實驗設(shè)計論文范文
時間:2023-03-13 17:36:07
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篇1
實驗?zāi)康模涸陬愃拼皳u晃、液貨裝卸等外來擾動引起的液艙液貨晃蕩條件下,結(jié)合油品在整個液貨艙中的傳質(zhì)過程,研究油品蒸發(fā)及透氣孔處油氣的排出規(guī)律。在影響油品蒸發(fā)傳質(zhì)速率的其他因素(溫度、黏度和密度等相關(guān)液貨特征參數(shù))相同的情況下,將重點考慮液貨艙液相厚度(即液貨裝載率相同)與晃蕩強(qiáng)度對油品蒸發(fā)、油氣傳遞的影響,以探尋油氣的蒸發(fā)排放規(guī)律。實驗內(nèi)容:構(gòu)建實物模型實驗,研究貨艙液相厚度與晃蕩強(qiáng)度對于油氣排放的作用規(guī)律。根據(jù)研究目標(biāo),基于研究對象的特征,設(shè)計兩組3種實驗方案。第1組為晃蕩實驗:一是考察在相同液相厚度、不同晃蕩強(qiáng)度下透氣濃度的變化;二是考察在相同晃蕩強(qiáng)度、不同液相厚度下透氣濃度的變化。第2組為裝貨實驗:考察在裝貨過程中(即液相厚度與裝貨形成的晃蕩強(qiáng)度同時改變),透氣濃度的變化。
2模型實驗設(shè)計與流程
2.1模型設(shè)計制作及儀器設(shè)備
2.1.1模型艙的設(shè)計制作綜合參考現(xiàn)有大型油船結(jié)構(gòu)尺寸資料,選取單個邊艙模型原型尺寸:長25.7m、寬16.1m、艙深18.9m,艙容約為7820m3。根據(jù)幾何相似原理建立一個約為單個邊艙1/40的模型(模型尺寸為:640mm×400mm×470mm,容積約120L)。模型艙使用有機(jī)玻璃制成,側(cè)壁留有一個注油孔A(半徑r=8mm)頂部留有一個透氣孔B(半徑R=12mm)和一個儀器固定孔C。同時,為了便于數(shù)據(jù)的分析與處理,整個模型艙被分為3個區(qū):液相區(qū)、氣相區(qū)和氣液邊界層(氣液邊界層是擾動的,這里取平均值)。液相區(qū)主要是液態(tài)油品,高度用L表示;氣相區(qū)主要是油氣與空氣的混合氣體,高度用V表示;氣相區(qū)與液相區(qū)的交界處稱為氣液邊界層;整個模型艙的深度為H。
2.1.2液艙晃動模擬平臺的設(shè)計制作液艙晃動模擬平臺是用來模擬油船的油艙受風(fēng)、浪影響而晃動的實驗設(shè)備,包括了傳動和控制兩部分。該裝置利用一個液壓缸提供推動力,使工作臺左右擺動以模擬船體在海上的晃蕩。在單片機(jī)輸入指令后,信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化器傳給電源,以改變電源的輸出電壓,進(jìn)而改變伺服閥兩端的輸入電流,然后在閥內(nèi)改變閥芯的開口大小,控制回路的輸出流量和壓力,從而控制液壓缸的運(yùn)動,最終保證液壓缸的運(yùn)動速度在設(shè)計值附近,使工作臺產(chǎn)生預(yù)期的晃蕩效果。
2.1.3儀器設(shè)備主要實驗儀器:一臺計量泵,用于模擬加油;一套液艙晃動模擬裝置,用于模擬油船在海上航行時的晃蕩情形;一臺DR70C系列智能線式紅外VOCs檢測儀,用于實時記錄透氣孔處排出油氣的濃度;一臺計算機(jī),用于存儲濃度檢測儀記錄的數(shù)據(jù);兩臺高清攝像機(jī),分別從正面和側(cè)面記錄整個實驗過程中模型艙及液相表面的變化。
2.2晃蕩實驗設(shè)計
對于第一組實驗,由于液相的晃蕩強(qiáng)度與液相厚度及外來晃蕩強(qiáng)度有關(guān),因此,為了研究不同液相晃蕩強(qiáng)度對透氣孔處排出油氣濃度的影響,設(shè)置7種氣液比、5種晃蕩強(qiáng)度的交叉晃蕩實驗。7種氣液比分別為1%、3%、5%、25%、50%、75%及95%,5種晃蕩強(qiáng)度分別為a(a=0)、b、c和d、e,共計進(jìn)行35組晃蕩實驗。其中,外來晃蕩強(qiáng)度通過調(diào)節(jié)液艙晃動模擬平臺負(fù)載大小來施加。a=0,即晃蕩發(fā)生裝置關(guān)閉,液相處于靜置狀態(tài);b為整個量程的20%;c為整個量程的40%;d為整個量程的60%;e為整個量程的80%。
2.3裝貨實驗設(shè)計
對于第2組實驗,由于不同的裝貨速率代表著不同的液面上升速率及液相擾動強(qiáng)度,因此,為了研究不同裝貨速率對油氣產(chǎn)生及排出的影響,共設(shè)計7種裝貨速率:0.38L/min、0.88L/min、1.38L/min、1.88L/min、2.46L/min、2.96L/min及3.46L/min,其裝載率都是0~95%。其中裝貨速率1.38L/min是根據(jù)實際油船裝貨速率按歐拉相似準(zhǔn)則(壓力差為注油孔內(nèi)外油品的壓力差)得到;裝貨速率0.38L/min、0.88L/min和1.88L/min、2.46L/min、2.96L/min和3.46L/min是結(jié)合計量泵的量程及最小刻度的實際情況,從而設(shè)計出0.5L/min裝貨速率間隔的速度。
2.4模型實驗流程
晃蕩實驗:將濃度傳感器安裝在透氣孔處,將模型艙固定在晃蕩發(fā)生裝置的工作臺上,分別調(diào)節(jié)油品的裝載率和模擬平臺的晃蕩強(qiáng)度,依次進(jìn)行實驗,通過計算機(jī)分別記錄透氣孔處排出油氣的實時濃度。每次實驗前,模型艙內(nèi)都充滿干凈空氣,艙內(nèi)壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。實驗時通過空調(diào)系統(tǒng)控制環(huán)境溫度為26℃。裝貨實驗:將油品通過計量泵再經(jīng)過加油管注入模型艙內(nèi),濃度傳感器安裝在透氣孔處,依次進(jìn)行實驗,用計算機(jī)分別記錄透氣孔處排出油氣實時濃度。每次加油實驗前,模型艙內(nèi)都充滿干凈空氣,艙內(nèi)壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。實驗時用空調(diào)系統(tǒng)控制環(huán)境溫度為26℃。
3部分實驗結(jié)果展示
3.1晃蕩實驗
油品裝載率25%(圖6),靜置時間6h。在靜置條件下,當(dāng)裝載率為25%時,透氣孔處排出氣體濃度規(guī)律:前600s左右,透氣孔處排出氣體中油氣體積分?jǐn)?shù)為0;600s后,排出氣體中油氣體積分?jǐn)?shù)在短時間內(nèi)迅速上升至60%,隨后曲線斜率變小,排出氣體中油氣體積分?jǐn)?shù)增加速度變慢,直至達(dá)到飽和,即油氣體積分?jǐn)?shù)Csat=81.6%。形成這種現(xiàn)象的原因:前600s左右,排出的氣體主要為原來模型艙中的空氣,因此排出的油氣體積分?jǐn)?shù)為0;600~2500s后,在模型艙氣相區(qū)中,由于油氣濃度差很大,油氣的蒸發(fā)擴(kuò)散非??欤率雇笟饪滋幣懦鲇蜌獾捏w積分?jǐn)?shù)迅速增加;2500~5000s,隨著氣相區(qū)內(nèi)油氣濃度差的減小,油氣的蒸發(fā)擴(kuò)散變慢,造成透氣孔處排出油氣的體積分?jǐn)?shù)增加變慢;5000s后,氣體的蒸發(fā)擴(kuò)散慢慢接近充分,使得艙內(nèi)油氣濃度達(dá)到飽和,排出油氣的體積分?jǐn)?shù)不再增加。
3.2裝貨實驗
加油速度1.38L/min(圖8),加油時間4957s。在裝載率達(dá)到70%之前,透氣口排出氣體中油氣體積分?jǐn)?shù)處于較低水平,約35%,且上升速率較慢。當(dāng)裝載率為70%~95%時,排出氣體中油氣體積分?jǐn)?shù)快速上升,最后達(dá)到90%,接近飽和(圖9)。該實驗結(jié)果與文獻(xiàn)[4]實船所測裝貨過程中透氣孔排氣規(guī)律相同。形成這種現(xiàn)象的原因:在整個加油過程中,從液面蒸發(fā)出油氣分子的自然擴(kuò)散是從高濃度處向低濃度處進(jìn)行,這使得艙內(nèi)的油氣濃度呈現(xiàn)分層現(xiàn)象,越靠近液面,油氣濃度越大。在裝載率到達(dá)70%之前,主要是進(jìn)行油氣分子的自然擴(kuò)散,聚集形成油氣濃度層。同時,艙內(nèi)空間較大,油氣的對流效應(yīng)較弱,油氣從產(chǎn)生至傳遞到透氣口有延遲效應(yīng),因而使該過程中透氣口排出的油氣體積分?jǐn)?shù)較小。隨后,裝載率從70%上升至95%,隨著液面上升,氣相區(qū)體積縮小,對流效應(yīng)越來越明顯,延遲效應(yīng)越來越弱,并且此時油氣分子自然擴(kuò)散也更加充分,因而使透氣口排出氣體的體積分?jǐn)?shù)上升得越來越快,體積分?jǐn)?shù)值越來越大。
4結(jié)束語
篇2
(一)實驗分析
高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導(dǎo)管、集氣瓶、水槽等儀器,通過加熱高錳酸鉀制取氧氣,利用排水法來收集氧氣。學(xué)生不僅要掌握實驗原理、目的,實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項,實驗步驟、化學(xué)方程式的書寫等內(nèi)容,還要培養(yǎng)觀察、分析能力和實踐操作能力。
(二)《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗?zāi)康?/p>
(1)通過虛擬實驗中的文本展示工具,使學(xué)習(xí)者了解實驗?zāi)康摹⒃砗头椒ā?/p>
(2)通過對虛擬實驗的操作,掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序,能夠動手制取氧氣。
(3)通過對實驗過程、現(xiàn)象的觀察、分析實驗反應(yīng)機(jī)制,加深對實驗的認(rèn)知和理解。
(三)《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設(shè)計
學(xué)生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端,進(jìn)入Secondlife虛擬環(huán)境,通過以下流程完成整個虛擬實驗。
(1)準(zhǔn)備階段:學(xué)習(xí)者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標(biāo)并通過瞬間移動工具進(jìn)入虛擬實驗室。
(2)實驗階段:學(xué)習(xí)者通過人-機(jī)交互選擇事先通過3D建模工具創(chuàng)建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關(guān)儀器的使用方法及實驗裝置圖,完成實驗儀器的裝置;點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。
(3)評價反饋階段:教師根據(jù)學(xué)生提交的實驗報告和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)記錄對學(xué)習(xí)者本次實驗進(jìn)行一個綜合評價,并將評價結(jié)果通過評價反饋系統(tǒng)及時反饋給學(xué)習(xí)者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環(huán)境設(shè)計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設(shè)計的虛擬實驗環(huán)境。以實驗過程的設(shè)計為理論基礎(chǔ)從場景及模型設(shè)計、交互設(shè)計、支持工具設(shè)計、特效設(shè)計、評價設(shè)計這幾方面設(shè)計三維虛擬實驗環(huán)境。
(一)實驗環(huán)境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設(shè)備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統(tǒng)、音響設(shè)備、電子白板、書柜、書、電腦組成,供學(xué)習(xí)者實驗后進(jìn)行交流、報告、探究、形成實驗結(jié)論。虛擬實驗室主要由實驗環(huán)境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設(shè)備為為學(xué)習(xí)者完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)。儀器設(shè)備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導(dǎo)管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。
(二)交互系統(tǒng)設(shè)計
(1)人機(jī)交互設(shè)計:在實驗中通過操作交互,學(xué)習(xí)者能夠感受到實驗設(shè)備的控制感和體驗感。在Secondlife中,利用創(chuàng)建工具可以實現(xiàn)簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作,Secondlife提供的林登腳本語言可以設(shè)置改變物體的性質(zhì)、運(yùn)動方式、運(yùn)動軌跡、對外力的反應(yīng)等等,能夠較好地支持學(xué)習(xí)者的操作交互。
