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關鍵詞:數字化工廠(DF);PLM系統;教學模式改革
1. 前言
本文是基于“工業化”與信息化融合及國家大力發展職業教育的大背景下,結合工廠的實踐及高等職業教育的教學實踐,進行的關于職業教育改革的思考。
范圍界定:數字化工廠(DF)概念很廣泛,本文特指離散型制造企業,結合到職業教育中的具體專業包含但不限于“數控、模具、機電一體化、機械設計與制造等”。
2. 需求的提出
“教改、加強實踐、基于工作過程的教學、項目式教學、體驗參與式教學......"如今已經在廣泛討論和嘗試,但最終到要落腳到我們的服務對象(制造業)上去,那么我們服務的制造業到底是怎么在運行、怎么在工作呢?這些如何納入到我們的教學中去呢?師資隊伍是否能夠適應?教學素材是否切實可行?教學的課時和成本是否可以有效控制?教材如何匹配?
綜合來講,就是解決“學什么/教什么?怎么學/怎么教?”的問題。
3. 解決思路
從國家工信部的合并組建,到其提出的信息化“兩甩工程——甩圖、甩帳”,都可以用一個概念——數字化工廠——來描述先進制造企業。
“數字化工廠”就中國制造企業目前來講,主要包括PLM和ERP兩大系統,如下圖:
圖1 中等批量生產制造企業信息系統
而職業院校理工類教學主要是培養技術的技能,屬于PLM系統的范疇,因此引入的數字化工廠教學平臺就是指PLM系統,在此系統中,包含了設計、工藝、制造(編程與加工)、及此過程中的管理等方面;此數字化工廠教學平臺系統具體包括以下幾部分:
3.1.實踐環境:將數控設備、計算機中心通過PLM軟件系統集成為一體;
3.2.教學:采用項目式教學,開發如熱氣機、減速機、手機模具等一系列項目,通過一個個實際的項目課題組織教學,并貫穿始終;一方面讓學生掌握這些信息化軟件,更重要的是讓學生自己動手參與這樣一個從設計、出圖、編工藝、編程序、加工操作全過程的實際項目,培養興趣,鍛煉對崗位的認識、工作過程的認識、強化實際操作動手能力。
3.3.教材:由于課程的連貫性更強、甚至是教學大綱也將有較大的調整,與“數字化工廠教學平臺”相關的教材就非常重要。
3.4.師資培養:今天老師大多是從學校到學校,沒有企業經驗,需要借助校企合作幫助老師的提升。
今天制造企業中應用非常廣泛的“CAXA數字化工廠——CAXA PLM”是很好的技術支撐平臺,再加上其大量的制造企業經驗及教學經驗,是很好的選擇。其構成平臺如下圖:
圖2 CAXA數字化工廠模型
圖3 依托CAXA數字化工廠平臺進行項目式教學
4. 結語
如今隨著國家對教育的投入力度加大,越來越多的中高職學校以示范校建設為契機,全力開展與企業接軌的專業建設,汲取企業的先進制造經驗,其中數控、機電、模具等專業均建設數字化工廠項目,數字化工廠項目模擬企業模式,通過PLM體驗中心、現代實訓車間、8S管理等內容建設構建出數字化工廠模型,再配合企業應用廣泛的CAD/CAPP/CAM/PDM/DNC等軟件,完成數字化工廠核心內涵建設,并由此展開教學模式改革,做到真正與企業接軌。
參考文獻:
[1] 新時代下數字化工廠產業形勢分析探討 。中國行業研究網.2013-4-2。
[2] 構建數字化工廠 。中科海德。
關鍵詞:一體化教室;生產車間;實訓車間
工學結合一體化教學場所是根據本專業的典型工作任務和學習情境,結合課程特點,為學生創設一個盡量真實的工作環境。這個場所設施布置得合理與否,對于學習過程、學習效果有十分重要的影響,根據專業特點和課程特點,機械制造類專業的一體化教學場所可以設置成一體化教室、實訓車間和生產車間。
一、一體化教室
與純粹的理論教室相比,一體化教室與生產設備更接近,按其功能可以分為專業理論教室、模擬教室、專業教室。
1.專業理論教室
