氣動技術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：氣動技術的廣泛應用促使高等教育需要培養更多合格的氣動技術人才。在培養技術人才的過程中，氣動技術的教學、實踐與真正的工程項目需求存在差距，因此本文依據工程項目訓練方法，結合氣動技術的理論與實踐課程的改革與實踐，在對學生的氣動技術知識的傳授和實踐工程應用能力的鍛煉方面，力爭糾正目前教學實踐中遇到的問題，并采用先進有效的課程評價標準，鍛煉學生的認知能力、動手能力和發現問題解決問題的能力，啟發學生的創新精神，使學生在整體上把握現代氣動技術的工程實踐能力，成為優秀的氣動理論與工程技術人員。

關鍵詞：氣動理論與實踐；改革與實踐；項目工程訓練；課程體系

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

一、引言

氣動技術的機械動力源來自于空壓機中的壓縮空氣，儲存在壓縮空氣的能量進行著能量傳送或信息傳遞，是流體傳動應用和控制技術的主要組成部分，在現代的自動化工業生產和機械電子一體化的實現方式[1]。因此，氣動技術的廣泛應用就要求氣動技術教學符合世界先進技術的發展潮流，使學生在積極主動的學習和理解基本概念、理論的前提下，循序善誘、按部就班的掌握和應用新氣動技術。氣動技術課程必須統籌兼顧、教學與實踐相結合，采用優秀的人才培養方式，匹配社會技術發展的需求，切實解決氣動技術教學和實踐方面的問題[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所工程技術高校共同發起和成型了CDIO教育改革理論。該理論以工業產品的整個生命周期為依托，在構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）的產品四個重要的周期內進行理論知識和工程技術方面的教學和實踐活動[3]。產品的研發設計和工業生產離不開CDIO的理論指導。CDIO教育改革區別以往的教學方法是：教育教學始終貫穿于產品的生命周期內，在不同產品的工程實踐中，逐步掌握基礎工程知識，鍛煉學生在工程實踐中發現問題、解決問題的能力，同時引導學生優化新產品并逐步創新新產品，并認識工程技術對社會發展的重要作用，以及承擔相應的社會責任和義務。CDIO理論和實踐依據工程科技人才的培養和教育方式，培養符合創新型工程對于科技人才在各種產品的工程實踐中彌補單一教學的缺點，培養優秀的創新型工程科技人員。同時，在具體的工程項目實施過程中，學生會融會貫通國際領先的工程創新理念，不斷培養創新能力、分工協作能力、工程能力素質等。在目前實際的教學實踐改革中，CDIO理論的工程訓練項目教學法是提高學生工程素質的有力理論和實踐指導[4]。我國高等工科教育的迫切任務是快速、有效地培養國際化的中國工程師，以適應國際化技術發展需求，國家制訂的“卓越計劃”就是在政策上指導培養方向和需求，因此依據CDIO理念，培養現代氣動技術理論與實踐的專業人員，并且針對相關課程體系重新優化設置與糾正現有實驗狀況，成為教育相關人員的當務之急[5]。

