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論文關鍵詞:特色專業;熱能與動力工程;能源動力;質量工程
為適應國家經濟、科技、社會發展對高素質人才的需求,引導不同類型高校根據自己辦學定位和發展目標,發揮自身優勢,辦出專業特色,“十一五”期間教育部、財政部將擇優重點建設一批高等學校特色專業,通過優化專業結構,提高人才培養質量,辦出專業水平和特色,為同類型高校相關專業建設和改革起到示范和帶動作用。
華北電力大學熱能與動力工程專業創辦于1958年,原名為電廠熱能專業,歷經五十多年的建設和發展,現已成為本校師資力量最強、就業形勢較好、招生人數較多和學生成才率較高的專業之一,本專業累計畢業生人數已達10616人,在校生人數2647人。尤其最近幾年,在兩大電網公司和五大發電集團共同組成的校理事會的支持和幫助下,學科實力得到了質的飛躍,畢業生就業形勢一直保持在全國各專業的前列。華北電力大學能源與動力工程學院已經成為我國發電領域最重要的人才培養基地,得到了發電行業的充分肯定,在我國發電領域具有重要的影響。
華北電力大學熱能與動力工程專業緊密結合國家經濟和社會發展需求,以培養“厚基礎、重實踐、強能力”的熱動專業技術人才和管理人才為目標,改革人才培養方案,加強課程體系和教材建設,優化師資隊伍,強化實踐教學,具有鮮明的“熱能與動力工程”專業特色和“電力行業”特色,取得了一系列顯著效果。
一、建設思路與改革措施
1.建立并形成熱動專業人才培養調研機制
通過校理事會定期開展能源動力、發電(火電、氣電、風電和核電等)、環保等相關行業的人才需求形勢調研和畢業生就業狀況研討與分析,根據國家的人才需求,制定適應不同專業方向的模塊化、層次化人才培養方案。
2.以本科教學水平評估所形成的規范性課堂教學、實踐教學和教學管理模式為建設起點,加強精品教材的培育和建設
課程教學體現相關領域的最新發展,普遍采用國內外高水平的新版教材,繼續組織編寫高質量的適用教材,形成深入開展教學研究的有效機制。
3.加強師資隊伍建設,改革教師培養和使用機制
有計劃地選派青年教師到企業進行鍛煉,到國內外高水平大學或研究機構做訪問學者或短期合作研究;鼓勵和支持教師參加企業的短期高級技術培訓、生產一線觀摩、調研和相關會議;聘請一定數量的具有企業生產和管理經驗的人員兼職授課,形成學校和企業、學校和國內外大學及研究機構的定期人員交流機制。
4.改革實踐教學,推進人才培養與生產實踐相結合
為了適應我國能源與電力發展對全新實踐型、創新型人才的需求,熱能與動力工程實驗教學中心整合相關實驗室資源,依托電站設備狀態監測與控制教育部重點實驗室為本科生設立的“能動之光”科技創新項目,建成了包含電廠實踐教學模塊、動力工程基礎實驗模塊、熱能動力工程實驗模塊、創新實驗模塊的集知識學習、技能拓展、工程訓練、創新能力培養為一體的實驗教學示范中心。涵蓋專業基礎實驗、專業實驗、綜合實驗、創新實驗,能夠滿足不同專業、不同層次學生的需要,實現理論與實踐、校內與校外的無縫鏈接,體現“厚基礎、重實踐、強能力”的人才培養特色。
二、建設成果
熱能與動力工程專業是一門跨學科、綜合性強、重實踐的學科,著重培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高,德、智、體全面發展的,集現代信息技術與熱能動力工程知識為一體的高級專門技術人才和管理人才,要求學生通過四年的學習不僅要掌握全面的理論知識,而且必須具備較強的實際操作能力,以適應現代能源、電力行業相關領域對高級人才的需求。華北電力大學熱能與動力工程專業以國家能源電力需求為建設導向,從方向凝練、人才培養、教學體系構建、師資建設、教材建設、實驗室建設等方面進行全方位探索和實踐,取得了豐碩的成果。
1.專業建設別具特色,人才培養模式靈活多樣
為適應國家能源電力行業發展的需要,熱能與動力工程專業依托一級學科“動力工程及工程熱物理”博士點,在熱能與動力工程和電廠集控運行方向的基礎上,拓展專業方向,開設燃氣輪機聯合循環、核工程與核技術、制冷與空調工程、新能源等專業方向,覆蓋主要發電形式,具有鮮明的電力特色。通過與國家大型企業合作,采用“訂單+聯合”的培養模式,使專業教育符合社會的發展需求,滿足了國家對社會緊缺的復合型拔尖創新人才和應用人才的需要,進一步提高高等教育教學質量,推進人才培養模式改革。
2.加強基礎、突出能力、注重創新,構建高質量人才培養體系
按照“夯實基礎、突出能力、注重創新、全面發展”的指導思想制定熱能與動力工程專業人才培養方案,既加強培養學生厚重的基礎,又注重培養學生的創新精神和實踐能力。近年來熱能與動力工程及相關專業方向畢業生的一次簽約率超過98%,畢業生因“作風扎實、動手能力強、有較強的創新精神”深得能源電力行業及其他用人單位的廣泛贊譽。
3.優化師資隊伍結構、積極打造優秀教學團隊
高水平教師隊伍是專業建設的有力保障。近年來,熱能與動力工程專業按“博士化、工程化、國際化”要求進行師資隊伍建設,引進急需人才、培養未來人才、用好現有人才,新引進的教師均為名牌高校的博士或博士后,有數名教師在華北電力科學研究院進行為期半年的工程化訓練,有計劃、分年度派教師赴美國、法國、英國、丹麥、日本等能源和電力較發達國家的高校或研究機構做訪問學者。目前熱能與動力工程專業教學團隊教師隊伍職稱結構、年齡結構、學位結構合理,2007年被評為北京市優秀教學團隊。
4.以精品課程建設為核心打造課程體系,帶動教材建設
根據熱能與動力工程專業課程建設計劃,以創建精品課程為課程體系建設重點,核心課程全部建成精品課程,同時帶動熱能與動力工程專業的教材建設,有力推動了熱能與動力工程專業的建設水平。到目前為止,已建成1門國家級精品課程、7門省市級精品課程、3門學校精品課程;國家“十一五”規劃教材3門及其他教材12門。
5.建設特色實驗中心,構建分層次、模塊化的實驗教學體系
熱能與動力工程實驗教學中心構建了“專業基礎-專業-綜合-創新”分層次、模塊化的實驗教學體系,進一步豐富了華北電力大學“四模塊”(基礎實驗模塊、校內實踐模塊、仿真實驗模塊、校外實踐模塊)實踐教學體系的內涵。2007年8月熱能與動力實驗教學中心順利通過北京市教委組織的專家組評審,榮獲北京市高等學校實驗教學示范中心稱號。
三、鮮明特色
華北電力大學熱能與動力工程特色專業時刻以國家能源電力需求為建設導向,以其包容并蓄、均衡有道的精神,不斷派生出一批新專業和學科方向,并將繼續不斷強化內涵、擴展外延,滿足國家對能源電力不斷發展的新需求,具有鮮明的專業特色。
1.突出專業特色和行業特色
華北電力大學熱能與動力工程專業以為國家能源與電力工業培養熱動專業技術人才和管理人才為主要目標,專業建設緊密結合國家經濟和社會發展需求,具有鮮明的“熱能與動力工程”專業特色和“電力行業”特色。
2.支撐學校的大電力學科體系
近年來,熱能與動力工程專業針對國家能源結構調整和節能減排工作所形成的新的人才需求,調整和優化了專業方向的設置,從熱能與動力工程專業孵化出來的風能與動力工程、核科學與核技術等專業成為華北電力大學大電力學科體系的重要組成部分,進一步提升學校服務于我國能源電力發展的能力和水平。
3.理論與實踐教學體系完備,特色鮮明
從復合型人才培養角度出發,建立了以能力培養為主線,分層次、多模塊相互銜接的理論與實驗教學體系,課程設置實現了系列化、層次化、模塊化、厚基礎、寬口徑,增加學生學習的選擇性、自主性,體現“重實踐、強能力”的人才培養特色。
4.探索創新人才培養的新模式
積極進行人才培養模式、課程體系、教學內容和教學方法的改革,通過設立“創新人才培養實驗班”,采用校企聯合“訂單式”人才培養模式,為全校本科創新人才培養起到推動和示范作用。
熱能與動力工程專業創新人才培養實驗班從2007年開始試辦,選派優秀博士生導師做班主任,因材施教,2007級實驗班學生在大一第二學期末一次性全部順利通過國家四級英語考試。實踐證明創新人才培養實驗班是成功的。
關鍵詞:熱能與動力;工程;應用;鍋爐
中圖分類號:TK22文獻標識碼: A
引言
熱能與動力工程是一項新興的科技項目,其在應用中主要的作用就是高效節能,降低能源消耗。熱能與動力工程科技在不斷發展過程中實現了對資源的合理使用,減少了不必要的損失,同時,也避免出現了人力資源的浪費。熱能與動力工程不僅僅能夠提供能源的使用效率,在經濟效益方面效果也非常好,對社會經濟的發展也具有很大的促進作用。
一、熱能動力系統概述
1、熱能動力裝置
在當今時代之中,熱能資源作業,不管是在人類的作業或是生活之中,均起到了不可替代的的作用,對人類的進步,有著不可小覷的作用,因此,切實對它們有關的配置進行探索,對設備的制作水平和作業的全部過程實施分析,針對這種科技的發展進行了詳細地分析討論。其作業原理,第一,把這項作業所必需的的原材料,放在指定的機械里充分分解,從而產生熱能。第二,在有關的熱能機械裝置中,利用科技,把這個熱能變化為合理的機械能。燃燒的有關機械和所產生熱能的機械,還有一些器械,所有的器械都是熱能動力配置。詳細的來說,熱能動力配置主要有兩種:①它的核心是用燃燒作業產生的氣體進入機械里,來實現有關能量間的轉化,而且不斷的往復循環,比方說內燃機等設備,就是這種機械的典型使用;②把燃料燃燒時產生的能量,利用科技手法,傳輸到有關的液體里,而且把液態汽化,從而讓這些氣體進入發動機里面,進一步的實施熱能的傳輸和轉化,一個很明顯的例子就是蒸汽機。
2、熱能的特點
從現在來看,大家實際運用的熱能,其中心都是歷經一次能源轉化來的,因此,剖析熱能的具體情況,得從這三個層面來分析:①太陽能和它的能量間的變化。太陽能,經過對植物的普照,促進植物身體里的一種葉綠素,進行一些能源交換和光合措施,從而把太陽能變化成為生物能源,就是使用熱能的變換和點的變換,從而轉變成咱們所熟悉日常能夠用到的東西;②燃料化學能和它的變換程序。燃料化學能的變換,主要是利用燃燒的手段,把它之內的能量,轉化變成熱能,然后再利用一定的科技手段,把它轉變為我們日常生活以及作業中能用到的能量,比方說都知道的汽輪機等,它的作業手法,即先把化學能量,變換成氣態的特能源,然后再利用有關的設施配置和科技手段,把它中間的熱能變化成為機械工作所運用的能量;③熱能的轉化,這中間主要有兩個能量的狀態,主要就是電能和機械能,電能涵蓋熱電發電機,但是機械能主要指是汽輪機和內燃機。
二、熱能動力工程的應用
1、熱電廠中的應用
熱能與動力工程在熱電廠中的應用比較廣泛,在很多的項目環節都會涉及到熱能與動力工程的應用。主要體現在以下幾個方面。
1.1 噴管調節
在熱電廠中,噴管調節是非常重要的應用裝置,使用噴管調節時,調節閥的使用存在著一定的差別,要根據調節閥的數目變化進行一定的改變,同時,在負荷適應的前提下,要對各種汽輪機的變化情況進行平衡,要想更好的提高使用效率,對分負荷方面也要進行必要的調整。在控制各類調節數值過程中,各種運行方式也存在著明顯的差距。在單機運行和多機運行中,在啟動過程中要保證增加的機組在一個適當的范圍內,要保證電網頻率在變化不大的范圍內,同時,將負荷進行重新的分組和分配,能夠實現一個新的調頻。