(2)交流工具:學(xué)習(xí)者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。
(三)支持工具設(shè)計
實驗支持工具是指支持學(xué)習(xí)者完成實驗的所有工具,本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認(rèn)知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學(xué)習(xí)場所、用戶,并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內(nèi)部資源和外部資源。內(nèi)部資源主要是3D瀏覽器;外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內(nèi)部和外部各種信息資源實驗認(rèn)知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學(xué)習(xí)者觀察記錄實驗現(xiàn)象、采集數(shù)據(jù)提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統(tǒng)(choicer、Quizchair)、學(xué)習(xí)記錄系統(tǒng)(Tracker)、Web-Intercom,為實驗后學(xué)習(xí)者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。
(四)特效設(shè)計
在Secondlife中,通過粒子系統(tǒng)結(jié)合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現(xiàn)象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應(yīng)過程中的煙霧、藥品晶體的狀態(tài)變化等效果都可以通過粒子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
三、結(jié)論
篇3
1.彈性元件的虛擬模型根據(jù)導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng),電阻的相對變化與應(yīng)變之間的關(guān)系。為了獲得電橋輸出與載荷的關(guān)系,需要構(gòu)建彈性元件的數(shù)學(xué)模型。電阻式傳感器的彈性元件結(jié)構(gòu)有圓筒式、柱環(huán)式、懸梁式和輪輻式四種基本類型,各種不同的結(jié)構(gòu)型式的彈性元件應(yīng)變ε與載荷F的關(guān)系如下所示。(1)柱筒式彈性元件其中E為彈性模量,A為橫截面積。(2)柱環(huán)式彈性元件其中R0為內(nèi)環(huán)半徑,b為柱環(huán)寬度,h為柱環(huán)厚度,E為彈性模量。(3)懸梁式彈性元件其中l(wèi)為有效長度,b為懸梁寬度,h為懸梁厚度,E為彈性模量。(4)輪輻式彈性元件其中b為輪輻條厚度,h為輪輻條寬度,G為剪切模量。將四種彈性元件類型設(shè)計在一個子VI中,通過操作“彈性元件類型”下拉列表進(jìn)行選擇。
2.虛擬電橋模型電橋是目前常用的電阻式傳感器測量電路,整個電橋電路由四個橋臂組成,當(dāng)橋臂接入應(yīng)變電阻時則成為應(yīng)變電橋。當(dāng)有一個臂被接入應(yīng)變電阻時,被稱為單臂電橋;兩個臂被接入應(yīng)變電阻時則為雙臂電橋(也稱半橋);四個臂均被接入應(yīng)變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應(yīng)變電阻時。
3.電阻屬性和接橋方式設(shè)計前面板(如圖1所示)上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應(yīng)變電阻和平衡電阻三種,應(yīng)變電阻的貼片方式分為受拉應(yīng)力和受壓應(yīng)力。(1)電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種:應(yīng)變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設(shè)置開關(guān)進(jìn)行選擇。若R1為應(yīng)變電阻屬性,其阻值會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR1以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設(shè)置開關(guān)可以選擇R2的屬性。若R2作為應(yīng)變電阻,則會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。若操作“差動設(shè)置”開關(guān),則可使R2的受力方式為受壓應(yīng)力,從而會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的-ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。R3,R4需要參與調(diào)平電路的設(shè)計,因此接線也會相對復(fù)雜。通過操作“R3”和“R4”設(shè)置開關(guān)對該電阻進(jìn)行屬性操作。圖中出現(xiàn)的Rr顯示框為調(diào)零電路中的R5的右半部分與R6串聯(lián)然后再與R3并聯(lián)后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯(lián)后再與R4并聯(lián)后的阻值。(2)接橋方式的設(shè)計。虛擬前面板上的電橋工作方式分別為:不工作、單臂工作,半橋工作和全電橋工作方式四大類型。對于半橋和全橋方式,其中應(yīng)變片又分為差動和非差動兩種布片方式。不工作方式指的是R1,R2,R3和R4都設(shè)置成固定電阻。該方式無論怎樣施加外力,輸出始終為零。單臂工作時將R1設(shè)置為應(yīng)變電阻,R2、R3、R4設(shè)置為固定電阻。此時,按“R1”按鈕,“R1”按鈕變綠,圖中應(yīng)變電阻R1如果顯示向上的箭頭,表明該應(yīng)變電阻受拉應(yīng)力,對應(yīng)電阻值增大;如果應(yīng)變電阻R1顯示向下的箭頭,表明該應(yīng)變電阻受壓應(yīng)力,對應(yīng)電阻值減小。半橋非差動工作時,R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻,R3、R4設(shè)置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕,兩者均變綠表示接入工作臂,同時電阻R1、R2上的箭頭方向一致,表示應(yīng)變片受到相同性質(zhì)的應(yīng)力,此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時,R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻,R3、R4設(shè)置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕,兩者均變綠表示接入工作臂,同時電阻R1顯示向上箭頭,R2顯示向下的箭頭,表示對應(yīng)的應(yīng)變片受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應(yīng)變電阻,此時,按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕,均變?yōu)榫G色。四個電阻上的箭頭方向一致,表明四個電阻受相同性質(zhì)的應(yīng)力,此時電橋輸出基本為零。全橋差動工作時,“R1”、“R3”電阻箭頭向上,表示受拉應(yīng)力;“R2”“R4”箭頭向下,表示受壓應(yīng)力。
4.溫度誤差計算及補(bǔ)償在討論應(yīng)變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的,但在實際應(yīng)用過程中,工作溫度可能會發(fā)生變化,從而導(dǎo)致應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化。設(shè)工作溫度變化為Δt℃,則由此引起粘貼在試件上的應(yīng)變電阻的相對變化為。將公式(11)代入公式(7)-(10),即可以計算出溫度變化時的電橋輸出,該輸出即為溫度誤差。單臂工作時,采用補(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償,該方法利用兩塊參數(shù)相同的應(yīng)變計R1、R2,R1貼于試件上并接入工作臂,R2貼于與試件材料相同溫度環(huán)境的補(bǔ)償塊上,但該補(bǔ)償塊不參與機(jī)械應(yīng)變,同時接入電橋相鄰臂作為補(bǔ)償臂。當(dāng)接通電源并施加負(fù)載時,補(bǔ)償臂產(chǎn)生的熱輸出與工作臂產(chǎn)生的熱輸出相同,則可達(dá)到溫度誤差補(bǔ)償?shù)哪康?。對于半橋差動和全橋差動工作方式,根?jù)公式(10)的和差特性即能進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。5.非線性誤差計算及補(bǔ)償公式(10)是對公式(9)進(jìn)行線性化后的輸出。對于單臂工作時,非線性誤差可以通過在電路中加入補(bǔ)償臂(該臂不受外加應(yīng)力作用)。對于半橋差動和全橋差動工作方式,不需要外接補(bǔ)償電路,因為差動工作方式具有很好的非線性補(bǔ)償作用。
二、虛擬操作面板的設(shè)計
用LabVIEW軟件開發(fā)虛擬儀器,用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實驗根據(jù)真實的電阻式傳感器實驗電路接線圖作為虛擬儀器的操作面板,能直觀地闡述電阻式傳感器實驗原理及操作方式,虛擬面板如圖1所示,主要包括虛擬彈性元件選擇、應(yīng)變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調(diào)零模塊、差動放大模塊、直流電源模塊。此外前面板還包括電阻、外力、溫度的賦值等。
三、遠(yuǎn)程虛擬實驗的演示步驟
電阻式傳感器實驗的遠(yuǎn)程操作分別由DataSocket技術(shù)與Web網(wǎng)絡(luò)工具來實現(xiàn)。DataSocket技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的結(jié)合使虛擬儀器的遠(yuǎn)程控制成為可能,可在若干計算機(jī)上對傳感器虛擬實驗進(jìn)行操作及數(shù)據(jù)處理。這為傳感器虛擬實驗的互動教學(xué)提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實驗的遠(yuǎn)程操作過程如下:第一步,打開服務(wù)器網(wǎng)頁。第二步,輸入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步,選擇彈性元件類型。第四步,設(shè)置接橋和布片方式。第五步,打開電源開關(guān)。第六步,調(diào)節(jié)調(diào)零電位計,直至電橋近似達(dá)到初始平衡狀態(tài)。第七步,點擊“施力F”按鈕。第八步,查看客戶端網(wǎng)頁,查看電橋輸出曲線。第十步,點擊服務(wù)器面板中的“復(fù)位鍵”,使所有選項、開關(guān)及輸入數(shù)據(jù)均清零和初始化。第十一步,關(guān)閉電源開關(guān)。
四、結(jié)束語
篇4
1.國內(nèi)現(xiàn)狀及存在的問題
基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)教育與研究的基石,基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究生課程教育教學(xué)是國家培養(yǎng)高層次醫(yī)學(xué)人才的必由途徑。研究生基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)階段創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的目標(biāo)是:培養(yǎng)具備扎實的基礎(chǔ)理論功底、具備自主進(jìn)行醫(yī)學(xué)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的能力、具備在交叉學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行廣泛探索的能力的研究生[3]。然而與創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的要求相比,基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究生培養(yǎng)卻面臨著諸多問題。
