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(一)毕业生外语及软件技能需求应对国际化与专业化,作者调研了毕业生需要达到的英语水平和计算机操作水平。占比61.54%的企业要求毕业生的英语水平达到CET4;同时,也有将近18%的企业认为还需要专业英语的配合,尤其是多种专业性软件的操作都需要良好的专业外语基础。专业软件的能力需求有明显的多样化和专业性趋势,一家企业往往需要毕业生掌握多种软件。因此,课程体系中的专业培养要加强专业软件的教学与实践,特别是培养学生的自学能力,因为软件的升级与创新周期越来越短,培养计划中不可能涵盖企业要求的每种软件。
(二)专业知识需求由调研可知企业对IE毕业生的专业知识需求具有集中性的特点,第一,南京工业大学毕业生从事的岗位集中,主要集中在生产计划、物流管理、质量管理和供应链管理四个方向;第二,企业对一些特定岗位人才的需求集中,如对物流管理岗位有需求的企业占据了92%。图2则直观体现了现代企业对工业工程人才专业知识的需求具有前瞻性与延伸性的特点,其中“法律”“二外”“国际贸易”“国际金融“”机械工程”占据领先位置。因此工业工程专业应培养的是具有多种知识技能的复合式人才。
二、工业工程课程体系的优化路径
目前南京工业大学工业工程专业的课程知识结构设置为通识教育、学科基础课、专业基础课和专业课四大类。对比专业培养计划与调研后企业的人才需求发现:第一,专业课学时只占总学时的15%;第二,实践环节比例不到10%;第三,知识面不够宽泛。这些都使得IE毕业生难以适应当今社会对于工业工程人才的需求。
(一)优化课程体系设计1.专业方向的优化。根据企业对工业工程人才的期望,以及国内工业工程专业发展的要求,将专业方向增至四个,分别是:A1.工业工程物流与供应链方向。A2.工业工程生产与运作管理方向。目标:致力于工业或服务领域的系统分析、设计、优化和管理创新工作,最终成为行业优秀的工业工程师或物流工程师。B1.工业工程(主)+某工程专业。目标:掌握工业工程学科的基本理论知识和系统管理的分析方法和技术,并对某工程专业(化工、生工、土木、电子通信、安全)感兴趣,致力于该行业的系统设计和管理创新工作,成为行业优秀的工程师或管理者。B2.工业工程+某工程专业(主)。目标:系统地学习并掌握某一工程专业(化工、生工、土木、电子通信、安全)的基础知识,并对管理领域感兴趣,能够基本掌握工业工程学科的基本理论知识和系统管理的分析方法和技术,并熟悉经济学科的基本理论与方法。未来可从事某一行业的管理工作,成为该行业优秀的管理者。2.专业课程的优化。优化后的专业课程模块划分成六个知识领域,包括自然科学类、工程基础类、经济类、管理类、信息技术类以及专业综合实践。其优势在于可以使学生清楚地了解自身所学的知识领域,并在必修课程的基础上自由搭配相关领域的课程,方便学生对相关领域知识的拓展学习,既体现了课程安排所学知识的连续性和拓展性,又使得学生在课程的选择上具有较强的主动性。B1方向和B2方向的专业课程则依据主专业的不同选取六大知识领域,合理安排主专业课程与六大知识领域必修与选修课程的衔接。3.实践环节的优化。IE是一个面向企业和组织,集工程、管理、经济等学科为一体的复合型专业。实践能力与动手能力既是重要环节,也是薄弱环节,并且在学校这个单一环境中进行是相当困难的。因此要解决这一难题,必须注重与市场接轨,加大实践环节的比重,并采取“实验”“软件实训”“课程设计”“模拟竞赛”“企业实习”“社会实践”等多种手段结合的形式加强学生的竞争力。调整后的实践环节课时安排达到40%,所占总学时的比例超过原先一倍多。
随着高新科技的迅速发展,提高生产率或效率的技术、方法还会继续增多和更新,现代IE的内容也会随之不断充实、变化。正是由于IE学科在目标层次上的稳定性和技术创新层次上的可创新性,保证了这一综合性应用工程强大的生命力和越来越广泛的实践指导意义。
1.IE的研究对象是生产性系统。但是,这种生产性系统越来越不局限于制造类企业或物质生产部门,还涉及服务性的运作系统,也就是说IE从研究工厂活动逐步扩展为一般性的运营组织活动,进而有可能扩展、研究更广泛的人文社会活动。例如,人机工程在工业设计中的拓展中,其研究对象出现新的内涵,认为人机工程学是研究人在设计、制造和使用人造物过程中所发生的全部人机关系[7];此外,针对人机工程的教育问题出现了“人机工程教育学(Educationalergonomics)”的理论,针对人机工程学方法和原则如何有效应用于实际的课题,则产生了“参与式人机工程学”(ParticipatoryErgonomics)的理论与方法[8]。
