工科类研究生课程教学体系的研究

齐晓芬+王玉琦+于殿宇

摘要：有效提高研究生在课堂上的学习兴趣，提高课堂效率，使学生们能更好适应工作，成为高校教育长期广泛关注的话题，因此对高等院校工科研究生的课程教学体系进行研究，对培养行业技术人才具有重要的现实意义。建立理论课程、仿真模拟和课程实践相结合的教学体系，通过仿真实践教学对课程的综合实用技术的掌握，能够提高学生学习的自觉性，发挥主观能动性，提高学生的独立思考和工程实践能力，从而达到培养高素质的世纪人才的目的。

关键词：工科研究生课程；仿真模拟；课程实践；教学体系

中图分类号：G643文献标志码：A文章编号：10017836（2017）04003403

近年来，工科类技术的发展和应用极大地推动了我国工业的发展和进步。大量的高新技术渐渐地成为工业加工的主体趋势，因而现代工业社会迫切需求大批在专业知识和工业技能方面都兼备的新型技术人才。对工科类研究生的培养需要考虑研究生们对知识的掌握能力、创新能力以及实际动手操作能力。现有的工科研究生培养主要以课程理论为主导，培养工科技术人才，从现有的教学改革的研究概况来看，一般都是从教学方式和教学内容进行改革来增强学生的自主学习的积极性和思考问题的能力，提高学生的创新能力和科研意识，锻炼学生解决实际问题和动手操作的能力。本文对高等院校工科类课程的教学体系进行研究，从课程理论研究到仿真模拟体系建立，增加学生的视觉感，从而培养学生的思维能力，推进素质教育的实施。通过分解理论课程内容并在此基础上对其加以改进，形成一种新的教学体系，即理论课程教学、仿真模拟单元和实践课程相结合，主要从理论课程的设计和产生的教学效果两个方面进行研究。

一、课程设计的研究

工科类研究生课程是以不同技术的单元操作为主导，以各类单元操作的基础原理、工艺流程为主要内容，还包括涉及到的仪器、设备等的设计以及运行过程中的调控和操作要点。一般教学内容除了涉及基本的理论分析外，还涉及部分抽象的数学模型及现实中所遇到的復杂、典型的工程类问题。使学生们在实际的教学过程中，除了得到相关理论知识的传授外，还从中获得将理论与实际相互连接的机会，引导学生对理论知识的全面理解，而不是局限于书面的学习。基于工科类技术人才的培养要求，为了使学生们兼顾理论学习与实践，其课程体系需要跨越目前狭窄的教学模式，目前的教学模式主要表现为以下几方面特点：（1）课堂内的教学内容繁多、知识点的更新速度快，学生的听课效率低。随着近几年国内外工业的迅速发展，相应的工科类技术课程的更新速度也逐渐加快。（2）知识点较多，不集中。每个操作单元的课程内容从技术原理、技术操作到技术应用的整个过程，各个操作单元较为复杂。（3）偏重于理论，与实际生产操作脱轨。过程烦琐，原理复杂，理论内容多于实际，学生的知识面仅限于书本，而不善于解决当代工厂所遇到的实际问题。（4）课程内容乏味。学生对理论的理解比较局限，兴趣点较低。因此，重视理论方式与实践培养是工科类课程教学的重点，笔者主要通过以下理论、仿真和实践结合的教学体系，来丰富课程内容。

（一）引用国内外高新技术理论

针对工业技术更新速度快的特点，时刻观察国内外的高新技术原理显得尤为重要。首先，查阅相关国内外最新文献，分析该技术的最新研究动态。其次，结合国内工业的现状，咨询相关的技术人员，分析该技术理论的可行性。最后将该技术理论作为课程内容为学生讲解。针对以上内容，着重于理论与实践相结合，让学生掌握最新的工业技术，而不是拘泥于老旧过时的技术原理，与工业企业紧密地联系在一起，培养更多的技术人才，有利于工业的加速发展。

