“液壓與氣壓傳動(dòng)”的CDIO滲透教學(xué)改革研究

許明+陳國(guó)金

摘要：針對(duì)工科機(jī)械類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)現(xiàn)狀的不足，提出了課程的CDIO滲透教學(xué)改革方法，從基于CDIO的課程內(nèi)容的改革和優(yōu)化、研討式教學(xué)方法、三層次綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)、課程考核方式改革等方面來(lái)具體推進(jìn)，取得了較為顯著的教學(xué)效果提升。

關(guān)鍵詞：液壓；CDIO；研討；實(shí)踐；

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）14-0115-02

一、課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

“液壓與氣壓傳動(dòng)”是機(jī)械類(lèi)本科學(xué)生的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，而且和工程實(shí)際技術(shù)的聯(lián)系十分緊密，能夠直接學(xué)以致用。目前，本課程在教學(xué)方面存在的主要問(wèn)題有[1-6]：①教學(xué)內(nèi)容與方法上與工程教育存在欠缺。液壓氣壓傳動(dòng)元件種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及工作過(guò)程抽象，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足，單向灌輸式教學(xué)效果不理想。②缺少設(shè)計(jì)性和開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試能力不足。由于液壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備的價(jià)格一般比較昂貴，很難有完整的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)也基本上是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這對(duì)學(xué)生理解和掌握液壓氣壓傳動(dòng)技術(shù)增加了難度。③課程的教學(xué)效果評(píng)價(jià)和考核方式不合理，以理論學(xué)習(xí)為考核重點(diǎn)，脫離了工程教育的培養(yǎng)本質(zhì)。由此可以看出，“液壓與氣壓傳動(dòng)”傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與課堂講授方式已不能滿足對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)能力提升的需求，為此，課題組基于CDIO工程教學(xué)理念構(gòu)建課程體系，并結(jié)合MOOCS特點(diǎn)，明確構(gòu)思階段、設(shè)計(jì)階段、實(shí)施和操作階段的具體教改內(nèi)容和形式，進(jìn)行課程的CDIO滲透教學(xué)改革和實(shí)踐。

二、“液壓與氣壓傳動(dòng)”的CDIO滲透教學(xué)改革

（一）基于CDIO工程教育的課程內(nèi)容優(yōu)化

在課程理論教學(xué)內(nèi)容的組織方面，區(qū)別于以往追求課程體系的系統(tǒng)性和完備性，而將CDIO工程教育模式下工程能力培養(yǎng)的要求應(yīng)用到課程中，以突出培養(yǎng)學(xué)生的理論和工程實(shí)際應(yīng)用能力為主。根據(jù)CDIO工程教育理念，考慮課程內(nèi)容的特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容模塊化為六部分[4]：①流體力學(xué)基礎(chǔ)；②動(dòng)力元件及輔件；③執(zhí)行元件；④控制元件；⑤基本回路；⑥系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。

在六個(gè)模塊的教學(xué)中始終貫穿兩條主線，首先是按液壓氣動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成原理：元件→回路→系統(tǒng)；其次是學(xué)習(xí)遞進(jìn)的過(guò)程：概念→原理→應(yīng)用。在液壓氣動(dòng)元件的學(xué)習(xí)研討和回路分析中突出壓力和流量?jī)蓚€(gè)要素的功能，使學(xué)生在系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)注重“兩個(gè)要素”與負(fù)載工況的匹配，有利于學(xué)生快速地設(shè)計(jì)出合理的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)。并且從工程應(yīng)用的角度，一方面引入“電子技術(shù)”、“機(jī)電傳動(dòng)與控制”、“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”等相關(guān)課程所學(xué)知識(shí)，將這些相關(guān)課程有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成工程系統(tǒng)的整體，培養(yǎng)學(xué)生的全局意識(shí)。另一方面，使得學(xué)生明確學(xué)習(xí)相關(guān)課程的必要性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和聯(lián)系性，從而提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

（二）實(shí)施研討式教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程

實(shí)施翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)，將理論教學(xué)改革為研討式教學(xué)方式，并且讓研討式環(huán)節(jié)貫穿課程始終。在課程開(kāi)始前，教師將“液壓與氣壓傳動(dòng)”相關(guān)知識(shí)點(diǎn)制作成微視頻，并連同課程課件、研討思考題在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布。研討思考題是為了引導(dǎo)學(xué)生在觀看教學(xué)微視頻及自學(xué)過(guò)程中，帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，有的放矢，提高自學(xué)成效。課堂環(huán)節(jié)上，注重理論知識(shí)的研討，注重自學(xué)和互學(xué)，實(shí)施主講、補(bǔ)充、相互提問(wèn)和教師補(bǔ)充的課堂研討教學(xué)模式。盡管“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程的知識(shí)點(diǎn)很多，但是其眾多元件的原理一般都不太復(fù)雜，學(xué)生在課前自學(xué)基于三維爆炸圖和Flash動(dòng)畫(huà)直觀演示的泵、缸、馬達(dá)、控制閥等元件以及系統(tǒng)，課堂上則是知識(shí)點(diǎn)和工程應(yīng)用的研討，通過(guò)研討讓學(xué)生加深課前自學(xué)效果。

