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關鍵詞:自動控制可編程序控制器系統設計應用
在現代化的工業生產設備中,有大量的數字量及模擬量的控制裝置,例如電機的起停,電磁閥的開閉,產品的計數,溫度、壓力、流量的設定與控制等,工業現場中的這些自動控制問題,若采用可編程序控制器(PC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一,本文敘述PC控制系統設計時應該注意的問題。
硬件選購目前市場上的PC產品眾多,除國產品牌外,國外有:日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS,韓國的LG等。近幾年,PC產品的價格有較大的下降,其性價比越來越高,這是眾多技術人員選用PC的重要原因。那么,如何選購PC產品呢?
1.系統規模首先應確定系統用PC單機控制,還是用PC形成網絡,由此計算PC輸入、輸出點。數,并且在選購PC時要在實際需要點數的基礎上留有一定余量(10%)。
2.確定負載類型根據PC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型,是大電流還是小電流,以及PC輸出點動作的頻率等,從而確定輸出端采用繼電器輸出,還是晶體管輸出,或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式,對系統的穩定運行是很重要的。
3.存儲容量與速度盡管國外各廠家的PC產品大體相同,但也有一定的區別。目前還未發現各公司之間完全兼容的產品。各個公司的開發軟件都不相同,而用戶程序的存儲容量和指令的執行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PC價格就越高,但應該根據系統的大小合理選用PC產品。
4.編程器的選購PC編程可采用三種方式:
一是用一般的手持編程器編程,它只能用商家規定語句表中的語句編程。這種方式效率低,但對于系統容量小,用量小的產品比較適宜,并且體積小,易于現場調試,造價也較低。
二是用圖形編程器編程,該編程器采用梯形圖編程,方便直觀,一般的電氣人員短期內就可應用自如,但該編程器價格較高。
三是用IBM個人計算機加PC軟件包編程,這種方式是效率最高的一種方式,但大部分公司的PC開發軟件包價格昂貴,并且該方式不易于現場調試。
因此,應根據系統的大小與難易,開發周期的長短以及資金的情況合理選購PC產品。
5.盡量選用大公司的產品其質量有保障,且技術支持好,一般售后服務也較好,還有利于你的產品擴展與軟件升級。
輸入回路的設計
1.電源回路PC供電電源一般為AC85—240V(也有DC24V),適應電源范圍較寬,但為了抗干擾,應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:1隔離變壓器等)。
2.Pc上DC24V電源的使用各公司PC產品上一般都有DC24V電源,但該電源容量小,為幾十毫安至幾百毫安,用其帶負載時要注意容量,同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PC的運行)。
3.外部DC24V電源若輸入回路有DC24V供電的接近開關、光電開關等,而PC上DC24V電源容量不夠時,要從外部提供DC24V電源;但該電源的“—”端不要與PC的DC24V的“—”端以及“COM”端相連,否則會影響PC的運行。
4.輸入的靈敏度各廠家對PC的輸人端電壓和電流都有規定,如日本三菱公司F7n系列Pc的輸入值為:DC24V、7mA,啟動電流為4.5mA,關斷電流小于1.5mA,因此,當輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動),或者有并聯電阻或有漏電流時(不能完全切斷),就會有誤動作,靈敏度下降,對此應采取措施。另一方面,當輸入器件的輸入電流大于PC的最大輸入電流時,也會引起誤動作,應采用弱電流的輸入器件,并且選用輸人為共漏型輸入的PC,Bp輸入元件的公共點電位相對為負,電流是流出PC的輸入端。
輸出回路的設計
1.各種輸出方式之間的比較
(1)繼電器輸出:優點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載,且電壓也可不同,帶負載電流可達2A/點;但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載,這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少,一般在幾十萬次至Jl百萬次之間,有的公司產品可達1000萬次以上,響應時間為10ms
(2)晶閘管輸出:帶負載能力為0.2A/點,只能帶交流負載,可適應高頻動作,響應時間為1ms.