1.1實驗創(chuàng)新能力基礎(chǔ)薄弱
研究生生源情況堪憂,實驗創(chuàng)新能力基礎(chǔ)薄弱,自主設(shè)計和不斷修訂完善科學(xué)研究實驗計劃的能力欠缺。隨著當(dāng)前研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大[4],導(dǎo)致生源質(zhì)量下降,特別是很多研究生實驗?zāi)芰η啡?,綜合利用多學(xué)科知識的意識和能力不足,在較短的基礎(chǔ)階段學(xué)習(xí)之后,許多研究生自主設(shè)計和不斷修訂本完善科學(xué)研究實驗計劃的水平不強(qiáng),難以獨(dú)立完成課題論文設(shè)計或設(shè)計水平不高。另外,近年來由于就業(yè)壓力和收入差距,許多優(yōu)秀畢業(yè)生更多地選擇了臨床學(xué)科,選擇基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)的研究生數(shù)量不斷下降,同時其它醫(yī)學(xué)專業(yè)研究生在基礎(chǔ)階段課程學(xué)習(xí)中也普遍存在著“輕基礎(chǔ)、重臨床”的觀念,這在很大程度上不僅極大地削弱了醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科研究生的生源質(zhì)量,也顯著地影響了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程的教學(xué)效果。
1.2課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容和方式不合理
(1)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容不合理。研究生階段的課程與本科階段部分課程類同,內(nèi)容重復(fù),各課程之間的交叉互通不足。例如:為研究生開設(shè)的生物化學(xué)課程、計算機(jī)基礎(chǔ)等課程,講述的內(nèi)容許多都與本科階段學(xué)習(xí)的內(nèi)容相似?;A(chǔ)理論課教學(xué)占據(jù)的時間較多,研究生培養(yǎng)需要的實踐教學(xué)訓(xùn)練時間很少,且課程各自獨(dú)立,不能融匯成實驗體系,不利于學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識和方法進(jìn)行研究。另外,課程內(nèi)容較為陳舊,更新較慢,吸收學(xué)科新進(jìn)展、新成果、新技術(shù)不夠。這些課程對學(xué)生缺乏新鮮感,不能吸引學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,這實際上造成了極其嚴(yán)重的時間和精力浪費(fèi)。(2)研究生教學(xué)的方式和手段單一,研究生仍處于被動學(xué)習(xí)。研究生教學(xué)方式與本科階段類同,仍然以灌輸為主要形式,師生互動很少,無法體現(xiàn)研究生在學(xué)習(xí)中的主體地位。研究生的學(xué)習(xí)始終是比較被動的,這就無法為學(xué)生提供深層次思考的空間,不利于培養(yǎng)研究生獨(dú)立思考和進(jìn)行實驗設(shè)計的能力。大多數(shù)教學(xué)內(nèi)容局限于課本,書本以外的知識涉及不足,引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)的能力仍需加強(qiáng)。(3)對研究生的科研和實驗?zāi)芰τ?xùn)練不足。設(shè)計和完成研究生畢業(yè)論文是研究生在校期間必須經(jīng)歷的學(xué)習(xí)過程。由于研究生自身的原因、學(xué)位課程設(shè)置、科研平臺、導(dǎo)師隊伍、學(xué)術(shù)氛圍等各方面因素的影響,大多數(shù)學(xué)生的實驗?zāi)芰?、科研素質(zhì)得不到培養(yǎng),獨(dú)立設(shè)計和完成研究任務(wù)的能力得不到提高。因此,若要提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量,必須使研究生科研素質(zhì)和科研水平得到訓(xùn)練和提高。(4)缺乏滿足學(xué)生實驗和科研能力培養(yǎng)的實驗平臺和師資隊伍。創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)的核心內(nèi)容是提高研究生的實踐和科學(xué)研究水平,這些都離不開高層次的研究實踐平臺和高水平的師資隊伍。目前,基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)由于課程設(shè)置的緣故,多數(shù)實驗教學(xué)工作仍然依托本科生階段的教學(xué)中心完成,受實驗平臺和師資隊伍的限制,大多數(shù)實驗內(nèi)容仍以驗證性實驗為主,缺乏設(shè)計性實驗內(nèi)容,很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力的效果。(5)教學(xué)效果考核評價制度不科學(xué)。對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程學(xué)習(xí)情況的考核還不完善,大多數(shù)課程的考試依然沿用本科階段的紙面考試為主的終結(jié)性考核模式,真正能夠檢驗學(xué)生自主設(shè)計實驗和解決問題能力的形成性考核方式還沒有形成。沒有一套科學(xué)合理的考核制度,就難以調(diào)動學(xué)生的積極性,實現(xiàn)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。因此非常有必要建立一套能充分調(diào)動學(xué)生積極性,發(fā)揮其主觀能動性的考評機(jī)制。(6)研究生團(tuán)隊意識和學(xué)術(shù)道德規(guī)范的教育效果不佳。良好的學(xué)風(fēng)和高尚的學(xué)術(shù)道德,是研究生必備的思想素質(zhì)。近年來,學(xué)術(shù)界抄襲、剽竊、造假的事件屢屢發(fā)生,給研究生培養(yǎng)帶來了很大的負(fù)面影響。教育研究生自覺維護(hù)學(xué)術(shù)道德,杜絕學(xué)術(shù)不端行為,強(qiáng)化學(xué)術(shù)誠信意識,已經(jīng)成為研究生教育不可或缺的重要內(nèi)容。如何在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)中有效的將學(xué)術(shù)道德規(guī)范教育與研究生實驗技能培養(yǎng)相結(jié)合,使研究生學(xué)術(shù)誠信教育真正生效,是我們應(yīng)著力研究的內(nèi)容。
2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)碩士研究生基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程體系改革與實踐
研究生教育改革要整體設(shè)計,分步推進(jìn)。充分調(diào)研,綜合分析當(dāng)前教育培養(yǎng)模式中方面存在的主要問題及其成因。通過對當(dāng)前各高校在校研究生、管理人員等面對面訪談,征求他們對當(dāng)前的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育培養(yǎng)的看法,了解他們對目前教育模式、課程設(shè)置和內(nèi)容選擇上存在異議的方面,收集對相關(guān)內(nèi)容的意見和建議,發(fā)現(xiàn)存在的主要問題,并進(jìn)行深入的原因分析;在此基礎(chǔ)上,對研究生培養(yǎng)過程進(jìn)行系統(tǒng)的改革;要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作,與科研機(jī)構(gòu)和就業(yè)單位建立多渠道、多形式的緊密合作關(guān)系。
2.1改革基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)的課程設(shè)置
總體設(shè)想是,以當(dāng)前社會發(fā)展對高層次人才需求為出發(fā)點,在強(qiáng)化研究生自主設(shè)計實驗和科研創(chuàng)新為目的,改革現(xiàn)有的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)課程體系。課程體系建設(shè)中,逐步優(yōu)化研究生課程學(xué)習(xí)時間,優(yōu)化理論與實驗教學(xué)時間分配,縮減理論授課課時,增加實驗學(xué)時。探索按照學(xué)科門類相近的原則集中授課節(jié)約授課時間的新方式,縮短基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程學(xué)習(xí)時間為8個月,使研究生盡早完成基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程學(xué)習(xí),將更多的精力投放科研實踐中,實現(xiàn)研究生早進(jìn)實驗室、早完成實踐培訓(xùn),多出成果、多出人才的培養(yǎng)目標(biāo)。在基礎(chǔ)課程教學(xué)中,以問題教學(xué)為主,注重各專業(yè)知識的橫向聯(lián)系,突出知識的高、精、深。定期進(jìn)行調(diào)研分析,對于今年來選課人數(shù)少或?qū)W生評價差的課程逐步取消,同時根據(jù)最新進(jìn)展及時開設(shè)部分前沿性課程,如:蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)、生物信息學(xué)、分子生物學(xué)技術(shù)、免疫學(xué)技術(shù)等重大技術(shù)的實驗技能課程,為學(xué)生進(jìn)入科研階段打下扎實的知識和技能基礎(chǔ)。
2.2強(qiáng)化實驗實踐課程體系建設(shè)
沒有高水平的科學(xué)研究,要培養(yǎng)出高質(zhì)量、高層次的人才是難以想象的。因此,建立創(chuàng)新的研究生實驗課程體系,突出對研究生實驗技能和自主設(shè)計實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)成為改革探索的重要內(nèi)容。研究生教育要體現(xiàn)應(yīng)有的寬廣度和縱深度,我們將探索建立三個層次的實驗教學(xué)平臺。第一層次的實驗為基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容,關(guān)注PCR、細(xì)胞培養(yǎng)、SPF動物飼養(yǎng)、實驗動物處置、大型儀器設(shè)備操作等基本技能訓(xùn)練。第二層次的實驗為整合性實驗,依托機(jī)能學(xué)、形態(tài)學(xué)、分子醫(yī)學(xué)等教學(xué)中心開設(shè),綜合性實驗打破單一課程界限,按照學(xué)科相近的原則上重組實驗內(nèi)容,由教學(xué)團(tuán)隊給定研究內(nèi)容,學(xué)生自主設(shè)計,導(dǎo)師組修訂完善后,采用小班制歷經(jīng)2-3月由學(xué)生以自組團(tuán)隊方式完成,實驗里程和最后結(jié)果由實驗室監(jiān)督并給出成績。第三層次的實驗主要依托研究生科技計劃項目、省校級重點學(xué)科(實驗室)開放基金項目等進(jìn)行,由研究生組成團(tuán)隊自主設(shè)計研究內(nèi)容、尋找合作導(dǎo)師聯(lián)合申請,獲批后按照項目管理模式進(jìn)行,研究主要依托省校級重點學(xué)科(實驗室)完成,須提交研究結(jié)題報告和發(fā)表文章,成績納入實驗成績。為了達(dá)到培養(yǎng)研究生自主創(chuàng)新能力,研究生實驗內(nèi)容設(shè)置以整合性和設(shè)計、創(chuàng)新性實驗為主,兩者實驗內(nèi)容分別占到40%和30%。
2.3改革教學(xué)模式與方法
