氣動技術(shù)的理論與實踐課程體系改革與實踐

石巖+蔡茂林+陳曉磊+許未晴+賈冠偉

摘要：氣動技術(shù)的廣泛應(yīng)用促使高等教育需要培養(yǎng)更多合格的氣動技術(shù)人才。在培養(yǎng)技術(shù)人才的過程中，氣動技術(shù)的教學(xué)、實踐與真正的工程項目需求存在差距，因此本文依據(jù)工程項目訓(xùn)練方法，結(jié)合氣動技術(shù)的理論與實踐課程的改革與實踐，在對學(xué)生的氣動技術(shù)知識的傳授和實踐工程應(yīng)用能力的鍛煉方面，力爭糾正目前教學(xué)實踐中遇到的問題，并采用先進(jìn)有效的課程評價標(biāo)準(zhǔn)，鍛煉學(xué)生的認(rèn)知能力、動手能力和發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，使學(xué)生在整體上把握現(xiàn)代氣動技術(shù)的工程實踐能力，成為優(yōu)秀的氣動理論與工程技術(shù)人員。

關(guān)鍵詞：氣動理論與實踐；改革與實踐；項目工程訓(xùn)練；課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）15-0111-03

一、引言

氣動技術(shù)的機(jī)械動力源來自于空壓機(jī)中的壓縮空氣，儲存在壓縮空氣的能量進(jìn)行著能量傳送或信息傳遞，是流體傳動應(yīng)用和控制技術(shù)的主要組成部分，在現(xiàn)代的自動化工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)械電子一體化的實現(xiàn)方式[1]。因此，氣動技術(shù)的廣泛應(yīng)用就要求氣動技術(shù)教學(xué)符合世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展潮流，使學(xué)生在積極主動的學(xué)習(xí)和理解基本概念、理論的前提下，循序善誘、按部就班的掌握和應(yīng)用新氣動技術(shù)。氣動技術(shù)課程必須統(tǒng)籌兼顧、教學(xué)與實踐相結(jié)合，采用優(yōu)秀的人才培養(yǎng)方式，匹配社會技術(shù)發(fā)展的需求，切實解決氣動技術(shù)教學(xué)和實踐方面的問題[2]。

由美國的Massachusetts Institute of Technology（MIT），瑞典的Chalmers University of Technology、Link?ping University和The Royal Institute of Technology 4所工程技術(shù)高校共同發(fā)起和成型了CDIO教育改革理論。該理論以工業(yè)產(chǎn)品的整個生命周期為依托，在構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）的產(chǎn)品四個重要的周期內(nèi)進(jìn)行理論知識和工程技術(shù)方面的教學(xué)和實踐活動[3]。產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計和工業(yè)生產(chǎn)離不開CDIO的理論指導(dǎo)。CDIO教育改革區(qū)別以往的教學(xué)方法是：教育教學(xué)始終貫穿于產(chǎn)品的生命周期內(nèi)，在不同產(chǎn)品的工程實踐中，逐步掌握基礎(chǔ)工程知識，鍛煉學(xué)生在工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，同時引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化新產(chǎn)品并逐步創(chuàng)新新產(chǎn)品，并認(rèn)識工程技術(shù)對社會發(fā)展的重要作用，以及承擔(dān)相應(yīng)的社會責(zé)任和義務(wù)。CDIO理論和實踐依據(jù)工程科技人才的培養(yǎng)和教育方式，培養(yǎng)符合創(chuàng)新型工程對于科技人才在各種產(chǎn)品的工程實踐中彌補(bǔ)單一教學(xué)的缺點，培養(yǎng)優(yōu)秀的創(chuàng)新型工程科技人員。同時，在具體的工程項目實施過程中，學(xué)生會融會貫通國際領(lǐng)先的工程創(chuàng)新理念，不斷培養(yǎng)創(chuàng)新能力、分工協(xié)作能力、工程能力素質(zhì)等。在目前實際的教學(xué)實踐改革中，CDIO理論的工程訓(xùn)練項目教學(xué)法是提高學(xué)生工程素質(zhì)的有力理論和實踐指導(dǎo)[4]。我國高等工科教育的迫切任務(wù)是快速、有效地培養(yǎng)國際化的中國工程師，以適應(yīng)國際化技術(shù)發(fā)展需求，國家制訂的“卓越計劃”就是在政策上指導(dǎo)培養(yǎng)方向和需求，因此依據(jù)CDIO理念，培養(yǎng)現(xiàn)代氣動技術(shù)理論與實踐的專業(yè)人員，并且針對相關(guān)課程體系重新優(yōu)化設(shè)置與糾正現(xiàn)有實驗狀況，成為教育相關(guān)人員的當(dāng)務(wù)之急[5]。