(3)晶體管輸出:最大優點是適應于高頻動作,響應時間短,一般為0.2ms左右,但它只能帶DC5—30V的負載,最大輸出負載電流為0.5A/點,但每4點不得大于0.8A。
當你的系統輸出頻率為每分鐘6次以下時,應首選繼電器輸出,因其電路設計簡單,抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次/min以下時,既可采用繼電器輸出方式;也可采用PC輸出驅動達林頓三極管(5—10A),再驅動負載,可大大減小電流。
2.抗干擾與外部互鎖當PC輸出帶感性負載,負載斷電時會對PC的輸出造成浪涌電流的沖擊,為此,對直流感性負載應在其旁邊并接續流二極管,對交流感性負載應并接浪涌吸收電路,可有效保護PC。
當兩個物理量的輸出在PC內部已進行軟件互鎖后,在PC的外部也應進行互鎖,以加強系統的可靠性。
3.“GOM“點的選擇不同的PC產品,其“COM”點的數量是不一樣的,有的一個“COM”點帶8個輸出點,有的帶4個輸出點,也有帶2個或1個輸出點的。當負載的種類多,且電流大時,采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的PC產品;當負載數量多而種類少時,采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PC產品。這樣會對電路設計帶來很多方便,每個“COM”點處加一熔絲,1—2個輸出時加2A的熔絲,4—8點輸出的加5—10A的熔絲,因PC內部一般沒有熔絲。
4.PC外部驅動電路對于PC輸出不能直接帶動負載的情況下,必須在外部采用驅動電路:可以用三極管驅,也可以用固態繼電器或晶閘管電路驅動,同時應采用保護電路和浪涌吸收電路,且每路有顯示二極管(LED)指示。印制板應做成插拔式,易于維修。
PC的輸入輸出布線也有一定的要求,請看各公司的使用說明書。
擴展模塊的選用
對于小的系統,如80點以內的系統.一般不需要擴展;當系統較大時,就要擴展。不同公司的產品,對系統總點數及擴展模塊的數量都有限制,當擴展仍不能滿足要求時,可采用網絡結構;同時,有些廠家產品的個別指令不支持擴展模塊,因此,在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時,各廠家也有一些規定,請看相關的技術手冊。
各公司的擴展模塊種類很多,如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。PC的這種模塊化設計為用戶的產品開發提供了方便。
PC的網絡設計
當用PC進行網絡設計時,其難度比PC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型,對其基本指令和功能指令有較深入的了解,并且指令的執行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則,不能適應你的實時要求,造成系統崩潰。另外,對通信接口、通信協議、數據傳送速度等也要考慮。
最后,還要向PC的商家尋求網絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料,至于選用幾層工作站,依你的系統大小而定。
關鍵詞:土木工程專業;建筑工程方向;畢業設計;微課應用;實效
0引言
畢業設計是本科學生在校期間的最后學習和綜合訓練階段,是學習深化、拓寬、綜合應用所學知識的重要過程;是學生學習、研究與實踐成果的全面總結;是學生綜合素質與工程實踐能力培養效果的全面檢驗。土木工程專業畢業設計的目的是實現本科培養目標、培養學生綜合應用所學專業知識解決實際工程問題的能力,在畢業設計期間訓練學生嚴謹、細致、認真積極的工作態度,培養學生工程意識和主觀能動性,為將來學生在工作崗位上出色地完成任務打下基礎[2]。結合本人多年的畢業設計指導經驗,學生獨立性差,習慣機械地照搬例題和應用設計軟件,以偏概全、以點帶面,知其然而不知其所以然,知識體系紊亂,設計成果漏洞百出。因此,如何提高本科院校土木工程專業畢業學生的設計水平,提高學生的設計實效,是本科院校土木工程專業教育工作者必須探討的問題。
1土木工程專業畢業設計特征
1.1畢業設計課題的共性與個性