1.2 節流調節
節流調節方式在工況發生變化的情況下會產生一定的負面效果,同時,也會產生一定的經濟損失。在文化變化不大的情況下,負載荷度在適應性方面也要進行調整,在節流調節系統應用過程中,整個系統要求相對較高,在小容量機組中應用比較明顯。
1.3 調壓調節
機組在某些負載荷度的情況下,調壓調節的經濟性會得以體現,在負荷程度逐漸提高的情況下,調壓調節就將不再體現經濟性的特征。在設備運行過程中,機械能在轉化過程中會出現一部分的機械能損失的情況,在轉換動能不成功的情況下,也會導致機組剩余速度出現消失的情況。
2、鍋爐中的應用
鍋爐主要由兩個部分組成,一個部分是外殼,另外一部分是電器控制系統。在鍋爐中,底殼的主要功能就是固定鍋爐,然后進行燃燒,在底殼上還要安裝一些控制鍋爐的控制部件,這樣能夠保證鍋爐具有非常良好的保護功能。在鍋爐中,底殼是非常重要的組成部分,也是保護鍋爐正常運行的關鍵部分。近年來,隨著科學技術的不斷發展,熱能控制過程中應用了很多的先進技術,全自動控制轉換系統已經慢慢實現,利用計算機能夠對鍋爐進行智能控制,同時,能夠提高鍋爐的運行精密度,使其在進行燃燒時能夠更加的均衡。
三、熱能動力工程的發展創新
1、在熱電廠方面的發展
1.1 合理利用重熱現象
在熱電廠中要充分合理的利用重熱現象,將其控制在一定的范圍內,這樣能夠降低能量的損失,但是,并不是重熱數值越大越好,要對其合理選取進行確定,然后根據熱電廠的動能動力工程運行實際過程來進行確定。
1.2 工況變動的應對措施
機組在使用過程中出現工況變化的影響因素非常多,通常情況下表現為電能供給不能滿足熱電廠需要的電功率,鍋爐在燃燒過程中出現不充分的情況,導致蒸汽數值變化,不能滿足熱電廠的需求。一般情況下,電力數據的變化在一次調頻時出現不能滿足的情況,要進行二次調頻,這樣能夠保證工程順利展開,同時,也能更好的應用自動調頻。
1.3 一次調頻和二次調頻
一次調頻是一種被動的調頻措施,是根據調節發動機的轉速來進行進一步的調節,這種調頻措施不能對外界數值的變化而進行精準的調節,只能進行一定的控制。而二次調頻在把電網頻率控制在一定數值的情況下,可以利用智能調節預先設定方程式,來對機組進行重組和分配,這種調頻方式可以對數據進行有效的控制,相對精確可靠。
3、在鍋爐方面的發展
3.1 鍋爐燃燒控制技術
在鍋爐燃燒控制過程中,對能量轉換進行調節非常必要。在時代不斷發展過程中,鍋爐的類型在發生著很大的變化,在填充燃料方面也實現了由原來的人工轉變到了智能填料,同時,還實現了對鍋爐的燃燒度進行有效控制的目的。燃耗系統中,通常包含著兩類,一類能夠對鍋爐中的空氣與燃料燃燒進行調節,能夠和鍋爐自身的設定值進行比較,這種方式在運算方面比較復雜,而且,也沒有實現精確的計算,對鍋爐設定值進行反復的確認才能保證技術的準確性。
3.2 仿真鍋爐風機翼型葉片
在鍋爐的內部,風機的構造非常的復雜,運行也非常的精密,在進行測量的時候,要面臨的問題也非常多,這樣就導致現在還沒有一項科學完整的體系能夠對鍋爐葉輪的制造和運作進行體現。要想獲得更加準確的數值,利用模擬實驗的方法可以對內部氣體流動做出一個評估,能夠實現更好的流動分離模擬。
結束語
總之,熱能動力工程是一門對工業動力能源應用非常有利的現代工程學科,其能夠促進工業鍋爐性能的提升,實現能源利用效率最大化。通過簡單介紹熱能動力工程的研究領域,簡單分析了其在鍋爐和能源中的應用與發展問題,僅供相關人士參考交流。
參考文獻
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關鍵詞:對口支援;西部;土建類專業;機制
發展不均衡是我國高等教育特別是中東部發達地區和西部欠發達地區之間存在的一個突出問題,解決問題的重要措施之一就是通過教育對口支援來促進區域教育協調發展。早在2001年6月,教育部就啟動了“對口支援西部地區高等學校計劃”。2011年7月,教育部、財政部決定實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”(簡稱“本科教學工程”),該工程包括推進對口支援西部高校工作,以促進中東部和西部高等教育的協調發展[1]。該項工作是21世紀推動區域間高等教育協調發展的一項重要舉措,具有重大的意義和深遠的影響。
國家確定對口支援的戰略目標,高校確定支援的宏觀方向,微觀上具體落實則需要“重心下移”,即對口支援工作開展需逐步深入各個院系,扎實開展專業和學科對口援助建設。通過開展多層次的人才培養、課程及實驗室建設和科學研究等具體支援措施,提高受援專業、學科的建設質量和教學水平。
北京工業大學是北京市屬“211工程”建設院校,為了支持西部高校的發展,北京工業大學與青海民族大學簽訂合作辦學交流協議。受學校安排,北京工業大學建筑工程學院和青海民族大學交通與工程系(下設土木工程、交通工程等專業)簽訂了專業對口專業建設協議,在專業建設、人才培養、教學管理以及專業技術合作研究等多方面開展支援和交流,取得了明顯的效果。
評估和研究高校對口支援工作及其效果需要有一套不斷完善的知識體系來進行指導。本文在調研首批高校對口支援成效的基礎上,結合北京工業大學建筑工程學院和青海民族大學交通與工程系在土建交通類專業建設對口支援的實踐,分析如何建立東西部高校土建類專業對口支援長期有效機制。
一、西部高校土建類相關專業發展現狀
建筑業是國民經濟的支柱產業,它為社會和國民經濟部門提供生產和生活所需的固定資產,滿足生產發展和人們物質文化生活的需要。國家西部大開發戰略的實施急需大批懂得土木工程技術、建筑經濟管理的高素質人才。但是從擁有高水平土建類專業的高校分布格局看,主要集中在北京、上海、武漢、南京、西安等中心城市。西部省份高校的土建類專業教育資源相對薄弱,專業發展水平相對落后。以土木工程專業為例,根據《2011年全國本科高等學校土木工程等級排行榜》,土木工程專業本科院校有382所,西部地區只有新疆大學、貴州大學(A等級)和青海大學(B+等級)等級較高,而最高的A+級6所高校全部位于中東部[2]。截至2011年,通過住建部土木工程專業教育評估的西部高校只有廣西大學、昆明理工大學、蘭州交通大學、蘭州理工大學和內蒙古科技大學[3]。
此外,在我國由計劃經濟向市場經濟轉型的過程中,高校畢業生就業不再由國家分配,而是市場雙向選擇。西部較高質量的土建類專業人才緊缺的問題日益嚴峻。
因此,面對著旺盛的市場需求和廣闊的就業渠道,加速提高西部當地高校土建類專業辦學水平和質量,既是我國教育整體發展、布局調整的一項重要內容,又是實施國家西部大開發戰略的一項關鍵措施。
二、專業對口支援長效機制的建設思路
1.明確思想,扎根基層建設,建立務實的對口支援目標
在對口支援之初,北京工業大學明確指出,建立“造血”機制是支援青海民族大學的長遠發展目標。對口支援工作的指導思想是以科學發展觀為指導,以深化改革為動力,以人才培養主要是師資隊伍建設為中心,以學科、專業建設為抓手,以課程建設、實驗室建設為突破口,注重教學管理制度建設,借助北京工業大學的學科和專業優勢,最大限度地增強青海民族大學專業的“造血”功能和自我發展能力,使其步入持續、穩定發展的軌道。
目前,西部受援高校在提高院校自身水平和推動地區社會經濟發展水平中主要采用兩種模式:一種是教學科研平衡型的院校發展模式,一種是教學型院校發展模式。后者主要側重保障和提高本科教學質量,培養直接為本地勞動力市場服務的應用型人才。
2006年,根據青海省教育體制改革的需要,將青藏鐵路公司下屬西寧鐵路司機學校并入青海民族學院,在此基礎上組建了青海民族大學交通與工程系。該系現設有交通運輸、交通工程、土木工程、熱能與動力工程等專業。由于建系時間短,原中職學校教師學歷、職稱等層次較低,近幾年接收的青年教師教學經驗不足,實驗教學條件相對薄弱,教學管理較為滯后,急需中東部有實力的大學幫扶。根據青海民族大學交通與工程系土建類專業的實際情況,對口支援沒有盲目提出建設學科的目標,而是將主要目標定位在大力提高其自身專業教學實力和水平上,以適應西部地區對土建類專業發展需要,為西部地區培養留得住、下得去、用得上的土建類專業高層次應用型人才,并促進青海地區高等院校相關專業的協調發展。
2.以人才培養為中心,以學科和專業建設為抓手
人才強校是高校發展的核心途徑,學科和專業是培養的人才平臺。因此,對口支援首先強調師資隊伍建設。師資隊伍建設采取雙向過程:一方面是受援學校和專業派教師到援助院校通過短期進修、學歷教育、訪問學者等方式進行學習、培養;另一方面,援助高校計劃性地派一些教師進行定期支教,指導受援高校青年教師成長。通過這些措施加速培養西部高校的學科帶頭人和青年骨干教師。青海民族大學交通與工程系和北京工業大學簽訂了學院之間師資培養計劃,每年輸送2~3名教師到北京工業大學進行進修學習。北京工業大學建筑工程學院則根據青海民族大學交通工程系的專業教學需求,定期派教師進行授課和交流,并為此制訂專門的獎勵政策。通過雙向交流,有效提高了青海民族大學交通與工程系的專業師資水平。
經過第一期對口高校支援,受援高校的師資隊伍建設得到了明顯加強,學科和專業建設部分也得到快速發展[4]。
同時應該看到,對口支援過程對東部高校參加支教的教師和干部的培養也是有益的,通過感受和體會西部高校教師在艱苦的環境中堅持辦學的毅力和創造力,有助于獲得更強勁的工作動力和樹立積極向上的人生觀。
3.以課程建設、實驗室建設為重點和突破口
在援助專業建設過程中,普遍遇到的問題是西部高校受援專業師資匱乏。有限師資要承當大量的教學工作造成課程建設尤其是專業課程和相應實驗室建設相對落后。對于東部發達地區高校,經過“十一五”期間“質量工程”建設,建成一批國家級和省級精品課程、國家級實驗教學示范中心,在課程建設、實驗室建設方面積累了先進的辦學經驗。因此,專業對口支援先以課程建設尤其是專業基礎課程為突破口,再到分批建設實驗室。以課程建設帶動教師隊伍建設、實驗室建設。這樣,既有數量上的增加,又有教學工作層次上的遞進,逐步夯實專業學科建設的基礎。
在課程建設中,一種方式是派業務扎實、經驗豐富的教師到受援高校承擔重點課程,以教學實踐帶動受援高校的教師與課程建設,但由于工作安排因素,該方式有很多制約因素。另一種方式是將教學名師以及精品課程的授課進行全程錄像,供西部高校專業教師進行觀摩學習,同時可以通過合作開發多媒體課件、試題庫、教材建設交流來促進課程建設。
在實驗室建設方面,東部高校要發揮實驗教學示范中心的輻射作用。在條件允許的情況下,可以資助一些儀器設備,將實驗室建設過程的經驗和思路向對口援助高校推廣。
