基于开放性实验平台培养机电工程专业学生的实践能力,该文是有关工程专业论文范本和机电工程和实践创新能力和开放性相关在职研究生论文范文.
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一、引言如何培养大学生的创新能力是建设创新型国家对我国高等教育提出的新要求.开放式创新实践教学是培养学生创新能力的重要手段.开放式创新实践教学指在实验教学中所有实验资源向学生开放,实验性质由验证型向设计型、综合型过渡.学生作为实验的主体,自拟实验方案、查阅文献和参考资料,提出设计思路和实验步骤.学生根据个人的实验基础、专业特点选择相应的实验项目,给学生最多的主动权、最大的开放性.国内很多高校都开展了开放性实验的研究,例如哈尔滨工程大学针对模拟电子技术实验课程,开展了开放自主实验教学模式的探索与实践,其全开放模式拓宽了实验的时空概念,能够最大限度地利用实验室资源.中国矿业大学针对土木工程专业对开放式实验室建设提出了建议.北京大学化学基础实验教学中心以物理化学实验课程为例,对开放式实验教学模式的管理工作方法进行了探索和实践.南京工业大学分析了新媒体背景下通过开放式实验培养学生创新能力的对策.本文以机电控制专业为背景,以上海交通大学《机电控制技术》教学内容为基础,介绍了机械电子工程专业基于开放式实验平台,开展创新实践教学的研究工作,探讨开放性创新实验平台的搭建、实验方案设计等,研究开放性创新实验效果的有效评估方法.
二、面向机电控制学科的开放性创新实验平台创新实验方案的设计要求让学生建立起系统设计的思想,从创新的角度出发,按照系统功能选择部件,进行接口设计、数据调试、结果评价、使整个控制系统的方案实现过程接近于工程实践.
1.开放性创新实验平台的搭建.针对《机电控制技术》课程,让学生完整地了解测量与控制的原理和方法,使学生对各个控制部件、测量部件、控制系统有感性的认识,通过自己设计方案、自己动手搭建硬件,自己编写软件等方式,学会分析问题和解决问题.《机电控制技术》开放性创新实验平台主要包括三大部分：硬件平台主要是指实验所需的各种器件,例如各种控制对象、传感器、控制器件,各种接口器件以及实验过程中要用到的各种工具器件.软件工具平台包括各种编程软件、设计用工具软件、控制软件、检测软件等.例如C语言,PLC编程软件及组态软件等.信息平台包括创新实验课程指导网站,将实验中所用的各种器件和工具的说明书、实验软件的学习文档、实验要求等相关文档放在网站上,充分利用网络资源的共享优势,开创引导式、启迪式的自学模式.
2.开放性创新实验方案的设计.开放性创新实验方案的设计需要考虑到如下几个方面：①开放性.这种开放性要求实验在时间、内容、设备上的全开放.时间上的开放性是指学生只要在允许的时间之内,都可以随时来实验室进行实验.内容的开放性是指在完成实验目标的要求下,允许学生对实验内容进行选择.设备的开放性是指允许学生对实验设备进行选择组合来完成自己的实验目的.在课程中一个具体的控制问题可以描述为：传感器测量控制对象的信息,利用一定的控制方法,通过控制器件实现对象的控制.开放性实验平台提供了多种配置,学生可以自由选择、自由组合,并且可以比较各种方法的优缺点.例如：不同的控制对象：电水壶、G小车、吹风机等.不同的传感器：可配置温度传感器、速度传感器、力传感器等.不同的控制器件：低压电器、可编程逻辑控制器、单片机、数字信号处理器、嵌入式控制器.②层次性.在实验目标制定、实验硬件的配置和实验结果考核方面要有一定的层次性.难易不同的目标和不同的硬件配置可以体现实验的复杂程度,同时也是对学生不同能力的衡量.举例来说,同样选择控制水温,学生还可以选择不同的控制器,选择单片机硬件稍简单些,选择PLC的话就稍复杂一些.在控制方法上也可以有所不同,如果只是简单的开关控制,程序就比较简单,如果选择PID或者其他方法程序就复杂一些.这种不同的组合搭配设计大大增加了学生实验操作的柔性,也激发了学生进行比较、探索的能力.③课内实验和课外学习的结合.开放性创新实验并不是一次完成的,学生在实验过程中会遇到很多问题,一次实验后,学生会带着问题重新回去查阅资料,寻求解决之道,为下一次实验做好准备.④注重创新能力的培养.学生通过自己组织实验平台,构思实验方案,进行详细的实验设计和不断的修正,最终实现实验目标.这一过程中要注重鼓励学生的求异思维,鼓励学生的新想法,新思路,培养其创新的能力.
3.开放性创新实验效果的评估.开放性实验效果的评估,要摈弃普通实验根据实验数据的误差大小,实验曲线的吻合程度等进行打分的方法,需要对学生参与实验的积极性、实验方案设计的合理和创新性、实验结果等进行综合的考量.以水温控制为例,为了兼顾一般性,又能突出某些优秀学生的创造能力,可采取递阶打分的形式,例如对于水温控制问题,如果控制水温在60℃不变,按照控制水温偏差大小可给予基本分数,在此基础上,学生可选择增加难度,控制水温在40℃至70℃之间做周期不变正弦变化,根据控制温度跟踪误差进行加分.继续增加难度,控制水温在之间40℃至70℃做变周期的正弦变化,根据温度跟踪误差进行加分.
三、开放性创新实验的实施效果该实验平台在上海交通大学机械与动力工程学院本科2009级以后进行了初步的试点,目前已经完成三届,每年参与该平台的实验人数大约在300名左右.学生在实验过程中表现出了很大的积极性.每次实验后,课程组都对实验效果进行了调查和问卷,并要求学生将对实验的建议和意见写入报告或问卷中,以期得到学生积极的反馈.有同学在实验心得中提到：“这是第一次只有实验器材的情况下,独立设计实验,没有完整方案,甚至没有接线图,一切都靠自己摸索前进,但这种挑战同时也磨练了我们的自学能力和动手能力……”.根据调查问卷的统计结果,该平台得到了学生的肯定,大约88.36%的学生认为该实验平台对创新能力的培养有帮助,有91.48%的同学对这种新颖的实验方式给予了很高的评价,推荐该课程的比例达到了98.75%.
四、结论开放式创新实验在实验内容、实验设备、实验方式方法、实验时间和实验难度等方面体现了充分的自主性,也体现了以“学生”为本的实验设计精神,对于培养学生的实践能力、创新能力、分析问题和解决问题的能力方面具有非常重要的作用.开放式实验教学是一种新生事物,其发展过程处于方兴未艾阶段,目前仍有各种问题,例如实验室的管理、实验效果的评估等,还需要不断探索与研究.
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