從近幾屆的畢業設計來看,畢業設計課題具有如下共性:大多數畢業設計課題均來源于工程實踐或模擬工程實踐,如教學樓、辦公樓、賓館、公寓、大型商場、高層住宅、圖書館等,其結構型式為多層或高層混凝土框架結構,要求學生在規定的時間內完成建筑方案設計、結構計算和施工圖繪制等基本任務。但根據各高校的具體情況,畢業設計課題具有其個性:選題方式、課題的深度、指導模式、質量控制等各有特點。如我校畢業設計個性鮮明:老師按照1∶1.2的比例提供課題,并上傳至教務處網站,課題按難度分A、B、C三個等級,學生在四年一期期末進行網上選題,并分階段自主選擇指導老師;指導老師利用畢業設計管理系統自主選擇學生,師生雙向選擇;同時制定質量控制手冊統一成果評定標準,按環節評分確保全過程質量控制。
1.2畢業設計指導模式
傳統的畢業設計指導模式是以班級為單位分派3~4位指導老師,指導老師協商排好值班表,確保工作期間的每個時間段均有老師值班,值班老師負責全班同學的答疑和指導,由于每位老師指導的面廣、時間有限,對單個學生的設計成果缺乏系統的了解,最終所取得的畢業設計成果內容不完整,深度不足,遠遠達不到本科教育的培養目標?;诖耍倚4蚱苽鹘y的以班級為單位的指導模式,全院范圍內分階段師生雙向選擇,結構方向的老師指導建筑結構階段,施工方向的老師指導施工組織和清單工程量計算階段,優化了老師的資源配置。每位老師限額指導15~20位學生,全過程一對一的指導,指導老師可現場答疑,也可遠程指導,全方位監控學生的設計過程。
1.3畢業設計指導效果
多年的實踐證明,我校土木工程專業畢業設計改革效果明顯,學生的設計成果質量有較大幅度的提高。在畢業設計改革的實施過程中,老師們發現了一個深層次的問題:學生之間的團隊意識較差,資源共享的理念缺乏,對問題的考察、論證能力較差。部分學生照搬書本或設計范例,過度的依賴結構設計軟件和相應程序,依賴老師,既不對具體問題加以探究,又不對設計結果加以分析、校核,習慣于就某些數據或公式的來源提問。指導老師疲于回答這些表面的問題,有時甚至于一個問題重復回答10來次,耗費了老師們大量的精力而無法深入疏通學生的知識體系和優化結構模型。為了能掃清這些普遍性的問題,留出更多的時間針對每個學生的課題特點進行特性指導,我們引入了畢業設計微課堂。
2土木工程專業建筑工程方向畢業設計微課堂的架構與實效
2.1畢業設計微課堂的架構
為了讓學生對大學四年所學的知識有一個系統的了解且能融會貫通,更全面地培養學生的工程實踐能力,我校土木工程專業建筑工程方向畢業設計向來是“假題真做”,其內容包括建筑方案設計、全套建筑施工圖設計、一榀框架的結構手算、結構電算、全套結構施工圖設計、施工組織設計、清單工程量計算七大部分。多年的指導經驗告知,設計中出現的普遍問題是學生的結構概念缺乏,建筑方案的結構體系紊亂,建筑施工圖空洞、結構施工圖不完整。其最大的問題在于手算一榀框架的內力和配筋,學生盲目地照抄范例,機械地照搬計算過程,不探究內容的對與錯,對整個知識體系無系統的了解,結構計算書雜論無章,答辯時一問三不知,設計效果差。如何培養學生的主觀能動性,疏通知識體系,使其盡快的融于工程實踐,畢業設計指導課題組的老師們針對學生集中出現的問題和解題困惑,精心制作了20個畢業設計微課堂,引導學生一步步地學習,掌握結構布置及結構計算的要點。在微課堂的架構設計中,每個微課堂對應一個知識點,授課教師詳細地闡述了其要點、各計算環節關鍵問題的處理,制作了學習任務單、進階練習題,微課視頻及微課課件,并上傳至湖南微課網,學生點擊“注冊”,待身份審核通過后,即可在線學習、提問、進階練習,每天安排一位老師在線解決學生的問題。
2.2畢業設計微課堂的應用實效
微課制作完成后,安排了5位老師對學生集中授課,詳細講解了微課的學習要點,指導學生按微課排列順序進行學習。要求每個學生上網獨立完成20個畢業設計微課堂的學習并評價,且做完全部的測驗,分析錯誤的原因并在線提問,有錯即改,直至滿分。整個結構設計階段按100分計算,微課學習占20分。通過這些行之有效的措施,督助學生學完了20個畢業設計微課堂,整個設計期間學生的微課點擊數達到23000多次,完成了521在線答疑。通過學習,學生對結構設計有了一個全面、系統的了解,結構計算中的一些基本問題通過自學微課解決了,老師們能騰出更多的時間對學生進行個性指導,優化其設計成果。大部分學生的手算計算書條理清晰、內容完整,計算結果合理;答辯時思路清晰、問題回答較正確;設計成果深度完全滿足本科畢業設計階段人才培養方案的要求,設計效果較往屆有較大程度地提高,微課的應用取得了實效,值得推廣。