（二）基于仿真技术的教学体系

1仿真教学概述

仿真模拟技术则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的技术手段，是一类综合性较高的仿真技术，主要涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等相关领域。由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境[1—2]，可以逼真地模拟现实世界的事物和环境，人一旦投入到该环境中，就会有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，与虚拟环境进行自然的交流。工科类技术仿真就是利用计算机上的仿真软件，以工业上的生产流程为基础，来建立各个设备中每个单元操作的动态模型，从而建立起与工业化生产实际操作相关的虚拟环境。 仿真教学体系则是将利用仿真技术建立起来的仿真系统贯穿到教学内容当中，使其成为主要课程之一。将仿真系统与分散的知识点、操作单元联系在一起，使学生在仿真环境中提前“进入工厂”，对实际的工厂运作有所掌握，及时发现问题并解决问题。这样不仅增强学生对课程内容的理解和提升各方面的能力，还能将工厂“搬进”实验室，解决实际过程中的疑难问题，两者都能从中得到好处，共同推动工业技术的发展。目前，已经有很多高等院校正在尝试仿真的教学模式。

2仿真模拟教学的建立

将工科类技术的各个操作单元分解，并对每个操作单元的工艺流程进行深入的分析，再利用仿真动画技术，包括二维动画和三维动画，还包括一些其他的辅助技术对各单元涉及的设备的结构、液态或固态物料的运动状态及他们之间的作用等进行动态的仿真模拟，主要从以下几个方面入手[3]；（1）动态环境建模技术。针对工业上的实际应用参数来获得构建仿真系统所需要的三维数据，从而建立起虚拟的动态环境模型。（2）仿真管理技术。虚拟仿真中包括大量的感知信息和模型，因而需要协调景、物、事件、输入信息等。（3）网络环境技术。使整个仿真模拟系统具有时空一致性、相互操作性、可伸缩性的分布式综合环境的表达。（4）应用环境技术。在仿真过程中对场景构建的物理和数学模型的量化程度以及模型的精度都决定了仿真模拟的真实性和可靠性。

3仿真模拟教学的实施

在讲解单元操作原理，设备构造和工艺流程等相关内容的过程中，利用多媒体技术将该仿真系统引入理论课堂，使学生更加深入地掌握各操作单元的工作原理、操作要点及操作参数等相关信息。加强学生对知识的理解记忆，理论与仿真实验同步进行，鼓励学生在建立的仿真实验平台上亲自动手操作，在整个模拟过程中，提高了学生在实际操作中对关键技术的分析与决策能力，有利于增强学生对化工生产过程的感性认识及原理的掌握[4]。

（三）开展实践教学

实践教学的主要目的在于检验学生在理论学习过程中对知识的掌握程度，从而提高并发展学生的主观能动性以及他们的创造价值[5]。为此，我们需要给学生提供良好的实践条件，使他们从中获取知识，与同伴交流，亲身感受并尝试丰富真实的情景和氛围，还可以让学生们在积极自由的空间中发挥想象。基于多媒体计算机技术、仿真技术和人工智能技术基础之上的仿真模拟技术开启了实践教学的现代发展新篇章。

教师可以利用工科类技术仿真系统自行设置故障，模拟故障现象，让他们自己动手，讨论如何利用已学过的内容合理排除故障，提高学生的判断问题和解决突发事故的能力，激发学生的学习积极性。除此之外，还可以根据校内实验室的实际情况为学生开设一些综合性实验。

目前，一些高等院校会采用“请进来”“走出去”等实践教学方式，“请进来”是邀请本专业的专家或工程师对国内外现阶段的工程技术等进行讲解，“走出去”即走出校园，深入工厂、企业进行实践，将理论与生产实际联系起来，以此来巩固学生的理论知识并提高学生的创新能力和动手操作能力等综合素质能力，激发出学生的积极性和主动性[6]。

二、教学效果的研究

传统的教学大多是教师与学生面对面地教授，在黑板上或利用多媒体对书本上的内容进行讲解。虽然这种教学模式能够完成书本上所有内容的传授，但是该模式过于抽象，限制了学生的发挥想象力的空间，教学很难达到理想的效果。因此，仿真模拟的教学方法跟常规模式比起来，不但能激发学生的学习兴趣、改善教学效果，还能提高教师的教学能力。