北京工業大學土木工程實驗教學中心是國家級實驗教學示范中心。作為地方院校土建類專業改革的試驗點,緊密結合城市建設發展需要和學校發展定位,堅持理論教學與工程實踐及創新精神并重的辦學方針,在教學體系、隊伍建設、管理模式、運行機制和以人為本的環境設施建設等方面進行了綜合的改革與創新,取得了良好的教學效果和教學成果。該中心針對青海民族大學交通與工程系實驗建設情況,實行專業發展定位,協助其制訂實驗室建設規劃,逐步推進其實驗室建設。另外,將實驗教學示范中心的教學課件、教學錄像和編寫教材提供給青海民族大學,有效推動了相關專業教學體系建設。通過3年的努力,青海民族大學交通與工程系在精品課程建設、實驗室建設和師資水平方面有了明顯的提高。
4.注重教學管理制度建設,提高教學管理水平
專業的發展既要重視人才培養,也要注意提高教學管理水平。通過高質量教學管理來充分發揮有限的人才資源價值。目前,提高教學管理水平主要采用掛職鍛煉方式,如青海民族大學交通與工程系負責人到北京工業大學建筑工程學院進行掛職鍛煉。掛職期間,參與專業建設教學評估和日常管理,在教學管理和專業建設與學院負責人進行深入交流。中東部高校建設了規范的專業教學管理體系,有一套完善的教學管理制度,這是在長期發展的過程中形成的,有較強的實用性和先進性,可以作為西部高校受援專業進行教學管理的參考。但是,受援高校和專業將其他學校教學管理制度、管理模式引入時不能盲目照搬,要注意和專業實際情況相結合,通過逐步探索和調整來提高教學管理水平。
三、通過科研合作促進雙方長期合作機制建設
支援西部高校是東部高水平大學應盡的職責和任務,是一個學校風格的體現。但是,在目前的條件下,要實現專業對口支援工作可持續發展,必須建立雙方能夠長期合作的可持續發展機制。
下圖給出了假設支援學校和受援學校都是理性和自利情況下的西部高校發展經濟學模型[5]。橫坐標表示受援高校的自我選定度,縱坐標表示支援高校的自覺趨向度。國家啟動對口支援的作用是將希望受援學校的狀況從A點(表示受援者由于其實力因素,支援高校沒有積極性)推進到B點(受援高校的實力足以吸引支援高校)。經過多年的努力,受援高校能從B點推進到C點(受援學校進入發達階段,支援者“自覺趨向度”和受援學校的“自我選定度”都會快速提高)則是西部高校的發展目標,這也是建立雙方長期合作發展機制的最終目標。
利用國家和地區發展機遇以及外部資源來增加支援高校的自覺趨向度(加快實現從A到B轉變)是促進對口支援工作的長效發展的一個關鍵。國家西部大開發戰略為土建類專業對口支援工作提供了歷史機遇。西部大開發需要建設大量的土建、交通工程項目,而西部的獨特地理、氣候條件決定了工程技術問題的特殊性。如在青海地區,建筑的抗震、高寒地區路面混凝土的保養與維護問題、缺氧條件下的隧道建設及通風問題,西部路網的交通規劃等特殊工程技術問題。通過東西部高校專業之間科研和地緣優勢互補,開展合作解決相關的技術問題。建立學術研究和專業建設的長期合作機制有助于形成西部高校土建類專業良性發展機制的突破口,加強了對口支援工作的基礎。
從調研和自身實踐來看,經過多年的合作,東部高校參與受援高校的科研項目,并共同承擔國家級項目和省級項目,如在土木工程水利工程新材料、新能源利用等方面開展合作研究,在一定程度上提高了受援高校的科研項目層次,帶動受援高校師資水平和實驗室建設水平,擴大了支援雙方教師的合作交流范圍,有效地促進對口支援工作開展,形成了良性的發展機制。
專業對口支援是落實國家政策的基礎,是一項長期的支援過程。在西部大開發機遇下,開展東西部高校土建類專業對口支援,可以盡快幫助西部地區高校提高土建類專業辦學水平,提高人才培養質量、專業和學科建設的綜合實力。該項工作應該確立務實目標,以人才培養為中心,以學科和專業建設為抓手,以課程建設、實驗室建設為重點和突破口,加強教學管理制度建設,注重通過科研合作建立雙方長期合作的發展機制。
參考文獻:
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關鍵詞:研究生;高水平;課程建設;實踐
中圖分類號:G643 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)43-0140-04
研究生的培養質量是衡量一個國家經濟和科技發展水平的重要標志。華中科技大學是教育部直屬重點大學,是首批列入國家“211工程”和國家“985工程”重點建設的高校之一,因此,一直肩負著培養高質量研究型人才的光榮使命。研究生的培養主要體現在教學和科研兩個方面,在持續提高研究生科研素質的同時,我校還在研究生課程建設方面進行了一系列創新性探索。為進一步提高研究生課程教學質量,全面提升研究生課程體系的國際化程度,我校從2010年開始啟動了高水平研究生課程的建設工作。根據《關于開展研究生課程體系建設和高水平課程建設的通知》,課程建設的主要目標是,按照各學科研究生培養的目標要求,借鑒國際國內一流同類學科的研究生課程設置,形成適應國家科技、教育、經濟、社會發展對高層次人才要求的課程體系。課程體系建設“要對本學科或專業原來的課程體系進行評估和再設計,綜合考慮本科的課程,體現本、碩、博不同層次課程的區別與銜接,優化整合部分內容陳舊或重復的課程”。工作方式的突出特點是將研究生高水平課程建設自下放各研究生培養單位,要求各單位將高水平國際化課程建設納入本單位研究生課程體系建設與優化中統籌考慮,全面建設,分步實施。全英文課程和國際一流水平課程是學校研究生高水平課程的建設重點,“各院(系、所)應根據本學科或專業的特點,結合學生的實際情況,開展高水平課程建設”。能源與動力工程學院積極響應學校全面建設研究生高水平國際化課程的號召,通過廣泛調研,并結合學科、專業特點,承建了一批具有鮮明特色的高水平國際化課程。經過近四年的教學實踐,獲得學生的廣泛好評,取得了良好的效果。本文重點介紹了熱能工程專業高水平全英文課程《Carbon Capture,Utilization and Storage》(碳捕集、利用與封存,以下簡稱CCUS課程)的建設規劃及教學實踐,以期為國內同行提供參考。
一、課程建設規劃
華中科技大學是國內最早形成熱能工程學科的高校之一,本學科從20世紀50年代初開始培養本科生,60年代初開始培養研究生,70年代至80年代逐漸建立了完整的學科體系。自1981年以來,本學科先后被批準為首批博士、碩士點,首批國家重點學科,1988年獲準建設煤燃燒國家重點實驗室,是“211”工程重點建設學科。經過長期發展,已經形成以煤燃燒國家重點實驗室、熱能工程學科平臺、熱能與動力工程實踐教學基地等為支撐的創新性學科體系。對于這樣一個傳統優勢學科,如何從教學上進一步提高研究生的培養質量,是進行高水平課程建設首先要考慮的問題。根據學校通知精神,高水平課程建設可從兩方面入手,一方面可對原有的課程體系進行優化整合,另一方面可根據學科發展需要設置新的研究生課程。筆者根據當前國際能源與環境技術的發展趨勢,并結合自身的知識結構、研究領域以及依托單位的資源優勢,提出圍繞二氧化碳的排放控制建設一門新的全英文研究生課程,即CCUS課程。眾所周知,二氧化碳是引起全球氣候變化的罪魁禍首,而化石能源(尤其是煤炭)的利用是重要的二氧化碳排放源,因此,為控制二氧化碳排放而提出的各種碳捕集、利用與封存(簡稱CCUS)技術成為國際上一個新興而前沿的研究領域。我國已經超過美國,成為世界上最大的二氧化碳排放國,迫于嚴峻的國際政治形勢,我國正承受著前所未有的二氧化碳減排壓力,因此,CCUS成為應對全球氣候變化的重要技術選擇,已經被列入“十二五”國家碳捕集利用與封存科技發展專項規劃。在此形勢下,開設CCUS課程具有十分重要的現實意義,可為培養從事CCUS技術研究及應用的專門人才做出積極貢獻。筆者所在的煤燃燒國家重點實驗室是國內最早開展相關研究的科研機構,從20世紀90年代開始碳捕集技術研究至今,已經建成國內第一臺0.3MW中試規模富氧燃燒綜合試驗臺、中國首套具有世界先進水平的3MW富氧燃燒碳捕集試驗系統,目前,10萬噸級別的富氧燃燒二氧化碳捕集示范工程正在積極建設中。實驗室還制定了從0.3MWt,3MWt,35MWt,到100MWe的富氧燃燒二氧化碳規模捕集技術的發展規劃和放大路線,在國內富氧燃燒碳捕集技術領域起著十分重要的引領作用,被能源領域頂級期刊《Progress in Energy and Combustion Science》評為“世界上最具影響力的15個低碳富氧燃燒研究團隊”。與此同時,實驗室還大力發展二氧化碳的利用技術,并對二氧化碳封存過程中關鍵科學問題開展了創新性研究。總之,煤燃燒國家重點實驗室在CCUS技術前沿領域開展了長期而富有重要國際影響的科學研究,無論是在知識儲備還是在科研平臺上均可為CCUS課程的建設提供強有力的資源支持。CCUS課程的教學方案設計緊緊圍繞二氧化碳的捕集技術、利用技術及封存技術,通過介紹技術的源起、各自的優勢及不足、國際發展趨勢,使學生重點了解CCUS技術的特點及發展中存在的前沿科學問題,培養興趣以吸引優秀學生投身相關研究。同時,通過本課程,使學生對二氧化碳的環境影響有更深刻的認識,從而增強學生的碳減排意識。基于研究生培養經驗,我們發現學生的專業英語水平普遍較低,在與國際同行交流中往往詞不達意,不能獲得很好的溝通效果,從而影響到前沿知識及創新思維的獲取,因此有必要采用全英文教學,以提高學生的英語聽說水平。教學團隊由煤燃燒國家重點實驗室的3名骨干青年教師組成,團隊成員分別在二氧化碳的捕集技術、利用技術及封存技術方面具有學術專長,并長期工作于科研一線,對于相關技術的最新發展趨勢能夠很好地把握,從而保證了知識傳播的及時性和前沿性。此外,團隊成員全部擁有博士學位、副教授以上職稱,并具有國外學習或工作的經歷,具備較高的專業英語水平,能夠保證全英文教學的效果。考慮到CCUS課程主要面向熱能工程專業碩士研究生,以對國際前沿技術的通識教育為核心目標,預期課堂規模不會很大,因此設定32學時,共計2個學分。由于9月份是新生入學的時間,為兼顧其選課需求并及時傳遞最新知識,決定每年秋季開課。CCUS涵蓋了較多的技術領域,目前尚未發現合適的英文教材,因此主要采用專題講座的形式,同時輔以具有較高評價的國外英文參考書,這樣既保證了知識的全面性、前沿性,又兼顧了知識的系統性。
二、教學實踐
