以能力達成為導向的《流體力學與液壓傳動》課程設計的教學探索與設計

張袁元 顓孫隨意 辛江慧 柏宇星

摘要：課程設計作為課程知識綜合應用的實踐平臺，其課程目標要以學生能力輸出為導向。文章分析了現階段《流體力學與液壓傳動》課程設計的不足，構建了以能力成果輸出為導向的評價體系，設計了體現工程背景、專業(yè)內涵、“兩性一度”的多樣化、多層次的項目訓練課題。該實踐環(huán)節(jié)的教學探索可以作為一般課程設計的參考。

關鍵詞：流體力學與液壓傳動;課程設計;能力輸出

1 緒論

液壓傳動技術迅速發(fā)展，國民經濟各個領域，從藍天到水下，從軍用到民用，從重工業(yè)到輕工業(yè)，到處都有液壓傳動技術，且其水平高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志，如：煤礦礦井支承、礦山用的風鉆、火車的剎車裝置、液壓裝載、起重、挖掘、軋鋼機組、數控機床、多工位組合機床、全自動液壓車床、液壓機械手、車輛等相關機械領域[1]。

2018年1月，教育部公布《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》[2]，該標準中明確機械學科應包括流體力學及相應專業(yè)基礎知識;同時，液壓傳動作為機械設備實現傳動和自動化控制的重要手段之一，在已獲得工程教育認證的機械類專業(yè)中，被各高校作為必修基礎課程存在[3-4]。

2 流體力學與液壓傳動課程教學內容和能力點

流體力學與液壓傳動課程具有理論性和應用實踐性都很強的特點，有關理論基礎知識較難理解，譬如流體力學基礎部分，與高等數學和物理等知識聯系緊密;課程中專業(yè)教學內容包括各種液壓元件的結構組成、工作原理、基本回路組成及功能、典型回路分析的知識和應用技能方面等，又和生產實踐、專業(yè)背景聯系緊密。因此，其理論知識點的掌握需要更加注重實踐環(huán)節(jié)的強化，服務于其專業(yè)課程的應用能力積累，為后續(xù)專業(yè)課內容提供扎實基礎。

為了提高本課程教學效果，充分調動學生的學習積極性和主動性，提升學生的獨立創(chuàng)新能力、綜合運用能力，在本校機械類專業(yè)中，設置《流體力學與液壓傳動》課程設計實踐環(huán)節(jié)，并根據專業(yè)背景構建具體的工程案例，強化學生對課程知識的應用能力和專業(yè)能力。即設置《流體力學與液壓傳動》課程設計所關注的能力點，是要實現理論課程知識點的總體綜合應用能力訓練，還需要根據專業(yè)背景進行差異化的內涵強化，服務于專業(yè)能力的積累。

3 流體力學與液壓傳動傳動實踐環(huán)節(jié)存在的不足

第一，實踐環(huán)節(jié)中反思理論不足。理論課程知識的傳授以課堂講解為主，受限于課時，學生對元器件功能、特性的感性認識不足，如直動式溢流閥，教材所描述的原理和功能為當開啟壓力達到其調定壓力時打開，但實際其工作隨著直動式溢流閥的調壓彈簧被壓縮，開啟壓力隨之發(fā)生變化，即達到穩(wěn)定開啟面積需要一定時間，打開溢流閥的力是動態(tài)波動的，這個力與所定義的開啟壓力有差異，其壓力損失、流量變化也是一個動態(tài)過程，如不能通過一些形式體現這個過程，學生在掌握該知識點時，只能被動的、硬性的記住結論，當面臨實際系統(tǒng)運行時，就有可能無法分析可能出現的現象，并做進一步的診斷，表現出“理論無法聯系實際”。課程相關實驗環(huán)節(jié)，更多的是體現知識在結果中的應用，是一種驗證性現象的表征，也無法解釋過程因素影響。課程設計作為一種應用實踐環(huán)節(jié)，體現在理論知識結論的應用和系統(tǒng)的經典設計，設計系統(tǒng)的性能評價只能粗略的進行解析計算和校核，因此，無法在設計中發(fā)現問題，并在實踐中反思理論不足，應用型能力完整度不夠。

第二，實踐環(huán)節(jié)的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度不足。課程作為平臺基礎課，要求學生掌握通用應用基礎，課程設計的題目注重理論課程通用知識的應用和強化，有一定綜合性，但其實踐環(huán)節(jié)的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度卻體現不足，專業(yè)領域、項目化訓練維度不能深入，也就無法強化學生的專業(yè)能力訓練，與后續(xù)課程的相關度跨度大，銜接不緊密，課題體現的專業(yè)工程背景少，無法強化學生應用型能力。

第三，實踐環(huán)節(jié)的課題多樣化、層次性不足。究其原因是以能力成果為導向的評價體系不健全，學生雖能夠掌握基礎應用，但課題梯度不夠，實踐評價的區(qū)分度不明顯，其本質是課程對于學生的成果能力導向強度不夠。

因此，在課程理論知識的實踐環(huán)節(jié)開展中，應通過現代計算機方法，物化過程因素，體現過程參數對結果的影響，設置以應用型能力為導向的多層次課題，強化工程背景，體現學生在復雜工程問題中的訓練和提升解決復雜工程問題的能力。