3結束語
文中通過研究畢業設計的特征,探討了畢業設計的共性與個性,從畢業設計選題、畢業設計的內容安排、畢業設計的指導模式、師生的資源配置、畢業設計的指導效果等方面進行了比較,指出傳統的設計指導模式不利于優化教師資源。為了能讓教師有更多的時間對學生進行個性指導,優化其設計成果,引入了畢業設計微課堂,微課堂系統地闡述了結構設計理念,針對學生設計中容易出錯或遺漏的問題、各計算環節關鍵問題的處理等進行了詳細地講述,有效地解決了學生設計中的共性問題。微課的應用,既提高了指導老師的指導效率,同時也加強了學生的結構概念,取得就較理想的畢業設計效果。
參考文獻
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關鍵詞:畢業設計;實踐教學;激勵機制
作者簡介:程良鴻(1957-),男,湖北老河口人,華南農業大學自動化系,教授;鄒恩(1956-),女,湖南株洲人,華南農業大學自動化系,教授。(廣東 廣州 510642)
基金項目:本文系華南農業大學教育教學改革與研究項目“設立畢業設計激勵機制的研究與探索”(項目編號:JG12041)、華南農業大學教育教學改革與研究項目“自動化專業實踐教學改革的研究與探索”(項目編號:JG12014)的研究成果。
中圖分類號:G642.477 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)14-0199-02
本科畢業設計的目的是培養學生綜合運用知識的能力以及獨立分析與解決實際問題的能力,進而培養學生提出問題的能力,使學生受到工作與研究能力的綜合訓練,培養撰寫研究報告、設計說明書和論文的能力,進而培養學生從事科研工作的能力。[1]扎實完整的畢業設計所能達到的綜合訓練效果是其他教學環節不能替代的。然而,高校的部分現狀讓人感到這個環節雖然形式上存在,實質上正在縮水。其教學質量與訓練效果滿意度有下滑趨勢。畢業設計質量問題的表現如畢業論文作假、抄襲、摻水等。[2-4]此問題已引起許多學者的關注,主要建議和實施的措施有:完善職能部門的監管和過程審查形式[3];提前開題延展畢業設計時間[2,5];選題結合學生專長和就業方向、團隊指導和校企聯合指導等。這些措施能起到一定的效果,但問題還是存在,以至于有討論畢業設計存廢問題。[4]所以,進一步探析問題存在的原因及解決方法具有現實意義。
本文擬從畢業設計主體參與者的主觀動機層面研究問題存在的原因,提出在畢業設計教學環節設立提前答辯資格認定機制,并將其營造成一種激勵機制的方案,以期賦予直接參與者做好此項工作的主觀動機。
一、畢業設計質量問題的癥結分析
人們資源投入的主觀動機是把有限資源優先投入到回報更高的項目。引發高校本科畢業設計質量問題的一個重要原因是參與者資源投入主觀動力不足所致,分析如下:
學校和老師深知畢業設計對于培養人才的重要性,教育部也有專門指示[6],具備做好畢業設計工作的職業道德本能。當遭遇學生敷衍應付時痛心焦急。得知起因為找工作等大事時,又只能“諒解”。習慣成自然,發現原本需要學生高投入的工作卻遭遇投入嚴重不足。
學生方面,大學生在大四整個學年都需要忙于解決自己的著落問題。就業或深造都需要投入精力,而學校恰在大四安排了重磅的實踐教學環節――畢業設計。盡管這種安排符合大學學習的認知規律,但時間沖突在所難免。對學生而言,一邊是直接關系自己未來的重要事務活動,一邊是學校安排的最后一個必修任務,要想真正做好都需要投入精力。但前者的可視回報“更大”是顯然的,于是學生扎實做好畢業設計的主觀動機相對不足。
按理,企事業用人單位更需要專業基礎理論扎實、綜合應用能力強的優秀人才,畢業設計正是訓練這種能力的一個重要環節。通過訓練,學生的專業技能及綜合分析、解決問題的能力會有明顯提高,既滿足企事業單位的人才需要,也有利于學生未來發展。對用人單位和學生個人都具有更大的回報。遺憾的是,畢業設計的真實價值只有扎實做過才能體會到。其回報是超視距的,身在其中的學生一時看不到,而盡快簽約的回報是可視的,學生選擇后者也在情理之中。更有用人單位只強調實習試用,干脆無視求職者還有畢業設計環節沒有完成,更談不上將其作為重要指標列入人才評判條件。另外,畢業設計的成績也不作為研究生錄用單位復試的評判指標,盡管它更能體現考生的綜合能力。上述客觀事實帶給學生的導向是:畢業設計除了對自己的學位證有意義外,跟自己具備專業綜合實踐能力、成功走向人生下一站基本無關。