為了達(dá)到鍛煉研究生科研綜合能力的目的,將在教學(xué)中改變以往教師主動授課,學(xué)生被動參與的情況。課程教學(xué)由以傳授己有知識和成果為主要內(nèi)容的傳授性教學(xué)方式,向以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為主要特征的研究性教學(xué)方式轉(zhuǎn)變。變課程教學(xué)的單向灌輸方式成為研究生主動學(xué)習(xí)和教師課堂講授相結(jié)合、以學(xué)生為主體的教學(xué)方式。在壓縮理論教學(xué)學(xué)時的同時,鼓勵各課程采用啟發(fā)式、講座式、研討式的教學(xué)方式,基礎(chǔ)教學(xué)密切聯(lián)系臨床實踐和學(xué)科前沿進(jìn)展。各基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程教學(xué)在側(cè)重于傳授式教學(xué)方式的同時,注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。各課程均開設(shè)一定比例的講座式、研討式教學(xué)內(nèi)容,鼓勵研究生為組織者和主體參與課堂討論。在課程教學(xué)的同時,學(xué)院還集全院師資力量開設(shè)一系列學(xué)術(shù)前沿講座和文獻(xiàn)綜述類課程,以計算學(xué)分和成績的方式使研究生更廣泛地參與拓寬學(xué)術(shù)視野的討論,不斷提高研究生的學(xué)術(shù)水平。在介紹課程最新研究進(jìn)展時,在介紹常見實驗方法的基礎(chǔ)上,重點培養(yǎng)學(xué)生如何追蹤國內(nèi)外本學(xué)科的研究進(jìn)展,如何有效閱讀中外文文獻(xiàn)。此外,研究生科研能力重要的環(huán)節(jié)還包括對實驗結(jié)果的分析。因此我們在教學(xué)中也將非常重視以實驗結(jié)果中表格和圖片為導(dǎo)向的教學(xué),在專題講座和論文匯報中強(qiáng)調(diào)實驗結(jié)果中表和圖片解讀的重要性,引導(dǎo)研究生如何分析這些表和圖,并反追蹤這些表和圖中所使用的方法的原理和應(yīng)用范圍,在學(xué)習(xí)如何解讀實驗結(jié)果的同時,逆向式培養(yǎng)研究生對實驗方法的了解??傊挥型ㄟ^調(diào)動研究生學(xué)習(xí)和研究的主動性與積極性、促進(jìn)研究生科研認(rèn)識與實踐能力的提高,才能使課程教學(xué)成為訓(xùn)練研究生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的舞臺,實現(xiàn)研究生課程教學(xué)的目標(biāo)。
2.4加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)
課程教學(xué)質(zhì)量高低,與研究生教師的學(xué)術(shù)水平、科研能力和教學(xué)方法有著重要的關(guān)系。項目進(jìn)展期間,我們將圍繞課程教學(xué)加強(qiáng)師資隊伍建設(shè),提高教師的學(xué)歷層次、學(xué)術(shù)素養(yǎng)、教學(xué)和研究水平;嚴(yán)格研究生授課教師的遴選,把研究生教師的遴選、培訓(xùn)、考核、聘任有機(jī)結(jié)合起來,選用有經(jīng)驗的教師承擔(dān)研究生課程的教學(xué),提高教師隊伍的教學(xué)水平;通過課堂教學(xué)質(zhì)量考核,促進(jìn)教師教學(xué)水平和教學(xué)效果的不斷提高;引進(jìn)激勵和競爭機(jī)制,充分調(diào)動教師的教學(xué)和科研積極性,保持研究生教師隊伍的生機(jī)和活力[5]。
2.5完善和建立研究生學(xué)習(xí)效果的綜合考評體系
深化基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究生教育教學(xué)的改革還應(yīng)包括靈活選擇考核方式。改變單一評價方式,建立多維考評方式,改變以往的終結(jié)性評價一錘定音為關(guān)注學(xué)生發(fā)展的形成性評價。根據(jù)課程性質(zhì)選擇包括卷面考試、研討報告、實踐項目報告、自學(xué)作業(yè)、論文、答辯等在內(nèi)的多種評價方式??荚嚪绞娇刹扇¢]卷或開卷考試、課程論文和文獻(xiàn)綜述等,閉卷考試應(yīng)與其他考核方式有機(jī)結(jié)合。如通過課程論文、研討報告、文獻(xiàn)綜述等的考核方式,促使研究生查閱大量的文獻(xiàn)資料,了解本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的國內(nèi)外的學(xué)術(shù)前沿,拓寬知識面。利用技能實驗考試驗證學(xué)生的實踐能力,通過答辯的方式培養(yǎng)學(xué)生匯報、做圖、應(yīng)對挑戰(zhàn)等綜合素質(zhì)。
2.6強(qiáng)化研究生的學(xué)術(shù)道德規(guī)范和科研誠信意識
在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)和實驗的每一個環(huán)節(jié)都注重突出對研究生加強(qiáng)學(xué)術(shù)道德規(guī)范和科研誠信意識的引導(dǎo),將遵守學(xué)術(shù)道德規(guī)范納入研究生理論與實驗課程學(xué)習(xí)的每一個考核環(huán)節(jié)中,通過在科研素質(zhì)培養(yǎng)中加入典型案例,使研究生認(rèn)識到堅守學(xué)術(shù)道德規(guī)范在事業(yè)生涯中的重要作用,從而堅定不移地以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對待和處理科學(xué)問題。
3.結(jié)束語
篇5
在線實驗?zāi)M了現(xiàn)場實驗的場景,但卻不是現(xiàn)場實驗的簡單網(wǎng)絡(luò)化移植,實驗設(shè)計本身發(fā)生了較大變化。由于在線實驗的互聯(lián)網(wǎng)支持和計算機(jī)模擬等特點可以更好地提供一個促進(jìn)思考和探究的環(huán)境,系統(tǒng)能在線記錄學(xué)生的獨(dú)立操作,為評價提供科學(xué)的依據(jù),并可在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)挖掘和優(yōu)化,調(diào)整實驗設(shè)計,充分發(fā)揮學(xué)生的能動性,能適應(yīng)不同水平和能力學(xué)生的要求。基于以上特點,筆者設(shè)計了與現(xiàn)場實驗存在較大區(qū)別的在線實驗探究式學(xué)習(xí)模式。培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和能力是實驗設(shè)計的核心問題。由于CDIO模式繼承和發(fā)展了工程教育改革的理念,系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的標(biāo)準(zhǔn),因此,我們主要基于CDIO的理念來設(shè)計在線實驗?zāi)J胶头椒?,?qiáng)調(diào)工程實踐環(huán)境中探與究的學(xué)習(xí)來實現(xiàn)CDIO的全過程,使得學(xué)生以更多元的方式進(jìn)行工程實踐訓(xùn)練。CDIO是以構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)、運(yùn)作(Operate)為四個主線過程,綜合地考慮專業(yè)基礎(chǔ)知識、個人和職業(yè)的技能及團(tuán)隊協(xié)作與溝通的技能,及在整個企業(yè)、社會環(huán)境下進(jìn)行四個主線過程以達(dá)到全面提升工程實踐能力的培養(yǎng)過程。CDIO模式中的構(gòu)思和設(shè)計環(huán)節(jié)主要針對學(xué)生的工程宏觀分析能力,而實現(xiàn)和運(yùn)作環(huán)節(jié)主要針對學(xué)生的工程微觀分析和操作能力。作為一個縮小版的工程實踐過程,在線實驗的實驗方案的設(shè)計實際上就是構(gòu)思和設(shè)計過程,而實驗過程就是實現(xiàn)和運(yùn)作過程。因此,探究式學(xué)習(xí)主要體現(xiàn)在實驗方案探究與實驗過程的探究兩個方面。以下我們將通過遠(yuǎn)程教育高校開發(fā)的典型實驗來具體說明其設(shè)計理念。
(一)實驗方案探究設(shè)計
實驗方案的探究主要培養(yǎng)學(xué)生的工程宏觀分析能力。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式下,實驗按照統(tǒng)一的方案展開,學(xué)生沒有選擇性。這種教學(xué)模式適用于理論驗證性的實驗,但在以培養(yǎng)學(xué)生工程能力為主的實驗中,就會壓制學(xué)生的想象力和主動探究的意識。因此,實驗方案探究是實驗教學(xué)策略的最重要部分。實驗的主要目的是認(rèn)識和探索理論規(guī)律,掌握工程技能,應(yīng)該以問題為驅(qū)動開展實驗方案的探究,學(xué)生對于老師提出的問題,以分析問題和解決問題為出發(fā)點,經(jīng)過認(rèn)真思考和研究,自主制定實驗方案,通過搭建實驗對象,準(zhǔn)備儀器設(shè)備、測量各種工況下的數(shù)據(jù),整理和判斷實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果的正確性。這就要求實驗具有基于工程的實際背景設(shè)計,學(xué)生才可能在這種開放性的實驗環(huán)境下,對多種可能的實驗方案展開探究。英國開放大學(xué)的實驗“能量轉(zhuǎn)換(EnergyConversion)”是典型的實驗方案探究型實驗。實驗設(shè)計背景是銅的工業(yè)化生產(chǎn),實驗問題是如何從銅礦石經(jīng)過多個環(huán)節(jié)得到電解銅。教師首先要求學(xué)生設(shè)計基本方案。學(xué)生在實驗前1個月必須預(yù)習(xí),由4人組成的實驗小組需要集體制定實驗方案,由于實驗問題本身的開放性,實驗方案也并不是確定的,指導(dǎo)老師只給出一些建議。從粉碎礦石到解析出銅的多步實驗步驟中,有多種途徑可以完成實驗,學(xué)生們集體討論得到設(shè)計方案。在實驗過程中,方案根據(jù)實際情況還繼續(xù)修正。完成基本方案設(shè)計以后,實驗完成過程也是實驗方案探究過程。學(xué)生在實驗室邊實驗、邊觀察、邊記錄、邊討論,每個實驗環(huán)節(jié)都要求去解答或解決一些相關(guān)的問題,如粉碎的效率、溶解濃度以及電解效率等,部分環(huán)節(jié)還要到計算機(jī)上進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的求解。實驗過程中進(jìn)行觀察記錄和模型預(yù)測,最后對實驗結(jié)果進(jìn)行驗證。實驗結(jié)束后,學(xué)生還必須根據(jù)本星期實驗情況,做口頭報告(Presentation),教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)和作業(yè)情況、實驗過程的表現(xiàn)以及口頭報告,給出實驗課程的最終評價??梢钥闯?,整個實驗過程就是針對如何從銅礦石得到電解銅的這個具有工程背景的問題,在不斷探究的過程中制定和實施實驗方案的過程,這對學(xué)生工程宏觀分析能力的培養(yǎng)大有裨益。
(二)實驗過程探究
實驗過程探究主要培養(yǎng)學(xué)生的工程微觀分析與操作能力。傳統(tǒng)工科專業(yè)的實驗操作基本是按部就班地完成,對于故障分析與解決、規(guī)范操作等重要技能以及如何培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程能力、創(chuàng)新能力還較少涉及,這顯然不能滿足工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。實驗過程探究式是在實驗過程中,教師給學(xué)生一定的引導(dǎo)和提示,讓學(xué)生自己通過觀察、思考、動手實施等途徑去獨(dú)立探索和研究,自行實現(xiàn)實驗過程的教學(xué)策略。概括起來,在實驗過程探究中,學(xué)生需要在實驗過程中自主發(fā)現(xiàn)問題,分析問題,實施和運(yùn)行,真正實現(xiàn)探與究的學(xué)習(xí)過程。在工程實際環(huán)境中,觀察與發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象、分析現(xiàn)象之間的聯(lián)系。因此在線實驗系統(tǒng)會較為真實地模擬這些現(xiàn)象,學(xué)生經(jīng)過現(xiàn)象分析,確定現(xiàn)象發(fā)生的內(nèi)因與外因;結(jié)合理論進(jìn)行討論,明確調(diào)節(jié)目標(biāo)與調(diào)節(jié)手段,形成解決方案。實驗系統(tǒng)設(shè)計必須便于討論和方案設(shè)計。華東理工大學(xué)DCS實驗是較為典型的實驗過程探究型實驗。實驗主要培訓(xùn)學(xué)生DCS操作能力和故障處理能力。由于DCS系統(tǒng)本身的大多數(shù)操作都是基于計算機(jī)的操作,因此網(wǎng)上實驗課程的界面仿真DCS系統(tǒng)的計算機(jī)控制部分操作的界面(如圖1所示)。以下用一個簡單的故障處理實驗來說明實驗過程探究的實驗。在實驗中,設(shè)計了一個常見的故障處理,在圖1的界面中,學(xué)生觀察到粗丙酮塔T-601頂溫度儀表TI-6006出發(fā)異常過高報警,系統(tǒng)要求學(xué)生調(diào)節(jié)至正常運(yùn)行溫度73.0-80.0℃。