4 以成果為導向的課程設計目標與評價——以車輛工程專業(yè)為例

4.1 課程設計的課程目標

本課程設計是車輛工程專業(yè)基礎課程的重要實踐教學環(huán)節(jié)。主要培養(yǎng)學生以下能力：

（1）運用流體力學和液壓傳動等工程基礎知識，分析特定設備液壓傳動系統(tǒng)的技術需求，提出相應解決方案，綜合考慮安全、環(huán)境等因素，對特定設備的傳動系統(tǒng)設計，并體現一定的創(chuàng)新性;就設計過程通過撰寫設計說明書和語言表達的方式，清晰表達設計思路、總體方案、校核分析、設計成果的結論等。[支撐畢業(yè)要求：能分析文獻并尋求復雜工程問題的解決方案;能夠設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件），呈現圖紙、報告或實物等設計成果。]

（2）能夠就所設計的液壓傳動系統(tǒng)，在計算機中進行仿真，校核其功能和性能，并考慮安全、環(huán)境、成本等工程環(huán)境進而優(yōu)化系統(tǒng)效率。（支撐畢業(yè)要求：能夠理解現代工具對復雜工程問題設計與仿真的優(yōu)勢和局限性，并應用現代工具解決一般性工程問題。）

（3）能夠合理安排時間，按時完成任務，準確定位本人的角色，承擔個體在團隊中的責任。（支撐畢業(yè)要求：能夠理解個人在多學科背景下團隊中的角色定位以及對于整個團隊的意義。）

4.2 課程設計的成果評價方法

成績有各考察點及對應評價維度組成，課程目標1和2均由指導教師根據學生具體表現評定;課程目標3時間管理與團隊合作占總成績10%，由小組自評確定。

5 《流體力學與液壓傳動》課程設計的內容設計

課程設計是理論課程教學內容的延伸，是強化課程知識體系和綜合應用的平臺，因此，需要設置合理的、科學的訓練項目，項目體現學生需要達到的能力維度，緊密圍繞課程目標和評價體系構建，體現工程背景、多樣化、層次性，以進一步強化該實踐環(huán)節(jié)的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。以車輛工程專業(yè)為例，將訓練項目分為三個層別，依據專業(yè)領域的知識綜合與工程背景的復雜程度，呈現“兩性一度”的遞進，包括通用基礎型、一般項目型、挑戰(zhàn)設計型，每種類型項目可根據參數、應用工程環(huán)境進行變化，以適應于小組的項目式訓練。

通用基礎型。如“單面或雙面臥式銑床工作臺液壓系統(tǒng)設計”。題目具有工程應用背景，從靜壓傳遞狀態(tài)考慮，強化學生應用課程知識進行一般液壓系統(tǒng)設計，題目對象成熟，應用元器件和回路豐富，強化學生對課程知識的綜合運用、機械領域專業(yè)基礎的掌握，更注重實踐環(huán)節(jié)的高階性。

一般項目型。如“適用于汽車零部件的疲勞試驗機液壓系統(tǒng)設計”。題目具有工程應用背景，在進行一般液壓系統(tǒng)設計上，除靜壓傳遞狀態(tài)，增加液壓系統(tǒng)對適用對象的動態(tài)控制，回路應用范圍更為寬泛，要求學生對液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析和優(yōu)化，更加注重實踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。

挑戰(zhàn)設計型。如“車輛制動系統(tǒng)總成設計與參數優(yōu)化”。題目具有較強工程應用背景，需要了解車輛使用過程的復雜工況特征，包括液壓系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)的穩(wěn)態(tài)控制，也包括其瞬態(tài)控制，回路要求和控制手段要求更為精確，對元器件選型、參數匹配要求嚴格，需不斷根據制動性能進行系統(tǒng)優(yōu)化，更加注重實踐環(huán)節(jié)的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。

6 結語

通過對流體力學與液壓傳動教學內容、現階段課程設計不足的分析，探索以能力為導向的實踐教學環(huán)節(jié)設計，圍繞課程知識強化、課程目標的能力評價、工程背景、專業(yè)內涵等方面構建，結合現代工具Amesim的應用，體現課程改革中的“兩性一度”，通過教學反饋效果來看，學生的學以致用能力、創(chuàng)新能力以及工程應用能力得到了明顯提高，可以給予一般課程設計的教學參考。

參考文獻：

[1]金偉.液壓技術的研究現狀及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新導報，2020，（9）：97-98

[2]劉焱，關山，張海波，等.以提升實踐與創(chuàng)新能力為目標的機械專業(yè)人才培養(yǎng)模式[J].高教學刊，2020，（22）：34-36

[3]于玲，張金萍，王立強，等.基于CDIO的液壓傳動課程設計的教學改革探索[J].智庫時代，2019，（7）：180-181

[4]王飛，彭子龍，楊建軍，等.基于復雜工程問題的《液壓與氣壓傳動》課程項目教學探索[J].教育教學論壇，2020，（11）：249-250

[5]楊紅艷，雷秀，那日蘇，等.以課程設計、畢業(yè)設計為延伸提高液壓與氣壓傳動課程教學質量的探索與實踐[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2013，26（1）：135-137

[6]蘇杰義，黃雪龍，林新英.應用型本科“液壓與氣壓傳動”教學改革探索[J].機電技術，2019，（4）：115-116

基金項目：南京工程學院校級高等教育研究立項課題資助（2018ZC05）;南京工程學院教學改革與建設項目（JG2019028）;江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度課題（B-a/2020/01/13）;南京工程學院校級高等教育研究立項課題資助（2019YB23）

作者簡介：張袁元（1982— ），男，漢族，湖北荊州人，工學博士，副教授，研究方向：車輛高等動力學、CAE優(yōu)化。