计。综合应用学科基础知识和专业知识,进行矿井灾害防治规划、技术设计及施工设计的能力。(5)安全工程实施能力。应用安全工程专业知识及管理知识,进行矿山工程项目施工组织管理、质量控制及成本控制能力。(6)矿山企业运营与管理。熟悉矿山企业运营特征,确定矿山企业生产运行的方式和资源优化,规范企业职工培训与岗位管理,具备通风与安全技术管理、矿井灾害防治和矿山生产经营管理能力。
四、培养方案
培养模式为“3+1”模式:即三年在校培养,以及累积一年在企业的生产实训培养。第1~4学期按安全工程专业大类培养。第4学期末,采取双向选择的方式,在安全工程大类学生中选拔有志于从事“矿山通风与安全”工作的学生60名左右进入本计划,按本培养方案培养[5~6]。
企业参与学生培养的整个过程:除参与学生在企业实训期间的指导工作外,企业导师还参与学生培养方案的制定、教学计划的编制、部分校内课程的讲授以及毕业答辩等过程。
以矿业工程、安全科学与工程主干学科,主要课程为:流体力学与流体机械、工程力学、工程热力学、传热学、物理化学、安全系统工程、煤矿地质学、采矿学、矿井通风学、煤矿安全管理、矿山安全法规、安全经济学等。特色课程为:矿井通风学、矿井瓦斯灾害防治工程实践、矿井火灾防治工程实践、矿井安全新技术讲座。
主要实践性环节:矿井开拓开采工程实训、矿山地质工程实训、矿井通风系统测控工程实训、矿井灾害防治工程实训、矿井灾害应急救援工程实训、矿井开拓开采与通风安全综合设计等。
学生至少应修满200学分,其中理论课程151学分,实践环节4分(含素质拓展环节4学分)。标准学制为四年,学分修满后授予工学学士。
五、结论
通过优化安全科学技术专业课程体系,凝练基础理论课教学内容,更新专业核心课程的内容,突出专业课新知识和实践教学环节、新技术;改革现有选修课的设置提高学生的科技创新能力,构建既实用又可灵活衔接的专业课程体系,带动专业整体教学质量的提高。形成安全科学技术专业人才“基础实、知识面宽、能力强”素质高、创新能力强的鲜明特色。
参考文献:
[1] 窦培谦,胡广霞.安全工程专业实验课程体系设置研究[J].中国安全科学学报,2008,(6):51-54.
[2] 宋守信,杨书宏,傅贵,等.安全工程本科教育专业认证的方法与实践[J].中国安全科学报,2008,(8):50-57.
[3] 袁昌明,谢正文.安全工程高等教育人才培养模式的探讨[J].安全与环境学报,2006,(6增刊):35-37.
[4] 田震,马小明.安全工程专业本科生多样性人才培养[J].安全与环境学报,2006,(6增刊):17-19.
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关键词:安全工程;课程体系;设置模式
安全科学是研究人类在生产过程和生活活动中技术事故和危害的科学,它是研究事故或危害的产生、发展规律以及预防的现代科学技术。安全工程是安全科学技术(一级学科)综合学科的重要分支学科,是以人类生产、生活活动中发生的各种事故为主要研究对象,在总结、分析已经发生的事故经验的基础上,综合运用自然科学、技术科学和管理科学等方面的有关知识,识别和预测生产、生活活动中存在的不安因素,并采取有效控制措施防止事故发生的科学技术知识体系。
随着社会进步和经济发展,人们越来越注重追求安全、舒适和健康的生活环境,这使得安全工程学科的研究领域由过去以研究生产领域问题为主扩展到生活安全、生存安全领域,大大拓宽了安全科学技术的研究范畴。
安全工程专业的高等教育是培养安全工程专业人才的重要途径,也是确保安全科学与技术能够蓬勃发展的重要基础。安全工程专业作为安全学科的本科教育,担负着为国家培养复合型高级安全工程技术人才的重任,安全工程专业教学课程体系设置的合理性将直接关系到高校培养的安全工程专业大学生的知识结构、实践能力和综合素质。因此有必要对本学科的内涵、课程体系建设和教育教学改革进行系统的研究。
一、我国安全工程专业现状及存在问题