教學實踐是實現人才培養目標的重要環節,也是對高水平課程建設思想及舉措的科學性、合理性的主要檢驗手段之一。CCUS課程設置以傳授前沿知識為目標,因此,傳統的課堂教學仍然是教學實踐活動的重點。不僅如此,我們還根據本課程的特點及學生的課堂反饋,在具體實踐中及時調整教學形式,實施了一些創新性舉措,具體包括:(1)采用教師講授與課堂研討相結合的教學形式;(2)邀請國際學術權威或著名學者開展專題講座;(3)安排學生開展課外參觀學習。研究生雖然屬于廣義的“學生”范疇,但與本科生存在本質的不同。一般來講,本科生仍然以學習新知識為主,而研究生則是研究新知識的人,因此在課堂教學形式上理應做出相應的調整。當研究生進入學習階段,對自身定位已有清晰的認識,即所有的學習活動都應該圍繞著具體的研究課題而開展,借此以獲得專門的知識以及培養獲得專門知識的能力。教師課堂講授是獲取知識的主要途徑,但在有限的教學時間內很難就某些主題進行深入闡述。我們的做法是,首先由教師根據教學大綱對主體內容進行系統綜述,逐步介紹技術的源起、現狀、國際發展趨勢以及亟待解決的關鍵科學問題,隨后,安排時間就學生感興趣的主題開展深入的課堂研討。課堂研討主要圍繞教學內容,主題源于學生對教師授課內容、參考材料學習及其在具體科研活動中的疑問、心得或體會,采用教師引導、學生演講與課堂討論相結合的形式。具體過程是,遴選感興趣的主題,安排學生就主題內容進行較系統的學習與調研,準備課件并進行課堂演講,隨后進行課堂討論。采用這種教師講授與課堂研討相結合的教學形式,取得了較好的效果:(1)主講教師對相關技術的國際發展趨勢具有較全面的了解,通過課堂集中教學,保證了知識傳授的系統性;(2)課堂演講促使學生進行廣泛的自主學習,使其對感興趣的特定主題具有更深入、全面的理解;(3)學生通過課堂演講和討論既增強了交流溝通能力,又提高了專業英語聽說水平;(4)課堂研討降低了傳統“填鴨式”教學所帶來的疲勞感,對學生研究性學習能力、創新精神的培養具有重要促進作用。與國際同行的學術交流是學生獲取前沿知識的另一個重要途徑,但是由于操作上的困難(如教學時間固定、國外學者費用等問題),在教學過程中卻常常被忽略。為進一步提升CCUS課程的國際化水平,我們充分利用煤燃燒國家重點實驗室的國際合作資源,邀請國際著名學者結合自身研究優勢開展專題講座,為學生介紹CCUS技術的最新知識及國際發展動態。例如,在美國猶他大學化工系主席教授Jost Wendt博士訪問實驗室之際,邀請他給學生做了關于富氧燃燒二氧化碳捕集技術的專題講座。Jost Wendt博士是2004年度AIChE環境領域“Lawrence K. Cecil”獎的獲得者、美國化工學會Fellow,曾任美國環保局EPA高級訪問科學家,迄今在Nature等權威期刊上發表有重要影響的學術論文200多篇,曾擔任國際燃燒學會固體燃燒分會主席。Jost Wendt博士是富氧燃燒技術研究領域的國際權威,他為學生介紹了該技術的起源、前景及其在二氧化碳控制應用中所面臨的挑戰,同時,還結合其科研興趣介紹了階段性研究成果,為學生提供了既宏觀又具體的前沿知識。又如,我們還邀請澳大利亞昆士蘭大學Bo Feng博士為學生做了關于二氧化碳利用技術的專題講座。Bo Feng博士是2004年Pergamon Carbon Prize獲得者,是國際著名期刊Energy & Fuels,Bioresource Technology,Fuel,Chemical Engineering Science,Chemical Engineering Journal,AIChE Journal等的評委,還是澳大利亞和挪威研究委員會的評委,迄今發表重要期刊論文近90篇。Bo Feng博士為學生介紹了國際上正在興起的各種二氧化碳利用技術,重點介紹了他對于這些技術應用前景的思考和評價,極大地開拓了學生的視野。這些國際著名學者的專題講座不僅傳授了關于CCUS技術的最新知識,同時也為學生了解國際同行的科學思維及科研方法提供了很好的媒介。除課堂教學之外,我們還增設了課外實踐環節,主要采用參觀學習的方式。煤燃燒國家重點實驗室自20世紀90年代中期開始進行CCUS技術的相關研究,已經建成一批具有國際水平的實驗系統及裝備。我們在教學的過程中,及時安排部分學時,用于學生對相關系統及裝備的參觀學習。例如在介紹富氧燃燒二氧化碳捕集技術時,帶領學生參觀了位于實驗室的0.3MW中試規模富氧燃燒綜合試驗臺,使學生對于富氧燃燒技術的原理及工藝過程有了更直觀的了解。同時,還安排學生參觀了中國首套具有世界先進水平的3MW富氧燃燒碳捕集試驗系統,使其不僅對富氧燃燒技術的規模化應用,還對氧氣分離、二氧化碳凈化和壓縮等工藝過程,都有了更為感性的認識。為加深對二氧化碳光催化還原制取甲醇技術的理解,還帶領學生對實驗室規模試驗系統進行了參觀學習,取得了預期效果。所有這些課外實踐活動極大地提升了學生的認知水平,并加深了其對課堂知識的理解與掌握。
三、教學效果
由于CCUS課程采用了一系列創新性舉措,如采用教師講授與課堂研討相結合的教學形式、邀請國際著名學者開展專題講座、安排課外參觀學習等,學生普遍反映教學方式靈活、互動性強,學習興趣明顯高于一般課程;通過理論結合實踐、與國際學者的直接對話,獲得了最新知識及創新思維;同時,自主學習能力、英文聽說水平等都得到相當程度的提高,從課堂參與度的提高也可以看出學生具有較高的積極性。迄今,CCUS課程開課兩次,學生人數從25人增加到31人,課程考試平均成績從80.28分提升到88.97分,充分說明課程設置及教學方式為學生所廣泛認同。對學生的跟蹤調查發現,課程結束后有約1/2的研究生選擇了從事CCUS相關研究,他們均表示通過CCUS課程的學習培養了研究興趣,對于后續研究方向的選擇具有重要引導作用。
關鍵詞:項目教學法 專業分流 應用型 導師制
中圖分類號:G642.0,F323
文獻標識碼:A
文章編號:1004-4914(2015)06-227-02
一、前言
高等教育人才培養模式改革是近幾年的一個熱門課題。如何建立高素質應用型人才培養模式,實現高素質應用型人才培養目標是佳木斯大學辦學必須明確的首要問題。隨著高等教育改革的逐步深入,建設創新型國家對高等教育提出了“厚基礎、寬口徑”的培養要求,通識教育、專業教育之間的沖突與融合關系的辨析活動隨之升溫,在新時期下采用什么樣的人才培養模式培養什么人才,又重新得到廣大教育工作者的密切關注。近年來,大類招生成為諸多人才培養模式改革嘗試中的一個主流方向,其在強化基礎教學、創新人才培養等方面初見成效。從國際高等教育教學改革發展過程來看,斯坦福大學、耶魯大學等世界名校均不實行按專業招生{1}{2}。
筆者所在的佳木斯大學機械工程學院共有9個專業,按照專業成立年限分類依次為:機械設計制造及其自動化、機械電子工程、熱能與動力工程、農業機械化及其自動化、車輛工程、包裝工程、農業電氣化與自動化、工業設計、交通運輸共9個本科專業。農業電氣化專業于2008年成立,2010年獲得碩士學科授權,目前已培養了3屆本科畢業生、2屆碩士研究生,專業實力提升速度非常快,但由于發展時日尚短,專業建設積淀較弱,尚未形成專業核心競爭力,屬于典型的新、小專業。
我校在2011年開始實行大類招生試點,并在幾個大的學院嘗試開展大類招生,我校機械工程學院歸為機械類招生。2012年新生入學1年后,學院第一次開始專業分流,分流辦法經過多輪討論采用:學生一年來的成績、高考成績為主,學生志愿為輔進行專業分流。分流結果發現,由于我專業屬于新、小專業,學生認可度較小,招收的35名學生成績都位于整個學院的后面,學生整體素質相對較差。在培養中發現,在大類招生之前進行的多輪旨在加強實踐能力的教學改革,在本屆學生中很難實施,對本專業的發展造成了巨大影響。本文總結當前存在的問題,并提出具體對策,以期提高教學水平,促進類似農業電氣化專業等新、小專業的健康發展{3}{4}。
二、大類招生帶來的教學問題分析及對策
1.學生質量低,已開展的教學改革方案難以良好實施。問題分析:2012級學生是大類招生的第一批學員,采用的分流方式為:以學生一年來的學習成績及入學成績為主、志愿為輔的分流方法。產生的結果是好學生都分流到老牌、影響力大的機械設計制造及其自動化、熱能與動力工程等專業。據統計,農業電氣化專業分流學生在9個專業中排名第5,即全部為中下等學生分流進入本專業學習。
學生全員質量偏差,極大影響了本專業教學的正常實施。在大類招生之前,本專業進行了大量行之有效的教學改革。已應用CDIO理論,采用項目教學法開展了多輪教學改革,取得了巨大成效,學生實踐能力大大提高,學生就業情況很好,成為了我校教學改革的標兵。自2012級大類招生分流學生進入專業2年以來發現,學生的素質和技能與以往專業學生相差甚遠,更為嚴重的是學生整體質量差,缺乏優秀學生來帶領后進同學一同進步。專業開展的項目教學法很難進行。項目教學法執行效果來看,學生參與度較少,實踐能力沒有顯著提高,教學效果不好。這一情況嚴重影響本專業未來發展,亟需設計更好分流方案予以解決,筆者認為應采取以下對策:
(1)采用以申報志愿為主其他為輔的分流方法。以學生的興趣和志愿為主,學習成績等為輔的分流方法進行分流可能是個較好的方案。一方面,能讓學生根據自己的興趣愛好、未來發展需要、專業實力等因素綜合考慮分流方向;另一方面,給正在處于成長期的新、小專業發展的機會,不斷獲得好生源,提高專業實力,逐步培養成老牌、強勢專業。此外,也能給新、小專業壓力,促進其不斷提高教學水平和專業實力,用影響力和就業能力來吸引學生主動分流進入專業學習,形成良性循環。
(2)讓小專業、新專業優先選學生。將新、小專業分流優先級提高,讓分流學生先選這些專業。此辦法一方面可以讓真正對該專業感興趣的學生能進入該專業學習;另一方面,給弱勢小專業開小灶,提高分流入優秀學生的概率,避免小專業分流的學生都是被迫分流進入專業的情況。
(3)分流時給新、小專業加權系數以提高好學生流入概率。我院在專業分流時,為避免人為干擾情況,體現公平,設計了一款分流軟件,在將學生各類考核信息錄入后,幾秒內即可完成分流工作,執行效果很好。如果在分流軟件中將新、小專業分流的系數進行加權,提高弱勢專業獲得好學生的比例,也可能是一個好的辦法,還有待于實驗驗證。
2.學生居住分散,缺乏溝通,不利于課后實踐。問題分析:由于本專業前期開展的教學改革中,基本是以寢室為單位進行項目分組,學生在課后有充分時間在平時生活中隨時隨地進行項目研究和交流,極大地促進了學生實踐能力和學習積極性的提高。大類招生后,新生入學時由于沒有分專業,學生分寢室沒有規律,當分完專業后,出現本專業學生分別在不同寢室的情況。在隨后“項目教學法”教學改革中,本專業采用按照學號分組的辦法進行分組,但學生缺乏溝通交流的空間和時間,每組同學交流很困難,除了在課上進行研究外,其他時間很難進行更深入研究,這也是教學效果不理想的重要原因。
可采用的對策:
(1)分流后重新分配寢室。可在專業分流后,重新按照專業分配寢室,讓專業學生都集中在一起居住,方便學生學習、交流。但本方法雖然一方面給學生創造了更好的學習交流環境,但另一方面,增加了學校寢室調整的成本,代價比較高,此種方法本身也是一把雙刃劍,利弊還需進一步分析和實踐。
(2)為小專業配備專門學習教室。為新、小專業學生配備專門學習教室,應該是非常有效的辦法。學生課上、課下都可在一個教室內學習,極大方便學生交流合作,有利于學生實踐能力的提高。但是,由于我院教室緊張,很難為小專業分配專有教室,同時該方法也與我校整合資源,資源共享的理念相悖。這一矛盾還需在頂層設計上予以考慮。
(3)定期安排項目匯報。以往教學改革中,學生定期項目匯報都安排在課上,由教師主持,項目組長組織成員進行技術和存在問題報告。為提高學生學習交流力度,可增加學生匯報的頻次和力度。一方面將課上匯報擴展到實驗室匯報,另一方面,增加交流頻次,每周根據需要增加3~4次項目跟蹤促進匯報,以提高學生合作交流的進度。