畢業設計的直接參與者如果缺失了積極參與的動機或動機不足,題目選得再真再實,監控表格欄目設計得再多再細,結果學生還是敷衍應付不配合,最終自然都流于形式。
二、設置一種激勵機制及可行性分析
如果設置這樣一種機制,即畢業設計“提前答辯資格認定”機制,是否可以從參與動機方面使問題得到一定程度的解決呢?下面分析可行性。
1.關于提前修完資格認定機制及高校施行現狀
為了營造寬松、適合學生個性發展的教育環境,高校教學體制中一般都設置了部分教學環節,可以申請提前修完資格認定機制。縱觀各校的管理細則,可以看出其中一些共同點:
(1)資格認定都規定有嚴格的審核、考試考察程序,能通過證明申請人已具備相關環節規定的能力水平。
(2)一般資格條件門檻高,都規定達到該環節要求的優秀水平。
(3)考慮到實踐環節,如實驗、畢業設計等通常需要特定的設備、場地,要有合適的選題和有實踐經驗老師的指導,單靠個人自學難以達到訓練目的,所以除少部分學校外[7]一般規定不可以申請提前修完資格認定。
綜上,對于實踐環節的提前修完資格認定,目前高校的監管方針是:規定不可以申請;規定可以,但門檻很高。如此客觀上使大多數學生知難而退,基本失去努力嘗試欲望。
其實,只要制定適當的激勵機制,營造大學生提早參與科研活動的氛圍,部分大學生通過努力是可以獲得先修完資格認定的。
2.因材施教,先行修完畢業設計不違背大學教育的認知規律
大四最后一個學期安排畢業設計是因為學生已修完培養方案規定的全部課程,具備綜合能力訓練的基礎。本文提議的提前修完資格認證機制應該不違背這種認知規律。下面從畢業設計需要的必要條件入手,分析實施的可行性。
(1)足夠的專業基礎知識。為適應學生大四找工作的需要,現行本科培養方案基本都遵循了課程緊湊安排、盡量提前的原則。進入大三時,學生通常已修完了基礎課和大部分主干專業基礎課,進入大四時已修完專業基礎課和部分專業課。按這種進度,若學生從大三第二學期開始通過參與各種科技創新項目進行畢業設計實踐活動,已經具備必要的專業基礎知識,隨著設計工作的深入,課程學習也會同步跟進。專業課知識可以帶著問題學。其實,帶著問題學習新知識,邊學邊用,在常規時段的畢業設計中也是常有的事。
(2)場地、設備、導師和選題。畢業設計選題要求結合專業知識訓練,要有適中的工作量、一定的先進性和創新性,完成設計則需要富有經驗的老師指導、特殊的設備和場地,甚至需要團隊合作,這些條件單憑個人課余自理難以實現。但通過參研老師的科研課題,參加學校倡導組織的各級別大學生創新比賽活動就不難實現了。
(3)大量的時間。課余時間是有限的,客觀上也是零碎的。但若是有主觀動機,時間也是擠出來的。何況算上大三第二學期兩頭的寒暑假,就有兩個大塊時間段可資利用,若在常規畢業設計開始前夕申請提前答辯,此前的一個寒假也能用上。
綜上,對于一個學習狀態正常的學生而言,先行修完畢業設計不違背認知規律,理論上是可行的,前提是適當的時間節點和個人主觀努力。
三、激勵機制對提高畢業設計質量的作用
如果制訂的提前修完資格認證條件適中,則教學雙方都將具備積極參與的動機。學生能通過提前答辯是一種榮譽,是具有初步科研能力和創新能力的證明,寫在求職簡歷上能彰顯學習效率和綜合實踐能力,能贏得一個學期(半年)的自主支配時間,增加就業成功率等。
指導教師能將原本課余就該做的科研項目、指導學生創新競賽活動等再賦予指導本科畢業設計教學活動內涵;若學生提前答辯通過,相應的導師也計入指導畢業設計工作量,原本第二課堂的活動與第一課堂教學任務相關聯,調動了老師參與指導的積極性。學校管理部門在不增加額外投入的前提下能營造大學生課余積極參與科研創新活動的學術氛圍。通過學生和導師具備主觀動機的努力會衍生更多本科生在校科技創新成果,如公開、科技競賽獲獎以及申請專利等等。
