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《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐性教學(xué)改革探索

2013-08-15 00:49田為軍任露泉
關(guān)鍵詞:磨輥課程設(shè)計(jì)優(yōu)化

田為軍,叢 茜,任露泉

(吉林大學(xué) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130022)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析的一種現(xiàn)代通用技術(shù),該技術(shù)涉及農(nóng)業(yè)、機(jī)械、化學(xué)、電子、材料、石油、冶金、交通、電力、水利、醫(yī)療衛(wèi)生、輕工、食品以及管理等專業(yè)領(lǐng)域,是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)方法[1]。據(jù)此所開(kāi)設(shè)的《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程是一門(mén)理論和實(shí)踐相結(jié)合,實(shí)用性很強(qiáng)的課程[2]。開(kāi)設(shè)該課程的目的是讓學(xué)生了解和掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù),掌握用科學(xué)的方法去安排試驗(yàn),處理試驗(yàn)結(jié)果,以最少的人力和物力消耗,在最短的時(shí)間內(nèi)取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果,解決實(shí)際生產(chǎn)以及科研中的試驗(yàn)問(wèn)題[3-4]。

1 實(shí)踐性教學(xué)改革的必要性

鑒于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)研究中對(duì)試驗(yàn)優(yōu)化技術(shù)的廣泛需求,有必要進(jìn)行《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程的實(shí)踐性教學(xué)改革,通過(guò)教學(xué)改革,促進(jìn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量的提高,為社會(huì)培養(yǎng)具有試驗(yàn)優(yōu)化實(shí)踐技術(shù)的研究型人才。

實(shí)踐是獲悉知識(shí)的最直接、最快捷的方式,試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)作為工程中不可缺少的“工具課程”,要使學(xué)生了解“工具”和使用“工具”,最好的方法是讓學(xué)生使用“工具”解決實(shí)際問(wèn)題,在實(shí)踐中學(xué)習(xí)課程知識(shí)?!对囼?yàn)設(shè)計(jì)》課程的特點(diǎn)之一是公式多、計(jì)算多且計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。根據(jù)這一特點(diǎn),在教學(xué)過(guò)程中,教師往往會(huì)在計(jì)算過(guò)程的推導(dǎo)、演示和講解方面花費(fèi)大量時(shí)間。教學(xué)中重理論輕實(shí)踐,缺乏實(shí)用性[5-7]。此外,由于課時(shí)少、內(nèi)容多,無(wú)法安排教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié),因此對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏足夠的重視,造成理論與實(shí)踐的脫節(jié)[8],使《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程失去了作為“工具”在實(shí)際實(shí)踐中所引起的作用。

針對(duì)《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)以及目前實(shí)踐環(huán)節(jié)少的現(xiàn)狀,有必要進(jìn)行課程的實(shí)踐性教學(xué)改革,促進(jìn)教學(xué)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合,更好地滿足學(xué)生的培養(yǎng)要求。

2 實(shí)踐性教學(xué)改革措施

2.1 網(wǎng)絡(luò)化實(shí)踐教學(xué)

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程重在教授學(xué)生試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法以及如何處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此,在教學(xué)中開(kāi)辟第二教學(xué)課堂,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù),廣泛收集并建立每種設(shè)計(jì)方法的案例庫(kù),搭建網(wǎng)絡(luò)教育資源共享和學(xué)習(xí)支持服務(wù)平臺(tái),讓學(xué)生盡可能多的獲得試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同設(shè)計(jì)方法的案例[9]。在網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)支持下,安排上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié),利用網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)檢索系統(tǒng),讓學(xué)生自己尋找相應(yīng)的工程實(shí)例,編制試驗(yàn)方案。這種非實(shí)物的實(shí)踐教學(xué)要求學(xué)生依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法選擇相關(guān)專題,根據(jù)選擇的最新工程實(shí)例撰寫(xiě)試驗(yàn)方案分析報(bào)告,并在課堂中采用PowerPoint 方式進(jìn)行交流展示,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。通過(guò)對(duì)學(xué)生自學(xué)能力、信息處理能力、解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的思維能力的培養(yǎng),使學(xué)生靈活熟練掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。另一方面,在非實(shí)物試驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)秀試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案將作為教學(xué)中的案例充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中。網(wǎng)絡(luò)上數(shù)萬(wàn)篇有關(guān)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的科技論文,增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)信心,體會(huì)到《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》這門(mén)“工具”課程對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘I畹木薮笞饔?,認(rèn)識(shí)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)際上是質(zhì)量改進(jìn)的一種最高境界。

2.2 增設(shè)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

增加《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),并將成績(jī)納入《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程的最終成績(jī)。在教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后,安排兩周課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié),進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)。課程設(shè)計(jì)無(wú)固定的實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū),教師僅給出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括食品配方、食品質(zhì)量檢測(cè)方法、包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、微生物培養(yǎng)基配方、農(nóng)業(yè)殘留檢測(cè)等十多個(gè)設(shè)計(jì)題目。學(xué)生自由組隊(duì),針對(duì)各自專業(yè)典型的生產(chǎn)實(shí)踐或者科學(xué)研究問(wèn)題,設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo),編制試驗(yàn)方案,進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn),并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),最后以課程設(shè)計(jì)論文的形式上交。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)訓(xùn)練實(shí)踐,提高學(xué)生對(duì)試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的理解和應(yīng)用能力。課程設(shè)計(jì)評(píng)分以實(shí)踐性應(yīng)用為準(zhǔn)則,目的是鼓勵(lì)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐,提高教學(xué)的實(shí)效性。