在觀察到異常過高報警后,學(xué)生將按照所學(xué)知識和工程常識,作出如下分析:粗丙酮塔頂溫度上升可能有4三個工藝方面的原因,分別是加水量過大、回流量過小或再沸器回水量過小,也有可能是儀表自身故障因素。既然存在這三種可能,就必須通過其他觀察和分析來確定故障原因,因此學(xué)生首先需分別檢查相關(guān)三個儀表,即加水量儀表FRC-6015,回流量儀表FR-6019,E-601再沸器回水儀表FRC-6014,以確定儀表正常工作。學(xué)生觀察到回流量儀表FR-6019讀數(shù)偏小,就可以判斷出是因為回流量不足造成塔頂溫度升高。在通過觀察分析找到故障原因后,學(xué)生根據(jù)工藝?yán)碚?,確定解決方案,即增大塔頂回流量,需要調(diào)節(jié)FR-6019儀表。在工程環(huán)境中,不能進(jìn)行一步到位的調(diào)節(jié),以免造成大的擾動,需逐步小范圍調(diào)整,邊調(diào)邊等。因此學(xué)生在實施解決方案,必須仔細(xì)閱讀操作守則,將溫度調(diào)節(jié)至正常運(yùn)行溫度的整個操作過程必須符合現(xiàn)場操作規(guī)范。操作實施時,首先將LRC-6023改為手動控制,每次增加調(diào)節(jié)閥閥位必須小于2%—這是操作守則要求的,如果學(xué)生超出這個閥位標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié),訓(xùn)練中系統(tǒng)將給出警告,在考試中則行為將被記錄,作為扣分依據(jù)。每次調(diào)節(jié)后系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)學(xué)模型的計算將相應(yīng)儀表調(diào)至相應(yīng)位置,學(xué)生一邊觀察表顯示情況一邊調(diào)解,直至塔頂溫度恢復(fù)到73.0-80.0℃,最后將LRC-6023設(shè)置為自動控制??梢钥闯觯藢嶒炘谡麄€故障處理過程中,并不像普通課程實驗制定嚴(yán)格的步驟,而是讓學(xué)生根據(jù)工程實際情況,通過自主觀察分析來制定解決方案,然后根據(jù)操作規(guī)范來一邊觀察一邊操作運(yùn)行,整個課程設(shè)計與教學(xué)過程較好地體現(xiàn)了探究式的教學(xué)策略。
二、基于過程考核的在線評價體系
對實驗學(xué)習(xí)成果進(jìn)行全面評價是在線實驗的重要環(huán)節(jié),這樣才能對學(xué)生探究式學(xué)習(xí)過程進(jìn)行科學(xué)合理的評價。傳統(tǒng)現(xiàn)場實驗?zāi)J街幸詳?shù)據(jù)處理和實驗報告結(jié)果來評價只能作為在線實驗中評價模式的參考。對于參加實驗的學(xué)生,主要應(yīng)考慮的因素是其在實驗的準(zhǔn)備情況、在實驗過程中探與究的情況,即觀察問題和分析問題的準(zhǔn)確性,設(shè)計方案的優(yōu)劣,操作實施過程的規(guī)范性、和其他同學(xué)交流情況,以及對理論知識的掌握能力和應(yīng)用能力,因此必須據(jù)此建立新的實驗評價體系,即基于實驗過程考核的評價體系。在線實驗評價體系主要分為理論掌握情況、實驗操作能力、合作交流能力,其中實驗操作能力是最為重要的指標(biāo)。理論掌握情況主要考察預(yù)習(xí)思考題,實驗操作能力包括是否選擇了正確的儀器或儀表、設(shè)計方案是否適當(dāng)、操作目標(biāo)是否達(dá)到、操作過程是否規(guī)范、數(shù)據(jù)處理與實驗報告是否符合要求等都可以作為實驗過程考核的指標(biāo)。同時,每一門實驗課程提供BBS建立單門實驗的學(xué)習(xí)社區(qū),學(xué)習(xí)者就一些問題難題發(fā)帖,由專門的輔導(dǎo)教師回答問題,并確認(rèn)學(xué)習(xí)者所發(fā)的有效帖數(shù)等。其中實驗操作規(guī)范是較為特殊的指標(biāo),在工程實際中,操作規(guī)范化及其重要,否則將引來災(zāi)難性后果。因此,必須設(shè)定一個閥值,學(xué)生如果出現(xiàn)較為嚴(yán)重的操作規(guī)范問題,不論其他指標(biāo)分?jǐn)?shù)如何,都將判定為不合格,我們定義為罰指標(biāo)。本文選取上述7個指標(biāo)因子構(gòu)成學(xué)生實驗教學(xué)的基本評價指標(biāo)體系,并依次設(shè)其為A1,A2,…,A7,其中A6為罰指標(biāo)因子。通過在線實驗系統(tǒng)中自動記錄實驗儀器選取、操作等參數(shù),對學(xué)生實驗過程進(jìn)行跟蹤。結(jié)合在線實驗平臺的應(yīng)用,在實踐中我們采用了一個有七個參數(shù)的指標(biāo)體系,包括預(yù)習(xí)思考題分?jǐn)?shù)、實驗儀器選取、實驗方案正確性,操作規(guī)范性、數(shù)據(jù)處理、實驗報告、在學(xué)習(xí)社區(qū)的交流情況。對這七個參數(shù)賦予不同的權(quán)重就可以得到該學(xué)生的最終成績,下面分項說明一下每個指標(biāo)的含義。由于每個指標(biāo)因子只反映了學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的某個方面的特征,各學(xué)校可以根據(jù)本校實際情況規(guī)定指標(biāo)因子及其特征值,以及罰指標(biāo)因子的規(guī)定。在指標(biāo)體系中,各項指標(biāo)的權(quán)重大致說明了其重要性,這七個參數(shù)基本上涵蓋了學(xué)生從準(zhǔn)備到完成全過程的表現(xiàn)情況,對每一個指標(biāo)賦于權(quán)值并最終得到終結(jié)性評價課程成績,各項指標(biāo)的加權(quán)和就是實驗評價分?jǐn)?shù)。少數(shù)指標(biāo)雖然權(quán)重并不高,由于在工程實踐中具有重要意義,低于一定分?jǐn)?shù)整個實驗過程將評價為不合格。比如在前文提到的DCS實驗中,在多次出現(xiàn)不規(guī)范操作并且在系統(tǒng)警告后仍然出現(xiàn)2次以上不規(guī)范操作,整個實驗過程將被判定為不合格。對于通過經(jīng)驗方式得到的實驗過程考核評價體系,在經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)積累以后,可以進(jìn)行智能化的處理和分析,為學(xué)生提供更優(yōu)化的實驗方案。在選取的兩個學(xué)生中,甲學(xué)生雖然分?jǐn)?shù)略高,但操作相關(guān)的指標(biāo)得分都不高,因此在后續(xù)實驗中,主要給該學(xué)生提供注重操作及規(guī)范的實驗,比如開關(guān)機(jī)實驗和某些故障處理實驗。而乙學(xué)生操作和動手能力較好,但不注意理論和實驗設(shè)計,以及數(shù)據(jù)處理等工作,在后續(xù)實驗中,應(yīng)多推送理論學(xué)習(xí)的模塊,提醒學(xué)生注意數(shù)據(jù)處理和實驗報告的完成。
三、在線實驗系統(tǒng)的設(shè)計框架
作為在線實驗系統(tǒng)核心部分的探究式學(xué)習(xí)模式以及相應(yīng)的在線評價體系設(shè)計完成以后,在線實驗系統(tǒng)框架基本構(gòu)筑完畢。在線實驗系統(tǒng)應(yīng)本著簡單、適用、高效的原則,實行通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、人性化的設(shè)計思想。學(xué)生可以通過在線實驗平臺在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實驗教學(xué)的全過程,而在線實驗平臺則通過記錄學(xué)生在線上參加的實驗過程、實驗練習(xí)以及培訓(xùn)交流等情況,實現(xiàn)對學(xué)生實驗情況的全程跟蹤管理和對學(xué)生實驗教學(xué)需求的全面掌握。在線實驗設(shè)計的基本架構(gòu)如圖2所示??梢钥闯觯诳蚣芎诵牟糠值臉I(yè)務(wù)層中,支持探究式學(xué)習(xí)過程是貫穿設(shè)計始終的問題,所以應(yīng)改變原先某些實驗只是為驗證理論的設(shè)計,把發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、設(shè)計解決方案、實施解決方案的探究式思路在實驗教學(xué)中實現(xiàn)。同時需要學(xué)生在各個環(huán)節(jié)的實驗過程進(jìn)行完整的記錄,作為其是否按照教學(xué)思想完成實驗內(nèi)容進(jìn)行考核的依據(jù),同時還可以通過智能化的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘,為學(xué)生提供經(jīng)過優(yōu)化的個性化實驗教學(xué)模塊。組件層和服務(wù)層和平臺軟硬件設(shè)計相關(guān),在其他文章中有詳細(xì)介紹,本文不再贅述。
四、結(jié)論
篇6
實驗設(shè)計可結(jié)合企業(yè)的實際情況,在有限的資源條件下,為企業(yè)尋找最合適的運(yùn)作條件及問題關(guān)鍵點.Byung-JuYi采用柔性鉸鏈的設(shè)計與實驗,對實驗結(jié)果的合理分析,確保了零件的位置精度;DeNeve,H.通過對LED的設(shè)計與實驗結(jié)果研究,對產(chǎn)品進(jìn)行了合理定位,提升了工作效率;Taylor綜合運(yùn)用階乘設(shè)計和田口設(shè)計,確定了最佳的磨削條件及車輪轉(zhuǎn)速,并對實驗過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述.國內(nèi)研究如劉曉劍等對無鉛波峰焊工藝、DOE法及其在無鉛波峰焊工藝優(yōu)化中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)介紹,顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性;錢偉等應(yīng)用正交實驗方法(DOE)提升銅桿產(chǎn)品的體積電阻率合格率,對“打渣溫度”、“提煉溫度”、“打氧時間”和“攪拌頻次”等影響因素進(jìn)行了四因素三水平的正交實驗設(shè)計,得到最優(yōu)煉制工藝參數(shù),使得體積電阻率合格率提升至97.8%,也使銅桿產(chǎn)品的合格率得到改善;張賀等設(shè)計的檢測設(shè)備是通過測量沖床、壓力機(jī)合模高度的異常情況來實現(xiàn)對沖壓件品質(zhì)的檢測,設(shè)備內(nèi)置了大容量的Flash存儲器,方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,實現(xiàn)不良產(chǎn)品的可追溯性.綜上所述,眾多學(xué)者都是對于實驗設(shè)計應(yīng)用限制在了產(chǎn)品的開發(fā)與研究范圍內(nèi),雖然這樣可以有效縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期,大大提升其產(chǎn)品的合格率,但是未能將實際應(yīng)用突破現(xiàn)有應(yīng)用范圍的局限性.所以,結(jié)合上述所提到的兩個方面的問題,本文以生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)量檢測誤差率為研究對象,在掌握作業(yè)流程及數(shù)據(jù)收集整理的基礎(chǔ)上,利用DOE中控制因素試驗設(shè)計的方法對探索問題的最重要影響因素,為改善工作提供強(qiáng)有力的依據(jù),從而推動精益生產(chǎn)管理.
2研究方法與實驗設(shè)計
DOE法是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎(chǔ),合理安排實驗的一種方法論.它的主要作用是降低試驗次數(shù)、提高試驗精度、使研究者從實驗結(jié)果中獲取無偏的處理效應(yīng)和實驗誤差的估計.DOE方法始于20世紀(jì)20年代,經(jīng)過幾十年的發(fā)展應(yīng)用產(chǎn)生了許多新的理論和方法,并不斷豐富完善成了統(tǒng)計學(xué)的一個重要分支,在實際應(yīng)用中,實驗設(shè)計研究常常被用來提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、改善工藝條件或參數(shù).本文采用的DOE研究方法即以y=f(x)基本模型為依據(jù),左側(cè)為實驗設(shè)計的基本流程,而實驗設(shè)計就是在提供可供資源和期望信息的前提下,綜合輸入、可控因子和噪聲變量,研究y與x的關(guān)系,并探索及確定對響應(yīng)變量最有影響的變量,而一般情況下,由于需要保持過程的穩(wěn)健性,使得外部(n)變異性來源影響較小。DOE操作步驟:
1)確定實驗?zāi)繕?biāo).在實踐中,團(tuán)隊成員全體參與,要注意確定需要試驗的問題,并將其轉(zhuǎn)化為都可接受的提案.