2.IE的目标是提高运作效率。尽管现代生产运营系统越来越强调对市场应变能力(效力)的研究,但提高效率仍然是经济活动基础性的永恒主题,IE正是在关注不同的效力问题的基础上研究相应的效率提高课题,从而形成诸多的发展主题和方向,并得到持续地发展动力。对于人文社会系统及其实践过程,社会性活动效率的持续改进和效力的设计以及适时跨越也是其关键议题,效力问题将更被关注。
3.IE的本质是持续改进,强调不断挖掘潜力、坚信“最好”的工作方法和关注最大整体效益。永不满足的精神在更广泛社会活动的推广,将有利于有益人文活动的保持和改善以及效力系统深入的、持续的创新。
4.IE提供了一套规范性很强的专用图表工具,能够帮助工业工程师记录和分析要研究的事实提供了标准的表达形式和语言基础,这是IE得以广泛应用的重要原因。在社会行动领域有必要构建类似的、但适应自身特点的图表表达和模型工具,除了对社会问题的描述和分析之外,更应该成为对庞杂社会科学知识进行调用的创新机制。
二、工业工程传统在社会领域的拓展
工业工程关注的主要是生产性活动,这些活动是涉及人的社会性活动的特例,并具有某些类似的特点,但相对于单纯的生产性系统,社会人文活动呈现更为复杂的特点。基于以上的分析,工业工程的研究和应用传统有可能进行社会科学领域的拓展,在借鉴其某些研究的框架的同时,还具有自身的特点。对人类社会人文活动或者称为社会交际行动的应用性研究,类似地会涉及人-技术-环境的分析框架,见图2。当然,研究的目标、重点以及涉及的领域知识、工具方法的发展等,具有很大的区别。图2影响社会活动效果的因素首先,相对于生产性运作活动的研究,一般社会往活动的研究除了关注活动的效率,更强调社会交际活动的效用/效力,所以,需要将社会性活动研究的目标定义为社会活动的有效性,包含活动效率和效力优化的双重目标。在积极引入工业工程的图表表达和模型工具的基础上,发展对活动效用的描述、测量和分析的工具,会成为研究的重要方向。
对行动效用的关注,使得社会交际活动的研究更倾向于问题驱动型的分析思维,即首先分析面对什么样的问题,然后在已有的知识中寻找解决问题的方法。区别于IE工具单纯的对所需解决问题的描述和分析,社会人文活动的研究工具更是一个解决问题的工具,既是问题分析工具,还是有关问题解决的知识库,包括对各类专门知识的积累、总结和简化,以及还是一个知识的搜索和确认机制。文献[9]就尝试将人因工程学的专门知识纳入到TRIZ(发明问题解决理论)的冲突问题解决机制中,提高了人因工程学的运用性,有关研究具有很强的拓展价值。发展这样的问题分析和解决工具对于解决持续涌现的、纷繁复杂的社会人文和交际问题具有启发性,并有利于运用庞杂的社会科学知识。借鉴创新方法的理论,利用这样的工具解决社会性问题的过程可以概括为见图3。此外,在社会性活动的研究中,技术因素具有更广泛的涵义,或者可以称之为器物因素。这类因素不仅指一般意义上的工程技术因素,还包括社会性技术因素,例如,经济机制、政治平衡机制、文化传递机制、冲突博弈机制、系统涌现机制等等。并且器物因素的分析具有相对的意义,也就是说某一因素属于器物因素还是属于人(参与者)或者环境因素的分析,需要视具体的情况而定。如果有关分析只局限于参与者行为分析的范围,则属于人的因素;如果涉及到交际促进机制的研究,则需要归于器物的因素;如果牵扯到有关环境和氛围的分析,则属于环境因素的分析。这样,在社会交际环境/氛围的研究中,既包括硬性的环境、机器和工作研究,更包括软性的社会机制、氛围的研究。而且,社会性活动效果的研究所涉及的有关知识,既包括科学、技术工程的知识,更涉及到各门类社会科学专门知识的运用,特别是在社会交往机制的设置研究上。
三、结语
攀枝花学院IE专业设在机械工程学院,从05年开始招生,以机械制造为工程背景,人才培养方案已逐步完善并形成了教学体系,用人单位对毕业学生也较满意。但在人才培养过程中也出现了如下问题:1.IE专业教师基本都是从高校毕业又来到高校,缺乏工程实践的经历,导致讲授内容理论较多,而结合实践的较少。2.实验室和实习基地虽有,但面较窄。3.教材的更新不能满足社会对人才需求的需要。4.教学方法和教学手段以及现代教学资源和教学平台跟不上IT技术的飞速发展。