在我国,安全科学经历了20世纪80年代的崛起和90年代初期的徘徊后,在新世纪已进入稳步发展的阶段,安全科学的地位和作用在学术界和整个社会中得到了进一步的认可和提高。这说明科技界已从更深的层次认识到了安全科学的重要性,同时也反映了人们对自身安全的渴望以及社会文明的进步。
安全工程本科专业是近年来我国高校纷纷设置的新学科和热门学科,2001年只有30所,而2004年就有68所大学招收安全学科本科学生。为了培养安全科学领域急需的各种人才,身处不同行业、不同领域的高等院校安全工程专业教师,努力组织教学,突出专业,有的侧重于采矿、化工、航空等行业工程技术,有的侧重于消防、空调等公用工程技术,极不统一。这样由高校一厢情愿地培养的特定行业或某一专业的安全工作人员,非但不能适应社会的发展,反而造成了一定程度的人才浪费,同时还使某方面的人才短缺。可见,安全科学面临着诸多挑战和更多深层次的问题,特别是面对21世纪的新技术革命,安全科学如何完善和发展自己的学科体系,进行安全工程专业教育教学改革,以适应我国市场经济和经济全球化的要求,已成为安全科学建设中一个亟待研讨的重要课题。
二、河北理工大学安全工程专业现状
河北理工大学是河北省内重点发展的骨干大学,其下属资源与环境学院从事矿山安全技术、采矿技术、爆破技术和地质的师资力量雄厚,拥有安全技术及工程专业、采矿工程专业硕士授予权,涉及安全工程的许多课程已开设多年,不论是教材建设,还是教学研究,都有坚实的基础。
河北理工大学于1958年建校就设立采矿工程专业,1993年获得采矿工程专业硕士授予权,2002年获得安全技术及工程专业硕士授予权,在此基础上,我校在2005年经国家教育部批准设立安全工程专业,于2006年开始招收首届本科生,主要学习矿山与地下建筑、交通、航空航天、工厂、物业、商厦与地面建筑的灾害防治技术及工程和通风、净化与空气调节、安全监测与监控、安全原理、安全系统工程、安全监察和管理等专业知识和实践。本专业旨在培养德智体全面发展的,掌握安全科学、安全工程及技术的基础理论、基本知识、基本技能的,能在安全管理部门、科研院所、化工、建筑、交通运输、大型工业企业等部门,培养从事安全技术及工程、安全科学与研究、安全监察与管理、安全环境监测与监测、安全设计与生产、安全教育与培训等方面复合型的高级工程技术人才。毕业生可在科研单位、政府部门、教育机构、厂矿等各类企事业单位,从事矿山与地下建筑、交通、工厂、物业、商厦与地面建筑的灾害防治技术及工程和通风与除尘、安全监测与监控、安全监察与管理等工作。
三、河北理工大学安全工程专业课程体系建设
1、指导思想
课程设置要明确为区域经济和社会发展服务的办学宗旨,遵循德智体美全面发展的教育方针,秉承“崇术重用”的人才培养理念,积极贯彻因材施教的原则,精心设计人才培养体系,促进学生科学素质和人文素质的提高,加强学生实践能力和创新精神的培养,全面提高人才培养质量。人才培养方案在设计上要实现“五个明确”:明确宽口径的专业教育思想,明确扎实够用、科学先进的教学内容体系,明确稳定与灵活的课程设置结构,明确相对独立的实践教学体系,明确课内课外、校内校外并行的教学模式。
2、基本要求
(1)根据教育部2003年颁布的《本科专业目录和专业介绍》以及各专业委员会的相关要求,进行专业教学内容的设计。在进一步拓宽专业口径的基础上,要以社会需求为导向,加大专业知识结构调整力度,以课程模块的形式合理设置专业方向,以满足国家经济社会对人才培养的实际需求。
(2)要根据经济社会发展和科技进步的需要,将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中,及时更新教学内容,为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容;要优化课程结构,构建以核心课程和选修课程相结合、有利于学科交叉与融合的课程体系;要进一步提高必修课的质量,加大选修课比例,减少课堂讲授时数,增加上机、实验等实践环节,以增加学生自主学习的时间和空间;要创造条件,组织学生结合专业教学积极开展社会调查、社会实践活动,参与科学研究,进行创新性实验和实践,提升学生创新精神和创新能力。