2)響應(yīng)變量的選擇.通常選擇所測變量值的平均值或標(biāo)準(zhǔn)差,如果存在多種變量,取其中發(fā)揮關(guān)鍵性作用的變量,確保該變量可為試驗提供有用信息.
3)確定因子,選擇水平.采取流程圖、因果分析圖等,結(jié)合5W1H法、頭腦風(fēng)暴法等篩選影響響應(yīng)變量的因素,并綜合多方面的信息進(jìn)行統(tǒng)計分析.
4)制定實驗方案.結(jié)合實驗?zāi)繕?biāo),將實驗分組、次數(shù)、順序等需要依據(jù)一定的原則或方法進(jìn)行安排.
5)實施實驗.嚴(yán)格按照計劃進(jìn)行實驗,并做好監(jiān)督檢測、記錄工作,包括響應(yīng)變量數(shù)據(jù)、環(huán)境、員工操作、實驗材料等,注意數(shù)據(jù)收集的全面性.
6)數(shù)據(jù)的分析.選擇合適的統(tǒng)計方法,排除實驗者主觀臆斷,確保實驗結(jié)論的客觀性.
7)結(jié)果.依據(jù)實驗,采用圖解法等推出實施路線,并做好后續(xù)的跟蹤實驗,確保結(jié)論的正確性.
3實證檢驗
DVD制造是A公司的主營業(yè)務(wù),經(jīng)過近期對現(xiàn)場實際作業(yè)收集的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知,面臨的最大問題是生產(chǎn)DVD的一生產(chǎn)線M工站的瓶頸工時過長,嚴(yán)重影響生產(chǎn)線平衡.為了對生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化,提升生產(chǎn)線的作業(yè)效率,公司IE人員要運(yùn)用DOE試驗設(shè)計分析瓶頸產(chǎn)生原因,找出主要的影響因素,進(jìn)而實施有效的改善措施。:a.光電異物檢查及排線清查;b.光電檢查+光電片預(yù)點膠;c.光電轉(zhuǎn)換器和光柵調(diào)校;d.光電+光柵點膠;e.唱片馬達(dá)和循跡馬達(dá)裝配;f.激光頭組裝;g.掛架裝配;h.傳動片螺絲調(diào)整;i.傳動片點膠;j.蝸輪涂油和循跡測試;k.MDDVD評估;l.MDCD評估;m.DSP;n.貼標(biāo)簽和測試o.封錫橋;p.外觀檢查1;q.外觀檢查2.為解決上述問題,運(yùn)用DOE試驗設(shè)計分析瓶頸產(chǎn)生原因,步驟如下:
1)分析M工站(即上述k組)的作業(yè)流程.物料進(jìn)入MDDVD工站后,首先對其進(jìn)行檢測,判斷其是否是不符合規(guī)格要求,如果不是則將其傳遞到正常作業(yè)流程中的下一工序;如果是則將其裝盒運(yùn)至其它同類型工站或者留在本工站,留在本工站的需要不同人員進(jìn)行3次檢驗,如果檢測結(jié)果是符合要求的,則屬于誤測,將該產(chǎn)品傳遞至正常作業(yè)流程中的下一工序,如果檢測是不良品,則進(jìn)行裝盒處理,同理,被運(yùn)送至其它類型工站的產(chǎn)品進(jìn)行類似檢測,依據(jù)檢測結(jié)果對同“留在本工站”的產(chǎn)品進(jìn)行相同處理.
2)根據(jù)統(tǒng)計得出統(tǒng)計誤測率表。本文所采用的數(shù)據(jù)是來自于公司實際的現(xiàn)場收集,采用IE基礎(chǔ)手法中秒表測時.通過對7月25日至30日連續(xù)6天的數(shù)據(jù)收集(29日由于調(diào)休無法收集數(shù)據(jù)),并將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理,得到誤測率統(tǒng)計表。由此可知,誤測率過大是工時過大的主要原因.
3)尋找解決途徑由上可知誤測率是瓶頸工時產(chǎn)生原因,現(xiàn)在重點分析誤測產(chǎn)生原因,解決辦法是運(yùn)用DOE試驗設(shè)計法.首先運(yùn)用因果分析法,結(jié)合頭腦風(fēng)暴法從人員、機(jī)器、材料、方法、環(huán)境等方面進(jìn)行選擇影響因素.由上可知,主要影響因素是:人的操作不熟練、設(shè)備精確度不高和碟片質(zhì)量不良,但是這在一定程度上是憑借團(tuán)隊成員的經(jīng)驗進(jìn)行分析,而缺乏一定的客觀性,所以,要找出最關(guān)鍵的影響因素,需要進(jìn)行實驗分析.
4)實驗分析設(shè)計實驗分析上述三個因素中找出最主要的一個影響因素.實驗條件:操作工人:兩人(人+人-)設(shè)備:兩臺(設(shè)備+設(shè)備-)碟片:兩張(碟片+碟片-)監(jiān)督員:兩名(工程人員)記錄員:兩名(IE人員)實驗方法:控制因素法,控制其中兩個因素,分析第三個因素對結(jié)果的影響程度..由此可得出,設(shè)備是誤測產(chǎn)生的最主要原因.所以,聯(lián)系設(shè)備維修人員,指定詳細(xì)設(shè)備維修與維護(hù)方案,設(shè)備維修后將誤測率由原來12.2%降至4.2%,該工站工時由17.67s縮短為16.244s,減少了1.226s。
5)改善方案實施后效果對比.通過該方案的實施改善,誤測率由改善前的12.2%,降低到了改善后的4.2%,優(yōu)化率達(dá)到65.6%,可有效降低檢測過程中所出現(xiàn)誤差的概率,提升作業(yè)效率,如果將該方法推廣至更多的生產(chǎn)線及廠區(qū),可實現(xiàn)更加可觀的效益。
4結(jié)論及對策
篇7
關(guān)鍵詞:體操教學(xué);動態(tài)分層;實驗設(shè)計;應(yīng)用實踐
一、問題的提出
《體育健康與課程》(2011年)中明確指出要堅持健康第一的指導(dǎo)思想,在體育教學(xué)過程中要充分關(guān)注學(xué)生之間的個體差異性和需求的層次性,要根據(jù)學(xué)生個體的身心發(fā)育特點來劃分學(xué)習(xí)水平??偠灾w育教學(xué)要“面向全體學(xué)生”,這既是體育教育本身價值的體現(xiàn),又是現(xiàn)階段在教育公平的視角上對素質(zhì)教育的升華。然而,“面向全體學(xué)生”這樣的理念雖經(jīng)過國家的屢次強(qiáng)調(diào)以及教育工作者的大量工作實踐卻在教學(xué)過程中難以得到實現(xiàn)和全面的普及,其中一項重要的原因是,體育教師和工作者面對在身體發(fā)展和運(yùn)動經(jīng)驗的學(xué)生群體,忽視甚至無視這種差異,導(dǎo)致了在教學(xué)內(nèi)容編排和教學(xué)方法的設(shè)計僅有利于一部分學(xué)生發(fā)展,違背“因材施教”的教學(xué)原則?;诖耍疚脑隗w育教學(xué)中設(shè)計動態(tài)分層的教學(xué)方法,充分考慮學(xué)生的個體差異、不同需求,試圖打破“吃不飽”和“吃不了”的體育教學(xué)現(xiàn)狀,從而使得課堂上每一位學(xué)生都能夠?qū)W(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行有效的消化和吸收,能夠?qū)崿F(xiàn)體育教學(xué)面向全體學(xué)生的最終目標(biāo)。
二、解決問題的思路
(1)差異歸類。學(xué)生之中盡管存在個體差異,但“共性存在于個性之中”,學(xué)生的差異主要由于學(xué)生的認(rèn)知、學(xué)習(xí)興趣、技術(shù)技能、知識儲備等因素決定,這些差異都是在學(xué)習(xí)中綜合的表現(xiàn),所以在教學(xué)中,可以根據(jù)這些因素來歸類,對學(xué)生一般分為“上、中、下”三個層次的分類,上層以綜合性發(fā)展和拓展開發(fā)為主、中層以“鞏固—應(yīng)用—提高”為主;下層則以“學(xué)習(xí)—復(fù)習(xí)—應(yīng)用”為基本模式。(2)彈性設(shè)置,目標(biāo)融層。分層教學(xué)的目的是面向全體學(xué)生,因此在傳統(tǒng)的統(tǒng)一性目標(biāo)應(yīng)改為學(xué)生選擇的彈性目標(biāo),而目標(biāo)的達(dá)到與否取決于學(xué)生的學(xué)習(xí)行為,學(xué)習(xí)目標(biāo)要與所劃分層次相互契合,大致可分為,基礎(chǔ)性目標(biāo)、提高性目標(biāo)、拓展性目標(biāo),目標(biāo)分層嚴(yán)格來講和學(xué)生分層并不能完全對應(yīng),彈性目標(biāo)則是在教師指導(dǎo)下學(xué)生的自行選擇,低層學(xué)生從基礎(chǔ)做起,完成后繼而進(jìn)行提高性目標(biāo)的練習(xí),高層次的學(xué)生則較為自由,既可以從基礎(chǔ)做起也可以直接從提高性目標(biāo)開始練習(xí),甚至可以從拓展性目標(biāo)做起。(3)動態(tài)分層指導(dǎo)。分層教學(xué)就是承認(rèn)差異的存在,進(jìn)行有差別、有層次的教學(xué)活動,目的就是面向全體學(xué)生,對教師來講,不能單純地進(jìn)行示范講解,而是觀察分析學(xué)生差異,根據(jù)具體情況分類指導(dǎo),制定有差異的分層教學(xué)任務(wù)。事前制定的只是“紙面”分層框架,學(xué)生的需求只有在具體的學(xué)習(xí)行為中才能表現(xiàn)出來,此種情況下,教師則應(yīng)該根據(jù)客觀反映的學(xué)習(xí)事實,及時調(diào)整分層結(jié)構(gòu),改善教學(xué)手段和方法,這樣可以促進(jìn)學(xué)生發(fā)展特長,又能幫助所有學(xué)生達(dá)到既定目標(biāo),得到肯定和認(rèn)可。
三、動態(tài)分層教學(xué)法的實驗設(shè)計———以體操教學(xué)為例
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創(chuàng)新性實驗建設(shè)的平臺
實踐性環(huán)節(jié)能夠培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、創(chuàng)新意識,使學(xué)生掌握科學(xué)方法,提高綜合實踐能力,這是理論教學(xué)所無法替代的。但是在實驗的前期,需要學(xué)生掌握基本的實驗技能并具有一定的知識積累,這樣才有能力進(jìn)行自主設(shè)計實驗并最終完成實驗。結(jié)合教師的科研項目、校企合作項目的訓(xùn)練,才能使知識扎根于學(xué)生思維,并達(dá)到學(xué)以致用的目的。建設(shè)創(chuàng)新性實驗室和實驗設(shè)備共享是開設(shè)創(chuàng)新性實驗的基礎(chǔ)。工業(yè)設(shè)計實驗室根據(jù)功能分為實驗教學(xué)實驗室、模型制作室、創(chuàng)新工程訓(xùn)練室、快速成型室和產(chǎn)品后期處理室。此外,工業(yè)設(shè)計實驗室與其他教學(xué)實驗室和教學(xué)設(shè)備可以實現(xiàn)共享,為創(chuàng)新性實驗項目的開設(shè)提供可靠的保證。創(chuàng)新性實驗與傳統(tǒng)的實驗?zāi)J接兴煌?,其教學(xué)組織具有自己的特點,實驗室應(yīng)該是全方位開放的,包括實驗室工作時間的開放;實驗內(nèi)容的開放;實驗室服務(wù)對象的開放,全院學(xué)生及教師均可利用實驗室的資源。參加創(chuàng)新性實驗的人員在進(jìn)入實驗室之前必須作好充分準(zhǔn)備,提出實驗方案,經(jīng)相關(guān)教師審閱通過后方可進(jìn)行實驗。
教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的設(shè)計