二、氣動理論與實踐課程現(xiàn)狀及問題

1.氣動理論與實踐課程現(xiàn)狀。氣動技術(shù)具有安全、高效、便捷的實現(xiàn)途徑和廣泛的應(yīng)用范圍，滿足在各種自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用。但對于機(jī)電學(xué)科的學(xué)生而言，氣動教材學(xué)習(xí)課時有限，認(rèn)識程度淺顯，并與工業(yè)自動化的實際應(yīng)用相脫節(jié)，所以學(xué)習(xí)與實踐脫離，培養(yǎng)人才不合格[6]。氣動技術(shù)的理論與實踐學(xué)科知識獨立，基本概念眾多，學(xué)生在有限的教學(xué)課時內(nèi)不易理解并完全掌握機(jī)械設(shè)計原理及電路控制技術(shù)系統(tǒng)概念，實際工程應(yīng)用、操作實踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生掌握有限的局部的氣動相關(guān)設(shè)備的原理、裝調(diào)、應(yīng)用等氣動專業(yè)的認(rèn)知和動手能力[7]。動手實踐內(nèi)容多以驗證性實驗內(nèi)容為主，采用整機(jī)固定式實驗臺，學(xué)生參照實驗步驟指導(dǎo)書按部就班地進(jìn)行動手實驗，本質(zhì)上都是依據(jù)實驗步驟，幾乎不進(jìn)行思考的機(jī)械式模仿和采集實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)既定的結(jié)果撰寫實驗報告?？v觀實驗過程可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生實驗基本上是按照實驗步驟被動執(zhí)行動手操作的[8]。由于實踐條件不充足，實驗學(xué)生數(shù)量多，動手實踐的機(jī)會有限，因此氣動技術(shù)實踐教學(xué)效果不佳。同時，由于學(xué)生實踐部分輪流操作，加之部分教師監(jiān)督不力，部分學(xué)生學(xué)習(xí)實踐意識薄弱，只求完成實驗報告。氣動技術(shù)實踐環(huán)節(jié)與理論講解各成一體，不能互補(bǔ)。教師依然采用先在課堂上講授理論知識，再安排相應(yīng)實驗的教學(xué)習(xí)慣[9]。此外，氣動技術(shù)理論與實踐課程中的基本概念、工作原理復(fù)雜不易理解，元件種類及機(jī)械結(jié)構(gòu)繁雜，同時氣動系統(tǒng)工作過程抽象及復(fù)雜，等等問題都是氣動課程教學(xué)改革的難點[10]。

2.氣動理論與實踐課程問題。目前，氣動理論與實踐課程中出現(xiàn)了以下問題：（1）現(xiàn)代氣動技術(shù)的理論與實踐實驗過程中存在教學(xué)和實踐分離、內(nèi)容獨立、學(xué)生積極性不高、主動性不強(qiáng)等問題；（2）現(xiàn)代氣動技術(shù)的理論與實踐的教學(xué)要求達(dá)不到，沒有建設(shè)和完善氣動實驗項目教學(xué)中的內(nèi)容，實驗環(huán)境差；（3）基于項目訓(xùn)練的教學(xué)方法還有待完善和規(guī)范；（4）項目訓(xùn)練教學(xué)方法中的工程實踐實驗項目評估方法和手段有待改進(jìn)；（5）為學(xué)生實踐提供不了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)研究興趣、優(yōu)化儀器設(shè)備使用和設(shè)計、綜合設(shè)計和操作能力提升的實驗環(huán)境。

三、氣動理論與實踐課程體現(xiàn)的改革實踐

在CDIO教育理念下，結(jié)合氣動技術(shù)理論與實踐課程，有計劃、有步驟地實施優(yōu)秀氣動人才培養(yǎng)計劃，對下列5個方面進(jìn)行改革和實踐并提出了氣動技術(shù)理論與實踐課程教學(xué)體系的改革和實踐思路，依次為氣動技術(shù)理論與實踐課程體系改革、教學(xué)內(nèi)容與方法改革、教學(xué)師資力量加強(qiáng)、實驗室建設(shè)與實驗管理及產(chǎn)學(xué)研合作。