調動了各方積極參與的動機,并注意以下實施過程的科學性,對于提高畢業設計質量有促進作用。制定合適的畢業設計提前修完資格認定條件,能確保答辯通過的論文水平達到常規畢業設計論文水平的優良檔次,否則不予通過;提前答辯設在常規畢業設計開始之際,通過嚴格規范的答辯過程和評分結果對即將進入畢業設計的同年級學生具有實際意義的示范作用;對于資格認證或未通過答辯的學生,前期的工作已經為后期的畢業設計奠定了基礎,努力方向會更明確。
另外,學生參與教師的科研活動有助于提高畢業論文質量。[8]綜上,只要將提前修完資格認定機制營造成一種各方都具有積極參與動機的激勵機制,從源頭解決畢業設計質量問題就有希望。
四、把提前修完資格認定機制營造成輔助激勵機制
圖1是“提前修完畢業設計資格認定”機制實施流程圖。
提前修完資格認定機制應該成為一種輔助激勵機制,實施中不能與現行教學管理沖突。為此,應該注意以下幾點:一是鼓勵但不強迫學生參與提前修完資格認定活動。學生根據個體能力及條件自愿選擇,不增加額外負擔。二是制定合適的資格門檻。要點在于激勵盡可能多的學生參與提前修完資格認定的嘗試與努力,門檻定在應屆生約三分之一能夠上線的檔次。正是因為提前修完資格認證機制具有挑戰性,本質上就成為一種激活學生潛能的機制。建議將這種激勵效應由傳統的只針對極少數人有效、營造成針對多些人都有效的激勵機制。
提前修完資格認定機制中的提前開題一定要提前答辯。實踐證明,提前開題但不提前答辯看似延長了設計工作時間,其實參與者的設計工作最終還是集中在后期進行,這是惰性本能使然。而提前修完資格認證機制中的提前開題目的明確,就是為了提前通過答辯,參與者自然會高效使用時間。
五、結論
引發高校畢業設計質量危機的客觀原因固然很多,但主觀原因是參與者動機缺失。沒有動機,其他措施都會流于形式;在畢業設計環節設立提前修完資格認定機制是可行的。若措施得當,與大學教育的認知規律不悖,所需要的時間、導師和設備場地也可以不缺;將提前修完畢業設計資格認定機制營造成一種激勵機制,一定要設置適中的資格門檻,使學生通過努力能夠達到。要點是這種激勵機制能夠賦予參與者以主觀努力的動機。另外,為學生提供了自主選擇畢業設計時間的可能,客觀上能避開時間沖突問題。比如,下一步準備就業的學生可以作提前答辯資格認定的努力;而準備考研的學生則可以選擇先備考,后做畢業設計。
當然,要想使提前修完畢業設計資格認定機制真正成為期望的有用機制,有諸多問題還需要在實踐中探索、發現和解決。本文的分析旨在拋磚引玉,供感興趣的讀者共同關注與思考。
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【關鍵詞】土木工程;畢業設計;教學改革
1、引言
畢業設計作為土木工程專業本科教學中十分重要且必不可少的一個環節,它不但可以幫助學生更加系統全面地認識大學四年中所學的力學數學以及專業基礎知識,使之成為一個有序的整體,更加能夠讓學生學會如何解決實際工程問題,為將來從事的工作奠定良好的基礎。因此,在本科生的教育教學改革嘗試中,非常有必要探討一下該如何設置畢業設計課題,采用怎樣的形式和手段將理論與實際充分結合,既能激發學生的學習興趣、培養動手能力,又能夠滿足現代工程的需求。
畢業設計不同于一般性的課后習題和課程設計,它代表的是更為實際和具體的工程項目,這個過程不但將本學科的專業基礎知識串聯起來,更是學生畢業后所從事工作的一個縮影,它不但可以讓學生鞏固已學理論知識,更可以培養學生解決實際問題的綜合能力,因此,畢業設計的科學合理安排對現代土木工程專業人才的培養起著至關重要的作用。土木工程專業的日常教學,尤其是專業課程及相應的課程設計安排中,傳統的手算方法依然占主導地位,因此不難理解,畢業設計中結構的手算及手繪施工圖成為了必不可少的環節。不可否認,雖然計算機數值計算方法具有顯而易見的優點,但傳統手算求解過程可以讓學生夯實和加深對力學基本理論的認知程度,為解決實際工程問題奠定基礎,更重要的是,在實際工程設計中,設計人員應具備扎實的力學知識,對結構的整體受力狀態有充分了解,并且能夠對簡單結構或構件開展手工計算,從而對計算機數值計算結果進行檢查和復核。但與此同時,由于現代工程問題日益復雜,計算機數值模擬已經成為土木工程行業結構設計計算的主要手段,而且它的更廣泛使用將是不可避免的趨勢,因此,高校培養的現代土木工程專業技術人員必須熟練掌握數值計算軟件的應用,借助它的優勢來有效解決實際工程問題。