在創(chuàng)新性實驗項目教學(xué)中,教師只提供參考范圍和題目,如UNIMATI優(yōu)耐美模型制作及創(chuàng)新設(shè)計制作實驗,以車床、磨床、鉆床、銑床、鋸床、木車床等機(jī)器作為基礎(chǔ)進(jìn)行組裝,模型制作及創(chuàng)新設(shè)計制作實驗。有時是指導(dǎo)教師的研究課題,如讓學(xué)生參與“兒童玩具設(shè)計”、“機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新“等項目的玩具創(chuàng)新和基本機(jī)構(gòu)的動力學(xué)設(shè)計,此類實驗不是單一的只運(yùn)用某門課的知識就能解決問題并完成任務(wù)的。在實驗過程中,要求學(xué)生先提出課題和基本思路,教師則與其共同探討完善方案。在實驗中遇到問題時,要求學(xué)生獨(dú)自提出解決方法,教師幫助分析這些方法的科學(xué)性,通過以學(xué)生為主、教師為輔的實驗教學(xué)方法,逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作的能力。例如,要求學(xué)生自己提出項目的方向性,查找相關(guān)文獻(xiàn),在所學(xué)的理論知識和資料分析的基礎(chǔ)上提出玩具的類型、玩具的造型形態(tài)和玩具中所應(yīng)該應(yīng)用的功能等實驗方案,獨(dú)立寫出包括實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容、實驗步驟、實驗進(jìn)度和預(yù)期結(jié)果等具有一般研究價值的可參考性報告,經(jīng)過相關(guān)教師的審閱合格后,學(xué)生獨(dú)立按步操作,最終完成實驗。在學(xué)生獨(dú)立開展實驗期間,實驗室實行開放式管理機(jī)制,教師從旁指導(dǎo)、檢查、協(xié)調(diào),預(yù)先安排好各小組進(jìn)行各個步驟的時間,使創(chuàng)新工程訓(xùn)練室得到合理高效運(yùn)轉(zhuǎn)。實驗小組由學(xué)生自愿組合,以3~4人為一個實驗小組,實驗時間由學(xué)生按照事先所確定的進(jìn)度進(jìn)行安排。
成績考核方法
在實驗全部完成后,要求學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、精確計算,并形成實驗研究報告。指導(dǎo)教師對實驗研究報告進(jìn)行分析并予以評價,其原則側(cè)重于觀察學(xué)生是否通過這一實驗過程使智力得到開拓,使研究能力以及綜合運(yùn)用理論知識解釋實驗結(jié)果的能力有所提高,記錄的實驗數(shù)據(jù)是否客觀準(zhǔn)確,分析討論是否科學(xué)合理、邏輯推理是否準(zhǔn)確,結(jié)論是否恰當(dāng)?shù)确矫?。成績考核設(shè)置為基本技能綜合考核和創(chuàng)新性實驗考核兩個階段。驗證性實驗可根據(jù)學(xué)生平時的實驗態(tài)度、實驗操作熟練程度和實驗結(jié)果的完成程度進(jìn)行綜合評價。創(chuàng)新性實驗根據(jù)學(xué)生選題的創(chuàng)新性、知識運(yùn)用的綜合性、實驗設(shè)計的科學(xué)合理性、實驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性、團(tuán)隊協(xié)作精神和實驗的努力程度等進(jìn)行考核??己藭r,創(chuàng)新性實驗按照實驗質(zhì)量給出成績(分為不合格、合格和優(yōu)秀),不記入總成績中,但只有創(chuàng)新性實驗的成績?yōu)楹细窦耙陨系膶W(xué)生才可以獲得實驗考核的總成績,否則實驗課成績?yōu)榱惴帧?/p>
教學(xué)實踐效果
經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐,在相關(guān)課程中運(yùn)用了以上的一些做法,取得了良好的教學(xué)效果。創(chuàng)新性實驗的開設(shè)能夠有效地促進(jìn)教師的知識更新,激發(fā)學(xué)生求新、創(chuàng)新的欲望,促進(jìn)學(xué)生對綜合知識的運(yùn)用,提高學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科、跨領(lǐng)域創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的能力。實驗時間由學(xué)生自主支配,增加了學(xué)生的動手機(jī)會,鍛煉了學(xué)生的動手能力。學(xué)生自主開展實驗研究,能夠始終處于主動探索的狀態(tài),充分發(fā)揮了學(xué)生主觀能動性,養(yǎng)成獨(dú)立思考和積極進(jìn)取的科學(xué)精神,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識、觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力。
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藥理學(xué)方面主要包括:熱板法評價目標(biāo)化合物的鎮(zhèn)痛作用;扭體法評價目標(biāo)化合物的鎮(zhèn)痛作用;足腫脹法評價目標(biāo)化合物的抗炎作用;利用SPSS統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行T檢驗和方差分析;實驗動物的標(biāo)記和隨機(jī)分組。藥物分析方面主要包括:目標(biāo)藥物的一般雜質(zhì)檢查;目標(biāo)藥物的特殊雜質(zhì)檢查;方法學(xué)考察的一般步驟;紫外可見分光光度法測定目標(biāo)化合物的含量;高效液相法測定目標(biāo)化合物的含量;滴定分析法測定目標(biāo)化合物的含量;以上實驗內(nèi)容涵蓋了藥物的合成、藥效評價、成型工藝的研究及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定等幾個項目,涵蓋了藥物發(fā)現(xiàn)過程中許多重要環(huán)節(jié),從實驗教學(xué)的反饋可以看出上述知識點學(xué)生均得到了較好的訓(xùn)練。
開放式設(shè)計性實驗教學(xué)的效果
實驗教學(xué)中心對“藥學(xué)開放式設(shè)計性綜合實驗”教學(xué)效果進(jìn)行了調(diào)查,87.6%的學(xué)生對這種教學(xué)方式表示很滿意。學(xué)生認(rèn)為,通過做綜合實驗,鞏固了課堂上學(xué)到的知識,實際操作能力更強(qiáng)了,且用了許多新技術(shù)、新方法,實驗內(nèi)容與科研實踐緊密結(jié)合,綜合實驗內(nèi)容豐富,涉及的專業(yè)知識是在思考和實踐中掌握的,教學(xué)效果集中體現(xiàn)在以下三個方面:1.增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力傳統(tǒng)的驗證型實驗中實驗員將課上所需的試劑配制完畢后,學(xué)生才開始動手做實驗,對于實驗試劑配制的方法學(xué)生了解甚少?!八帉W(xué)開放式設(shè)計性綜合實驗”中實驗員僅負(fù)責(zé)提供相應(yīng)的藥品,試劑配制的工作讓學(xué)生自己完成,這樣既減輕了實驗準(zhǔn)備老師的負(fù)擔(dān),又鍛煉了學(xué)生的動手能力。2.增強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)研究能力在綜合實驗教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn),學(xué)生在撰寫開題報告、結(jié)課論文時會遇到相當(dāng)大的困難,在選題思路、實驗操作、論文撰寫的語句、論文的結(jié)構(gòu)和論文撰寫的格式等方面都需要非常多的指導(dǎo)。值得慶幸的是,這些困難都發(fā)生在大學(xué)學(xué)習(xí)的階段,沒有發(fā)生在學(xué)生進(jìn)入工作崗位以后,所以教師和學(xué)生均認(rèn)為該工作的實施對學(xué)生科學(xué)研究能力的培養(yǎng)有十分有意義。3.調(diào)動了學(xué)生對實驗的熱情傳統(tǒng)的驗證型實驗中,學(xué)生只能通過已經(jīng)在教科書上寫明的實驗原理和刻板的實驗步驟進(jìn)行實驗,不可避免地導(dǎo)致學(xué)生對實驗教學(xué)產(chǎn)生一些反感,并且,長期進(jìn)行驗證型實驗操作會在某種程度上禁錮學(xué)生的科研思維。“藥學(xué)開放式設(shè)計性綜合實驗”中所有的實驗原理和實驗步驟都是學(xué)生通過教科書的翻閱、網(wǎng)絡(luò)資源的查找得出的,學(xué)生也非常想知道自己的實驗設(shè)計是不是可以達(dá)到預(yù)期的效果,從源頭上調(diào)動了學(xué)生的積極性,學(xué)生做實驗的熱情自然與傳統(tǒng)實驗相比高出許多。
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(一)學(xué)習(xí)動機(jī)多樣化
高職學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)比較多樣,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:其一,自尊心、進(jìn)取心和不甘落后的心理;其二,考慮到將來能有一份好工作,多掙錢以使自己和家人能生活得好一些。許多高職學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)并不限于對知識的渴望,因此,他們的學(xué)習(xí)意識、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)動力相對欠缺。面對高職學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)動機(jī),教師在教學(xué)設(shè)計時要充分考慮不同學(xué)生的需求,科學(xué)地設(shè)計課程模塊,合理運(yùn)用多種教學(xué)手段和教學(xué)方法,這樣才能保證教學(xué)效果,達(dá)到教學(xué)目的。
(二)學(xué)習(xí)較情緒化
高職學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒化較強(qiáng),喜歡學(xué)習(xí)感興趣的內(nèi)容,主要表現(xiàn)在兩方面:一是學(xué)生對未知的東西、知識等探究欲望比較強(qiáng),學(xué)習(xí)過程中對所學(xué)知識的趣味性要求較高;二是他們?nèi)鄙倨髽I(yè)工作經(jīng)歷,不了解企業(yè)的經(jīng)營管理,不熟悉市場情況。而高職大部分學(xué)生畢業(yè)后最終要進(jìn)入企業(yè),所以要通過實訓(xùn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,設(shè)計學(xué)生感興趣的實訓(xùn)項目,使他們在實訓(xùn)過程中了解企業(yè)、了解市場。同時,在實訓(xùn)過程中應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題和解決問題的能力,提升他們的職業(yè)技能。
(三)知識遷移能力
較弱知識遷移能力是將所學(xué)知識應(yīng)用到新的情境、解決新問題時所表現(xiàn)出來的一種素質(zhì)和能力。高職學(xué)生的知識遷移能力普遍較弱,僅憑老師課堂上理論知識的講解和案例的分析,高職學(xué)生大多無法把所學(xué)的知識應(yīng)用到解決實際問題的過程中,這也是學(xué)生進(jìn)企業(yè)后常常覺得力不從心、與企業(yè)的要求有差距的原因。所以,實訓(xùn)教學(xué)的設(shè)計應(yīng)通過貼近調(diào)查員崗位工作過程的項目的設(shè)計,使學(xué)生在學(xué)校就可以學(xué)到企業(yè)一線市場調(diào)查知識,這對學(xué)生畢業(yè)后盡快適應(yīng)崗位需求大為有利。此外,部分高職學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng),自主學(xué)習(xí)意識不夠,遇到困難容易退縮。如果單獨(dú)完成一系列市場調(diào)查實訓(xùn)項目,會有一些難度。因此需要成立項目小組,以團(tuán)隊的方式完成實訓(xùn)任務(wù),這樣可以使學(xué)生揚(yáng)長辟短,充分調(diào)動學(xué)生的積極性。