3.學生一年半之后才通過分流進入專業學習,不利于我專業“導師制”培養方式的進行。問題分析:農業電氣化專業在教學改革中,除實施“項目教學法”之外,還積極開展“導師制”培養模式探索。由于我專業為新上小專業,專業額度限定為每屆35人,專業教師均由學院抽調精干力量組成,教師科研和教學能力強,科研經費和課題充足,這為開展“導師制”培養提供了得天獨厚的條件。本專業“導師制”改革探索已進行了2年,雖然教師比較辛苦,但教學效果非常明顯,學生的實踐能力和科研素養的到了很大提高。但大類招生后,學生要一年半之后才能進行分流,之前這段時間,專業教師由于不知道哪些學生能進入專業,無法開展“導師制”培養,而剛入大學的這一年學生學習勁頭最強,如果充分運用并加以合理引導,學生能很容易進入到良好的科研、實踐學習環境中,并打下良好學習素養,非常有利于后續的學習與發展。
可采用的對策:
(1)調整“導師制”培養計劃內容。合理規劃學生進入專業后的為期2.5年的學習,調整原有“導師制”培養方法,在培養方案修訂時,將基礎學習部分,放到前一年半學習當中,進入專業后再對學生進行基礎專項復習,以彌補基礎培養短板;緊湊后續2.5年學習進程,讓學生發揮主觀能動性,主動擠時間參加實踐活動和科研訓練,完善自我素養。
(2)因材施教,合理安排實踐和科研任務。由于大類招生后學生素養降低,不能按照以往的任務標準考核學生,必須因材施教。根據學生的能力水平,制定相應培養計劃。總體目標是讓學生掌握一項技能,至少在未來就業時能找到合適工作。
三、結論
1.總結了大類招生后對新、小專業的不利影響,并提出了具體對策。
2.提出的問題有些對專業的發展有巨大影響,不但對本校新、小專業都有巨大不利影響,也同時對國內其他兄弟院校的相關專業發展有一定借鑒作用。
3.有些對策是雙刃劍,還需要在后續不斷的實踐中摸索優化。
4.大類招生目前在很多高校積極開展,但在實施中應該對各個專業進行專業評估,出臺行之有效的配套措施,保證優勢專業更好的同時新、小專業也能健康發展。
[基金項目:黑龍江省新世紀教育教學改革工程項目“地方高校課堂教學有效性的‘分析―策略―實施―評價’過程集成系統研究”(JG2014011044);黑龍江省教育科研“十二五”規劃2014年度課題“基于CDIO模式的卓越工程師培養中機械設計類主干課程改革”(14G134);黑龍江省高教學會重點項目“大類招生模式下機械類高素質應用型創新人才培養模式的研究與實踐”(14Z023)。]
參考文獻:
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(作者單位:佳木斯大學機械工程學院 黑龍江佳木斯 154007)
[論文摘要]用模糊數學方法預測燃煤鍋爐結渣特性的新發展,闡述了各評判方法的優缺點。
鍋爐結渣是長期困擾電站鍋爐設計和運行的問題,威脅著電站鍋爐的安全和經濟運行。準確預測鍋爐的結渣傾向,為大型電站鍋爐的設計及運行提供科學依據,對提高鍋爐的可用率,節約能源具有重要的現實意義和實用價值。
結渣過程是極其復雜的物理化學過程,取決于許多因素的綜合影響。它不僅與煤的灰分含量及其物理化學性質有關,還與燃燒器型式、爐膛結構和設計參數、爐內溫度水平、空氣動力工況、氣氛條件以及受熱面的布置等有關。國內外專家學者對結渣進行了廣泛、深入的研究,提出了各類結渣預測方法并取得了一定的成果。本文主要闡述近年來采用模糊數學方法預測結渣特性的新發展。
一、結渣評判指標
目前,國內外判斷電廠煤結渣的因素主要有兩個方面:①根據煤的成分特性進行判斷,比如煤灰中堿酸比B/A、硅比G、硅鋁比SiO2/Al2O3、鐵鈣比等;②根據煤灰的物理特性進行判斷,包括軟化溫度t2、灰渣粘度、煤灰燒結特性等。此外還有一些判定結渣的指標,如沾污指數Rf、煤灰粘度結渣指標、硫結渣指標RS、煤灰三元相圖等。陳立軍,文孝強等對結渣的評判指標做了歸納。
美國EPRI曾調研了各種結渣指數的分辨情況,調研結果表明,沒有任何一項單一的指數可以完全正確預報結渣傾向,但任何一項指數又都有相當的可靠性(70%左右)。
二、模糊數學方法
單指標評判和預測煤的結渣性準確率較低,難以滿足實際需要。有必要找到一種能根據具體情況確定出不同指標的不同置信度的方法,以使判別結果更符合客觀實際,因而產生了綜合評判方法。
煤的結渣程度由弱到強的變化是一個由量變到質變的過程,是一個模糊問題。模糊數學是用數學方法研究和處理具有“模糊性”現象的一門學科,因而能很好的評判煤的結渣傾向。
(一)模糊綜合評判
單一結渣特性判別指數分辨率低的一個重要原因是分割界限太明確,人為地把復雜的模糊性現象簡單地處理成了清晰現象,并且單一指標只能從某個方面因素判別其結渣程度。為了提高預報的可靠性,必須兼顧多種因素綜合評判。
綜合評判是一種通過考慮不同因素表現出的不同作用而得到全面、合理結論的決策手段。這方面研究的共同點是選取一些常規結渣指標作為因素集,取用結渣程度“輕微”、“中等”、“嚴重”三級被擇集作為評語集,并確定因素集中各因素的權重,進行單因素評判,最后按某一模型加以單級模糊綜合評判,得到綜合評判向量。按最大隸屬度原則,判定該煤種的結渣程度等級。上述方法使用方便,在實踐中得到廣泛應用,取得較好的效果。選擇具有較高準確度的評判指標,在合理選擇隸屬函數和權重集的基礎上,能夠最大程度地減少人為因素的影響,使判別結果更準確。其關鍵在于從實際情況出發,建立合適的隸屬函數和權重集。
1.綜合評判模型的發展及評判因數集的選取
孫亦碌等人采用模糊數學的方法預測燃煤結渣性,并編制了用于綜合判別的RTSQ程序,此模型為燃煤結渣特性模糊綜合評判的雛形。
馮寶安等人提出了常規結馇指標的模糊綜合評判方法,并將其用于8個煤種的結馇特性判,所得評判結果與實際結渣狀況相符。又應用主因素決定型M(Λ,V)、主因素突出型M(·,V)、綜合評判型M(Λ,)及加權平均型M(·,+)四種單級模糊綜合評判模型對國內8個煤種的常規結渣指標進行評判,由評判結果比較得出單級模型M(Λ,V)的準確率最高的結論。
邱建榮等人對單一煤種及混煤的結渣特性進行了研究,以軟化溫度t2、硅鋁比SiO2/Al2O3、硅比G、堿酸比B/A為評判因素集對煤的結渣特性進行了評判。該方法不僅能夠全面考慮各種煤質因素在具體情況下對結渣程度的綜合影響,而且考慮了不同指標在不同情況下的重要程度,因而與常規指標相比,其評價更為全面客觀。
楊圣春提出了分別適合于預測單一煤種和混煤的模糊評判模型CSM1和CSM2。劉伯謙等人針對元寶山褐煤的結渣特性預報不準確的問題,提出了將改進了的常規指標及鍋爐運行參數等多種單一判別準則運用于模糊數學,對褐煤結渣狀況進行了有效判別。
浙江大學曹欣玉、蘭澤全等人在分析單一結渣判別指標的缺陷及其原因的基礎上,針對常規指標評判水煤漿結渣傾向準確率普遍不高的問題,有針對性地提取了分辨率較高的結渣綜合指數R以及4個常規指標構成評判因素集。該方法較傳統的方法有更高的準確性。
2.隸屬函數的確定
關于隸屬函數的確定人們一直都是采用線性函數,楊圣春提出的混煤結渣模型CBM2的隸屬度函數采用正態分布,函數變化較慢,評判結果表明該模型具有較高的分辨率和可信度,可為鍋爐燃用混煤進行優化配煤提供參考。但該模型是否適用任何煤種,還有待于進一步通過實踐來驗證。
浙江大學舒紅寧、黃鎮宇嘗試性地提出由正態分布函數演化而來非線性隸屬函數,函數變化較慢,并與實際結渣情況進行了對比,發現評判結果和實際結渣情況取得了很好的吻合。這些說明了用正態分布函數建立其隸屬函數比線性隸屬函數更準確、更合理,更加符合實際情況。
3.權系數的確定
在模糊綜合評判方法中,權系數反映各個評價指標在綜合評判中的可信度,直接影響綜合評判的效果。因此,權系數的確定是綜合評價方法的關鍵.通常采用專家咨詢法來解決.而專家咨詢法的致命弱點是過分依賴專家的主觀判斷和經驗,其結果有時難以令人信服。
趙顯橋等利用粗糙集理論來確定綜合評判模型中的權系數,將權系數確定問題轉化為粗糙集中屬性重要性評價問題,利用粗糙集理論中的知識支持度和屬性重要性評價方法,給出了模糊綜合評判模型權系數的計算方法。該方法不需要建立解析式的數學模型,完全是由數據驅動來確定各個預測方法的權系數,克服了傳統權系數確定方法的主觀性,使得綜合評判方法更客觀、更科學。
(二)聚類分析
灰色聚類方法是基于模糊數學的方法之一,是以灰色統計為基礎,將聚類對象對不同聚類指標所擁有的白化數按幾個灰類進行歸納整理,從而判斷聚類對象屬于哪一類的灰色統計方法。
浙江大學曹欣玉等人在分析單一結渣判別指標的缺陷及其原因的基礎上,提出將分辨率較高的Rs與另外5個結渣指數(t2、B/A、G、SiO2/A12O3、R)一起作為評判因素集,采用灰色聚類方法對新汶黑液水煤漿及普通水煤漿結渣特性進行預測評估。結果表明,該模型較傳統單一評價方法有更高的準確度。
許志華針對有關模糊判別法和灰色聚類法中所出現的缺欠,對其進行了補正,并討論了補正后引起的計算量增大的問題。
邱建榮等人將鄧聚龍的灰色聚類理論應用于燃煤結渣特性的評判中。灰色聚類理論繼承了模糊數學法的優點,注意到分級界限不確定性問題,并在此基礎上給出了屬于某一等級的可能性分布。用此理論來判別煤的結渣性其結果無疑更符合客觀實際。王桂明.謝竣林等人應用灰色理論對煤結渣性能進行評判,并對煤的結渣機理進行了分析,其結論與邱建榮等人相同,為煤的結渣評判提供了新思路。
華中理工大學郭嘉、曾漢才運用模糊聚類分析法分析預測混煤的結渣趨勢,此方法不僅適合混煤的特點,而且考慮了模糊因素的影響方便易行。
(三)模糊模式識別
模糊模式識別法大致可分為直接法和間接法(又稱群體模式識別方法)。直接法是根據最大隸屬原則來歸類,間接法則是按照擇近原則來對被識別對象進行識別。
郭嘉,曾漢才采用間接法,將已知結渣狀況的6個煤種作為模型,采用煤灰軟化溫度、硅鋁比、堿酸比和硅比4個評判指標,對受檢煤種進行識別。通過計算與前6個已知模型的貼近度,來判別受檢者的歸屬類型。但此模型比較粗糙,識別范圍狹窄,且只考慮了煤灰的特性,僅適用于燃燒工況比較接近的不同煤灰的評判。
蘭澤全,曹欣玉采用間接法對待識別對象進行結渣特性判別。選用了7個已知結渣程度的燃煤作為標準模型,以4個常規指標和綜合指數R為評判因素集,對同一臺鍋爐不同部位的3個樣品(爐渣,轉向室灰,除塵灰)以及某燃料水煤漿灰進行識別,以判斷屬于何種結渣程度,結果表明該模型較以前的四因素法具有更高的準確性。同時指出應用模糊模式識別法來評價其沾污結渣特性時,在因素集的選取方面應更多地考慮鍋爐設計參數及運行工況的影響。
趙利敏,路丕思綜合考慮灰熔點、堿酸比、硅鋁比、硅比及爐膛平均溫度和無因次實際切圓直徑6個因素,利用模糊模式識別的方法判斷鍋爐結渣。以實際運行中已知結渣程度的9臺鍋爐作為樣本,對7臺受檢鍋爐進行評判,評判結果與實際情況相符。此新方法可預示大容量鍋爐的設計及運行時的結渣程度。
隨著模式識別樣本庫的不斷豐富和完善,此方法將會得到更廣泛的應用。
