基于CDIO的液壓傳動與控制課程教學改革

曹昌勇，張曉東，賈偉建

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基于CDIO的液壓傳動與控制課程教學改革

曹昌勇，張曉東，賈偉建

（皖西學院 機械與車輛工程學院，安徽 六安 237012）

以培養應用型和創新型人才為目標，結合CDIO工程教育理念，針對液壓傳動與控制課程的特點，闡述了教學改革的必要性，提出了模塊化的教學手段和方法．結合實驗實踐教學，進行實驗項目構思、設計、搭建、運行（再創新）和評價，實現了從理論到實踐的一體化教學．實踐表明，采用CDIO工程教育理念，有利于提高學生的學習積極性，培養了學生分析問題、解決問題和設計創新能力，取得了較好的教學效果．

CDIO；液壓傳動與控制；教學改革

隨著液壓傳動與控制技術的迅猛發展，液壓控制裝置由于體積小，重量輕，功率大，易實現過載保護，在運行中可實現無級調速等特點，在現代化生產中得到了廣泛的應用．因此，為了更好地服務社會，國內很多院校的機械制造及其自動化等機電類專業都把液壓傳動與控制課程作為必修的專業基礎課，培養高素質的人才．

液壓傳動與控制是一門與工程實際銜接非常緊密的專業技術課程．具有內容知識面廣，信息量大，實踐應用性強的特點，加上液壓技術發展迅速，新技術層出不窮．而教學課時非常有限，如果課堂上處理不好，往往使學生缺乏學習熱情，最終失去學習信心．學生的實踐動手能力相對較差，較難將理論知識應用于工程實際，很難達到預期的教學效果．結合學校實際情況，為了培養應用型和創新型人才發展的需要，更好地提高液壓傳動與控制理論和實踐教學，本文結合CDIO工程教育理念來實現液壓傳動與控制課程的教學改革．

1 CDIO的教學理念

CDIO（Conceive Design Implement Operate，即構思，設計，實現，運作）是由美國麻省理工學院等大學發起的國際工程教育合作組織提出的一種新型理念教學模式，是一項工程教育改革的最新成果[1-2]．CDIO工程教育理念不僅能夠激發學生的學習主動性，增強學生的動手能力，提高學生綜合利用所學知識發現—提出—分析—解決問題的能力，而且能夠培養學生的團隊協作精神和人際溝通能力[3-5]．

在液壓傳動與控制這門課程的理論與實踐教學中，有效的將教學內容與工程實踐緊密結合起來，充分發揮學生的創新思維，培養學生的動手能力及創新能力．借鑒CDIO工程教育理念，構建理論與實踐有效結合的教學模式，以滿足社會對應用型、創新型人才知識結構和素質能力需求[6-7]．

2 課程教學改革實踐

從以往的液壓傳動與控制課程教學過程來看，或多或少的會存在以下問題：課程內容多學時少，理論課上基本都是教師教，學生聽，很少有疑問．走進實驗室，實驗效果也不理想．主要是本課程與其他課程銜接的較多，如前期理論基礎課程流體力學和液壓回路控制中所必須掌握的其他相關課程，如機械工程控制以及其他自動化類相關課程．學生學習起來很難把握，導致了學生學習的積極性和主動性不足，嚴重影響了本課程的教學效果．基于此，本文提出了基于CDIO工程理念的課程教學改革．

2.1 課程體系的建立

基于CDIO工程教育理念，結合液壓傳動與控制這門課的知識體系，為培養應用型和創新型人才發展需要，理論與實踐相結合．從理論到實踐，從演示到設計再到創新，按照模塊化設計重構課程教學大綱．理論課堂教學中，主要有4個模塊，分別是流體力學模塊（主要包括：流體靜力學、動力學等）；液壓元器件模塊（主要包括：液壓泵、液壓執行元件、液壓控制閥和液壓輔助元件等）；液壓基本回路模塊（主要包括：壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸動作回路等）；典型液壓系統控制模塊（液壓動力滑臺液壓系統、壓力機液壓系統等）．

在各個模塊的教學中，基于CDIO教育理念，首先按照模塊化的理論體系，結合相關的工程實例激發學生興趣，進行課堂講授，為后續的實驗和實踐創新打下堅實的理論基礎．其次，每個模塊學習完以后，學生畫出各模塊的思維導圖，課程結束后，形成最終的課程內容思維導圖．最后，走進實驗室，理論與實踐相結合，依據理論教學模塊要求進行相關的實驗內容操作．先由教師進行引導，然后學生根據相關模塊知識點，根據實驗目的和要求，進行實驗項目構思、項目設計、項目搭建、項目運行（再創新）和項目評價，實現了從理論到實踐的一體化的教學．

2.2 模塊化課程教學實例

以液壓基本回路模塊為例，結合CDIO教學理念，建立相關的課程教學過程．

2.2.1 理論教學 液壓基本回路模塊主要包括：壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸動作回路等．每一種回路中又包含多種，如壓力控制回路又包括：調壓回路、減壓回路、卸荷回路、增壓回路和平衡回路等，而調壓回路又包括單級調壓、二級調壓和遠程調壓等．知識點多，內容廣，學生學習起來非常困難，很難掌握．所以在理論教學中，分別從回路的組成、結構、工作原理和性能及其相關的應用場合進行講解，完善多媒體課件，收集、制作相關的視頻動畫，激發學生的學習興趣．理論課程結束后，學生可以按寢室為單元或自行分組，總結本單元的內容知識體系，畫出本模塊的思維導圖，并進行檢查和評判．