(3)认真研究在新形势下,教育、教学和社会、科技、工程实践相结合的内容、途径和方式。要从有利于培养学生的创新意识、工程意识、工程实践能力和社会实践能力出发,对实验、专业实习、课程设计、社会调查、毕业设计(论文)和课外科技活动等实践性教学环节进行整体、系统的优化设计,明确各实践教学环节在总体培养目标中的作用。要把基础教育阶段和专业教育阶段的实践教学有机衔接,逐步形成完善的实践教学体系。
(4)注重创新意识、创新能力的培养,要通过教育、教学、课内课外等各个环节的共同作用,将能力培养贯穿人才培养的全过程。要引导学生开展自主实验、自主设计和自主实习等以学生为主体的自主性实践教学活动,要有计划的组织开设如数学模型、电子设计和机械设计等方面的选修课,组织各类科技竞赛,要倡导学生参加科研活动,促进学生在以学习为主的条件下,逐步实现由单纯的学习知识向学习知识与发现、发展知识相结合的转变,逐步形成创新教育机制和创新人才的培养体系。
3、安全工程专业课程体系设置
课程体系设置的指导思想和基本要求是教学课程体系设置的基础。课程体系设置必须要以社会需求为导向,以满足国家经济社会对人才培养的实际需求。《中华人民共和国安全生产法》颁布与实施(2002年)以来,政府、企事业用人单位对复合型安全工程专业人才的需求量大大增长,同时也对安全工程专业人才的素质提出了更高的要求。因此,学校提出了“贯彻党的教育方针,更新思想观念,拓宽专业口径,改革内容方法,加强素质教育和提高教育质量”的思想,采用“一减少、两增加”的方法,即减少专业课学时,增加基础课学时和增加新的专业方向,加强基础,淡化专业,灵活培养为原则,跨学科组织教学,横向设置专业并充分考虑社会需求,进行安全工程专业教学课程体系的建设。安全工程专业课程体系按照“平台+模块”结构进行设计。包括通识教育平台、公共基础平台、学科基础平台、专业分流限选模块、任意选修模块和实践教学环节等部分。
(1)通识教育平台:包括大学英语、大学体育、计算机文化基础、原理、纲要、概论、基础等课程是全校学生的必修课,占理论教学总学时的30%。
(2)公共基础必修平台:包括各类学生必须掌握的基础理论、基本技能方面的课程,如数学类、大学物理、化学类、机械类、力学类、计算机类和电学类等课程。安全工程专业课程体系在此平台设置了高等数学、大学物理、物理实验、机械制图、普通化学、物理化学、电工电子学、线性代数、工程力学、概率统计等课程,占理论教学总学时33%。
(3)学科基础平台:主要包括安全学原理、安全人机工程、安全系统工程、安全管理学、工程热力学与传热学、工程流体力学、安全检测与监控、安全心理学、安全法律法规等,占理论教学总学时的14%。
(4)专业选修模块:专业选修模块按照专业特色设置矿山安全、消防安全和化工安全三个模块。其中矿山安全模块设置矿山地质学、采矿学、通风工程学、矿山安全工程等课程;消防安全模块设置燃烧学、防火与防暴、消防工程学、管理信息系统等课程;化工安全模块设置化工原理、化工工艺、工业防毒技术、化工安全等课程。每个模块占理论教学总学时的10%。
(5)任意选修模块:包括专业任选课和校公共选修课。其中:专业任选课是为本专业学生提供的以拓展专业知识深度和广度为目的的专业课,此类课程为任选课;校公共选修课是为学生提供的以拓宽知识面、提高素质、培养能力、完善知识结构的要求设置人文、艺术、社科类、计算机类、外语类、自然科学类、经济管理类、环境类等多方面课程。公共选修课程每学期由学校教务处统一修订。要求学生至少选修专业任选课6学分,公共选修课15学分。