三、結論
目前的采用的預測方法大多以煤指特性為指標,對鍋爐的運行情況考慮較少。由于爐內結渣的多種因素影響,用某種固定的預測方法得到的結果,往往達不到要求的精度,難以找到通用的預測模型,而且數據本身也具有局限性。要想提高結渣預測的精確度,需要不斷改進計算方法,建立和完善煤質特性、鍋爐運行參數的數據庫,尋找普遍使用的模型。
參考文獻:
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[2]張忠孝,用模糊數學方法對電廠鍋爐結渣特性的研究[J].中國電機工程學報,2000,20(10):64~66.
[3]陳寶康、閻維平、李霄飛,基于神經網絡的電站鍋爐輻射受熱面污染監測[J].動力工程,2003,23(5):2660~2664.
[4]舒紅寧、黃鎮宇、董一真等,基于煤灰成分的非線性結渣模糊綜合預測模型[J].電站系統工程,2006,22(4):11~12.
關鍵詞 風電機組 測試與認證 實踐應用 教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2015.12.017
Wind Turbine Generator Testing and Certification
Teaching Reform Based on Practical Application
LI Cong, LI Wei, LI Chuanchang
(Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hu'nan 410114)
Abstract The testing and certification of wind turbine is a very important course, which plays an important role in improving students' ability of practice and innovation. This paper analyzes the problems existed in the course of testing and certification of wind turbine in Changsha University of Science and Technology, and puts forward some measures to adjust the teaching content, increase the experimental class with practice, reform the teaching method and the way of examination, so as to improve the quality of teaching.
Key words wind turbine; testing and certification; practical application; teaching reform
0 引言
隨著化石能源的日益枯竭和生態環境的破壞退化,新能源的開發和應用變得十分迫切。中國是能源消耗大國同時也是世界最大的發展中國家,對新能源的需求與日劇增,新能源科學與工程高級人才的培養刻不容緩。①在眾多新能源中,風力發電是技術上最成熟、發展得最好、應用最廣泛的能源。②2009年9月,經國家教育部批準,長沙理工大學能源與動力工程學院招收了首屆風能與動力工程專業本科生,成為繼華北電力大學之后第二批招收該專業學生的高校。2012年通過本科專業調整,并入新能源科學與工程專業。至今,本教研室已經進行了六年的風力發電相關課程的教學。
風力發電機組的測試與認證是新能源科學與工程專業的重要專業課程之一,是培養學生實踐能力和創新能力的重要課程。由于該專業成立的時間較晚,課程較新,通過六年的教學與研究,雖然教研室的老師們逐步積累了一些經驗,但是也發現了一些問題,這些問題將影響到了人才的培養。為了積極配合國家和學校的卓越工程師人才培養計劃,本文以長沙理工大學風電發電機組的測試與認證這門課程為例,總結了目前教學過程中所存在的一些問題,并針對這些問題,提出了相應的解決措施。
1 風力發電機組的測試與認證課程教學中存在的問題
根據我校新能源科學與工程專業的培養方案,風力發電機組的測試與認證是該專業學生第5學期的專業課程。通過幾年的教學工作,發現了以下幾個問題:
1.1課程教學內容較多,但是課時有限
風力發電機組的測試與認證是一門綜合性很強的課程,涉及機械工程、電氣工程、材料工程、力學工程等多種學科。教師必須在有限的課時中很多內容講授給學生,現在課程教學所用教材為姚興佳教授主編的《風力發電測試技術》,該書內容翔實豐富,共有400多頁,有時為了保障授課前后的邏輯性,部分講授內容與其他課程內容有所重復。這種做法雖然保障了教學內容的完整性和系統性,但是學生學習起來不太容易,信息量較大,如若課后不加以復習,學習效果將受到影響。根據教學大綱的安排,該課程2014年以前一共有32課時,從2015年開始,該課程的課時量調整為24課時,而教學要求卻沒有變化。課時量的減少,給風電機組的測試與認證課堂教學提出了新的挑戰,如何在更短的時間內讓學生學得更好是一個亟需思考和解決的問題。
1.2實驗課時缺乏
根據目前的教學大綱的安排,該課程暫時還沒有安排直接的實驗課。本門課程的主要內容就是各種測試技術,其實用性和可操作性十分突出。學生只在課堂上通過老師的理論講解,雖然能理解和掌握部分內容,但是缺乏對測試技術的直觀學習過程,學習效果大打折扣。③實驗課時的缺乏還有其客觀原因,在該課程所要求學習的測試技術中,有部分測試設備確實比較昂貴,若單獨用于教學,其利用率不高,且設備不便于管理,加大了院系的財政負擔。
1.3教學手段和考核方式單一
目前該門課程的講授主要以多媒體為主,雖然通過PPT增加了單位課時的授課信息量,但是依然是以教師為中心的單向教學模式,對于這種應用性較強的課程來說,教學手段較為單一,將影響到教學效果。④另外,該課程的考核方式主要還是以期末的理論考試為主,占總成績的70%,平時成績占30%。這種方式存在一定的弊端,通過試卷考試只能考查學生的理論知識掌握程度,而對于操作技能及問題的分析解決能力則很難有所反映。平時成績的加入雖然能在一定程度上更加全面地反映學生的學習情況,但更多的只是對學生學習態度的考查,并沒有完全真實地呈現學生各自的水平。
2 建議與措施
2.1 調整教學內容
針對該門課程教學內容較多、知識涉及面廣、重點難以有效突出等問題,我們認為首要的就是要調整教學內容,結合工業界的應用情況,著重培養學生的技術應用能力,對所有的知識點要進行合理的取舍,并形成一條思路清晰的主線,優化授課內容,使得教師好講,學生易懂。通過本教研室的研究與討論,具體做法是:(1)在保障基本知識的前提下,對課程中的風的測量部分進行適當的壓縮,因為這部分內容與同學期的風資源的測量與評估課程有部分重復,不需要進行重復詳細講授;對風力發電機的振動、沖擊和噪聲測試與故障診斷部分進行了刪減,因為這部分內容所涉及的內容過于豐富,幾乎是一個龐大完整的科學知識體系,且與培養計劃中的另外兩門課程風力機組狀態監測與故障診斷、風力發電機噪聲測量與控制重復度較高,無需再一次的概述性的介紹。(2)對于原來課程中,各測試技術所用儀表的原理介紹進行簡化或刪減,對各種理論性的公式推導等進行進行簡化或刪減。這是一門技術應用性課程,學生重點要學習的測試技術,而不是所用儀表的工作原理與制造過程。在有限的課時內,更應該突出重點。(3)將整個課程復雜繁多的教學內容,按照基本物理量的測量――風電機各部件的測量――風電機整機的測量――風電機運行性能的測量――風電機的認證這條邏輯知識主線來整合,這樣有利于在學生心目中形成一個完整的有現實邏輯意義的知識體系,提高學習效果。
2.2增加實驗課時與實踐環節
風電機組的測試與認證除了理論知識外,另一個重要的內容就是實驗操作技術,只有開設相對應的實驗課和實踐環節,才能讓學生學到真正實用的內容。針對開設實踐教學的客觀條件限制,本教研室通過反復調研和協商,決定以多種形式實現實踐教學的開展:(1)對于基本物理量的測量部分,風的測量實驗課程都可以直接在系內實現;電的基本測量可以通過與電氣院合作,對原有的儀器設備進行小的改造,實現學生的實踐操作;非電物理量的測量(如轉速、轉矩、溫度)等可以通過與汽機學院合作,完成實驗課程。(2)對于風電機各部件和整機的測試,實驗課程教學可以通過學院的產學研教學基地實現。我院與湘電風能有限公司、南方機車風電制造事業部簽署了合作協議,學生在企業前線可以更好地學習到第一手的實踐技術。這種方法在自動控制原理課程中已成功實施,效果良好。(3)我院與湖南省各大風電場基本都有著良好的合作關系,對于風電機組的運行性能測試,其實驗課程可以通過組織學生去風電場實地考察實現。
2.3 改革教學方法和考核方式
由于新能源科學與工程專業是我校十分年輕的專業,風電機組的測試與認證這門課程的教學還處在探索階段,沒有成熟的方式方法可以借鑒。通過這六年的經驗積累,也探索出了一些較好的解決方案。(1)切實有效地加強和發揮多媒體教學的優勢,如通過文字、圖表、音頻、視頻等多種表達方式,展現風電機組的測試與認證課程內容。這樣既提高了教學效率,也提高了學生的學習效率。(2)對于一些較為簡單的測試技術的講解,如電壓電流的測量、溫度的測量,教師可以通過隨堂演示操作達到更好的教學效果;對于較為復雜部件構造,如風電機的齒輪箱,教師可以結合一些實物比例模型進行講解,實現了立體式教學。(3)如果條件允許,在理論課環節可以適當引入各種仿真軟件,通過軟件完成理論與實踐的結合,使學生能夠及時地直觀地應用所學的知識,進一步加深對所學內容的理解。(4)課堂上綜合運用啟發式教學、討論式教學、案例式教學等多種教學方法,加強老師與學生的互動。如在講解風力機葉片靜態力學性能測試與疲勞性能測試時,可以通過某一實際風機葉片毀壞事件,引入所要學習的主題,強調學習內容的重要性。(5)注重學生實踐應用能力考核,將原有占70%的期末理論考試成績分為理論成績與實驗成績。實驗成績注重學生實驗操作水平、數據分析能力以及實驗報告質量,引導學生增強解決問題的能力,提高學生的綜合素質。
3 結語
總之,通過近六年對風電機組的測試與認證課程的教學探索,發現了教學過程中所存在的問題,同時也通過這些教學活動,積累了一些經驗,針對存在的問題也提出了一些建議和措施,這些建議和措施也正在實踐當中。一門新的課程,其前期探索階段遇到些許問題在所難免,只用通過問題,反復進行改進和完善,才能真正實現教學質量的不斷提高。
基金項目:本文系長沙理工大學2015年度校級教研教改項目“基于卓越工程師培養理念的新能源科學與工程專業實踐教學模式探索”的研究成果
注釋
① 何建軍,陳薦.風電人才需求與人才培養模式的研究[J].中國電力教育,2010.31:31-33.
