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期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2022-07-23 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

  【摘要】虚拟仿真实践教学是培养材料成型及控制工程专业本科生实践创新能力的重要环节,也是改革传统教学方法的重要引领手段之一。西南石油大学材料成型及控制工程专业以培养油气装备制造为特色的创新型应用人才为目标,针对实践教学现状,引入OBE教育理念,通过创新教学模式、优化教学目标设计、调整教学产出和构建教学反馈机制,提升了学生的虚拟仿真技能和实践创新能力。
  【关键词】OBE材料成型及控制工程虚拟仿真实践教学
  【基金项目】西南石油大学材料科学与工程学院“一流本科专业建设”项目资助(2019CLY-JG-013)。
  【中图分类号】G642      【文献标识码】A     【文章编号】2095-3089(2021)11-0113-03
  成果导向教育(OBE)是基于学习产出的教育模式,以教育结果为导向,由美国首先提出来,在美国、英国、加拿大等国家成为了教育改革的主流理念,也是目前代表教育改革的主导方向[1-2]。OBE强调人人都能成功、个性化评定、精熟教学内容、绩效责任和能力本位,要求学校和教师先明确学习成果,让学生通过个性化学习过程完成自我实现的目标,再借助成果反馈来优化现有的课程设计与教学过程[3-5]。材料成型及控制工程是我国国民经济和制造业发展的核心专业,在我国较多工科院校均有开设,实践创新能力是学生专业能力的重要体现,而虚拟仿真实践教学又是培养本专业学生实践创新能力的重要环节[6-8]。本文主要对材料成型及控制工程专业虚拟仿真实践教学的现状进行了分析,展示了西南石油大学基于OBE教育理念在本专业虚拟仿真实践教学改革中的实施案例,同时为其他理工科专业的实践教学改革提供借鉴。
  一、虚拟仿真实践教学现状分析
  通过市场调研发现,,近年来企业急需材料成型虚拟仿真技术人才,虚拟仿真已成为工业制造领域的重要技术手段。国外对材料成型虚拟仿真技术的研究和应用较早,国内起步相对较晚,但是由于该技术对于本专业领域具有重要的引领作用,因此目前国内较多的普通高校和职业技术院校也广泛开设了一些虚拟仿真实验项目,建立了虚拟仿真实验平台。其中,清华大学、华南理工大学、中南大学、北京科技大学、郑州大学等先后建设了材料类国家级虚拟仿真实验教学中心;江苏科技大学、河南科技大学建设了材料類省级虚拟仿真实验教学中心[9]。
  可以预见的是,材料成型虚拟仿真实践教学将成为今后国内外本专业教育界对传统教学模式进行改革、提升人才培养质量的重要方向,也是开展先进教育理念深入实施的重要手段之一,因此备受世界各国教育界的关注。虽然国内的虚拟仿真教学方法应用较国外略晚,但发展非常迅速,目前单从技术掌握程度来说,国内与国外已无明显差别,而在普及应用上,显然与国外还有较大差距[10]。近年来,国内在材料成型虚拟仿真实践教学方面已进行了诸多探索,并且在虚拟仿真教学资源和平台建设方面也取得了一些成果。
  但是,现阶段在材料成型及控制工程专业虚拟仿真实践教学中,还面临一些重要问题亟待突破[1]:(1)实践教学理念与社会实际需求脱节,教学内容主要局限于理论知识的验证,与生产实际相差较远,难以实现对学生实践创新能力的培养,无法满足社会对创新型应用人才的迫切需求;(2)实践教学体系培养模式单一,未从学生个性化发展方面考虑,实践教学体系在因材施教方面明显不足;(3)实践教学缺乏互动性,很少通过实际工程案例启发学生的创造性思维,使学生缺乏触类旁通和举一反三的能力,甚至导致学生失去对虚拟仿真技术学习和实践的热情;(4)考核手段单一,许多高校仅将实验报告作为评判学生虚拟仿真实践环节完成情况的唯一评判标准,很难对学生是否达到预期能力目标进行合理评价。
  二、基于OBE教育理念的虚拟仿真实践教学改革
  1.改革思路
  将OBE教育理念与材料成型及控制工程专业虚拟仿真实践教学有机结合,在以下几个方面形成改革思路[11]:(1)转变实践教学模式。在OBE教育理念下,实践教学不仅要满足专业要求,还要受到业界专家、用人单位、毕业学生等的评价。其次,在OBE教育理念下,实践教学不仅要考虑学生毕业时要达成的能力目标,还要以此为依据进行反向构建实践教学内容和设计教学方法。(2)转变教学目标设计要求。在传统教育理念中,教学目标是让学生掌握本专业的实验知识及技能,未能与实际需求紧密结合。但在 OBE教育理念下,实践教学目标的设计不仅要满足社会发展对学科的要求,还要考虑到用人单位真正的需求,以及如何在实践教学中让学生获得个人长远发展的知识、素质和技能等。(3)转变实践教学产出模式。传统的实践教学体系产出的是满足专业课程体系的毕业生。在 OBE教育理念下,核心在于实践教学要为所有学生取得发展提供帮助,给每位学生提供充足的学习资源和因材施教的学习机会。(4)构建实践教学反馈机制。传统的实践教学模式是一个开环机制,学生通过教学环节后能否达成培养目标以及能否满足社会需求难以把握。OBE教育理念下的实践教学最重要的一环就是反馈环节,只有对学生的知识、技能、品质、能力进行量化,才能真正获得成果产出的实际效果,从而持续改进培养目标和实践教学方法。
  2.实施案例
  西南石油大学材料成型及控制工程专业一直重视学生的实践能力培养,结合学校优势和特色,基于OBE教育理念建立了“大型冲压件成形过程虚拟仿真实验”省级虚拟仿真实验项目。近年来,依托本实验项目有效提升了学生的虚拟仿真技能和实践创新能力,并在以下几个方面进行了深入的教学改革探索:(1)在创新实践教学模式方面,提出VES(Virtual training+Expert demon stra
  tion+Self?practice)即“虚拟学习+专家示范+自主实践”的教学模式,学生借助虚拟网络平台开展前期模具拆装、塑性工艺及模具知识学习;教师根据实验任务分析该零件成形特点、成形虚拟仿真的基本方法,在虚拟实验平台上集中向学生示范整个模拟过程的实验步骤,引导学生利用虚拟仿真实验平台自主完成整个实践操作,结合理论知识分析工艺参数变化对金属塑性流动过程、应力应变场变化的影响规律;学生在自主探索过程发现问题即时求助,及时解决问题,实现“以虚补实”的新型实践教学模式。仿真实验可使学生通过校园网在宿舍、图书馆或者其他地方自行登录进行开放学习,学生以小组的方式,协同操作,共同完成最终的零件加工任务。(2)在优化实践教学目标设计方面,围绕企业实际工程应用需求提出项目目标任务,通过本项目进一步加深学生对塑性加工工艺及模具内容的理解与认识,将抽象的概念和理论直观化、形象化,建立学生全面分析问题的意识,达到培养学生知其然也知其所以然的目的。(3)在调整实践教学产出方面,充分调研企业和学生实际需求,将“教、学、做”融为一体,培养学生利用现代计算机工具对零件成形过程进行综合分析的能力,提高对油气设备零部件成形设计、模拟、优化的能力,全面提升学生的创新思维意识与工程实践能力。(4)在构建实践教学反馈机制方面,学生除了通过小组讨论、个人汇报、实验报告等方式完成实验考核,还通过覆盖全过程的线上、线下调查问卷等方式掌握学生实际学习情况,并与企业紧密对接定期对实践教学目标进行修订。

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