1.氣動理論與實踐課程體系改革。加強(qiáng)學(xué)生對氣動技術(shù)概念、原理、應(yīng)用的理解，培養(yǎng)學(xué)生對氣動技術(shù)實踐課程的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生氣動技術(shù)應(yīng)用能力的重要前提是建立滿足氣動技術(shù)發(fā)展要求的氣動技術(shù)理論與實踐課程體系，實現(xiàn)以學(xué)生為主體，以滿足社會氣動技術(shù)需求的目的，形成一套全面有效的氣動技術(shù)教學(xué)和應(yīng)用的教學(xué)體系。

2.氣動理論與實踐的教學(xué)內(nèi)容與方法改革。在氣動技術(shù)教學(xué)內(nèi)容和方法的改革方面，突出基礎(chǔ)理論知識傳授，注重實踐能力提高，運用啟發(fā)式、互動式、趣味性教學(xué)手段，結(jié)合項目驅(qū)動式多層次、多目標(biāo)的教學(xué)方法，使理論與實踐成為相互統(tǒng)一的有效整體。在教學(xué)方式上強(qiáng)調(diào)項目驅(qū)動式多層次、多目標(biāo)的教學(xué)方法，形成圍繞項目、教師指導(dǎo)、學(xué)生實踐為基本特征的新型教學(xué)改革和實踐方法。

3.氣動理論與實踐的教學(xué)師資力量加強(qiáng)。教學(xué)師資力量的增強(qiáng)和教師自身科研能力與業(yè)務(wù)素質(zhì)的提高是培養(yǎng)符合CDIO工程標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)秀氣動技術(shù)人才的保證。教育相關(guān)部門和學(xué)校相關(guān)機(jī)構(gòu)，應(yīng)制定相應(yīng)的獎懲政策，鼓勵教師積極拓展教學(xué)和改進(jìn)實踐方式，不斷拓展教師自身的科研教學(xué)能力與教學(xué)工程應(yīng)用范圍。

4.氣動理論與實踐的實驗室建設(shè)與管理。氣動技術(shù)的實驗設(shè)備使用和投入方面，根據(jù)氣動技術(shù)教學(xué)知識的要求及新技術(shù)的發(fā)展方向及時的更換更新相關(guān)氣動實驗設(shè)備，滿足學(xué)生對氣動產(chǎn)品的理論、原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面的認(rèn)識以適應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生能力的要求；運用軟件模擬仿真技術(shù)與應(yīng)用實踐結(jié)合的方式，使教師教學(xué)直觀化和學(xué)生學(xué)習(xí)效果突出化，綜合利用實驗設(shè)施，提高實驗設(shè)備的利用效率。完善實驗室管理制度，排除實驗安全隱患，使實驗室設(shè)備的綜合管理與使用安全高效。

5.氣動理論與實踐的產(chǎn)學(xué)研合作。氣動技術(shù)理論與實踐課程，以產(chǎn)學(xué)研合作模式為契機(jī)，兼顧企業(yè)、學(xué)生、學(xué)校三方利益，最終實現(xiàn)多方共贏的目標(biāo)。結(jié)合各自的獨特優(yōu)勢，實現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的綜合優(yōu)勢，以期望在氣動技術(shù)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)等系統(tǒng)工程中取得新的突破和技術(shù)改進(jìn)。參照CDIO工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生可選擇去不同企業(yè)進(jìn)行實習(xí)培訓(xùn)，并以企業(yè)實習(xí)項目為題完成畢業(yè)設(shè)計解決企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中遇到的技術(shù)難題，而且可由實習(xí)企業(yè)和學(xué)校擇優(yōu)推薦，并給學(xué)生多種就業(yè)選擇。最終，可以使產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢互補(bǔ)，使得學(xué)生在氣動技術(shù)理論與實踐方面，不僅在知識上深入理解并且在實踐應(yīng)用方面達(dá)到較高的應(yīng)用水平。