② 姚興佳.風力發電測試技術[M].北京:電子工業出版社,2010.
【關鍵詞】 泛在網絡;虛擬項目;實踐社區;遠程實驗;知識管理;復合型人才培養
【中圖分類號】 G432 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1009—458x(2013)09—0072—06
隨著國民經濟與科學技術的發展,社會對高校畢業生綜合素質的要求不斷提升,如何加大對復合型創新人才的培養力度,已經成為我國高校亟待解決的現實問題。近年來,國內高校根據自身特點,在人才培養與教學模式等環節進行了積極的改革嘗試,在校園信息化建設方面的投入也不斷加大。但總體來說,在復合型創新人才培養方面,還存在著以下不足:首先,國內多數高校采用的仍然是基于學科專業“條塊分割”的人才培養模式,學生缺乏跨學科、跨專業的知識融合與實踐訓練;其次,高校的實踐教學環節相對薄弱,尤其是應用型專業,實驗環境和技術方法與業界實際情況脫節現象嚴重;第三,很多高校近年來構建的軟、硬件學習資源與各類教學輔助平臺仍然難以滿足學生“個性化”主動學習的需要[1]。
為了加強高校多學科(專業)交叉復合型創新人才的培養,本文引入虛擬項目理念,利用虛擬項目的多組織、動態合作、消除時空障礙等特性,對以培養“復合型、創新型”人才為目標的學習模式進行研究。在結合虛擬項目、虛擬企業與虛擬技術改進教學方面,學者們已經進行了一定的實踐:馬軼男引入了虛擬項目與虛擬工程的概念,同時將項目教學法貫穿到建筑類專業的人才培養過程中[2];張志剛等采用虛擬軟件工廠模式,將企業軟件生產過程與程序設計項目教學模式相結合[3];王基生等則對在教學中使用虛擬實踐平臺進行了探討,進一步豐富了教學技術手段[4]。然而,目前教育界的嘗試大都圍繞個別專業或某門課程開展,很少涉及學科專業交叉,更沒有上升到學校層面,支撐“虛擬項目”運作的信息平臺建設也嚴重滯后,使得虛擬項目模式在復合型創新人才培養方面的優勢難以充分發揮。
本文針對我國高校復合型創新人才培養中普遍存在的問題,在泛在網絡技術快速發展的大環境下,遵循“學科交叉、多方參與”原則,引入具有良好合作關系的科研院所、相關企事業單位與相關社會團體等校外機構,面向在校師生、畢業校友與校外導師,給出了一種適用于泛在網絡環境下以虛擬項目為驅動的開放式團隊協作學習模式。本文同時還提出了一種基于泛在網絡與知識管理相關技術、具有強大的終端控制與知識處理能力的信息平臺,為虛擬項目團隊協作學習提供技術支撐。
一、泛在網絡下的高校虛擬
項目團隊協作學習模式
虛擬項目是項目的一種新的組織形式,是基于人才、技術、設備等資源的網絡組織結構[5]。虛擬項目模式適用于高校內部不同學科專業之間、高校與校外相關合作單位之間的交流與協作,例如針對 “物聯網技術推廣”等熱點問題,高校的建筑工程學院可以與計算機學院、自動化學院以及校外物聯網技術企業合作,設計“智能家居系統”、“智慧校園信息平臺”等項目。除了面向理工科的科研項目外,虛擬項目同樣可以涵蓋人文、社科與經管等學科,還可以包括教研項目、學工項目等。虛擬項目需要一個團隊來實施,虛擬項目團隊是指一群跨越空間、時間和組織邊界的人通過先進的通訊和信息技術,為了實現共同的目標而在有限的時間范圍內協同工作的團隊[5]。高校虛擬項目團隊組織是一種動態聯盟形式,包括一定數量的項目管理者和團隊成員。高校在校學生依托虛擬項目,采用與行業當前發展情況接軌的技術與方法,以團隊協作方式進行有目的學習,對增加復合型經驗知識儲備、培養創新應用能力是非常有益的。
近年來,隨著物聯網技術、無線寬帶等通信技術的發展,以及智能終端與3G網絡不斷普及,泛在網絡(ubiquitous network)環境日益成熟。泛在網絡,也就是人置身于無所不在的網絡之中,實現人在任何時間、地點,使用任何網絡與任何人與物的信息交換[6]。在泛在網絡技術支持下,虛擬項目團隊協作更加便利。在上述基礎上,本文給出了一種泛在網絡環境下的高校虛擬項目團隊協作學習模式,如圖1所示。
高校虛擬項目團隊協作學習模式,在推動復合型創新人才培養方面,具有以下優勢:
首先,在虛擬項目設計上,突出了“多學科專業交叉”與“創新性”,學生通過參與此類項目,不僅可以增加其它相關專業的知識儲備,而且可以提高應用能力與創新能力;其次,在虛擬項目合作單位方面,依托泛在網絡技術,最大限度地拓展了合作單位選擇范圍,與高校有合作關系的國內外其它科研院所、企業、行業團體等都可以納入進來,使得學生的學習空間徹底擺脫了高校內部固有資源的局限,可以在授權范圍內充分利用合作單位的資源,開闊眼界;第三,在虛擬項目團隊成員選擇上,借助泛在網絡技術,可以把項目團隊成員從高校在校師生,擴展到包括外校師生、畢業校友、企業與社會團體中的工作人員等,通過協作學習,博采眾長,可以接觸到大量的新知識、新方法;第四,在虛擬項目團隊成員協作學習方式上,基于泛在網絡相關技術,團隊成員可以隨時隨地利用智能終端參與協作交流與學習,還可以通過RFID、M2M與傳感網絡等技術傳輸數據,并且對異地可編程硬件設備進行授權范圍內的遠程操控;最后,在信息平臺建設方面,強化了知識庫建設,使學習平臺具備了較強的知識管理能力。
圖1 高校虛擬項目團隊協作學習模式
這種虛擬項目團隊協作學習模式,對開拓學生視野,了解行業發展動態與需求,增加學生跨學科專業的知識儲備,提高學生的創新能力與應用能力的推動作用是不言而喻的,也具備組織與管理上的可行性。該模式的運作,除了要進一步完善人才培養與協作機制外,還需要一個功能強大的綜合信息平臺作為技術支撐。
二、泛在網絡下的高校虛擬項目
團隊協作學習綜合信息平臺
泛在網絡是通信網、互聯網、物聯網的高度協同與融合。泛在網絡技術使得個人和(或)設備在預訂服務的情況下,具備不受時間、空間與方式限制的、以最少的技術限制接入到服務和通信的能力[7]。在體系結構上,泛在網絡可以分為三層:感知延伸層、網絡層和應用層,分別用來感知數據、傳輸數據,以及為行業需求提供具體的應用服務[8]。根據泛在網絡的技術體系,本文給出了一種泛在網絡下的高校虛擬項目團隊協作學習綜合信息平臺模型框架,如圖2所示,分為感知延伸層、網絡層和應用層三個層次。
其中,感知延伸層由包括RFID標簽與讀寫器、M2M終端、傳感器網絡與傳感器網關、MEMS傳感器、GPS終端等設備組成,主要實現學習過程中終端設施的感知、識別與定位,遠程實驗設備信息的實時采集與獲取。網絡層將感知層獲取的信息,通過現有的各類網絡進行傳遞,實現信息的實時共享。應用層圍繞虛擬項目團隊協作學習的需求構建綜合信息平臺,根據系統功能結構,細分為虛擬項目管理平臺、虛擬項目遠程操作平臺、虛擬項目實踐社區和虛擬項目知識管理平臺等等。信息平臺通過統一數據接口,與高校內部以及合作單位的相關信息平臺互聯,通過在線或離線方式,進行交流協作和信息共享。本文分別對虛擬項目管理平臺、虛擬項目遠程操作平臺、虛擬項目實踐社區和虛擬項目知識管理平臺進行介紹。
圖2 虛擬項目團隊協作學習綜合信息平臺框架
(一)虛擬項目管理平臺
虛擬項目管理平臺,主要面向高校虛擬項目管理機構、項目管理者兩種角色提供相應的管理功能。本文給出了高校虛擬項目管理平臺模型框架,分為數據層與應用層,如圖3所示。
在應用層,面向高校虛擬項目管理機構,除了提供虛擬項目指南、虛擬項目立項審核、中期檢查與結項審核外,還提供了項目合作單位與項目團隊信息管理功能。與普通的科研管理平臺相比,本文給出的項目管理平臺中,新增了虛擬項目評估分析功能,即對已經結項、撤項、延期的項目,結合項目團隊反饋,對項目成功與失敗的原因、對合作單位在項目實施中的表現進行分析與總結,形成知識,保存在知識庫中,作為未來項目指南規劃和項目立項審批的參考依據。面向項目管理者,應用層提供了虛擬項目成員管理、虛擬項目設備管理、虛擬項目經費管理和虛擬項目過程管理等功能。其中項目成員管理包括對項目成員進行分工、對成員工作進行考評、對成員流動與變更進行管理。虛擬項目過程管理則對項目實施中的各階段進度等進行管理。
圖3 虛擬項目管理平臺框架
數據層,包括數據庫管理系統、文件管理系統、知識庫管理系統。其中項目管理綜合數據庫是項目管理平臺各功能模塊對應的后臺數據庫的集合;文件系統負責管理包括項目申報書在內的項目生命周期內的有關文件;項目評估分析知識庫中存放項目分析評估模塊統計出來的知識,這些知識可以以項目管理者、項目合作單位、項目選題等為主題進行知識的組織。
(二)虛擬項目遠程實驗平臺
在虛擬項目實施過程中,涉及大量的實驗環節。很多相關的實驗硬件設備與專業軟件價格昂貴,或體積龐大,一般安裝在高校或相關合作單位的專業實驗室、實訓中心與研發部門,受時間與地理位置限制,團隊成員進行實地實驗操作的機會非常有限。利用泛在網絡與遠程控制技術開展遠程實驗,操作者可以實時控制異地實驗場所中的真實儀器,實驗現象或實驗結果可以實時、動態地反饋給操作者[9]。