在傳統學科課程體系下的教學場所只具備一種教學功能,無法實現理論和實踐的結合,而在工學結合一體化課程中,不再明確劃分理論教學和實踐教學,根據機械制造類的專業課程特點,如機械制圖、測量技術等基礎課程,可以在專業理論教室布置儀器儀表、設備(零部件)模型、技術標準、掛圖表格等,這類教室可以將理論教學、學習討論、查閱資料、小型零部件的拆裝等融為一體,從而把理論和實踐教學合二為一,學生也不再需要上完理論課以后,接著再去實驗室或實訓室進行試驗或實訓。
專業理論教室可配置多媒體講臺、實物投影儀、零部件陳列柜、圖書資料柜等,在理論授課的同時,也能進行實驗的演示,還可指導學生現場操作。在理論教室設立小組工作區,學生按小組就座,培養學生制訂計劃、評估計劃的能力以及團隊合作精神。
2.模擬教室
在機械制造類專業的教學中,全部依賴于真實的機械設備進行操作訓練不現實,一般的學校也不具備條件,必須借助于模擬教室,除了數控編程與仿真以及CAXA、CAD/CAM等軟件的學習之外,還需要模擬企業的生產過程,如PLM體驗中心:建立前期的準備、獲取信息、制訂計劃、實施計劃、質量評估、反饋及成果應用六個環節,學生在設計平臺學習機械制圖、分析產品構造;通過工藝平臺,根據產品進行工藝設計,并生成工藝卡片;依據編程平臺,對工藝卡片的內容進行程序設計,并生成程序表;在加工平臺(實訓車間),根據圖樣、工藝卡片及程序表進行產品加工;最后在管理平臺對產品的質量進行分析,并填寫產品質量表。這樣不僅實現了工作流程與校內學習的對接,也讓學生能貼近崗位需求進行學習,而且使學生搜集處理信息的能力,分析問題、解決問題的能力和團隊交流合作的能力得到了鍛煉和提升。
3.專業教室
一些先進的高端設備,學生不可能人手一臺設備進行實際操作,因此可以在專業教室中配置一套真實的設備,并在設備上配置視頻監控,多媒體講臺便于教師在教學中接收數據、播放課件等,教師可以演示真實的設備現場,并通過視頻投放到電子白板上,解決了學生“看不清楚”的問題,還可以把理論教學與實踐教學有機地融合在一起,解決了因為教師、設備、場地緊缺與學生較多之間的矛盾。
二、實訓車間
與專業教室相比,實訓車間更強調一體化教學的實踐性、真實性。按其功能可以將實訓車間設計成單一功能和多功能的車間。
1.單一功能實訓車間
根據典型工作任務或技能工種,設置單一功能的教學培訓場所,如普通車工、鉗工實訓車間等,在同一教學場所配置多臺配套相同的設備,主要用于學生學習的基本操作技能,便于教師的組織教學,也提高了設備和場所的利用率。
2.多功能實訓車間
多功能實訓車間是根據具體的職業或工種設計的,融該職業全部或多項職業功能為一體的教學場所,根據機械制造類企業生產產品的需求,配置生產性的加工設備,將教學環境與實際工作情境有機結合起來,讓學生(或學習小組)完成某個綜合任務或產品,使學生不再局限于提高某一項工作技能,而在幾乎真實的工作環境中體驗某個產品的生產過程(計劃、控制、生產、檢驗以及核算),以提高學生的綜合職業能力。當然在多功能實訓車間也必須設置專門的學習討論區,便于學生自主學習或討論問題。
三、生產車間
引進與本專業相關的企業,建立“校中廠”,校企共建生產型實訓場所,將企業的技術標準、管理規范和企業文化融入實訓教學過程中,讓學生在真實的生產現場中學習。企業兼職教師和學校專任教師共同承擔教學任務,既促進了教師專業能力,尤其是實踐能力的快速提升,也提高了學生的職業能力,有力地推動了學生身份的快速轉變,使學生能以雙重身份(學生、準員工)來要求自己,也降低了教學成本,變消耗性實訓為生產性實訓,實現了企業與學校的共贏。
通過對一體化教學場所的不斷完善,在培養學生職業能力,提升教師的專業能力等方面取得了較大的成效,但也有很多因素制約著一體化教學場所的建設,還有待進一步的研究和探討。
【關鍵詞】“華峰班” 化工 工程教育
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2012)14-0005-01