二、建设措施
(一)课程体系建设建立工业工程专业新型应用型创新人才培养的课程体系。改革以往IE教学中重理论教学轻实践能力培养、先理论后实践教学顺序的课程设置体系局面。IE培养方案的修订须以社会对该专业的需求为导向,通过对企业进行实地调研,充分了解企业对学生在校应学知识的要求,以及应具备的能力的要求等,把这些需求做统计分析,在培养计划的设计以及教学过程中充分考虑这些因素,且由企业与学院共同制订。针对专业培养目标,统筹理论教学与实践教学体系;建立“模块化”课程体系;使人才培养方案和课程体系与生产实际和社会需求紧密结合。在参考国内外多个高校IE课程设置的基础上,并结合学校具体情况,攀枝花学院IE课程设置包含如下几个模块:公共基础模块:政治、英语、数学、物理、计算机类、体育等课程。专业基础模块:机械专业基础课程、应用统计学、运筹学、系统工程导论、管理学、工业工程学、企业财务管理、市场营销学等课程。专业课程模块(含必修和选修):项目管理、生产计划与控制、质量管理、物流与设施规划、ERP原理与应用、工程经济学、人因工程学、先进制造技术、供应链管理、人力资源管理等课程。实践教学包括:机械设计基础课程设计、专业课程设计(管理信息系统、基础工业工程、人因、物流设施等)、各种实习等。在构建人才培养方案时,充分考虑工业工程专业的工程实践性,加大实践教学比例,以增强学生的实践动手能力;另外,增加选修课的比例和门类,让学生有选择地修习一些课程,扩大学生专业知识面、满足学生的兴趣爱好,发展他们某一方面的才能。
(二)师资队伍建设建设一支素质优良、专兼结合、梯队式的具有行业特色的双师型结构教师队伍。教师在实践能力上必须朝“双师型”方向发展,在专业跨越上朝“一专多能”方向发展。一方面,加强校企合作,教师到企业顶岗实践,与企业联合技术攻关,帮助企业解决生产实际问题,教师结合企业实际问题,编著教材或案例,使理论与实践,生产、科研与教学得到紧密结合,从而提高教师科研开发能力和实践创新能力,从而更好地指导、培养学生理论联系实际的能力;同时,聘请企业技术人员给学生授课,并指导学生实践教学,技术人员把企业应用的新技术、新生产管理理念等相关知识带到课堂,实现教师和企业技术人员人力资源共享以及双师型教师队伍的建设。另一方面,应加强“一专多能型”教师培养,积极创造条件让骨干教师分批到国内高校或出国学习培训、进修,脱产学习与业余自修相结合等措施,促进他们理论水平的提高。
(三)实验室和实践基地建设IE专业实验体系[3]包含:基础工业工程实验、工效学实验、物流规划与物流控制实验、质量控制实验、供应链与客户关系管理实验、数控加工实验、柔性制造系统实验、生产计划和控制实验等实验单元,它们相互关联,构成一个有机整体。在充分利用校内已有的实习工厂、工程和管理实验室的基础上,建立IE综合实验室,模拟现代制造的全过程,充分体现出IE特点和计算机集成制造的背景。通过大量现代IE工具和平台,以及各种工程实验增强IE专业学生的机械制造工程背景;通过开展综合性、设计性、开放性等实验项目,充分发挥学生的主动性和创新性,做到学以致用,解决生产实际问题。在加强校内实验室建设的同时,根据学生职业能力培养的要求,充分利用社会资源,加强校外实践教学基地建设。近年来,先后选择了一批生产规模适度,技术装备先进,管理科学规范的生产企业与之合作。安排学生到企业进行实习和设计,也就是毕业设计和课程设计以具体企业为研究对象,到企业和IE工程师一起解决企业实际问题,这样能培养学生对实际问题的研究能力,从而促使其毕业设计或课程设计内容的充实。
(四)教学方法和教学手段实施多元教学框架与立体教学模式。教学手段、方法逐步从“一本书,一只笔,一块黑板”原始的教学手段向多媒体教学技术、计算机辅助教学技术、虚拟技术等现代化教学手段的转变,逐步由学校独立培养教育向校企结合,学校、企业、社会同时进行教学教育培养模式转变。在教学方法上,采取“交流—互动式”、“启发—引导式”、“讨论—探究式”、“开放—发散式”等课堂教学模式,避免了传统的“灌输式”、“填鸭式”教学,如《工业工程学》课程,在教学的过程中,列举了许多日常生活中运用工业工程知识的案例;并提出一些生活中(如超市、快餐店、银行等)的案例,让学生做程序分析、作业分析、动作测定、分析等,进而达到了启发教育的目的。