齊曉芬+王玉琦+于殿宇

摘要：有效提高研究生在課堂上的學習興趣，提高課堂效率，使學生們能更好適應工作，成為高校教育長期廣泛關注的話題，因此對高等院校工科研究生的課程教學體系進行研究，對培養(yǎng)行業(yè)技術人才具有重要的現(xiàn)實意義。建立理論課程、仿真模擬和課程實踐相結合的教學體系，通過仿真實踐教學對課程的綜合實用技術的掌握，能夠提高學生學習的自覺性，發(fā)揮主觀能動性，提高學生的獨立思考和工程實踐能力，從而達到培養(yǎng)高素質(zhì)的世紀人才的目的。

關鍵詞：工科研究生課程；仿真模擬；課程實踐；教學體系

中圖分類號：G643文獻標志碼：A文章編號：10017836（2017）04003403

近年來，工科類技術的發(fā)展和應用極大地推動了我國工業(yè)的發(fā)展和進步。大量的高新技術漸漸地成為工業(yè)加工的主體趨勢，因而現(xiàn)代工業(yè)社會迫切需求大批在專業(yè)知識和工業(yè)技能方面都兼?zhèn)涞男滦图夹g人才。對工科類研究生的培養(yǎng)需要考慮研究生們對知識的掌握能力、創(chuàng)新能力以及實際動手操作能力?，F(xiàn)有的工科研究生培養(yǎng)主要以課程理論為主導，培養(yǎng)工科技術人才，從現(xiàn)有的教學改革的研究概況來看，一般都是從教學方式和教學內(nèi)容進行改革來增強學生的自主學習的積極性和思考問題的能力，提高學生的創(chuàng)新能力和科研意識，鍛煉學生解決實際問題和動手操作的能力。本文對高等院校工科類課程的教學體系進行研究，從課程理論研究到仿真模擬體系建立，增加學生的視覺感，從而培養(yǎng)學生的思維能力，推進素質(zhì)教育的實施。通過分解理論課程內(nèi)容并在此基礎上對其加以改進，形成一種新的教學體系，即理論課程教學、仿真模擬單元和實踐課程相結合，主要從理論課程的設計和產(chǎn)生的教學效果兩個方面進行研究。

一、課程設計的研究

工科類研究生課程是以不同技術的單元操作為主導，以各類單元操作的基礎原理、工藝流程為主要內(nèi)容，還包括涉及到的儀器、設備等的設計以及運行過程中的調(diào)控和操作要點。一般教學內(nèi)容除了涉及基本的理論分析外，還涉及部分抽象的數(shù)學模型及現(xiàn)實中所遇到的復雜、典型的工程類問題。使學生們在實際的教學過程中，除了得到相關理論知識的傳授外，還從中獲得將理論與實際相互連接的機會，引導學生對理論知識的全面理解，而不是局限于書面的學習?；诠た祁惣夹g人才的培養(yǎng)要求，為了使學生們兼顧理論學習與實踐，其課程體系需要跨越目前狹窄的教學模式，目前的教學模式主要表現(xiàn)為以下幾方面特點：（1）課堂內(nèi)的教學內(nèi)容繁多、知識點的更新速度快，學生的聽課效率低。隨著近幾年國內(nèi)外工業(yè)的迅速發(fā)展，相應的工科類技術課程的更新速度也逐漸加快。（2）知識點較多，不集中。每個操作單元的課程內(nèi)容從技術原理、技術操作到技術應用的整個過程，各個操作單元較為復雜。（3）偏重于理論，與實際生產(chǎn)操作脫軌。過程煩瑣，原理復雜，理論內(nèi)容多于實際，學生的知識面僅限于書本，而不善于解決當代工廠所遇到的實際問題。（4）課程內(nèi)容乏味。學生對理論的理解比較局限，興趣點較低。因此，重視理論方式與實踐培養(yǎng)是工科類課程教學的重點，筆者主要通過以下理論、仿真和實踐結合的教學體系，來豐富課程內(nèi)容。

（一）引用國內(nèi)外高新技術理論

針對工業(yè)技術更新速度快的特點，時刻觀察國內(nèi)外的高新技術原理顯得尤為重要。首先，查閱相關國內(nèi)外最新文獻，分析該技術的最新研究動態(tài)。其次，結合國內(nèi)工業(yè)的現(xiàn)狀，咨詢相關的技術人員，分析該技術理論的可行性。最后將該技術理論作為課程內(nèi)容為學生講解。針對以上內(nèi)容，著重于理論與實踐相結合，讓學生掌握最新的工業(yè)技術，而不是拘泥于老舊過時的技術原理，與工業(yè)企業(yè)緊密地聯(lián)系在一起，培養(yǎng)更多的技術人才，有利于工業(yè)的加速發(fā)展。

