“液壓與氣壓傳動”的CDIO滲透教學改革研究

許明+陳國金

摘要：針對工科機械類本科專業的“液壓與氣壓傳動”教學現狀的不足，提出了課程的CDIO滲透教學改革方法，從基于CDIO的課程內容的改革和優化、研討式教學方法、三層次綜合實踐環節、課程考核方式改革等方面來具體推進，取得了較為顯著的教學效果提升。

關鍵詞：液壓；CDIO；研討；實踐；

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0115-02

一、課程教學中存在的問題

“液壓與氣壓傳動”是機械類本科學生的一門重要專業基礎課，而且和工程實際技術的聯系十分緊密，能夠直接學以致用。目前，本課程在教學方面存在的主要問題有[1-6]：①教學內容與方法上與工程教育存在欠缺。液壓氣壓傳動元件種類繁多，結構復雜以及工作過程抽象，學生的學習興趣不足，單向灌輸式教學效果不理想。②缺少設計性和開放型實驗，學生的工程系統設計及調試能力不足。由于液壓實驗設備的價格一般比較昂貴，很難有完整的實驗環節，現有實驗也基本上是驗證性實驗，這對學生理解和掌握液壓氣壓傳動技術增加了難度。③課程的教學效果評價和考核方式不合理，以理論學習為考核重點，脫離了工程教育的培養本質。由此可以看出，“液壓與氣壓傳動”傳統的教學內容與課堂講授方式已不能滿足對學生工程素質能力提升的需求，為此，課題組基于CDIO工程教學理念構建課程體系，并結合MOOCS特點，明確構思階段、設計階段、實施和操作階段的具體教改內容和形式，進行課程的CDIO滲透教學改革和實踐。

二、“液壓與氣壓傳動”的CDIO滲透教學改革

（一）基于CDIO工程教育的課程內容優化

在課程理論教學內容的組織方面，區別于以往追求課程體系的系統性和完備性，而將CDIO工程教育模式下工程能力培養的要求應用到課程中，以突出培養學生的理論和工程實際應用能力為主。根據CDIO工程教育理念，考慮課程內容的特點，將教學內容模塊化為六部分[4]：①流體力學基礎；②動力元件及輔件；③執行元件；④控制元件；⑤基本回路；⑥系統分析與設計。

在六個模塊的教學中始終貫穿兩條主線，首先是按液壓氣動系統的構成原理：元件→回路→系統；其次是學習遞進的過程：概念→原理→應用。在液壓氣動元件的學習研討和回路分析中突出壓力和流量兩個要素的功能，使學生在系統設計環節注重“兩個要素”與負載工況的匹配，有利于學生快速地設計出合理的液壓氣動系統。并且從工程應用的角度，一方面引入“電子技術”、“機電傳動與控制”、“機械工程控制基礎”等相關課程所學知識，將這些相關課程有機聯系起來，構成工程系統的整體，培養學生的全局意識。另一方面，使得學生明確學習相關課程的必要性，增強學習的主動性、積極性和聯系性，從而提高課程的教學質量。

（二）實施研討式教學方法，優化教學過程

實施翻轉式課堂教學，將理論教學改革為研討式教學方式，并且讓研討式環節貫穿課程始終。在課程開始前，教師將“液壓與氣壓傳動”相關知識點制作成微視頻，并連同課程課件、研討思考題在學校的網絡教學平臺上發布。研討思考題是為了引導學生在觀看教學微視頻及自學過程中，帶著問題學習相關內容，有的放矢，提高自學成效。課堂環節上，注重理論知識的研討，注重自學和互學，實施主講、補充、相互提問和教師補充的課堂研討教學模式。盡管“液壓與氣壓傳動”課程的知識點很多，但是其眾多元件的原理一般都不太復雜，學生在課前自學基于三維爆炸圖和Flash動畫直觀演示的泵、缸、馬達、控制閥等元件以及系統，課堂上則是知識點和工程應用的研討，通過研討讓學生加深課前自學效果。

（三）加強實踐教學環節，培養學生的實踐能力和創新意識

將CDIO工程教育理念應用于本課程的實踐教學中[4-6]，以培養學生的工程實際應用能力為“核心”，將教師科研實驗室和實驗臺向學生開放，構筑“構思（Conceive）—設計（Design）-實現（Implement）-運作（Operate）”與學生認知能力培養的“基礎—提高—創新”模式的協同體[4]，在課程的實踐環節中，構建以基礎性實驗、設計性實驗和開放型實驗構成“三個層次”的實踐，并逐漸減少驗證性實驗，加大設計性實驗和開放性實驗的比例，使學生能“看中學”、“做中學”、“用中學”[4-6]。與此同時，在這三個層次的實踐環節中，學生被分組形成多個小組，小組成員之間通過實踐環節中的合作與交流，培養協作精神和交流溝通能力，并且能夠調動每位學生的課程實踐參與性。

盡管實驗教學設備即科研實驗臺已基本能滿足一般實驗要求，但畢竟還是有限，學生真正動手的機會還是不多。為此，借助液壓虛擬仿真平臺FluidSim、AMESim，一方面進行液壓元件和基本回路性能的測試仿真，另一方面進行開放型實踐項目的虛擬仿真。虛擬仿真平臺補充了教學實驗資源的數量不足，避免了實際實驗過程中的安全隱患，而且還為學生提供了一種“所見-所得”的低成本學習方式，幫助學習理解課程內容，掌握知識和技能。

（四）課堂教學效果評價及課程考核方式改革

課程評價及考核的最終目的是為了學生能夠更好地對課程內容進行吸收和利用。實施翻轉課堂的教學改革，實現以教師為中心到以學生為中心的轉變，采取視頻任務點完成率、課前思考題的答題情況、課堂研討成效等方面來衡量學生在學習本課程時所取得的進步，以及所存在的問題。同時在整個翻轉課堂教學的實施過程中，需要不斷地加強學生的情況反饋，從而不斷對翻轉課堂研討內容及方法進行修正。實施翻轉式課堂教學，改革課程考核方式，改革后的課程成績計算模式為課堂研討課成績占30%，實踐項目成績占30%，期末考試成績占40%，平時成績已經占到大部分，糾正學生的“為考試而學習”的錯誤觀念。

三、教學改革的實施效果

“液壓與氣壓傳動”的CDIO滲透教學改革涵蓋課程的內容體系，教學方法，實踐教學以及評價考核等方面。該項改革已經在兩屆近100名本科生中實施，實踐表明對學生的工程能力的培養起到了較好的促進作用，可以在“液壓與氣壓傳動”課程教學中加以采用，并且為其他專業課程的教學改革研究提供思路的借鑒和參考。

參考文獻：

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[5]呂明珠.虛擬仿真技術在液壓與氣動實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2015，32（4）：144-146.

[6]李晶，王保建，李小虎.液壓與氣動技術實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學，2016，19（1）：92-95.

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；