(6)实践教学环节:实践教学环节不少于40周,主要包括军事训练、单独开设的综合试验、专业实习、金工人士实习、专业课程设计、机械设计制图课程设计、毕业实习与毕业设计等。同时为更好的贯彻《高等教育法》,全面推进素质教育,培养具有较强创新精神和较高实践能力的高素质人才,本专业还开辟了第二课堂,设立了“创新学分”。创新学分主要指对第一课堂以外所实施的一系列创新实践活动,按相应的规定和要求取得学分。凡在各类学科竞赛(如挑战杯、数学建模、电子设计竞赛等)、学术活动(科学研究、发明创造、技术开发等)、及文学作品、社会实践、文体活动及其他方面的创新活动等方面取得突出成绩或成果的在校大学生,均可申请获得相应的科技创新学分。
教学培养计划全面实行学分制,理论教学课程划分为必修课和选修课两类,必修课主要包括通识教育平台、公共基础平台、学科基础平台;选修课主要包括专业选修模块、专业任选课、公共任选课。两者学分比例4:1左右,4年总学分控制在200学分左右。必修课是本专业的主干课程,主要是学生必须掌握的基础理论、基本技能方面的课程,能够满足本专业培养的基本要求。选修课是为了进一步完善学生的知识结构,拓宽学生的专业口径,增大学生的就业范围,为学生的个性发展提供更广阔的空间,促进不同学科知识的交叉、渗透和融合。
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关键词 卓越计划;校企合作;工程教育
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2015)22-0100-02
1 引言
随着中国机械行业的迅猛发展,企业对高级技术和经营管理方面的人才需求日益迫切,特别是企业人才储备状况面临巨大挑战,然而高校毕业生却面临找工作难。存在这些问题的主要原因是学生具备的专业基础不能应对不断变化的设计和制造难题,不能够迅速融入企业环境解决实际问题。
安徽理工大学在充分发挥自身的人才培养特色、注重人才培养的行业企业背景、强调人才培养模式的改革创新的基础上[1],制定了机械设计制造及其自动化专业培养标准和培养方案;推进校企合作,构建了一批联合培养平台,加强高水平工程教育师资队伍建设,强化实践教学环节。
2 人才培养体系的构建
依据“卓越计划”国家通用标准对各类卓越工程师培养宏观上提出的基本质量要求,以及行业标准从行业层面对卓越工程师培养提出的专业要求,结合学校办学定位、办学目标、服务面向,构建机械工程专业“卓越计划”人才培养体系。
融合行业需求,编制机械工程学科教育知识体系 安徽理工大学依托特色鲜明的煤炭行业办学经历和办学条件,摸索构建适合煤炭行业特色的机械工程学科教育知识体系。知识体系包括通识知识、工程基础知识、工程专业知识、企业知识四个方面:通识知识和工程基础知识相对稳定;工程专业知识随煤炭行业机电装备发展逐步调整;企业知识随行业现状动态变化,知识内容随应用需求不断深入。
全面改革核心课程,动态配置自选专业课程模块,构建创新性课程体系 为适应煤炭行业和地方经济对机械工程专业高级技术人才的需求,以学校的“学分制”改革为契机,正确处理知识体系与课程体系的对应结合关系,结合本校机械工程专业学科特色,对不适宜的课程、教学内容和教学方法进行改革。在基于教育部提出的“大学生素质拓展”和“大学生科技创新”两项工程系统整合的基础上[2],加大专业核心课程和精品课程建设力度,完善课程网络资源库,丰富学生的业余学习和课外学习的资料;修订选修课程的设置,拓宽专业知识面;设置机械学科前沿讲座,扩展学生的视野,提高学生的专业学术水平;动态配置自选专业课程模块,注重学生个性发展和创新能力培养。在满足通识课程和专业基础知识的培养基础上,增大实践性环节的教学比重,提升学生动手能力、分析问题和解决问题的能力。通过科学系列讲座、课程设计、综合实验、毕业设计、学生科技竞赛活动与社会实践、大学生创新创业训练项目等,对学生创造性思维和创新能力进行训练。通过生产实习、毕业实习与顶岗实习,了解企业文化,熟悉企业环境。