四、氣動理論與實踐課程項目訓(xùn)練教學(xué)法的實施及評估

按照以下六個步驟實施及評估項目訓(xùn)練教學(xué)法，可以取得良好的效果：（1）項目任務(wù)：包括任務(wù)書（時間、人員、項目要求）、方案（項目實施步驟）。（2）項目評估：教師和學(xué)生或?qū)W生和學(xué)生對項目方案進(jìn)行綜合評估，明確項目目的。（3）項目計劃：根據(jù)項目評估結(jié)果，學(xué)生明確自己在本項目中的工作內(nèi)容和所要取得的成果，按照整體方案和各自的工作方案逐步實施。（4）項目實施：教師和學(xué)生依據(jù)項目方案進(jìn)行項目實施，并根據(jù)項目中出現(xiàn)的問題，教師及時指導(dǎo)不當(dāng)，學(xué)生及時糾正，記錄并評價每個學(xué)生的工作量，達(dá)到實施與項目計劃相協(xié)調(diào)。（5）項目成果：根據(jù)一定時間內(nèi)，項目的實施完成后，學(xué)生對自己在項目工作中所取得的成果進(jìn)行講解展示，教師肯定學(xué)生成果的同時進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)。（6）項目評價：教師對學(xué)生的評價貫穿于整個項目的過程中，并根據(jù)每個學(xué)生在項目中所起的作用，即參與度、動手能力、協(xié)同合作、成果分析方面進(jìn)行綜合差異化評價。差異化評價的結(jié)果：一方面是教師對每個學(xué)生對項目整體把握的程度有更直觀的認(rèn)識，以便在將來的教學(xué)中加以改正；另一方面使學(xué)生對氣動技術(shù)理論與實踐課程的綜合應(yīng)用有了更全面的認(rèn)識和理解，同時認(rèn)識自己的不足和需要補(bǔ)充的相關(guān)知識。

項目訓(xùn)練教學(xué)法在氣動技術(shù)理論與實踐課程的評估，是對教師教學(xué)成果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種體現(xiàn)。教師和學(xué)生相互評價內(nèi)容包括教師授課內(nèi)容、學(xué)生的實踐操作、項目協(xié)調(diào)、成果評定的綜合表現(xiàn)，最終體現(xiàn)在工程項目訓(xùn)練的成績上和學(xué)生的能力提高上。

五、氣動理論與實踐課程的項目訓(xùn)練教學(xué)法的意義

在氣動技術(shù)理論與實踐課程中，應(yīng)用項目訓(xùn)練教學(xué)法的意義主要有：（1）突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極性。在項目訓(xùn)練教學(xué)的過程中，學(xué)生融會貫通基礎(chǔ)理論和項目實踐中的理解，增強(qiáng)學(xué)生對氣動技術(shù)的興趣，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，改變原有效率低的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式。（2）增強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃的能力。在項目訓(xùn)練教學(xué)的過程中，學(xué)生作為項目的執(zhí)行者，要高效完成項目訓(xùn)練的任務(wù)，其在項目的不同階段發(fā)揮著不同的作用并鍛煉相應(yīng)的能力，如已有知識的歸納總結(jié)與應(yīng)用、計劃項目的實施、遇到問題解決問題的方法和步驟、組織協(xié)調(diào)等。（3）個性化教學(xué)。在項目訓(xùn)練工程中，學(xué)生的能力和項目難度的差異是普遍存在的，這就需要教師根據(jù)學(xué)生的特點和所掌握知識的程度，對項目進(jìn)行差異化分配，力爭使學(xué)生在每個項目中能夠查缺補(bǔ)漏，得到全面的補(bǔ)充和提高。（4）綜合能力提高。項目訓(xùn)練教學(xué)法的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識，在項目中遇到問題，分析問題解決問題的能力和態(tài)度。學(xué)生通過對所遇問題的綜合分析，一方面鞏固和擴(kuò)充了基礎(chǔ)理論知識，另一方面動手實踐能力也得到了鍛煉。

六、結(jié)論

本文以氣動技術(shù)理論與實踐課程為出發(fā)點，分析了氣動技術(shù)理論與實踐課程的現(xiàn)狀和遇到的問題，采用項目工程訓(xùn)練方法培訓(xùn)高端工程技術(shù)的國際人才。對氣動理論與實踐課程體系改革、教學(xué)內(nèi)容與方法改革、教學(xué)師資力量加強(qiáng)、實驗室建設(shè)與管理、產(chǎn)學(xué)研合作進(jìn)行分析，并以項目訓(xùn)練教學(xué)法的實施、評估及意義進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。因此，氣動技術(shù)理論與實踐課程的項目訓(xùn)練教學(xué)法解決了目前教學(xué)實踐課程效果不佳的根本問題，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，同時使學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)得到了提高和鍛煉，滿足了社會對氣動技術(shù)人才培養(yǎng)的需要，應(yīng)普遍推廣和實施。

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