在教学组织上,根据教学需要,采取班级式、小组式、独立式等;课堂可以在教室、实验室、工厂及工程现场,从而使得教学具有启发性、实践性和探索性,如《物流与设施规划》课程,在讲“工厂布局设计”这部分内容时,把学生带到工厂现场,以现场出现的问题运用书本理论如何解决相结合讲解,使得学生对新知识更容易理解和接受。教学手段上,采用多媒体、网络课堂教学,一方面提高了课堂信息量,同时在课余时间学生也可上网自主学习,以此应对“科目多、课时少、任务重”的教学局面;同时采用网络课堂教学,把课件、上课视频、思考题等上传到网络课堂,提高了学生学习的主动性。另外,将学科竞赛引入课程教学,通过参加全国IE大赛、全省IE大赛把竞赛的思想和方法融入到IE课程教学中,以此推动IE专业的教学内容、教学方法的改革,促进教师教学水平的提高,并提高学生学习主动性。
(五)建设IE专业教学资源库和教学平台搭建IE专业的知识平台,把IE专业课程建成教学资源库,该资源库主要包括网络教学平台和多媒体视频课件等资源。教学平台以教学资源库为基础,将老师成功的教学经验,教学内容进行提炼,以课程知识体系的形式进行信息动态集成,为学生和设计界同行提供了终生学习和经验交流的场地。
(六)教材建设IE专业培养的是既懂“工程”又懂“管理”的人才,但教材并不是工程类和管理类教材的简单堆砌和组合,目前市面上的教材内容之间交叉重叠较多、融入IE思想的较少。这就要求教师对教材内容进行适当的取舍、重新组织,尽可能的根据学校人才培养的实际情况编写内容具有针对性的自编教材。
三、结束语
工程教育作为一种专业教育,在完成工程项目的同时,不仅强化学生的专业知识和技术能力,同时培养学生之间的团队合作关系,是教育学生做人做事的辩证统一,工程教育更注重能力的训练和品德的养成。
二、实施工程教育的意义
经过工程教育培养出来的学生能够对工程实践活动从构思、设计、实现和运作有整体的认识和理解,并且学生的工程实践能力强,做实际项目时,能够考虑到项目的经济性方面,有创新工作意识,有利于学生今后顺利从事相关工程领域的工作。
三、计算机科学类专业课程方法改革探索
(一)理论教学注重开展“两化”教学
齐齐哈尔工程学院自升本以来,一直探索与工程实际密切结合的教育教学方法,几年来,注册成立了20余家校办产业,鼓励老师从生产实践中寻找真实的项目,让学生和教师共同完成项目,训练学生的工程能力,与此同时,也完成了教学任务,学生在真题真做过程中,在教师的指导下,主动自学,加深对知识的理解和运用,同时创造经济收益和社会价值。这就是该校提出的“工程任务课程化”,即以工程项目为载体,将整个工程任务贯穿于教学过程,学生在实践中逐步学习、深化理解基本理论,掌握各知识点,通过工程项目实践,加深对专业知识和技能的强化。在教学过程中,若没有真实的项目,就按照实际工程任务的全过程组织教学,课堂教学项目的设置是学生创新能力培养的指导,各门课程围绕专业目标进行系统设计,从而使学生掌握知识之间的联系,并用于解决综合的问题。这就是“教学任务工程化”。计算机科学类专业在理论教学中开展“两化”教学以来,以程序开发类课程为例,教师提前给学生分成若干个小组,然后把程序设计任务布置给学生,并阐述具体的要求,每个小组有不同的任务。学生小组在教师的指导下,会按照软件工程生命周期的步骤进行问题定义、可行性分析、总体描述、系统设计等前期设计工作,并反复与团队研讨,最终与用户达成一致意见后,将开始进行编码、调试和测试、验收与运行,将交付给用户进行使用。学生在完成任务的过程中,也能发现哪部分知识欠缺,从而产生学习的动力和积极性,更深入的学习的相关知识。通过实施工程教育,培养学生的大工程观。
(二)实践教学注重校企合作
在实践教学方面,齐齐哈尔工程学院从大一开始,每年利用暑假时间统一安排学生到与所学专业相关的公司进行专业实习,如计算机专业的学生将被安排到软件设计公司、电子商务公司、硬件维修、网络维护、广告设计等公司进行三个月的实习。在实习前,教师要给学生布置相应的任务,学生结合在公司实习的内容进行设计,完成作业,专业会在实习结束后进行答辩、考核。在实践过程中,学生以企业员工的标准要求自己,实习工作既检验了学生在校学习的效果,也锻炼了学生的实践技能,并培养了学生的职业素养。工程师角色的核心是设计和实施问题的解决方案,通过校企合作、真实岗位实习,学生逐步向工程师的培养目标迈进。许多同学在实习结束后的答辩中,谈到他们的感悟往往是一致的:在企业实习,能够将在校学到的知识应用于实践进行综合应用,学会了如何解决实际中出现的问题,摆正了对待问题的态度,学会了与人相处、与团队合作。