秉承工程教育理念,建设工程能力训练体系 在科学的高等工程教育理念指导下[3],遵循理论教学与实践教学相结合的原则,构建实验、实训、实习循序渐进的实践教育方案,积极推动校外实践教育模式改革,建立以专业能力培养为主线的部分课程及工程训练体系构架。校企合作,共同制订校外实践教育的教学目标和培养方案,共同建设校外实践教育的课程体系和教学内容,共同组织实施校外实践教育的培养过程,共同评价校外实践教育的培养质量。
在实践教学阶段,一方面要突出学科特色与优势,对专业课的教学内容进行更新;另一方面对整个教学体系进行优化,即根据机械工程师所应具备的工程能力和职业素质联合设计三类课:与专业课程同步的验证性实验(材料力学、流体力学、机械设计基础等)、与教学计划同步规划的课程设计(机械原理、电工电子、机械设计)、与课程体系同步规划的工程实践(工程实训、阶段性生产实习、毕业实习)。验证性实验用于加深学生对基础理论知识的理解,课程设计可以强化学生构思、设计和操作的能力,培养学生的工程能力和职业素质。
树立与时俱进的教育教学质量观和质量管理理念,构建教学过程与教学质量内部保障体系 教学管理是学校的生命线,是学校存在和发展的最有力保障。更新教育教学管理理念,坚持“以人为本”“服务广大师生”的工作指导思想,调动教师“民主治校”,参与学校各项管理的积极性,加强教学过程管理,建立科学、合理的教学管理制度和评价办法。树立与时俱进的教育教学质量观和质量管理理念,完善教学管理模式,以服务化、人性化管理为核心,增强教学管理工作的科学性,提高教学管理人员的科学管理水平;以培养结果为导向,加强教学管理的绩效考评;以竞争为动力,提高教学管理工作效率,全面构建教学过程与教学质量内部保障体系,分析影响教学质量的主要因素,推行全面质量管理,促进“卓越计划”的实施,有利于学生全面发展和个性发展。
3 “卓越计划”的实施措施
为确保“卓越计划”的开展和实施,贯彻落实国家有关工程教育的精神,必须积极进行创新人才培养模式改革,加强工程教育师资队伍建设,加强校企合作,努力打造实践教学平台,建立健全考核评定办法[4]。
完善校企联合培养人才机制 建立理论教学、实验教学、科学研究、工程实践相互渗透的多维度的新型教学组织模式;构建教学―科研、学校―企业双结合的实践平台;探索和建立工程教育中“教师―工程师”有机结合的机制。
建设高水平工程教育教师队伍 完善政策,转变观念,大力引进具有丰富工程实践经历的高级工程技术人才;开拓思路,创新途径,选派中青年教师到企业进行工程实践培训,提升工程实践能力;积极调整教学内容,转变教学方式;加强与企业的产学研合作,提高教师解决工程实际问题的能力;建立科学有效的管理和激励制度,逐步完善工程型教师的评聘与考核等政策。
推进校企合作,构建联合培养平台 成立由企业指导教师参加的工程实践教育教研室,共同制订培养目标和方案;整合校企实验室和实训中心资源,建设工程实训基地;加强工程实践教育中心建设,开展工程人才培养的综合性教育。
强化实践教学环节 推进大三学生进企业顶岗实习,培养工程实践能力;强化大四学生进企业工程训练力度,提升工程设计能力;以学科竞赛为手段,加强学生动手能力和创新精神的培养;健全学生实践成绩的考核评定办法,激发学生形成自主学习、主动实践的良好氛围。
4 结语
以“卓越计划”国家通用标准为基础,结合对矿山机电行业的分析研究,确定知识体系,并以培养学生解决工程问题的综合能力为主线,构建创新性课程体系、工程能力训练体系、教学过程与教学质量内部保障一体化的管理模式。作为煤炭高校,安徽理工大学一直高度注重与矿企合作,强化教学实践基地建设,创新高校与行业企业联合培养人才机制,推进人才交流与培养,共同制订了人才培养方案。通过“卓越计划”的实施,必将提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力,推进自身高等工程教育的发展。■
参考文献
[1]林健.高校工程人才培养的定位研究[J].高等工程教育研究,2009(5):11-17.
[2]张洪田,叶树江.构建工程应用型本科院校学生综合素质教育模式的研究与实践[J].中国高教研究,2010(1):59-60.