高校虛擬項目中的遠程實驗,按照實驗設備的不同,主要可以分為兩類:操作者遠程調用異地服務器中的專業軟件,或者操作者遠程調用異地的實驗硬件設備。基于Internet的遠程實驗室的研究目前已經取得了一定的進展,而包括RFID、M2M、傳感網絡、智能終端等在內的泛在網絡技術的發展,使遠程實驗進一步普及。本文給出了虛擬項目遠程實驗平臺框架(見圖4),分為網絡層、數據層和應用層。
從網絡層角度看,在遠程控制實驗室網絡架構中,除了各類通訊網絡外,主要包括以下組成部分:網絡控制服務器、網絡被控制對象、管理服務器、用戶控制終端[10][11]。網絡控制服務器是通過網絡為網絡被控對象提供通用控制算法的計算機設備,可以控制任何具有標準接口的網絡被控對象。網絡被控對象是指包括執行機構、傳感器等元器件,能通過網絡接收控制信號,完成一定的功能,并能對執行結果進行檢測的設備,比如計算機或具有網絡接口的嵌入式設備。在遠程控制實驗室中,通常通過視頻監控設備觀察網絡被控制對象的實時運行情況。用戶控制終端是用戶對于網絡控制服務器和網絡被控制對象進行操作的網絡設備,PC、iphone 、ipad等都可以作為用戶控制終端。管理服務器則負責遠程實驗的管理與記錄工作。
從應用層角度看,遠程實驗平臺擁有用戶信息管理、用戶授權管理、實驗設備遠程操作、設備信息管理、設備分配管理、遠程實驗數據管理、實驗過程監控等功能模塊。在遠程實驗室所在單位工作的虛擬項目管理者,給項目團隊中的有關成員開通授權賬號,團隊成員可以登陸實驗管理平臺,查詢所需設備的狀態信息,通過遠程實驗在線幫助了解操作步驟,在設備空閑的條件下進行遠程實驗操作,并通過包括攝像頭在內的實驗監控功能觀察實驗的進行。實驗結束后,遠程實驗平臺將實驗結果反饋給團隊成員,并將整個實驗過程記錄在數據庫中,實驗有關報告以及監控視頻文件存儲在文件系統中。
數據層存放遠程實驗過程中產生的實驗數據和實驗報告,遠程實驗視頻監控產生的圖像和視頻信息專門存放在多媒體數據庫中。
圖4 虛擬項目遠程實驗平臺框架
(三)虛擬項目實踐社區
為了保障虛擬項目的實施,給項目團隊創造一個協作交流、信息共享的便捷渠道,本文引入網絡實踐社區模式。實踐社區指為了一個共同目的而實際形成某種工作聯系,從而需要共享知識、經驗的人群[12]。在虛擬項目實施中,項目管理者與團隊成員主要通過網絡實踐社區進行協作學習。此外,從知識管理的角度來看,實踐社區也是知識收集與知識共享的重要場所。本文給出的虛擬項目實踐社區,包括項目成員個人網站、項目論壇和即時通訊工具。
項目成員個人網站,尤其是項目指導者網站,本身也是給項目成員提供學習資源與指導的一種載體。項目論壇為每一個被批準的虛擬項目開辟獨立的版面,每個版面提供用戶管理、版面信息管理、公告、搜索引擎、資源共享區等功能。公告版一些關于項目進展、項目例會的公告通知;文件共享區是項目管理者和團隊成員上傳的相關技術文檔與多媒體資訊;搜索引擎則對社區中的文檔資訊提供包括模糊查詢在內的多種查詢方式。論壇版面管理員由項目管理者擔任,項目論壇是項目團隊進行離線交流的主要渠道,當項目結題后,相關版面被刪除,以釋放網絡空間。此外,虛擬項目實踐社區還可以利用QQ群與MSN等進行多媒體實時交流與協作。
(四)虛擬項目知識管理平臺
在虛擬項目的實施過程中,項目管理者與團隊成員會把自己擁有的經驗以及對新知識的需求,在虛擬項目實踐社區中的項目對應版面,并以數據的方式保存在版面對應的后臺數據庫。通常對信息的檢索,主要還是基于“字符串匹配”方式,既不支持“近義詞”語義模式,也不支持對圖像、視頻等多媒體信息的基于內容的檢索;而且對信息的檢索以版面為單位,不支持在整個網站范圍內的全局檢索,這些因素給項目組成員在實踐社區中搜尋知識造成了很大的困難。更重要的是,當某個虛擬項目結題以后,該版面被刪除,對應的網絡存儲空間被釋放,原來版面中積累的知識就會丟失。因此有必要建立獨立的虛擬項目知識管理平臺,將散布在實踐社區中的離散無序的知識,以及項目成員擁有的隱性知識,經過整理、評估,以規范的格式永久保存在知識庫中,并建立相關知識點之間的關聯,為項目組成員提供便捷的知識服務。為此本文給出了一種虛擬項目知識管理平臺框架,如圖5所示。
圖5 個性化學習知識管理平臺框架
該平臺的核心是知識庫管理系統與知識庫,并擁有具備web挖掘與文本挖掘能力的知識發現工具。通過用戶界面提供知識追加、知識評估、知識導航、知識檢索、知識派送等功能。項目管理者可以利用知識追加功能,將個人經驗知識、收集整理的版面知識,以及通過知識發現工具從實踐社區等途徑獲取的知識,根據知識的內容,提取關鍵字,編碼并存儲到知識庫中;項目組成員同樣可以追加知識,但要經過項目管理者評估審核,才能進入知識庫。團隊成員可以通過知識導航、知識檢索等工具,在整個知識庫范圍內獲取知識。知識檢索能夠支持多項搜索技術,包括自然語言檢索、布爾檢索、自動詞根擴展、辭典綜合、對象類型和索引領域檢索、概念檢索、模糊檢索等。知識管理平臺也可以根據團隊成員的知識需求,主動向成員派送相關知識。
知識管理平臺除了面向項目團隊成員個體單獨提供知識服務外,還可以充分利用實踐社區等渠道廣泛共享知識,實現知識管理的良性循環。
本文給出的泛在網絡環境下的高校虛擬項目團隊協作學習模式的相關機制并不復雜,也符合目前校所合作、校企合作進行科技孵化的趨勢,在組織與管理上具備可操作性。虛擬項目團隊協作學習信息平臺建設的技術難點涉及泛在網絡、遠程實驗和知識庫技術。在泛在網絡技術方面,智能終端和無線通訊技術早已普及,RFID技術、傳感網絡等技術也已經走入校園,在高校設備管理、校園安全管理等方面進行了成功的應用[13];此外,遠程實驗室建設與知識庫建設等技術也已經相對成熟[14][15][16]。因此,本文提出的泛在網絡環境下的高校虛擬項目團隊協作學習綜合信息平臺在技術實施方面也具備可行性。
三、高校虛擬項目團隊協作
學習平臺建設中的關鍵事項
第一,在高校虛擬項目團隊協作學習模式的管理與協調機制建設方面,應在優化人才培養方案、改革教學質量評價體系的基礎上,完善校內不同學科專業間的交叉協作機制,建立健全高校與校外合作單位之間的交流協作與資源共享機制,并明確合作單位授權共享的軟、硬件資源的范圍與訪問方式。
第二,在虛擬項目設計方面,要根據社會經濟發展需求,追蹤相關領域的技術前沿和發展動態,以培養跨學科專業的復合型創新人才,提高學生實踐能力為目標,結合學校發展需要和學校的學科專業特色,統籌考慮非應用型專業的發展需要。學校可以組織校內外專家進行系統論證,給出虛擬項目指南;相關院系專業可以根據項目指南,與合作單位協商確定具體的項目方案。
第三,在虛擬項目團隊中學生成員的吸納與管理方面,指導教師首先在相關專業的班級進行宣傳,吸收已經具備一定專業基礎知識的研究生或高年級本科生作為成員骨干。此外,為了降低團隊骨干成員因畢業等原因退出而對項目進程產生的不利影響,項目團隊可通過適當考核吸納部分低年級學生,這部分學生早期在團隊骨干的指導下,從事基礎性工作,隨著個人技能的積累在團隊中逐漸發揮更大的作用,當骨干成員因故退出時,這一批學生已經有能力取代相關空缺位置,使團隊實現可持續的良性傳承。在指導教師的協調下,團隊參照企業項目管理模式進行合理的分工,每位學生明確彼此的職責與協作關系。
第四,在虛擬項目團體協作學習信息平臺建設方面,首先,為了實現與合作單位的信息交流與資源共享,需要針對合作單位的異構數據源和軟硬件平臺,設計統一的數據接口進行存取,并最大限度地降低合作單位新增的信息化建設開支。其次,要強化泛在網絡技術的應用。一方面,加強校園的無線網絡建設,實現教學區、圖書館、宿舍區WI-FI的全覆蓋,降低學生在網絡方面的經濟開銷;另一方面,擴展RFID技術、M2M等技術在遠程實驗室建設中的應用,完善遠程實驗環境。最后,要高度重視網絡安全問題,通過權限設置與防火墻建設,降低包括未經授權的遠程實驗、信息泄漏、信息篡改等在內的安全隱患。
四、總結
本文針對我國高校在復合型創新人才培養方面存在的不足,在泛在網絡技術迅猛發展的大環境下,給出了一種由高校內部不同院系,或者高校與校外合作單位共同參與的虛擬項目團隊協作學習模式。該模式可以充分利用校外研究所、企業、實習基地等機構的資源與行業經驗優勢,極大地擴展高校學生的知識環境與資源空間,在協作機制與信息平臺的支持下,這種協作模式也呈現出高度的便捷性與靈活性。本文同時給出了一種與該學習模式相適應的、適用于泛在網絡環境的綜合信息平臺模型,該平臺在擴充實踐社區功能的基礎上,明顯提升了遠程實驗和知識管理等方面的功能。在管理與技術層面,本文提出的虛擬項目團隊協作學習平臺都具備實施可行性。
通過虛擬項目團隊協作學習模式,尤其是以跨學科專業的創新型虛擬項目為驅動,不僅可以使學生開闊視野,掌握其它相關領域的知識,而且通過帶著問題學習,提高了學生利用專業知識分析和解決實際問題的能力,以及團隊合作水平。該學習模式對培養復合型創新人才,提高畢業生的社會競爭力,具有重要的現實意義。在后續研究中,我們還將對學習模式做進一步的完善。
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收稿日期: 2013-03-15
作者簡介:朱李莉,助理研究員,碩士,南京工程學院能源與動力工程學院 (211167)。