2.3 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)工作不只限于課堂或者某一開(kāi)課學(xué)期,而是伴隨學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)以及實(shí)踐過(guò)程。尤其是在學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)及答辯前,更應(yīng)充分發(fā)揮試驗(yàn)設(shè)計(jì)在試驗(yàn)方案安排等方面的優(yōu)勢(shì),通過(guò)合理的試驗(yàn)方案編制提高試驗(yàn)效率。

以本科畢業(yè)設(shè)計(jì)“輥壓機(jī)磨損試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及磨輥仿生結(jié)構(gòu)優(yōu)化試驗(yàn)”為例。為提高磨輥耐磨性能,設(shè)計(jì)輥壓機(jī)磨輥非光滑形態(tài),采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析方法,分析仿生磨輥耐磨規(guī)律,揭示不同表面形態(tài)對(duì)耐磨性能的影響機(jī)理。在該畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,從確定試驗(yàn)指標(biāo)、選擇合適的因素水平以及編制試驗(yàn)方案等方面全程跟蹤、指導(dǎo)。該畢業(yè)設(shè)計(jì)最終優(yōu)化出了仿生磨輥的結(jié)構(gòu)參數(shù),獲得了耐磨性能最優(yōu)的仿生磨輥形態(tài)和結(jié)構(gòu),畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生發(fā)表了學(xué)術(shù)論文“條紋形仿生磨輥結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)”[10],并參加在湖北黃石召開(kāi)的中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)地面機(jī)器系統(tǒng)分會(huì),在會(huì)上宣讀了論文。

2.4 “大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐

為了加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力的培養(yǎng),鼓勵(lì)學(xué)生使用試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)申報(bào)以及開(kāi)展吉林大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目,以項(xiàng)目研究為契機(jī),推廣試驗(yàn)設(shè)計(jì)在實(shí)際中的應(yīng)用。學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料,根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)特點(diǎn)以及興趣,設(shè)計(jì)出具有一定科學(xué)性、創(chuàng)新性和可行性的課題,《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程教師對(duì)學(xué)生擬申報(bào)的課題進(jìn)行指導(dǎo),指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,減少試驗(yàn)次數(shù),合理安排試驗(yàn),提高學(xué)生科研實(shí)踐能力。所申請(qǐng)的吉林大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目:“利用高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)從蘋(píng)果渣中提取果膠的工藝研究(2007A45029)”以及“利用高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)提取牛血紅素鐵的工藝研究(2008B45074)”分獲國(guó)家級(jí)和校級(jí)一等資助。項(xiàng)目已順利結(jié)題,并獲得專家組好評(píng)。

2.5 教學(xué)實(shí)踐與科研相結(jié)合

在鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的同時(shí),吸引大三大四的本科生進(jìn)入教師的實(shí)際科研課題中,依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、吉林省科技廳等項(xiàng)目,為更多的學(xué)生提供實(shí)際操作空間,讓學(xué)生在高水平項(xiàng)目科研實(shí)踐中,直接運(yùn)用《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程學(xué)到的知識(shí),科學(xué)地制定試驗(yàn)方案,有效地處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),促進(jìn)教學(xué)與科學(xué)研究的緊密結(jié)合,使學(xué)生在掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則以及常用方法的基礎(chǔ)上,具備從事試驗(yàn)研究工作的能力,為學(xué)生未來(lái)就業(yè)或科研工作中獨(dú)立承擔(dān)試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供實(shí)踐平臺(tái)。課程組老師的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“無(wú)痛針頭表面結(jié)構(gòu)的仿生優(yōu)化設(shè)計(jì)及制備研究”(50875108)研究過(guò)程中,吸收了具有試驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的本科生加入到研究團(tuán)隊(duì)中,該本科生設(shè)計(jì)了凹槽形常規(guī)仿生針頭,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù),結(jié)合針頭穿刺過(guò)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬,全面研究了凹槽寬度、數(shù)量和深度等因素對(duì)仿生針頭減阻性能的影響規(guī)律,且進(jìn)行了穿刺驗(yàn)證試驗(yàn),從試驗(yàn)角度分析凹槽形仿生針頭減阻規(guī)律和效果,驗(yàn)證了數(shù)值分析結(jié)果,并撰寫(xiě)了學(xué)術(shù)論文“凹槽形仿生針頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與減阻機(jī)理分析”。

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐是快速獲悉理論知識(shí)最直接的方式,《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》作為工程中不可缺少的“工具課程”,其實(shí)踐意義更為重要。教師只有在教學(xué)過(guò)程中,不斷強(qiáng)化實(shí)踐,綜合應(yīng)用和改革各種教學(xué)手段,并為學(xué)生創(chuàng)造更多的實(shí)踐操作平臺(tái),才能顯著提高《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生在本科階段得到多方面的鍛煉,培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新興趣,為社會(huì)提供具有試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的專業(yè)應(yīng)用技術(shù)人才,滿足國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

[1]何為. 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法及其在化學(xué)中的應(yīng)用[M]. 成都:電子科技大學(xué)出版社,2004.

[2]罩海元,高職食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析課程教學(xué)改革的探討[J]. 廣西輕工業(yè),2007(5):117-118.

[3]任露泉. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化[M]. 北京:科學(xué)出版社,2009.

[4]夏璐. 淺談試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力中的應(yīng)用[J]. 高教論壇,2005(1):77-79.

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[10]滕鳳明,王慶波,汝紹鋒,等. 條紋形仿生磨輥結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[C]//中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)地面機(jī)器系統(tǒng)分會(huì)2011 年會(huì)論文集. 黃石:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì),2011:62-65.

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