（一）激发学生学习兴趣

高校里面传统的教学方式主要以单调的理论讲解为主，学生们被动记忆知识点，这样会使研究生们对枯燥的课程产生疲惫感，而且大部分学生在校期间会对社会实践工作和实际生产感兴趣，而我们传统的教学方式不能满足学生们的好奇心。实践教学的开展让学生真真切切地走进工厂，熟知每个工艺的流程，再结合启发式的教学模式，让同学们积极地参与到课堂中来。例如在讲解超临界萃取这一章节的时候，按照常规的教学方式，教师们会逐一讲解原理及萃取装置，但是长时间且乏味的讲解过程使学生的注意力下降，导致不良的教学效果。而仿真教学体系中的仿真模拟技术使学生们真实地成为生产线的工作人员，模拟工厂的正常运转，学生带着好奇和任务，主动积极参与并讨论分析在模拟过程中遇到的困难和问题，以此提高了学生主动思考的能力，调动了学习的主动性。除此之外，学生带着在仿真模拟时遇到的问题走进工厂，与相关的技术人员探讨，了解真正生产过程中可能遇到的问题，并提出解决方案，有效避免了传统教学中所遇到的问题。

（二）改善课堂教学效果

随着教学设施的改善，多媒体出现在了高校的课堂上，通过二维的动画效果，也可以有效改善教学效果，但是学生在听课的过程中主要还是以记笔记为主，花费了很长的时间，对知识点的掌握不扎实，学生的热情普遍较低。而且在这种学习氛围中，理论与实践并不能很好地联系在一起，学生也就不能对所学的知识形成系统的知识体系。为了消除常规教学体系带来的这种弊端，通过技术仿真系统形成的教学体系，可有利于理解各个单元的原理并将流程、操作要点，还有控制参数等深刻记在学生的头脑中。可以使学生深入地掌握理论知识，提高学生的分析和操作能力，而且教师和学生都能轻松地完成课程内容，达到良好的教学效果。

（三）提高教师教学能力

技术仿真不仅能够带动学生的积极性和提升他们的综合能力，同时也会提升教师的教学能力。常规教学模式下，对教师的实践经验的要求不是很严格，他们不需要具备相关的从业经验，只需要按照教材与课件进行讲解也能完成基础的教学任务。但是仿真模拟教学体系的建立与实施，对教师的要求也必须有所提高，需要教师们具有一定的从业或实践经验，从而高效地完成教学任务，对同学们的指导切实可行。

（四）促进学校设备的有效使用

目前的高校里实验课的开展情况并不理想，一般传统的实验课都是采用分组做实验的模式，由几个人共同完成实验。由于近年来大学生的人数在不断增加，能利用的实验室的数量和空间在相对减少，所以实验课的授课效果和学习氛围均受到实验装置和实验场地等硬件条件的限制，不足以让每一个学生都能够独立完成实验。因此，利用仿真系统结合实验设备，可以让学生们充分地了解设备的运行程序。

（五）改善學生的实践能力

在传统的教学模式中，学生只限于对技术理论和设备的研究，对于实际生产了解得很少，即使走入社会，也需要一段时间来了解实际过程中设备的运转过程。但是在新的教学体系下，有效地解决这一问题，不仅增强了学生的实践能力，也提高了他们对实际生产过程中遇到问题时的反应能力。

三、结束语

工科类技术理论与仿真模拟和实践教学相结合的教学体系的形成和实施，让学生了解到最新的工业技术，更好地将工艺流程、设备装置的结构和工作原理理论与实际连接起来，带动学生的学习积极性，提高学生的想象力，为今后的工业发展培养并提供了具有实践能力的工科类技术人才。

参考文献：

[1]何江华.计算机仿真技术平话[M].北京：国防工业出版社，2005.

[2]张建武，孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究，2010（4）：109—112.

[3]汪国平.仿真模拟技术及其应用[J].物理学与信息科学技术专题，2005，34（8）：596—602.

[4]陈国辉，刘有才，刘士军.虚拟仿真实验教学中心实验教学体系建设[J].实验室研究与探索，2015（8）：169—172+185.

[5]欧胜彬，陈军.应用型本科院校专业实习的探索与实践[J].实验室研究与探索，2011（10）：161—165.

[6]王国亮，柳军剑.构建高校实践育人长效机制的方法与途径[J].考试周刊，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

（责任编辑：侯秀梅）