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关键词:大学数学教育;数学建模;研究性教学
数学建模是利用数学思想去分析实际问题,建立相关模型并求解以解决实际问题的综合运用,在我国,由教育部和中国工业与应用数学学会(CSIAM)联合组织了全国大学生数学建模竞赛,在过去的15年里取得了社会各界的广泛认同和辉煌的成绩。作为以工科(特别是电子信息科学)为主导的大学,电子科技大学的各级领导也十分重视数学建模的作用,以期使得学校的各个学科能交相呼应,取得共同的发展。在数学建模所取得的优秀成绩和作为国家工科数学基地的基础上,我们希望能将数学建模的思想更广泛地融入大学数学教育当中,使得学生在学习到数学知识的同时,也会运用学习到的知识去分析及解决实际问题。
一、在大学数学教学中贯穿数学建模思想的必要性
1.科学研究的需要
实际上,数学本身就是产生于对实际问题的分析及抽象化,文艺复兴之后,特别是微积分理论建立之后,对现实世界中的很多问题都可以通过适当的分析并建立模型,比如用MAXWELL方程组描述电磁学基本规律,Navier-Stokes方程为流体力学基本方程等,在适当的条件下(原问题为适定问题)利用计算机模拟便可以给出实际问题的解答。经过多年的发展,目前这种方法被成功应用于各个行业,是科学研究的一门基本工具。比如:
(1)天气和气候预报。气候变暖是目前全球面临的一个重要挑战,如果有更精确的数据为依据,较好地预测全球气候是如何变化的,就可以减少长期气候变化的不确定性和各种自然灾害对人们造成的损失和影响。要达到如此的精确就意味着要能用天气预报对全球进行正确的预测,这在目前还是不可行的,因为这需要存储海量的数据,需要超长的计算时间。因此,建立更有效的数学模型和提高计算性能便成为这一领域的核心问题。
(2)机械设计和交通控制。从有科学计算的早些日子开始,计算模式就已经用行器元件的性能分析和设计,比如飞机起降分析和机翼推力设计等。当计算变得更为有力和计算机功能变得更强大时,计算模拟已被用作整个设计过程中的必须工具。例如,波音777是第一种100%数字设计的喷气式飞机,三维立体建模贯穿整个设计过程,飞机在电脑上预装配,节约了全面装配所需的巨额花费。在其他的机械系统设计过程中,比如机车,机器或机器人设计,计算机辅助设计(计算机模拟来观测系统设计中的动态反应)已成为标准的处理方法。因为这可以大大减少构造和测试原型的需要。模拟技术不仅仅用来提高性能,也用来提高安全性和人类居住环境。由于操作者和硬件方面的限制,实时模拟目前面临的实际挑战是模型,算法和软件的限制。这种情况在我国的城市交通路网管理上也已凸现。随着模拟能力的提高(比如用在内燃机设计中的燃烧数字模拟技术),数学建模和求解将在整个设计和分析过程中扮演越来越重要的角色。
(3)电子设计自动化。电子设计自动化和计算模拟早已有着共生的关系。现代电子系统(大多数显然是微处理器)是极端复杂的。开发这样的系统只有也惟有在建模和计算工具的帮助下才有可能,用这种方法来模拟和验证系统设计过程中的每个部分。建模和计算在各种层次的电子设计中起着重要作用,从模拟制造半导体设备的各个过程,到模拟和验证微处理器系统的计算机电路或设计超大规模集成电路。
(4)生物科学。模拟技术现在对生物和医学科学正快速的变得不可或缺。模拟在医学设各的发展中有重要作用,包括诊断(电磁,超声波等)和人造器官设计(心脏,肾等)等。生物医学光学主要依赖计算建模来检测和治疗。数学建模在把数学和生物学融合进基因科学(基因组测序,基因表达的定型,基因分类等)中起着基本作用。在这个领域需要大规模的模拟,建立复杂的数学模型,并用来发展新的理论/概念模型和理解分子水平的相互作用。