2、畢業設計改革要點
綜上可知,在土木工程本科生畢業設計中,傳統手工力學分析和現代計算機數值計算手段應當有效結合、并重。通過科學合理的畢業設計選題,使得學生能夠較好地實現理論與實際相結合,具備手工計算和數值計算軟件應用的能力。
1)畢業設計選題原則
畢業設計是一個綜合性較強的實踐教學環節,它的選題工作就需要綜合考慮多個方面的因素。宏觀上,要考慮到大多數學生畢業后將從事生產一線工作,故應該盡量體現較強的實踐性,最好能夠結合實際工程來進行命題,這樣既可以調動學生的積極性,主動思考主動創新,又可以理論聯系實際,甚至讓學生到工程現場進行參觀學習,參考工程項目的實際功能需求來進行設計計算。微觀上,為了能夠在畢業設計中將手工計算與計算機數值計算有機結合起來,既要充分考慮手工計算的特點和可能性,選擇合理的結構形式和布局,能夠提取工程簡化模型,采用結構力學手段進行手工分析,又要考慮計算機數值模擬的必要性,即不能選擇過于簡單的結構形式和單一的受力條件,無法代表或滿足實際工程項目的功能要求及受力狀態。一般地,結合當地施工單位或設計院所在建或已建實際工程項目進行選題,可以較好地保證結構形式的合理性,避免虛擬課題可能存在的過度復雜化和不切實際。
2)畢業設計中手工計算與計算機數值計算的有效結合
如前述,畢業設計是整個大學生教育教學過程中舉足輕重的部分,就土木工程專業技術人員的培養而言,它起著承前啟后的關鍵作用。為了使高校培養出的現代土木工程人員既有扎實的理論基礎,又具備靈活應用知識、使用新方法和手段解決實際工程問題的能力,學校在本科畢業設計環節應當重視傳統方法與現代手段的有機結合和無縫對接,兩者相輔相成,使學生在最后這個階段得到最扎實的鍛煉和全面的訓練。例如,在畢業設計選題前期,指導教師應當為學生規劃設計內容的大綱和框架,讓學生明確該項工程主要涉及哪些重要的力學知識,進行構件受力、位移或變形等分析時的難點所在,需要掌握哪些計算機數值模擬方法和軟件,以及選擇這些方法的原因,從而讓學生對設計全局有一個整體的認識,了解手工計算與計算機模擬的不同之處和各自的優缺點,兩種方法該如何進行對比比較以及計算結果的復核和校正。在設計任務的布置方面,要考慮到手工計算耗時較長,故不宜選擇結構形式和受力狀態過于復雜的部分,宜選擇結構形式較規整、受力均勻的部分進行手工設計計算,而較為復雜的問題求解則通過計算機模擬來進行。盡管計算機數值模擬方法具有諸多優點,但計算過程中可能會出現程序或參數錯誤,需要技術人員做進一步的檢查和復核,進而優化整個結構設計方案,此時,手工計算結果就可以提供有益的參考,經過反復修正計算機模型來實現優化。
關鍵詞: 建筑學; 畢業設計; 質量控制;
中圖分類號: TU 4
建筑學專業畢業設計是建筑學專業本科生五年學習的重要總結,是課堂理論學習與實際工程實踐相結合的重要階段,畢業設計可以全面檢驗學生的能力與素質,同時也是培養學生自主學習,培養創新精神的重要途徑。如何在畢業設計階段有效地控制質量,使每一位學生認真完成大學本科五年最后一份答卷,是我們每一位專業課教師應該認真思考的問題。
針對在畢業設計中可能存在的問題,我們主要從一下幾個方面加強了畢業設計教學環節的質量管理。
1 畢業設計題目設置
建筑學專業畢業設計課題的來源、規模與難易程度是影響畢業設計質量的重要因素。在實際教學中經常出現脫離實際的情況,如有的選題為數十萬平米的某某園區的規劃設計,與學生在校所學知識嚴重脫節,學生在有限的時間內不能完成任務;有的難度偏小,甚至還不如課程設計深度,學生得不到應有的鍛煉,達不到畢業設計的質量要求。
建筑學專業畢業設計題目的來源、大小與難易直接影響到畢業設計的工作質量和時間安排,畢業設計指導的首要任務是確定設計課題。
(1)設計題目類型多元化
根據學生興趣、特長和學習能力的不同,擴大選題范圍,增強學生對畢業設計的興趣。設定不同類型設計課題,設計題目里也可以設定不同的側重點,和別的專業有結合的設計,比如有強調生態技術措施的建筑設計,有強調數字化設計的,有偏重城市設計等等設計題目,也可以有一些帶有研究性質的課題,結合設計題目,從而提高學生的建筑理論研究水平,選題時采取提前公布題目,學生再選擇的方式,以充分調動學生的積極性。
(2)設計題目真實化