二、高職“市場調(diào)研”實訓(xùn)項目設(shè)計
(一)高職“市場調(diào)研”實訓(xùn)的教學(xué)目的
高職“市場調(diào)研”的實訓(xùn)項目設(shè)計要滿足高職教育改革中“以就業(yè)和市場需求為導(dǎo)向”理念在課程上和教學(xué)上的要求。目前大多數(shù)企業(yè)迫切需要既具備基本市場調(diào)研理論、實際動手能力又強(qiáng)的市場調(diào)查人才,因此,高職“市場調(diào)研”進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)的目的是組織學(xué)生親自參與調(diào)研,使他們更深入地理解和掌握市場調(diào)研的基本理論,掌握市場調(diào)研的主要內(nèi)容和基本流程,能夠分析市場、收集市場信息,預(yù)測市場的發(fā)展趨勢,具備組織和實施市場調(diào)研活動的職業(yè)能力,培養(yǎng)銷售人員的基本職業(yè)素養(yǎng)。
(二)高職“市場調(diào)研”實訓(xùn)的設(shè)計思路
1.遵循“以學(xué)生為主體”的基本原則
高職“市場調(diào)研”實訓(xùn)教學(xué)設(shè)計應(yīng)遵循“以學(xué)生為主體”的基本原則,任務(wù)驅(qū)動教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體角色,讓學(xué)生在實踐過程中充分發(fā)揮主觀能動性,全面調(diào)動學(xué)生參與的積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因此,可采用任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué),讓學(xué)生的實際操作能力和職業(yè)技能得到培養(yǎng)和提升。在實訓(xùn)時,要讓學(xué)生根據(jù)實訓(xùn)項目自主選擇調(diào)研主題、設(shè)計實訓(xùn)方案、編寫調(diào)查問卷等一系列任務(wù),教師主要扮演組織者和指導(dǎo)設(shè)計者的角色。
2.創(chuàng)建基于工作過程的學(xué)習(xí)情境人才培養(yǎng)必須滿足
市場對人才的需求,因此,在進(jìn)行實訓(xùn)項目設(shè)計時要緊緊圍繞“市場調(diào)研”崗位實際工作過程組織教學(xué),讓學(xué)生以小組合作的方式組成項目團(tuán)隊完成每項工作任務(wù)。在此過程中,使學(xué)生掌握市場調(diào)查的相關(guān)知識和主要技能,培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力、創(chuàng)新能力和合作能力,全面提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng),為學(xué)生就業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。
3.非現(xiàn)場教學(xué)和實地調(diào)查實訓(xùn)方式的有效配合
一般來講,非現(xiàn)場教學(xué)是“市場調(diào)研”實訓(xùn)的主要方式,包括案例分析、情景模擬、計算機(jī)軟件模擬練習(xí)等,但僅用非現(xiàn)場教學(xué)無法滿足學(xué)生提高職業(yè)技能的需要,所以實訓(xùn)項目必須要設(shè)計實地調(diào)查項目。大部分高職院校受實訓(xùn)場地、經(jīng)費(fèi)等因素影響,實地調(diào)查項目的開展受到限制。綜合考慮需求與限制,目前在高職院校學(xué)生實訓(xùn)中比較可行的實地調(diào)查方式有訪問法、觀察法,只要課題設(shè)計合理,就可以既滿足課程實訓(xùn)教學(xué)要求,又能調(diào)動學(xué)生積極性,有效保證“市場調(diào)研”實訓(xùn)的開展。
(三)高職“市場調(diào)研”的實訓(xùn)項目市場調(diào)研實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容較多
在設(shè)計過程中應(yīng)合理安排實訓(xùn)項目。根據(jù)“市場調(diào)查員”崗位的職業(yè)技能要求,結(jié)合市場調(diào)研企業(yè)實際工作過程,采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法組織教學(xué),可以設(shè)計七個實訓(xùn)項目,包括設(shè)計市場調(diào)研方案、設(shè)計市場調(diào)查問卷、實施市場調(diào)查、整理和分析調(diào)查資料、撰寫市場調(diào)查報告、評價市場調(diào)查報告和市場調(diào)查軟件練習(xí)。這些實訓(xùn)項目的實訓(xùn)時間應(yīng)該緊密結(jié)合理論課程的教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行合理安排;在各項目的課時安排上,根據(jù)筆者多年的教學(xué)實踐,可以采用非現(xiàn)場教學(xué)、調(diào)查軟件練習(xí)和實地調(diào)查按3∶1∶1的課時比例來安排教學(xué)。其中,調(diào)研方案設(shè)計包含抽樣方案設(shè)計、整理和分析市場信息資料包含市場預(yù)測部分??紤]到高職學(xué)生的特點,實訓(xùn)時主要讓學(xué)生以小組合作的方式完成每項工作任務(wù)。每個項目從開始選題、撰寫方案、實施、總結(jié)匯報都是學(xué)生分組完成,任務(wù)完成的各個階段都要以小組形式在班級內(nèi)進(jìn)行匯報、交流,教師給予指導(dǎo)。以廈門城市職業(yè)學(xué)院“市場營銷”專業(yè)學(xué)生為例,學(xué)生參與積極性很高,在教師給出的實訓(xùn)項目及其主要實訓(xùn)任務(wù),主動選擇貼近自己生活并感興趣的一些項目,如大學(xué)生手機(jī)消費(fèi)情況調(diào)查、學(xué)院食堂滿意度調(diào)查、大學(xué)生專升本情況調(diào)查等。學(xué)生根據(jù)項目內(nèi)容確定了調(diào)查方法,設(shè)計了調(diào)查問卷,并實施調(diào)查收集相關(guān)資料,對回收的問卷進(jìn)行整理、分析,運(yùn)用市場調(diào)查和預(yù)測的知識得出調(diào)查結(jié)論,最后將成果寫成書面調(diào)查報告,取得了較好的效果。讓學(xué)生自主選擇調(diào)查項目不僅能更好地貼近學(xué)生現(xiàn)實環(huán)境,還使得學(xué)生必須自己動手動腦來策劃最佳方案,可以有效地鍛煉學(xué)生對市場調(diào)研知識的實際應(yīng)用能力,同時也提高了學(xué)生的書面表達(dá)能力。從課程結(jié)束時回收的課程調(diào)查問卷來看,該?!笆袌鰻I銷”專業(yè)的“市場調(diào)研”課程實訓(xùn)教學(xué)取得了較好的教學(xué)效果。
(四)高職“市場調(diào)研”實訓(xùn)的考核方式
實訓(xùn)課程的考核相比理論課程具有一定難度,要在結(jié)合完成各項任務(wù)的基礎(chǔ)上,全面綜合評定學(xué)生成績。
1.實行分層次管理
實施多樣化的考核方式首先將實訓(xùn)任務(wù)設(shè)計成基本任務(wù)和擴(kuò)展任務(wù),對于學(xué)生不同的項目團(tuán)隊可以根據(jù)實際情況設(shè)計相應(yīng)的任務(wù),最后結(jié)合完成任務(wù)的層次進(jìn)行考核。這樣可以在保證教學(xué)質(zhì)量的同時,滿足優(yōu)秀學(xué)生的知識需求,使學(xué)有余力的學(xué)生能夠更加深入開展調(diào)研。比如,同樣是攔問,要求學(xué)生必須完成校內(nèi)攔截項目(基本任務(wù)),還可以選擇完成擴(kuò)展任務(wù),如街頭攔問、其他高校校內(nèi)攔問等。
2.綜合評價
采用多角度的考核方式實訓(xùn)教學(xué)的考核應(yīng)采用多角度的方式,進(jìn)行綜合評價。這可以體現(xiàn)在兩個方面:其一,課程考核的參與者。市場調(diào)研課程考核的參與者包括教師和學(xué)生,其中教師評價占最終成績的70%—80%,學(xué)生評價占最終成績的20%—30%,成績分為優(yōu)、良、中、合格、不合格五個等級。教師評價時以過程為主,不僅關(guān)注學(xué)生成績,而且關(guān)注學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng),同時,尊重學(xué)生個體差異,注重對學(xué)習(xí)積極性不高的學(xué)生的引導(dǎo),幫助學(xué)生樹立自信。學(xué)生評價目的是讓學(xué)生在評價活動中加深對市場調(diào)查實施的要點、調(diào)查過程中易出現(xiàn)問題的總結(jié),同時學(xué)習(xí)其他同學(xué)的經(jīng)驗,學(xué)會反思,這還能提高學(xué)生參與的熱情。為保證學(xué)生互評效果,實施時要采取匿名的方式。其二,課程考核內(nèi)容方面。應(yīng)根據(jù)各個階段實訓(xùn)項目完成的情況考核,從書面報告、調(diào)查軟件操作、口頭匯報(綜合表達(dá)能力)、平時表現(xiàn)等幾個方面綜合測評學(xué)生的實訓(xùn)成績。其中書面報告所占比重最大,包括市場調(diào)研方案、市場調(diào)查問卷、市場調(diào)查報告三份作業(yè),是市場調(diào)研員應(yīng)掌握的核心技能。
三、高職“市場調(diào)研”實訓(xùn)實施過程中應(yīng)注意的問題
(一)配合理論課安排實訓(xùn)
時間實訓(xùn)時間安排一般要與“市場調(diào)查與預(yù)測”等理論課聯(lián)系起來,在理論課開課一段時間后開始實訓(xùn)的第一個項目,才能保證理論與實踐有效地聯(lián)系起來,相輔相成。以廈門城市職業(yè)學(xué)院“市場營銷”專業(yè)學(xué)生為例,“市場調(diào)查與開發(fā)”理論課程課時為17周,在理論課程學(xué)習(xí)到第10周時,就開始安排學(xué)生上實訓(xùn)課,布置實訓(xùn)任務(wù),利用學(xué)生的課后業(yè)余時間完成一些實訓(xùn)項目,如調(diào)查方案設(shè)計、撰寫調(diào)查報告等。此外,“市場調(diào)研”進(jìn)行分散實訓(xùn)的效果比較好一些。
(二)考核時學(xué)生互評要匿名
在實訓(xùn)的考核方式上,學(xué)生互評如果實施不好,效果會受到影響,這一方面是因為學(xué)生可能會對評價內(nèi)容把握不到位、理解有偏差,另一方面是學(xué)生可能會互相打高分,降低了互評的效果。因此,在學(xué)生評價時統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)、采用現(xiàn)場匿名互評非常重要。
(三)爭取與企業(yè)合作開發(fā)實地調(diào)查
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