四、效果分析
学校高度重视应用型本科人才的培养,始终把培养矿业类一流人才作为课程建设的重要内容,以应用型人才培养为重点。“用”即为应用,为工程实践,工程意识和创新能力,注重学生知识、实践和素养的有机结合。“以用促学,以用导学”是一种理念,同时也是方法和手段。“以用促学”是通过校内培养、情景模拟训练与校外实践应用,促进学生掌握专业课程的基础理论知识,使学生具备工程实践能力、创新意识、创新能力和社会交往能力、国际竞争能力,使学生具有科学素养、人文素养、精神素养。“以用导学”是激发学生主动学习的热情和兴趣,引导学生在理论知识学习和工程实践应用中能正确提出问题,并结合问题提出解决方案,以此进一步巩固理论知识,提高工程实践能力,创新意识和创新能力。应用型本科人才培养以“卓越工程师”培养计划为契机,以“以用促学、以用导学”教学理念改革传统的教学思维、方法和手段,着力改变教学内容的陈旧性和与企业、社会脱节的现象,改变学生被动学习理论知识和解决工程实际问题的课堂教学,不断加强培养人才向“卓越”的转变。
二、以“用”培养卓越工程人才的基础
改革采矿工程专业“井巷工程”课程向业务专长、职业能力、职业素质拓展,在学校大矿业背景和“以用促学、以用导学”理念下,培养具备“工程性”和“创新性”的高素质应用型人才,着力提升教学质量。“用”为基础,教学中注重对学生工程实践能力的培养。这主要体现以下几个方面:
1.因材施教。
针对不同的学生群体,应用多元化教学方法。学生个体不同,自身综合素质存在差异,理解和应用能力不同。传统教学方式往往一刀切,教学方法面向学生全体,忽略学生个体差异所引起的负面影响。而采用多元化教学形式,针对学生个体制定教学方案,与学生实现面对面,点对点沟通,注重引导学生加强课程理论学习,强调素质培养。
2.构建课程教师团队,学生与教师双向选择。
在“井巷工程”课程教师中组成教师团队。每名教师基本情况通过公示的方式介绍给学生,由学生自由选择教师,同时,教师也根据学生的综合情况对学生进行选择。学生可根据每名教师研究方向与工程应用的侧重点不同和制定的教学方案选择教师。在课程理论讲授过程中,教师团队作为整体,共同组成承担教学任务;为加强对学生工程实践能力的培养,教师团队中每名教师又分时、分阶段对学生进行指导、授课,锻炼学生工程实践能力。
3.重点突出“用”,强调工程意识。
我国现有的相关人才培养规模与模式远远满足不了煤炭工业的发展规划与需求。由于培养方式不同而造成个体差异,使得一部分学生,虽然基础理论较扎实,但缺乏企业所需的工程实践经验,毕业生分到企业后还需要进行岗前的培训,较长时间的见习期,这无疑加大了人才培养质量与实际要求间的矛盾,也延长了人才培养的周期。故而在教学过程中重点突出对学生工程实践能力的提高,充分强调学生工程意识。
三、以培养应用型人才为目标,开展丰富的教学手段
钻井工程技术经过多年研究发展,日新月异,已经形成了以机械化、自动化为特点的新型高端工业技术。然而,目前所使用的教材,侧重于传统工艺设备的介绍和发展,涉及当前国内外的高新技术较少,特别是对正在研发、研究阶段的技术,几乎没有涉及。钻井工程这一庞大的技术体系是由诸多基础知识构架而成的,教材中的基础知识对于夯实学生的基础是很有必要的,也是不可或缺的,其中部分典型工艺目前仍在生产中占有重要地位。然而,对于培养综合能力强、适应社会发展、满足用人单位需要的高素质毕业生而言,这些是远远不够的。所以拓宽学生知识面,开阔学生眼界,使学生对新工艺、新技术有所了解是十分重要的。就钻井新技术而言,在传统直井钻井技术的基础上发展起来了水平井钻井、小井眼钻井、欠平衡钻井、套管钻井、自动化钻井和地质导向钻井,以及套管开窗技术等钻井新技术、新工艺。同时,由于环境保护的需要,钻井与自然的和谐、油田开发与环境保护的协调等新理念也随之被提出。新技术必然会取代旧技术在不久的将来得到大规模的开发和大范围的应用。新技术的重要性决定了我们在教学过程中亟待扩大授课知识的涵盖范围,在钻井工程课程的讲授中要做到与时俱进。钻井工程是一门工程应用性非常强的课程,实践教学是非常重要的环节。而目前,该课程的主要教学时间放在了理论讲解上,脱离实际,培养出的学生在走上工作岗位后不能及时适应工作环境,仍需一段比较长的时间进行培训。同时,该课程目前还存在授课对象接受困难、授课方式过于古板等问题。为了更好地开展本课程的教学工作,笔者结合多维实践教学平台建设好辽宁石化大学的实际情况,提出了相应的教改建议。