畢業設計題目內容應選擇真實的題目,地形圖、規劃意見書、任務書等基礎材料齊全,多為指導教師參與或熟悉的實際工程項目或設計院的一個真實項目,指導教師拿來資料以后,可按照畢業設計大綱要求做一定修改,再作為學生的畢業設計題目,以“實戰”的氛圍來感染學生,提升學生的學習興趣,使學生熟悉實際工程的操作程序,獲得較全面的“實戰”經驗,促使學生在畢業前最大限度地完成轉型、成熟、蛻變的過程。
(3)設計題目的合宜性
建筑學專業的學生畢業后大多都就業于設計單位,從近年來的設計單位情況來看,學生工作后將主要從事量大、面廣的普通民用建筑項目的設計工作。因此,我們在畢業設計的選題上盡可能與其今后的工作相結合,即:以常見的公共建筑類型為設計課題,使學生就業后能很快進入角色,實現應用型人才直接為企業服務的人才培養目標。同時,每年都會更新設計題目,保持學生的新鮮感。
2.畢業設計的教學時間安排
畢業設計課程和以往設計課程的不同之處在于學生的時間和精力較分散。隨著學生就業壓力的逐漸增大,迫使學生不得不把主要精力用在尋找就業單位上。一些同學趁畢業設計階段外出求職擇業,或者提前去就業單位實習、工作;還有一些考研的學生要在四月份參加研究生考試的復試,學生要求做研究生入學的復試準備工作。這個時間段基本在畢業設計的中間環節,會占用這部分學生很大的時間和精力。這會使得學生用于畢業設計的有效時間減少,造成設計質量下降。另外有些學生在求職、考研過程中如果遇到挫折,產生的壓力,也會影響畢業設計的質量。
學生畢業設計的時間通常只有3-4個月時間,而且選擇的課題必須有一定的深度和難度。因此,為了提高畢業設計的有效時間,畢業設計前期工作一定要提前一個學期開始,包括畢業設計動員、選題與分組。畢業設計指導老師經多次討論確定設計題目,召集指導教師和全體畢業生開動員大會,幫助學生正確處理求職與畢業設計的關系,闡述進行畢業設計的重要性;告知其畢業設計的目標、任務以及畢業設計中應遵守的相關紀律。學生明確選題與分組后,指導教師就可以對其下學期的指導畢業設計任務和其他教學任務在時間上做好合理安排,避免沖突;學生則可盡早查找資料,與指導教師溝通,學生還可以利用寒假時間針對選題方向有目的的進行一些實地調研,撰寫調研報告等。充分的畢業設計調研和其他準備工作可以使畢業設計的實施過程少走彎路,節約大量時間,為畢業設計做好一個基礎。
3.實施畢業設計過程的質量控制
有效的過程控制是保證畢業設計良好效果的有力手段。針對建筑學專業畢業設計過程中常見的問題,結合以往的工作實踐和體會,筆者認為可以從畢業設計指導的方式、內容、時間等多方面著手,對畢業設計過程進行有效的質量控制,從而保證和提高應用型建筑學專業畢業設計質量。
(1)指導方式和內容
在方案構思階段,強調學生創造性思維能力的培養,采用多溝通多交流的啟發式教學方式。每次在改學生圖紙之前,花上一定的時間與學生們一起討論設計任務書,從建筑物的造型到表達的方式,從建筑的風格到語匯的運用等各方面進行分析討論,迅速有效地激發學生的創作欲望與靈感。
在方案深入設計階段,強調培養學生嚴謹的工作作風和對建筑技術方面知識的掌握能力,有針對性的講授一些建筑設計規范知識,如防火規范、無障礙設計、建筑設計通則、不同類型建筑設計要點以及一些與結構、設備設計等工種的配合注意事項等。
(2)指導時間與指導記錄
在指導時間上,保證一周兩次的固定指導時間,其他時間可通過網絡等方式隨時交流溝通,這樣可以有效控制畢業設計進度。同時,做好詳細的指導記錄,記錄每個學生的進度情況、遇到的問題、解決方法,以便對下次指導內容做大致的安排。
(3)階段性成果質量控制
畢業設計成果質量的要求是多方面的,教師除了以預先制定好的評判標準嚴格要求學生之外,還可以提前將評判依據告之學生,使學生自覺主動地控制畢業設計質量。在畢業設計過程中的質量控制也非常重要,我們要求在畢業設計有中期答辯,要求學生通過答辯才能繼續完成畢業設計。
4.總結
畢業設計是建筑學專業教學工作中的重要環節,是檢驗學生學業質量的重要途徑。建筑學專業畢業設計的教學應重視科學選題、過程管理和教學方法的不斷探索和研究。本文所談到的幾點對策是近年來筆者在指導畢業設計教學實踐中一點體會,希望能使建筑學專業畢業設計的指導和管理工作更加科學與合理。
參考文獻
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