1、学校教学理念与改革思路
天津理工大学是一所以工为主,工理结合,工、理、文、管等学科协调发展的多科性大学,是天津市重点建设的高校,肩负着为天津经济社会发展提供重要人才支撑的办学使命。建校以来一直立足天津市,依托我市主要支柱产业,主动为行业企业服务。学校确立了“培养德、智、体、美全面发展,知识、能力、素质协调发展,具有创新精神和实践能力,面向基层的应用型高级专门人才”的人才培养目标。当前,我国社会经济与科学技术飞速发展,高等教育步入了国际公认的大众化发展阶段,高素质应用型人才的需求猛增,尤其在滨海新区以及整个环渤海地区应用型人才缺口量大的形势下,如何培养适应社会需求的高素质应用型人才,是实施质量工程、提高本科教育质量的重要任务。
2005年,我校在人才培养的顶层设计中,提出了“提高学生工程实践综合能力”的具体方案,面向工程类专业设置“专业设计”环节,研究实施“课程设计”、“毕业设计”、“教学实验、实习”和“第二课堂”等实践环节的一系列改革,实行“课内外一体化”和“校内外一体化”教学模式,强化实践环节的质量控制,提高学生面向工程实际的设计创新能力,构建培养学生面向工程实际设计创新与实践能力的新模式。
2009年,我校“工程类本科生三种重要能力的培养模式与实践”和“多校合作,构建天津市信息产业急需的应用型高级专门人才培养体系”两个教学改革成果获得了国家级教学成果二等奖。学校的专业结构与布局调整,始终围绕天津市及环渤海地区社会经济发展对人才的需求进行。近年来,随着工程教育改革的大潮以及教育部实施“卓越工程师教育培养计划”(以下简称卓越计划)、专业综合改革试点等项目的开展,学校根据办学定位,确立了工程教育的指导思想,努力探索适任敬业的工程人才培养模式,为天津工业现代化和社会经济发展提供了有力的人才支撑。学校工程教育改革的总体思路为:以若干优势专业为依托,进一步优化培养目标,调整培养方案,强化工程实践教学环节,不断加强实践教学环节在本科教学中所占的比例,培养造就一批创新能力强、适应天津市及环渤海地区社会经济发展需要的各类工程技术人才的需求。
机电工程实验教学中心不仅为我校机电类本科生提供实验教学场所,同时面向全校工科学生的金工实习、电工电子工艺实习等集中性实践教学,还为工程类本科生提供开放性的综合实践、创新实践环境。多年来,中心在实验教学体系、教学方法、教学手段、实验考核方法等方面进行了一系列的改革并取得了显著成果。
2、构建创新型的机电类实践教学体系
(1)构建核心能力培养体系 针对工程类本科生特点,通过阶段化、层次化训练,主要培养学生如下核心能力: 1)理论知识综合运用能力
能熟练运用理论课中学到的数理基础和工程基础理论知识;
2)分析、计算、测试的初步能力
能进行各种机械、电气、电子电路等的结构及功能分析,参数及指标计算,能使用测试仪器和仿真工具,并采用正确的方法进行装置的测试和分析;
3)软、硬件设计的初步能力
能进行系统结构设计、功能设计、机构或电路设计、仿真及程序设计,并进行面向工程的系统训练;
4)系统安装调试能力
熟悉常用机械、电气元器件,熟悉传统及现代机械制造和电子工艺,能安装、调试电路或装置。
(2) 构建模块化、层次化的实践教学体系 实践教学体系建设是实验中心建设的灵魂,是实验教学改革的先导。在实践教学体系建设中,坚持“以学生为主体、以教师为主导,知识、能力、素质协调发展,学习、实践、创新相互促进”的教学理念,以及“培养环节层次化,课程模块化、过程个性化”的实验教学改革思路。中心结合现有机电类多个专业的本科生专业的培养方案,完成了培养计划规定的相关专业课程实验、课程设计和实习等实践教学环节的层次界定。根据学生不同阶段学习的需求,中心建立了工程基础训练、课程实验、综合实践训练和创新训练四个由低到高的实践教学层次,从而构建了功能完善的实践教学体系,如图1所示。
图1 机电工程实践教学体系结构图
根据实践教学体系,中心制定了面向不同专业的课程模块及实验课程的教学大纲,明确教学目标、教学要求,设置教学内容。中心的实验分为基本型实验、综合设计型实验、研究创新型实验三大类别,其中开出综合设计型实验、研究创新型实验的实验课程已占总实验课程的80%以上。中心的综合设计型实验和研究创新性实验已经初步形成了以学生为主、教师为辅,以项目为驱动的实验教学模式。
3、教学方法与教学手段
(1) 创新实验教学模式
中心在实验教学改革实践中,注重传统实验技术与计算机仿真技术的融合。鼓励教师科学设计实验项目,研究并实践“团队作业、合作学习”的学习方式,自主完成实验方案设计,在探究中完成实验项目。 中心于2006年率先在天津市同类学校中开设了实训类课程《创新设计》。面向全校工科专业和机械类专业开设不同的课程模块,实验室实行开放式管理,每年接纳机电类专业学生约400人,非机电类专业学生约500人。该课程在启发学生科学思维和创新意识方面取得了良好效果,并于2010年被评为天津市精品课程。
(2) 改进实验教学方法
中心在坚持以学生为本,知识、能力、素质全面协调发展的教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念指导下,提倡在教师指导下,以学生为中心,学生在模块中选择实验项目、自主完成实验方案设计。 在综合设计型、研究创新型实验中引入项目驱动教学法。项目驱动教学法是以教师为引导、以学生为主体、以任务为驱动,通过完成不同的项目,系统培养学生的工程实践能力。如中心工程仿真实验室为自动化、过程装备与控制工程、化学工程与工艺等专业学生开设的流程控制仿真实验,应用项目驱动教学法,通过对典型流程工艺及其控制的仿真,使学生初步掌握流程工艺及其控制的基本技能,为其以后能快速适应职业生涯打下基础。
(3)引入现代实验教学手段
融合传统实验技术与计算机仿真技术,充分发挥各自优势,采用了“虚实结合”的实验教学模式。 计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型,并在实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件约束较少等优点,已成为工程项目分析、设计、运行、评价、培训(尤其是复杂系统)的重要手段。中心将计算机仿真技术渗透到实验项目选择及实验方案设计中,“虚实结合”的实验教学模式拓展了实验涵盖学科知识的深度和广度,激发了学生的实验兴趣,有利于启发学生科学思维和创新意识。