二、钻井工程课程改革的路径
(一)变革授课方式
传统教学法是指教师站在讲台上讲,学生在下面被动地接受,这属于注入式教学,又叫填鸭式。目前,钻井工程课程的授课就属于这种方式。按照教学大纲的要求,将授课内容分为重点、难点、理解和掌握等等级,使得学生只想背下知识点参加考试,而没有更多的钻研和融会贯通全部内容的动力。课程学习流于本本主义。然而钻井工程课程工程性和实践性都很强,只一味地死记硬背只能是知其然不知其所以然。为此必须改革目前的授课模式。第一,吸引学生的注意力。上课伊始,教师就要围绕本节课的授课内容并结合上堂课的内容给出引子,告诉学生今天授课内容的意义、必要性,以及在工程实际中的应用性,以便及时抓住学生的注意力。第二,激发学生的学习热情,增加师生互动。课堂上,要将理论与实践有机地结合起来,丰富讲课内容和形式;要活跃课堂气氛,增加互动教学环节,使学生主动地参与进来。活跃的课堂气氛可以很大程度地激发学生的学习热情。课堂应以教师讲授为主,适当提出有一定深度的思考题,进行小范围讨论,允许学生提问和发表个人见解。这样既提高了学生课堂参与的积极性,开拓学生思路,培养了其思考能力,亦利于教师及时发现问题,调整授课内容。第三,丰富授课内容,增加案例教学。目前随着计算机技术和网络技术的飞速发展,信息量越来越大,也更容易获得。因此,可以从网络获得更多的与钻井工程相关的资源,诸如钻井过程的各个阶段,钻杆受力、形变等现象的图片或视频显示给学生,使学生获得更形象直观印象,真正做到使学生能够过目不忘,极大地简化了学生的理解过程。第四,理论联系实际,增加实验实践教学环节。要做到理论联系实际,就要“走出去,引进来”。“走出去”就是指要深入到工程实际现场,身临其境,实地学习,与现场的工人师傅、技术人员交流、讨论,把课本上所学所看与现场进行比照。“引进来”就是指把现场有丰富实际经验的专家请到学校,做辅导、做讲座,把现场的实际问题带给学生。增加实践教学环节,让学生通过实实在在看到的、听到的、感受到的信息,加深对知识的理解。对于一些重要的结论和现象,需要通过实验,让学生亲自动手参与其中,锻炼其动手能力和实际操作能力。第五,细化教学。针对行业需求,及时调整培养计划和教学方案。比如针对目前日益高涨的海洋钻井人才的需求,可以增设海上钻井的相关教学内容。这也符合国家能源战略对专业人才的需求。
(二)增加习题量
课堂之余,教师要把握学生学习动态,及时做出教学方案的调整与改进。学生要通过习题,夯实基础,巩固所学,及时发现自己的知识漏洞和不足。教辅资料在日常教学中占有重要地位。一本优质的教辅资料可以对学生学习起到事半功倍的作用。在应用所学知识,巩固课堂内容方面显得尤为重要,能够起到深化内容理解,升华所得知识的作用。本课程所选用的教材最大的缺憾就是例题少,没有课后习题。另外,市面上也没有针对钻井工程课程的专门习题集。这直接导致了学生学习方向模糊,容易进入不知道学什么,不知道怎么学的误区。因此编写一套适合实际的课辅教材势在必行。
(三)变革考核制度
1.1节水灌溉工程和灌区的管理职责不清
由于政策的不健全,导致了灌溉工程的管理出现了问题,有些灌溉的地方根本就没有专人管理,灌溉出现了自由化的状态。管理的职责不明确,在管理的过程中没有明确各个部门的任务,没有明确的分工。一些地方的水利过程往往会出现重建轻管的现象,工程建设后出现没人管理的局面,导致水利工程荒废,无人管理,最终失去其功能。
1.2灌溉工程建设投入的资金不足
在我国水利设施建设的过程中,节水灌溉的管理制度不完善,每年投入到农田水利建设的资金比较的有限,有一部分需要农户自己进行资金的筹集,但是农户筹集资金的能力有限,导致在农田水利建设的过程中缺乏必要的资金,一些过程设施由于缺乏资金,年久失修,失去了其作用,在汛期的时候往往出现事故。
1.3灌溉工程设备不完善,不规范
目前水利工程的面临最严重的问题是资金的投入不够,由于缺乏资金,导致设备出现问题的时候不能及时地修理,一些已经丧失作用的工程设备不能及时地更换。虽然近几年来我国提倡大力发展水利过程,重视农业灌溉,但是由于推广的力度有限,现阶段的水利设施大部分是始建于上世纪,有些过程已经老化,出现了严重的问题,过程设施不完善,质量不达标。
2节水灌溉技术在农田水利工程中需要注意的问题