（二）基于仿真技術的教學體系

1仿真教學概述

仿真模擬技術則是在多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術與網(wǎng)絡通信技術等信息科技迅猛發(fā)展的基礎上，將仿真技術與虛擬現(xiàn)實技術相結合的技術手段，是一類綜合性較高的仿真技術，主要涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等相關領域。由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環(huán)境[1—2]，可以逼真地模擬現(xiàn)實世界的事物和環(huán)境，人一旦投入到該環(huán)境中，就會有“親臨其境”的感覺，并可親自操作，與虛擬環(huán)境進行自然的交流。工科類技術仿真就是利用計算機上的仿真軟件，以工業(yè)上的生產(chǎn)流程為基礎，來建立各個設備中每個單元操作的動態(tài)模型，從而建立起與工業(yè)化生產(chǎn)實際操作相關的虛擬環(huán)境。 仿真教學體系則是將利用仿真技術建立起來的仿真系統(tǒng)貫穿到教學內(nèi)容當中，使其成為主要課程之一。將仿真系統(tǒng)與分散的知識點、操作單元聯(lián)系在一起，使學生在仿真環(huán)境中提前“進入工廠”，對實際的工廠運作有所掌握，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。這樣不僅增強學生對課程內(nèi)容的理解和提升各方面的能力，還能將工廠“搬進”實驗室，解決實際過程中的疑難問題，兩者都能從中得到好處，共同推動工業(yè)技術的發(fā)展。目前，已經(jīng)有很多高等院校正在嘗試仿真的教學模式。

2仿真模擬教學的建立

將工科類技術的各個操作單元分解，并對每個操作單元的工藝流程進行深入的分析，再利用仿真動畫技術，包括二維動畫和三維動畫，還包括一些其他的輔助技術對各單元涉及的設備的結構、液態(tài)或固態(tài)物料的運動狀態(tài)及他們之間的作用等進行動態(tài)的仿真模擬，主要從以下幾個方面入手[3]；（1）動態(tài)環(huán)境建模技術。針對工業(yè)上的實際應用參數(shù)來獲得構建仿真系統(tǒng)所需要的三維數(shù)據(jù)，從而建立起虛擬的動態(tài)環(huán)境模型。（2）仿真管理技術。虛擬仿真中包括大量的感知信息和模型，因而需要協(xié)調(diào)景、物、事件、輸入信息等。（3）網(wǎng)絡環(huán)境技術。使整個仿真模擬系統(tǒng)具有時空一致性、相互操作性、可伸縮性的分布式綜合環(huán)境的表達。（4）應用環(huán)境技術。在仿真過程中對場景構建的物理和數(shù)學模型的量化程度以及模型的精度都決定了仿真模擬的真實性和可靠性。

3仿真模擬教學的實施

在講解單元操作原理，設備構造和工藝流程等相關內(nèi)容的過程中，利用多媒體技術將該仿真系統(tǒng)引入理論課堂，使學生更加深入地掌握各操作單元的工作原理、操作要點及操作參數(shù)等相關信息。加強學生對知識的理解記憶，理論與仿真實驗同步進行，鼓勵學生在建立的仿真實驗平臺上親自動手操作，在整個模擬過程中，提高了學生在實際操作中對關鍵技術的分析與決策能力，有利于增強學生對化工生產(chǎn)過程的感性認識及原理的掌握[4]。

（三）開展實踐教學

實踐教學的主要目的在于檢驗學生在理論學習過程中對知識的掌握程度，從而提高并發(fā)展學生的主觀能動性以及他們的創(chuàng)造價值[5]。為此，我們需要給學生提供良好的實踐條件，使他們從中獲取知識，與同伴交流，親身感受并嘗試豐富真實的情景和氛圍，還可以讓學生們在積極自由的空間中發(fā)揮想象?；诙嗝襟w計算機技術、仿真技術和人工智能技術基礎之上的仿真模擬技術開啟了實踐教學的現(xiàn)代發(fā)展新篇章。

教師可以利用工科類技術仿真系統(tǒng)自行設置故障，模擬故障現(xiàn)象，讓他們自己動手，討論如何利用已學過的內(nèi)容合理排除故障，提高學生的判斷問題和解決突發(fā)事故的能力，激發(fā)學生的學習積極性。除此之外，還可以根據(jù)校內(nèi)實驗室的實際情況為學生開設一些綜合性實驗。

目前，一些高等院校會采用“請進來”“走出去”等實踐教學方式，“請進來”是邀請本專業(yè)的專家或工程師對國內(nèi)外現(xiàn)階段的工程技術等進行講解，“走出去”即走出校園，深入工廠、企業(yè)進行實踐，將理論與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來，以此來鞏固學生的理論知識并提高學生的創(chuàng)新能力和動手操作能力等綜合素質(zhì)能力，激發(fā)出學生的積極性和主動性[6]。

二、教學效果的研究

傳統(tǒng)的教學大多是教師與學生面對面地教授，在黑板上或利用多媒體對書本上的內(nèi)容進行講解。雖然這種教學模式能夠完成書本上所有內(nèi)容的傳授，但是該模式過于抽象，限制了學生的發(fā)揮想象力的空間，教學很難達到理想的效果。因此，仿真模擬的教學方法跟常規(guī)模式比起來，不但能激發(fā)學生的學習興趣、改善教學效果，還能提高教師的教學能力。