二、氣動理論與實踐課程現狀及問題

1.氣動理論與實踐課程現狀。氣動技術具有安全、高效、便捷的實現途徑和廣泛的應用范圍，滿足在各種自動化生產線的應用。但對于機電學科的學生而言，氣動教材學習課時有限，認識程度淺顯，并與工業自動化的實際應用相脫節，所以學習與實踐脫離，培養人才不合格[6]。氣動技術的理論與實踐學科知識獨立，基本概念眾多，學生在有限的教學課時內不易理解并完全掌握機械設計原理及電路控制技術系統概念，實際工程應用、操作實踐能力的培養，使學生掌握有限的局部的氣動相關設備的原理、裝調、應用等氣動專業的認知和動手能力[7]。動手實踐內容多以驗證性實驗內容為主，采用整機固定式實驗臺，學生參照實驗步驟指導書按部就班地進行動手實驗，本質上都是依據實驗步驟，幾乎不進行思考的機械式模仿和采集實驗數據，根據既定的結果撰寫實驗報告。縱觀實驗過程可以發現，學生實驗基本上是按照實驗步驟被動執行動手操作的[8]。由于實踐條件不充足，實驗學生數量多，動手實踐的機會有限，因此氣動技術實踐教學效果不佳。同時，由于學生實踐部分輪流操作，加之部分教師監督不力，部分學生學習實踐意識薄弱，只求完成實驗報告。氣動技術實踐環節與理論講解各成一體，不能互補。教師依然采用先在課堂上講授理論知識，再安排相應實驗的教學習慣[9]。此外，氣動技術理論與實踐課程中的基本概念、工作原理復雜不易理解，元件種類及機械結構繁雜，同時氣動系統工作過程抽象及復雜，等等問題都是氣動課程教學改革的難點[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了以下問題：（1）現代氣動技術的理論與實踐實驗過程中存在教學和實踐分離、內容獨立、學生積極性不高、主動性不強等問題；（2）現代氣動技術的理論與實踐的教學要求達不到，沒有建設和完善氣動實驗項目教學中的內容，實驗環境差；（3）基于項目訓練的教學方法還有待完善和規范；（4）項目訓練教學方法中的工程實踐實驗項目評估方法和手段有待改進；（5）為學生實踐提供不了激發學生學習研究興趣、優化儀器設備使用和設計、綜合設計和操作能力提升的實驗環境。

三、氣動理論與實踐課程體現的改革實踐

在CDIO教育理念下，結合氣動技術理論與實踐課程，有計劃、有步驟地實施優秀氣動人才培養計劃，對下列5個方面進行改革和實踐并提出了氣動技術理論與實踐課程教學體系的改革和實踐思路，依次為氣動技術理論與實踐課程體系改革、教學內容與方法改革、教學師資力量加強、實驗室建設與實驗管理及產學研合作。

1.氣動理論與實踐課程體系改革。加強學生對氣動技術概念、原理、應用的理解，培養學生對氣動技術實踐課程的學習興趣，增強學生氣動技術應用能力的重要前提是建立滿足氣動技術發展要求的氣動技術理論與實踐課程體系，實現以學生為主體，以滿足社會氣動技術需求的目的，形成一套全面有效的氣動技術教學和應用的教學體系。

2.氣動理論與實踐的教學內容與方法改革。在氣動技術教學內容和方法的改革方面，突出基礎理論知識傳授，注重實踐能力提高，運用啟發式、互動式、趣味性教學手段，結合項目驅動式多層次、多目標的教學方法，使理論與實踐成為相互統一的有效整體。在教學方式上強調項目驅動式多層次、多目標的教學方法，形成圍繞項目、教師指導、學生實踐為基本特征的新型教學改革和實踐方法。

3.氣動理論與實踐的教學師資力量加強。教學師資力量的增強和教師自身科研能力與業務素質的提高是培養符合CDIO工程標準的優秀氣動技術人才的保證。教育相關部門和學校相關機構，應制定相應的獎懲政策，鼓勵教師積極拓展教學和改進實踐方式，不斷拓展教師自身的科研教學能力與教學工程應用范圍。

4.氣動理論與實踐的實驗室建設與管理。氣動技術的實驗設備使用和投入方面，根據氣動技術教學知識的要求及新技術的發展方向及時的更換更新相關氣動實驗設備，滿足學生對氣動產品的理論、原理、機械結構等方面的認識以適應培養學生能力的要求；運用軟件模擬仿真技術與應用實踐結合的方式，使教師教學直觀化和學生學習效果突出化，綜合利用實驗設施，提高實驗設備的利用效率。完善實驗室管理制度，排除實驗安全隱患，使實驗室設備的綜合管理與使用安全高效。