水利问题刻不容缓。通过以上的内容我们得知了农田水利工程中农业节水灌溉存在的主要问题。问题存在就要去解决,不能等到酿成事故的时候才去解决,到时候悔之晚矣。以下提出节水灌溉技术在农田水利工程中应用中需要注意的问题。
2.1进行灌区调度时运用线性二次高斯模型
灌区的水大部分来自水库,假如灌区的水资源能够得到合理的调度,水资源的利用率和经济效益也就提高了,此时我们运用线性二次高斯模型进行计算灌区水资源的调度,实现水资源的最大利用率。用线性二次高斯模型进行调度的基本步骤是:首先掌握和了解灌区的水土情况,根据水土情况将整个灌区分为几个小型的灌区,然后将小型灌区里的有长有作物的田块看成一个土壤水库,简化灌区调度的难度和步骤。最后用优化控制的方法求解模型,实现水资源的优化调度。
2.2优化农业灌溉中的灌溉量和灌溉时间
农业上,将作物的生长期分为四个阶段。分别为苗期、拔节期、孕育期和成熟期,并且为了计算方便,每个阶段的作物蒸发蒸腾量看成一个定值。在灌溉的过程中,只考虑两种损失,一种是在灌溉水输送的过程中由于渠道的渗漏和水面的蒸发而引起的损失;另一种由于土壤水的下渗而引起的损失量。将由于土壤水的下渗而引起的损失量和在灌溉水输送的过程中由于渠道的渗漏和水面的蒸发而引起的损失的总和看成一个定值。然后根据实际的情况建立模型,假设作物生长需水量为定值,然后两种损失为定值的情况下确定最优灌水量和最优灌水周期,使得灌溉水的损失最小。
2.3运用可变模糊理论选择节水灌溉方式
灌溉方式是影响技术推广的重要因素。节水灌溉方式的选择是从许多建设方案中,经过经济回收率,灌水强度,灌水均匀度和施工等方面进行综合的考虑,最后选出最优的灌溉方案。目前主要的方法有关联分析法,集队分析法,属性识别模型等等,但是这些方法各有优点,也各有缺点。基于可变模糊理论之上的优选方法如下:(1)有n个待选的节水灌溉方案组成的样本,为一个集合。(2)确定指标的权重向量。(3)根据相对隶属度计算公式计算方案j对1级(优级)或0级(劣级)的相对隶属度。(4)根据计算各方案的相对优属度向量,求其平均值(为相对优属度向量u)。(5)根据u中各方案的相对优属度大小,对其进行排序,选出优属度最大的,即为最佳方案。
2.4统筹规范农田水利工程的节水灌溉
由于科学技术的发展,传统的农田水利工程节水灌溉的研究方法已经不能适合于当前的水利发展。现阶段需要的是一种能够准确,及时的反应当前的土壤和作物状况的研究方法。目前提出了基于物联网的节水灌溉网络体系。物联网在节水灌溉系统中的组成包括系统网络,系统软件和系统供电策略。系统网络又可细分为监测区,采集区和控制区,其主要作用是监测和传送作物的生长情况和土壤状况,对灌溉的流量和时间起控制作用;软件结构的主要作用是在软件窗口中以动画的形式显示灌溉系统和农田的墒情信息;系统供电策略的主要作用是为整个软件的运行提供电力,但是在设计的过程中首先考虑太阳能发电,并且适当的采用优化策略。
3结束语
1.1地表水水源
根据项目区现场调查,地块南侧紧邻东风干渠,地块目前采用该渠水灌溉,地块内相应有土渠和土沟。
1.2井水水源
项目区南侧道路和渠道已有10眼机井,机井均为2010年新建,与项目区距离约为10m。
2灌区土地分类、农业生产结构和作物组成
灌区土地包括熟地和生地2部分。熟地部分地块面积为172.67hm2,中东部生地部分面积为26.87hm2,共计为199.54hm2。目前,生地正在进行土地整理,没有修建条田,暂不进行设计。因此,本阶段仅对地块面积199.54hm2(净灌溉面积156.93hm2)的熟地进行设计。
2.1农业生产结构
199.54hm2其中第1大条田面积为35.51hm2,第2大条田面积为68.40hm2,第3大条田面积为53.02hm2。3大条田均为间种,果树品种为西梅,间种的作物主要为棉花、小麦和甜瓜,每年轮换。
2.2作物组成
按照2012年计划种植的作物进行设计,果树的品种为西梅,间种作物第1、2大条田为棉花,第3大条田为小麦。
3灌区水利土壤改良
土壤为砂壤土。大部分面积的土壤轻度盐碱,但仍有部分区域中度盐碱。项目区南侧紧邻东风干渠,在东风干渠南侧,2007年建设浅水机井一批,间距在300m左右,根据观测数据,该批机井很好地发挥了竖井排灌的作用,故项目区南侧盐碱化程度较低,不需再进行洗盐排碱。1、2号条田已自2009年起开始洗盐排碱工作,目前改良效果较好,只需再进一步加强灌溉管理即可。此外,每年5-8月,利用分洪水漫灌压碱。