石油和化學工業是我國國民經濟的重要組成部分,我國化學工業的發展和技術的進步、化工園區及延伸產業鏈的發展,以及石化產業的可持續發展都需要大量化工技術人才,這就要求我們培養的化工人才要更多地貼近石化行業。而目前的化工教學乃至專業實驗過于通識化、程序化、模型化,學生通過化工專業的學習,無法掌握解決實際問題的能力。本文總結了溫州大學化工專業教師近幾年來的科研方向,并對“華峰班”的3+1教學改革試點和對溫州大學化工專業的教學和實驗進行了一些創新,提出了一些比較實用的教學和實驗思路。
一 構建以知識群落為基礎的專業課程體系,切實推進課堂教學和實踐教學模式的變革
化工專業課程體系主要由化工熱力學、傳遞過程原理、化學反應工程、分離工程、化學工藝學、化工設計六門課程組成,構成了化學工程與工藝核心專業課的主體。化工專業實驗是化工專業課程體系的重要組成部分,也是化學工程與工藝專業必修的實踐性課程。它是從工程與工藝兩個角度出發,既以化工工藝生產為背景,又以解決工藝或過程開發中所遇到的共性工程問題為目的。現行的化工專業實驗過于簡單模型化,學生很難通過實驗鍛煉其分析和解決實際問題的能力。引進計算機仿真技術與現行化工專業實驗結合,雖然拓寬與發展了工程實驗的內容和可操作性,但工科學生真正的實踐動手能力卻得不到鍛煉,更無從談起培養學生的創造性思維方法。
本次改革的嘗試從整合教師科研室、化工專業實驗室和校外實踐基地的硬件與軟件教學資源開始,逐步建立理論教學與課內外實踐教學融于一體的教學體系和平臺。具體的做法如下:
第一,把部分課堂教學移入科研室進行,面對正在運行的科研裝置進行現場教學。這樣的教學模式將科研中涉及的化學工程基本原理,通過設備運行、教師講解、學生操作這一過程,實現教師、設備與學生對話,使學生獲得感性認識的同時,加深對化學工程原理的理性認識,并且對化學工業的科學研究前沿有一定的了解。例如,將工業催化中“固體催化劑顆粒內的質量傳遞”的教學內容與反應工程中“固定床反應器”一節的部分內容進行融合,以“固定床反應器及催化劑顆粒的內、外擴散消除”為教學內容,帶學生參觀并操作正在運行的固定床反應器,現場對學生進行講解高壓固定床反應器的內擴散、外擴散的消除方法,并讓學生利用高壓固定床進行石油化工的加氫脫硫實驗研究。學生在這個過程中真正認識到一些基本的化學工程原理。回到課堂上,再結合文獻,系統地講解教材中沒有涉及的消除內、外擴散的幾種方法。這一教學和實驗過程的統一不但提高了學生的學習興趣和動手能力,又使學生接觸到了科學研究的前沿內容。
第二,利用參觀見習、生產實習的良好機會,在車間裝置上進行現場教學。
在不到三年的時間里,學生積極參與教師的科研實踐。化工專業教師的部分科研設備用于專業實驗教學、課題研究內容部分納入專業實驗課教學內容,實現了科研與教學的高度融合。提高了學生學習的自主性、研究性、實踐性和創造性。
二 溫州大學特色的“華峰班”化工專業教學改革
作為地方院校,溫州大學的辦學宗旨是以培養創新應用型人才為主,服務地方經濟和社會的發展。為提高學生在工作方面的能力,溫州大學從學生的實際出發,基于企業和學校的實際情況,探討并實現了“華峰班”學生教學與上崗實踐的運行機制,深入推進了校企合作辦學,基本實現了“雙贏”和共同發展。其主要措施如下:
第一,在培養方案中,設置“華峰班”模塊課程。在工程專家的指導下,根據企業的需要對培養方案進行部分修改,增設華峰提出的部分課程,使得學生在校期間所學的基本知識和專業理論更貼近于華峰實際的應用。在這種戰略方針下,學生在企業的環境中真正做到知識和能力之間的無縫連接,縮短了崗位過渡時間,增加了學生的工程實踐能力。
第二,豐富“華峰班”的內涵建設。明確學生進入企業進行生產實踐過程中各個環節的具體內容和時間安排。細化學生在每個環節、每個時間段的具體任務,明確入駐教師和企業工程師的具體任務和職責。企業專門派一位工程師作為學生的導師,兩者相互合作交流,并定期將學生的進展情況作階段性總結,明確下一階段的任務和職責,并對學生暴露出的一些問題進行批評指正。
參考文獻
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