(5)材料科学。材料研究是发明新材料,制造和加工已有的材料使其更加完美,让它们有我们想要的性能和环境反应。比如,对薄膜,有很多新的重要的应用,包括基于硅的微电子学,化合物半导体,光电设备,高温超导体和光电系统,这种薄膜的制造对很多因素都是极为敏感的,生产过程可通过各种处理完成,比如化学蒸发和沉积(Chemical Vapor Deposition)。模拟是在理解这个过程时的基本工具,这要求用到先进的数学模型和计算技术。近年来,大规模复杂计算建模已经被用于设计高压,高吞吐量的化学蒸发和沉积(CVD)反应器。为生产新型材料提供设各。
数学建模及计算在科学探索中也很重要,比如在天体物理学,量子力学,相对论,化学和分子生物学,以及实验起来太困难和花费太大的等各种科学研究领域,计算建模都逐渐成为重要的研究方法。总之,绝大多数科学性学科都从数学建模中获益。事实上,新的发现和模拟技术本身的不断发展,已经形成了在科学研究中,以模拟,实验和理论作为科学研究的基本模式。
2.人才市场的需要
在过去的十年间,信息和计算技术已成为带动全球经济增长的主要因素之一。美国自然科学和技术理事会不只一次的提到过,工业和自然科学实验室关心的是,他们早已不能满足大量增长的信息与计算技术培训的需求。另外,联邦部门,比如能源部的先进战略加速计算部门(ASCI)和信息技术指导部都依赖于既有科学知识又具有计算知识的职员。这么多人对计算教育的需求是过去十年计算机处理能力的持续增长和计算机价格的不断下降的共同结果。现在的学生能在计算机上玩电脑游戏,而十年前都认为这种性能的计算机只可能出现在政府部门的实验室里。
计算机现在已经渗透到我们日常工作和生活的方方面面,并且影响着人才市场需求。这就需要把一些人放在要求的知识超出自身所受教育的岗位上。相应的,具有多种知识和专业技能可以提高一个人的市场竞争能力和获得更多的工作机会。雇主愿意选择这些受过多种课程教育的雇员,这意味着他们可以雇少量的人员,而这些人员可以长时间的胜任相应的工作。但是,要具有多种学位的话,不但花费昂贵,并且由于选修多门课程,还要耗费大量时间用于学习。相对地,由于这些要求或工作的一大共同点是(用数学思想)分析问题并建立模型(用计算机)求解,因此将数学建模的思想融入课堂教学可以为这些学生节约时间和金钱,可以培养他们用数学方法解决实际问题的素养和兴趣,学生们积极参与其中,比他们仅仅是接受知识会学得更好,可以把原本不太投入的学生转化成积极活跃主动的学习者,可以更好的胜任今后的各种工作岗位。
3.研究性教学的需要
虽然“数学建模”课程的教学已开展多年并于2006
年由四川省推荐申报国家级精品课程。数学建模也受到学生的广泛认可和参与,但要看到的是这种教学本身依然是个案教学并且时间不长;传统的数学知识讲授主要集中在传授理论上,学生的普遍认识仅仅局限于同学位相关,对于数学的应用,哪怕是在他们的专业方向的应用也一点不知,更遑论分析及解决实际问题。而在大学数学教学中贯穿数学建模思想是让学生不但掌握数学基本知识,并且通过数学模型的应用来理解和领会科学。让许多科学和数学概念更容易被学生接受和理解,而这些概念用原来的教学方法学生可能很难理解甚至无法理解。另外,这种教学方法本身便带有研究性教学思想,更加符合国家的教育方针。数学建模教学自始至终提供学生感兴趣的现实材料,如果可以在平时的教学中针对不同专业的学生讲一些同其专业相关问题的数学解决方案并设置一些实际问题让学生思考(类似麻省理工学院“偏微分方程数值解”课程的Mini Project),这样不但可以提高学生的学习兴趣,也为其将来的学习和工作奠定良好的基础。
二、实施方法
在平时的数学教学中如何做到所提供的材料学生感觉有兴趣又能不脱离教学呢?