4节水灌溉技术比选
4.1节水灌溉方式的选择
各种灌溉方式都有它的优缺点和适应条件,根据项目区的种植作物来分析,适合间种果树和小麦/棉花的节水灌溉技术主要有滴灌和低压管灌。滴灌是一种局部灌溉方法,仅湿润根区附近的土壤,而其他部分地表保持干燥,因而显著减少了水蒸发损失,同时又减少了杂草生长的几率,从而为作物根系活动层的土壤创造了良好的水、热、气、养分状况。另外,肥料、药剂还可通过灌溉水一起施到根系土壤中,提高肥、药的利用率,为稳定增产打下基础。滴灌灌水均匀度高,一般可达80.0%~90.0%,不产生地表径流和深层渗漏,因而对土壤的要求不高。滴灌只要用压力管道将水输送到作物根部附近即可灌溉,对地形条件的适应性较强。低压管道输水是以管道代替明渠,采用较低的工作压力将灌溉水输送到田间的一种工程形式。其特点是输水时压力低,出水口流量较大,不易发生堵塞,具有输水效率高、节能、节省渠道占地、省工、成本低等优点,适合在井灌区推广应用,是一种便于群众掌握和管理的灌溉技术。在第1阶段的征求意见稿中对全滴灌方案和管灌配合滴灌2种方案进行了比选,项目区的农民强烈建议用低压管灌,田间采用沟灌,因此通过召开第三次农民会议,参建各方决定灌溉方式采用低压管灌。
4.2管道系统的工作制度
管道系统的工作制度有续灌方式、轮灌方式和随机取水方式3种。
1)续灌方式:续灌的方式是上一级管道同时向下一级管道配水,在干管这一级进行续灌,干管连续工作,管道过水时间就等于灌水时间。续灌的特点是下一级管道的设计流量小、工作时间长。
2)轮灌方式:上一级管道按预先划分好的轮灌组向下一级管道配水,而轮灌管道在灌水时期是轮流工作的,轮灌一般有集中轮灌和分组轮灌2种。轮灌组的划分及灌水的先后次序直接影响到上一级的管道投资。轮灌方式适用于种植作物比较单一的情况。
3)随机取水方式:随机取水方式即每个取水口任何时候都可以取水,也可以不取水,以取水口作为一个用水计算单位,在此基础上用概率论和理数统计方法来推算各级管道的设计流量。在运行方法上是使取水口以上的管网中任何时候都充满水,各取水口按本用水单位的需要随时打开阀门取水灌溉,因此也叫“按需分配”方式。但随机取水方式的设计管径较大,投资较高。管道系统的工作制度不同,则管网规模不同,从而直接影响工程投资,同时不同管道系统的工作制度又对灌溉的操作和管理提出不同的要求。通过对上述3种方式的比选,选择布局合理、投资经济的方案,本工程采用续灌和分组轮灌相结合的方式。
5灌溉设计保证率和灌溉制度
5.1灌溉设计保证率
本项目区灌溉方式为低压管道输水灌溉,灌溉水源为井水,灌溉设计保证率取85.0%。灌溉系统田间采用沟灌,按照第2阶段的预审意见,灌溉水利用系数为0.8。
5.2灌溉制度
根据灌区的水土资源情况、作物组成以及各种作物的生长特性,根据新疆地区西梅树和棉花的种植特点,拟定田间毛灌溉定额及灌溉制度。
6灌区水量供需平衡分析
6.1地下水可供水量
项目区灌溉用水为井水。依据《伽师县地下水资源开发利用报告》,伽师县地下水总补给量为4.26亿m3,地下水可开采量为1.28亿m3,根据调查,项目区地下水储量丰富,开采条件好。
6.2灌溉需水量
项目区包括3大条田,其中第1大条田面积为35.51hm2,第2大条田面积为68.40hm2,第1、2条田种植西梅和棉花,第3大条田面积为53.02hm2,种植西梅和小麦。项目区为间种的种植模式,在计算灌溉需水量时,按照不同作物分别计算水量。
1)西梅树的灌溉需水量:地块内156.93hm2的面积全部种植西梅树,灌溉定额为490m3/667m2,计算得西梅树的灌溉需水量为115.35万m3。
2)棉花的灌溉需水量:第1大条田和第2大条田内种植棉花,种植面积的比例约为地块面积的60.0%,为62.35hm2,灌溉定额为360m3/667m2,计算棉花的灌溉需水量为33.67万m3。
3)小麦的灌溉需水量:小麦的种植面积的比例约为第3大条田地块面积的60.0%,为31.81hm2,灌溉定额为400m3/667m2,计算棉花的灌溉需水量为19.09万m3。项目区地块内灌溉需水量合计为168.11万m3。
6.3水量平衡分析
项目区年需开采地下水总量为168.11万m3,而区域的地下水可开采量为1.28亿m3,远远大于作物的灌溉需水量。不会对地下水的平衡产生不良影响,因此项目区开采地下水是有保证的。
7结语