（三）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)

將CDIO工程教育理念應(yīng)用于本課程的實(shí)踐教學(xué)中[4-6]，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)際應(yīng)用能力為“核心”，將教師科研實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)臺(tái)向?qū)W生開(kāi)放，構(gòu)筑“構(gòu)思（Conceive）—設(shè)計(jì)（Design）-實(shí)現(xiàn)（Implement）-運(yùn)作（Operate）”與學(xué)生認(rèn)知能力培養(yǎng)的“基礎(chǔ)—提高—?jiǎng)?chuàng)新”模式的協(xié)同體[4]，在課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，構(gòu)建以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)構(gòu)成“三個(gè)層次”的實(shí)踐，并逐漸減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加大設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的比例，使學(xué)生能“看中學(xué)”、“做中學(xué)”、“用中學(xué)”[4-6]。與此同時(shí)，在這三個(gè)層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生被分組形成多個(gè)小組，小組成員之間通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的合作與交流，培養(yǎng)協(xié)作精神和交流溝通能力，并且能夠調(diào)動(dòng)每位學(xué)生的課程實(shí)踐參與性。

盡管實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備即科研實(shí)驗(yàn)臺(tái)已基本能滿足一般實(shí)驗(yàn)要求，但畢竟還是有限，學(xué)生真正動(dòng)手的機(jī)會(huì)還是不多。為此，借助液壓虛擬仿真平臺(tái)FluidSim、AMESim，一方面進(jìn)行液壓元件和基本回路性能的測(cè)試仿真，另一方面進(jìn)行開(kāi)放型實(shí)踐項(xiàng)目的虛擬仿真。虛擬仿真平臺(tái)補(bǔ)充了教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源的數(shù)量不足，避免了實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全隱患，而且還為學(xué)生提供了一種“所見(jiàn)-所得”的低成本學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)習(xí)理解課程內(nèi)容，掌握知識(shí)和技能。

（四）課堂教學(xué)效果評(píng)價(jià)及課程考核方式改革

課程評(píng)價(jià)及考核的最終目的是為了學(xué)生能夠更好地對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行吸收和利用。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)以教師為中心到以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變，采取視頻任務(wù)點(diǎn)完成率、課前思考題的答題情況、課堂研討成效等方面來(lái)衡量學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)所取得的進(jìn)步，以及所存在的問(wèn)題。同時(shí)在整個(gè)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中，需要不斷地加強(qiáng)學(xué)生的情況反饋，從而不斷對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂研討內(nèi)容及方法進(jìn)行修正。實(shí)施翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)，改革課程考核方式，改革后的課程成績(jī)計(jì)算模式為課堂研討課成績(jī)占30%，實(shí)踐項(xiàng)目成績(jī)占30%，期末考試成績(jī)占40%，平時(shí)成績(jī)已經(jīng)占到大部分，糾正學(xué)生的“為考試而學(xué)習(xí)”的錯(cuò)誤觀念。

三、教學(xué)改革的實(shí)施效果

“液壓與氣壓傳動(dòng)”的CDIO滲透教學(xué)改革涵蓋課程的內(nèi)容體系，教學(xué)方法，實(shí)踐教學(xué)以及評(píng)價(jià)考核等方面。該項(xiàng)改革已經(jīng)在兩屆近100名本科生中實(shí)施，實(shí)踐表明對(duì)學(xué)生的工程能力的培養(yǎng)起到了較好的促進(jìn)作用，可以在“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程教學(xué)中加以采用，并且為其他專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)改革研究提供思路的借鑒和參考。

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Abstract：Aiming at the disadvantage of teaching status in the course of "hydraulic and pneumatic transmission" for the undergraduates major in Mechanical Engineering，the CDIO infiltration based teaching innovation is presented. There are four steps to carry the teaching innovation forward：CDIO based reform and optimization of the course content，seminar teaching method，three-level comprehensive practices，and the course assessment methods. The proposed CDIO infiltration based teaching innovation has shown a marked effects to the teaching performance.

Key words：hydraulic transmission；CDIO；seminar；practice；