5.氣動理論與實踐的產學研合作。氣動技術理論與實踐課程，以產學研合作模式為契機，兼顧企業、學生、學校三方利益，最終實現多方共贏的目標。結合各自的獨特優勢，實現強強聯合的綜合優勢，以期望在氣動技術的研究、開發、生產等系統工程中取得新的突破和技術改進。參照CDIO工程師培養標準，學生可選擇去不同企業進行實習培訓，并以企業實習項目為題完成畢業設計解決企業在實際生產過程中遇到的技術難題，而且可由實習企業和學校擇優推薦，并給學生多種就業選擇。最終，可以使產學研優勢互補，使得學生在氣動技術理論與實踐方面，不僅在知識上深入理解并且在實踐應用方面達到較高的應用水平。

四、氣動理論與實踐課程項目訓練教學法的實施及評估

按照以下六個步驟實施及評估項目訓練教學法，可以取得良好的效果：（1）項目任務：包括任務書（時間、人員、項目要求）、方案（項目實施步驟）。（2）項目評估：教師和學生或學生和學生對項目方案進行綜合評估，明確項目目的。（3）項目計劃：根據項目評估結果，學生明確自己在本項目中的工作內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：教師和學生依據項目方案進行項目實施，并根據項目中出現的問題，教師及時指導不當，學生及時糾正，記錄并評價每個學生的工作量，達到實施與項目計劃相協調。（5）項目成果：根據一定時間內，項目的實施完成后，學生對自己在項目工作中所取得的成果進行講解展示，教師肯定學生成果的同時進行相關的指導。（6）項目評價：教師對學生的評價貫穿于整個項目的過程中，并根據每個學生在項目中所起的作用，即參與度、動手能力、協同合作、成果分析方面進行綜合差異化評價。差異化評價的結果：一方面是教師對每個學生對項目整體把握的程度有更直觀的認識，以便在將來的教學中加以改正；另一方面使學生對氣動技術理論與實踐課程的綜合應用有了更全面的認識和理解，同時認識自己的不足和需要補充的相關知識。

項目訓練教學法在氣動技術理論與實踐課程的評估，是對教師教學成果和學生學習效果的一種體現。教師和學生相互評價內容包括教師授課內容、學生的實踐操作、項目協調、成果評定的綜合表現，最終體現在工程項目訓練的成績上和學生的能力提高上。

五、氣動理論與實踐課程的項目訓練教學法的意義

在氣動技術理論與實踐課程中，應用項目訓練教學法的意義主要有：（1）突出學生在學習中的積極性。在項目訓練教學的過程中，學生融會貫通基礎理論和項目實踐中的理解，增強學生對氣動技術的興趣，提高學生主動學習的積極性，改變原有效率低的教學模式和學習方式。（2）增強統籌規劃的能力。在項目訓練教學的過程中，學生作為項目的執行者，要高效完成項目訓練的任務，其在項目的不同階段發揮著不同的作用并鍛煉相應的能力，如已有知識的歸納總結與應用、計劃項目的實施、遇到問題解決問題的方法和步驟、組織協調等。（3）個性化教學。在項目訓練工程中，學生的能力和項目難度的差異是普遍存在的，這就需要教師根據學生的特點和所掌握知識的程度，對項目進行差異化分配，力爭使學生在每個項目中能夠查缺補漏，得到全面的補充和提高。（4）綜合能力提高。項目訓練教學法的最終目的是培養學生運用所學知識，在項目中遇到問題，分析問題解決問題的能力和態度。學生通過對所遇問題的綜合分析，一方面鞏固和擴充了基礎理論知識，另一方面動手實踐能力也得到了鍛煉。

六、結論

本文以氣動技術理論與實踐課程為出發點，分析了氣動技術理論與實踐課程的現狀和遇到的問題，采用項目工程訓練方法培訓高端工程技術的國際人才。對氣動理論與實踐課程體系改革、教學內容與方法改革、教學師資力量加強、實驗室建設與管理、產學研合作進行分析，并以項目訓練教學法的實施、評估及意義進行了詳細的闡述。因此，氣動技術理論與實踐課程的項目訓練教學法解決了目前教學實踐課程效果不佳的根本問題，啟發了學生的創新精神，同時使學生的綜合能力和素質得到了提高和鍛煉，滿足了社會對氣動技術人才培養的需要，應普遍推廣和實施。

參考文獻：

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