2.2.2 實驗教學 走進實驗室，根據實驗目的，提出實驗教學要求．依據CDIO工程教育理念，結合本模塊知識點，確定需要做和能夠開展的實驗項目有哪些，以及能達到的目標值是什么等．

（1）實驗舉例

首先實驗教師根據理論教學知識模塊結構和實驗大綱要求，代表性的建立幾個實驗項目進行實驗演示（從構思、設計、搭建、運行（提出要求再改進）和評價等方面入手），為后續學生動手設計做準備．以設計一個遠程調壓回路為例進行介紹，遠程調壓回路原理圖見圖1[8]．

根據圖1遠程調壓回路，介紹回路的組成、結構、工作原理以及如何調壓，為了實現遠程調壓，溢流閥1，2閥芯的調定壓力必須滿足的條件是什么．

圖1 遠程調壓回路

借助實驗室液壓多功能綜合測試實驗臺，結合遠程調壓原理圖1，按照實驗臺的操作規程，搭建遠程調壓回路，經檢查回路無誤后，系統上電，進行遠程調壓．實驗結果發現，當采用先導型溢流閥遙控口遠程調壓時，溢流閥1的調定壓力必須大于遠程調壓閥2的調定壓力時，才能實現遠程調壓，與理論內容完全吻合．最后，基于該液壓回路，提出其他相關問題，如在該回路上進行適當的調整，如何實現單級調壓、二級調壓和多級調壓；借助溢流閥1遠程控制口如何實現泵的卸荷回路等．

（2）學生實踐

根據液壓基本回路模塊知識點，結合理論課后學生繪制的模塊思維導圖，要求學生分別設計壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸動作回路的4種液壓基本回路．分組進行，3人一組，首先構思所設計的回路完成的功能，根據功能設計液壓基本回路，先小組討論該液壓基本回路是否滿足功能需求，提交實驗教師檢查討論，并進行引導，確定回路設計方案是否合理．然后根據本實驗設計方案準備好實驗中所用的元件，嚴格按照實驗臺的操作規程，結合設計方案提供的系統圖合理組裝．組裝完成后，檢查各點連接情況，經檢查回路無誤后，系統上電，進行實驗運作，記錄實驗數據．本實驗結束后，結合工程實際，若想在此回路上擴展其他功能，如何實現，如何在該液壓回路中進行改進設計等．最后進行提問、總結和評價．

（3）實驗評價

為了衡量學生的實驗操作效果，實施實驗考核和評估，制定實驗評價標準，以進一步提高實驗教學質量．實驗考核主要從出勤與學習態度、設計過程、實驗運行和實驗報告等４個方面12個分項進行考核打分，考核結果作為本課程最終成績的一部分．實驗項目考核評分見表1．

表1 實驗項目考核評分

3 結束語

根據學校的發展定位，為培養應用型和創新型人才發展需要，結合CDIO先進的工程教育理念，實現了液壓傳動與控制課程教學的改革．根據課程知識的結構特點，按照模塊化設計重新規劃大綱，對課程教學內容、教學方法及手段和實驗、實踐教學體系等方面進行了全面的改革．理論教學中，建立本模塊的思維導圖．實驗教學中，結合相關模塊知識點，根據實驗目的和要求，進行實驗項目構思、項目設計、項目搭建、項目運行（再創新）和項目評價，實現了從理論到實踐的一體化教學．通過課程的教學改革，提高了學生學習的積極性和主動性，取得了較好的教學效果．

[1] 鄭薇薇．基于CDIO 的創新型工程科技人才培養模式研究與實踐[D]．大連：大連理工大學，2010

[2] 楊雪，王玫．CDIO 在數字電子技術教學模式改革中的應用[J]．南京工程學院學報：社會科學版，2010，10（1）：65-68

[3] 朱學軍，張慶玲，李富娟，等．基于CDIO的機械電子工程專業實驗教學探索與實踐[J]．教學研究，2014（3）：104-106

[4] 梅怡，梁貴萍，林蕓，等．CDIO教學模式在“液壓與氣壓傳動”課程教學改革中的實踐[J]．貴陽學院學報：自然科學版，2014（4）：71-77

[5] 任永良，賈光政，王金東，等．基于FESTO氣動教學平臺的CDIO教學實踐[J]．機床與液壓，2014（10）：114-117

[6] 管志光，苗秋華．基于CDIO機械電子工程專業人才培養模式改革與探索[J]．中國現代教育裝備，2015（23）：50-53

[7] 呂慶洲．基于CDIO的《液壓與氣壓傳動》課程教學改革與實踐[J]．職業教育研究，2013（6）：84-86

[8] 劉延俊．液壓與氣壓傳動[M]．3版．北京：機械工業出版社，2015

Teaching reform of hydraulic transmission and control based on CDIO

CAO Chang-yong，ZHANG Xiao-dong，JIA Wei-jian

（School of Mechanical and Vehicle Engineering，West Anhui University，Lu′ an 237012，China）

To develop applications and innovative talents as the goal， combined with the concept of CDIO engineering education，the characteristics of hydraulic transmission and control course，described the necessity of teaching reform，proposed modular teaching tools and methods，combining experimental teaching，experimental project ideas，design，build，run（re-innovation）and evaluate，achieved the integration of teaching from theory to practice．The practice shows that the concept of CDIO engineering education，it can improve students′ enthusiasm，cultivate students to analyze and solve problems and design innovation，and achieve good teaching results.

CDIO；hydraulic transmission and control；teaching reform

1007-9831（2016）11-0088-03

TH137∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.11.024

2016-09-02

皖西學院教學研究項目（2016wxxy69）

曹昌勇（1978-），男，安徽貴池人，副教授，主要從事機械設計與工程測控方面研究．E-mail：ccy_7128@163.com