（一）激發(fā)學生學習興趣

高校里面?zhèn)鹘y(tǒng)的教學方式主要以單調(diào)的理論講解為主，學生們被動記憶知識點，這樣會使研究生們對枯燥的課程產(chǎn)生疲憊感，而且大部分學生在校期間會對社會實踐工作和實際生產(chǎn)感興趣，而我們傳統(tǒng)的教學方式不能滿足學生們的好奇心。實踐教學的開展讓學生真真切切地走進工廠，熟知每個工藝的流程，再結合啟發(fā)式的教學模式，讓同學們積極地參與到課堂中來。例如在講解超臨界萃取這一章節(jié)的時候，按照常規(guī)的教學方式，教師們會逐一講解原理及萃取裝置，但是長時間且乏味的講解過程使學生的注意力下降，導致不良的教學效果。而仿真教學體系中的仿真模擬技術使學生們真實地成為生產(chǎn)線的工作人員，模擬工廠的正常運轉(zhuǎn)，學生帶著好奇和任務，主動積極參與并討論分析在模擬過程中遇到的困難和問題，以此提高了學生主動思考的能力，調(diào)動了學習的主動性。除此之外，學生帶著在仿真模擬時遇到的問題走進工廠，與相關的技術人員探討，了解真正生產(chǎn)過程中可能遇到的問題，并提出解決方案，有效避免了傳統(tǒng)教學中所遇到的問題。

（二）改善課堂教學效果

隨著教學設施的改善，多媒體出現(xiàn)在了高校的課堂上，通過二維的動畫效果，也可以有效改善教學效果，但是學生在聽課的過程中主要還是以記筆記為主，花費了很長的時間，對知識點的掌握不扎實，學生的熱情普遍較低。而且在這種學習氛圍中，理論與實踐并不能很好地聯(lián)系在一起，學生也就不能對所學的知識形成系統(tǒng)的知識體系。為了消除常規(guī)教學體系帶來的這種弊端，通過技術仿真系統(tǒng)形成的教學體系，可有利于理解各個單元的原理并將流程、操作要點，還有控制參數(shù)等深刻記在學生的頭腦中。可以使學生深入地掌握理論知識，提高學生的分析和操作能力，而且教師和學生都能輕松地完成課程內(nèi)容，達到良好的教學效果。

（三）提高教師教學能力

技術仿真不僅能夠帶動學生的積極性和提升他們的綜合能力，同時也會提升教師的教學能力。常規(guī)教學模式下，對教師的實踐經(jīng)驗的要求不是很嚴格，他們不需要具備相關的從業(yè)經(jīng)驗，只需要按照教材與課件進行講解也能完成基礎的教學任務。但是仿真模擬教學體系的建立與實施，對教師的要求也必須有所提高，需要教師們具有一定的從業(yè)或?qū)嵺`經(jīng)驗，從而高效地完成教學任務，對同學們的指導切實可行。

（四）促進學校設備的有效使用

目前的高校里實驗課的開展情況并不理想，一般傳統(tǒng)的實驗課都是采用分組做實驗的模式，由幾個人共同完成實驗。由于近年來大學生的人數(shù)在不斷增加，能利用的實驗室的數(shù)量和空間在相對減少，所以實驗課的授課效果和學習氛圍均受到實驗裝置和實驗場地等硬件條件的限制，不足以讓每一個學生都能夠獨立完成實驗。因此，利用仿真系統(tǒng)結合實驗設備，可以讓學生們充分地了解設備的運行程序。

（五）改善學生的實踐能力

在傳統(tǒng)的教學模式中，學生只限于對技術理論和設備的研究，對于實際生產(chǎn)了解得很少，即使走入社會，也需要一段時間來了解實際過程中設備的運轉(zhuǎn)過程。但是在新的教學體系下，有效地解決這一問題，不僅增強了學生的實踐能力，也提高了他們對實際生產(chǎn)過程中遇到問題時的反應能力。

三、結束語

工科類技術理論與仿真模擬和實踐教學相結合的教學體系的形成和實施，讓學生了解到最新的工業(yè)技術，更好地將工藝流程、設備裝置的結構和工作原理理論與實際連接起來，帶動學生的學習積極性，提高學生的想象力，為今后的工業(yè)發(fā)展培養(yǎng)并提供了具有實踐能力的工科類技術人才。

參考文獻：

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[6]王國亮，柳軍劍.構建高校實踐育人長效機制的方法與途徑[J].考試周刊，2013（43）：158—159.

Abstract：Effectively improving postgraduates interest in the classroom and class efficiency to make them better adapt to the work has been a longterm topic of widespread concern for higher education. So research on the teaching system of engineering postgraduates in colleges and universities is of important practical significance for the training of technical personnel in the industry. We should establish a teaching system combining theoretical courses， simulation and curriculum practice. Mastery of comprehensive practical techniques by means of simulation practice teaching can improve students learning consciousness， and make them take the initiative to improve their independent thinking and engineering practice abilities， so as to achieve the purpose of training highquality talents in the new century.

Key words：engineering postgraduate curriculum； simulation； course practice； teaching system

（責任編輯：侯秀梅）