1.挖掘教材内涵,激发求知欲望
渗透数学建模思想教学的最大特点是联系实际,作为数学选材并不难,数学应用意识始终贯穿在我们的教材中,只要我们深入钻研教材,挖掘教材所蕴涵应用数学的材料,从中加以应用、推广,结合不同的专业选编合适的实际问题、创设实际问题情境,多安排学生身边的或具有专业性的问题,让学生能体会到数学在解决问题时的实际应用价值,体会到所学知识的用途和好处,激发起学生的求知欲,同时在问题解决过程中学生能很好掌握知识,培养学生灵活运用和解决问题、分析问题的能力。如:学完概率与微积分后与学生探讨下面问题:报童卖报纸的诀窍。报童每天清晨从报社购进报纸零售,晚上将没有卖掉的报纸退回,设报纸每份的购进价为b,零售价为a,退回价为c,这就是说,报童售出一份报纸赚a-b,退回一份赔b-c,报童每天如果购进的报纸太少不够卖的,会少赚钱;如果购进太多卖不完,将要赔钱,请你为报童筹划一下,他应如何确定每天购进报纸的数量,以获得最大的收入。这个问题在我们现实生活中有很多类似的问题,具有普遍性,值得深入探讨,类似这样的日常问题还有很多,都能激发同学们的兴趣和动手操作、查找资料,培养学生的动手能力,解决分析问题能力。这正是数学建模教学所能达到的要求,也正是高等学校数学教学应做到的,用数学知识进行思考、分析,真正体验到学习数学的价值,从而强化学习动机,激发学习热情。
2.结合专业题材,强化应用意识
在电子科技大学,毕业生广泛从事的是工程和科学的相关职业,对这些毕业生来说,三种重要的技能是解决科学问题,综合信息和数学技能。这些技能对于从事软件相关职业的毕业生也是非常重要的。对其数学教学必须以应用研究型为目的,体现“联系实际、深化概念、内涵与应用并重”的思想,学数学主要是为了培养良好的分析及解决问题的思维方式并用来解决工作中出现的具体问题,这种要求决定了理解并使用数学的重要性。一些专业教材中(如《电磁场与波》)的问题都是现实中存在又必须解决的问题,正是数学建模教学的最佳材料。实际上现在有很多的诸如《数学物理》、《数学金融》、《生物数学》等《数学+x》教材,这些教材也是针对不同专业的学生选择实际问题的较好材料。因此在大学数学教学中结合专业知识,据不同的专业选取不同的典型问题进行教学,舍去部分数学教材中纯数学的例题,激起学生的兴趣、求知欲,强化数学思维及数学应用意识,提高学生的专业能力。如:函数的分析作图法对机械学院的学生可引用“图解法和解析法高计盘形凸轮轮廓”的例子;微电子与固体电子学院的学生则可引用“材料拉伸过程的δ―ε:图”专业知识习题;在讲授微分方程时,对微电子与固体电子学院的学生可以穿插LRC回路方程的建模和求解,使得他们在学习“电路分析”等课程时可以更加得心应手。在讲授函数的最值时,经济学专业可选取最小投入、最大收益、利润等典型例题,有条件的话可以让学生课外调查物品进价、售价与销售量的关系,寻找模拟函数,找出物品的最佳售价等。对数学系学生而言,在讲授“数学分析”中可以穿插一些力学问题建模或经济学问题,如Nash均衡等。通过接触大量与专业有联系的实例,能够使学生建立正确的数学观念,提高整体教学效果,拓宽学生的思路,提高学生分析并解决实际问题的能力,强化专业知识,提升人才培养的力度,为社会各界输送高质量的人才,体现在大学数学教学中贯穿数学建模思想的价值,实现国家“科教兴国”的战略。
3.课程体系的建设
前面阐述的二点都可以归结为在课堂教学中融入数学建模的思想,需要注意的是这些实施办法对任课教师的要求更高,这不仅需要掌握本专业的内容,还要尽可能了解其他学科专业课程内容,搜集现实问题与热门话题等等。比如,同样是“微积分”,但学生所学专业却差别很大,有通信、物理、化学、生物、地球科学,商业和金融等,而在这些领域数学建模运用又非常广泛,要讲好应用案例,就要求讲课教师要不断的吸取“微积分”在所讲授专业的应用。这本身是一个双赢的过程:一方面可以帮助教师的科学研究(比如笔者便利用课余时间同计算电磁学方向联合研究),对老师而言,这是一个需要耗费大量时间和精力的工作,这就需要老师自己有端正的态度及不断学习新知识的理念。另一方面,这种教育也为学生铺开了一个新的有价值的世界,学习到现代专业人员需要的工具和技术知识,获得有价值的职业和科学研究技巧。当然,如果有好的教材,所有的工作都必将事半功倍。从国内的情况看,数学系的学生普遍仅仅限于学习纯粹的数学理论,在理工科学校,这种情况要好些。以电子科技大学为例,在数学系开设了“电磁场与波”这门课程,毫不夸张地讲,工程(自然)科学专业的专业课程基本上都是数学建模的一些案例。如广泛利用微分方程建模的“电路分析”,对电磁场分析建模并建立MAXWELL方程组的“电磁场与波”等。这也在一个侧面说明了在电子科技大学,工科学生的数学建模成绩总是好于数学系学生的原因――数学建模的思想贯穿工科专业教学的整个过程。