基于CDIO的液壓與氣壓傳動技術應用性教學研究與實踐①

張軍 張衛忠 李文謹

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?液壓與氣壓傳動技術是一門實踐性很強又很抽象的專業基礎課程，為解決課程教學過程中理論與實踐難以平衡的問題，在液壓教學中采用以項目和應用性為目標，以CDIO理念的研究性教學為導向的教學方法引導學生在理論學習的基礎上進行工程實踐和創新實踐。通過基于CDIO理念的研究性教學在課前作品觀摩、課堂教學方法、模擬仿真實踐、課后研究性實踐的實施與運行促進學生自主學習，縮短高校教育與企業需求之間的差距及為培養合格的應用型新工科人才提供教學思路。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?CDIO;教學研究;項目導向

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）16-0090-02

液壓與氣壓傳動技術是一門實踐性很強又很抽象的專業基礎課程，該課程非常重視專業知識的工程應用和實踐技能的培養，目的是使學生對液壓元器件、液壓回路有全面的認識，根據設備的使用環境和要求，根據該課程的知識框架結構特點，結合國家“新工科”的人才培養目標和實際工作需求情況，我們在教學內容、教學方法、教學手段和考核模式等方面做一些改進和完善，加快應用型工科人才的培養。

一、課程改革的意義

傳統的“知識傳授型”教學模式主要強調教師的“講”，學生被動“聽”和“記”，學生對所學的知識應用到哪些領域及如何應用感到很迷茫，從而導致學生的學習興趣和動力不足，使教學效果大打折扣。現有教材大多是以大量的文字或圖表的形式對知識點進行靜態描述，專業術語多、難理解、內容枯燥乏味、理論性強。現有的考核制度中“記”和“計算”的理論性和客觀性內容過多，考核內容比較片面，差異化不明顯，很少涉及學生對知識運用、分析和創造力等方面的考核，導致學生平時學習積極性不高，全靠期末幾天的死記硬背應付考試，以達到獲取學分的目的。

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。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。在液壓與氣壓傳動技術這門課程的理論與實踐教學中，能夠有效地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以及創新能力。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，著力實現三個轉變，即從學科導向向目標導向轉變、從教師中心向學生中心轉變和從知識課堂向能力課堂的轉變。以滿足社會對應用型、創新型人才知識結構和素質能力的需求。

二、課程改革的內容

（一）結合CDIO理念中先進的教學方法轉變教學觀念

以提高學生運用知識的能力為教學導向，突出知識的應用性

和運用方法，引導學生對知識的認識理解和思考，明白所學知識在未來工作中的應用價值，從而激發學生的求知欲，使學生主動學習并能夠收集查閱最新的知識資料;引導學生對教學內容的認知過程從低層次的記憶、理解、應用向高層次的分析、評價、創造等方向發展，從而實現知識課堂向能力課堂的轉變。在教學中越是常見的實例，學生對知識的接受和理解越容易，越能激發學生在課堂教學中討論和學習的熱情，促使學生主動思考問題。如講述換向回路時，可以先讓學生通過PPT等多媒體動態了解挖掘機液壓系統的功用和特點及動作順序，然后將復雜的液壓控制系統分解成若干個子項目單元——升降控制回路、回轉回路、行走回路等子單元，通過觀察執行元件的動作提出問題，再引入教材內容，介紹回路的組成、結構、原理及應用等內容，幫助學生了解理論知識如何在生活中應用，有效地活躍了課堂氣氛，提高了教學質量。

（二）豐富教學環節，培養學生自主學習的習慣

在教學過程中除了采用PPT教學外，還要充分利用動畫演示、實例視頻、3D仿真等教學方式激發學生的學習興趣。并結合課堂練習、自測試題庫等資源使學生更好地開展自學，讓學生懂得教學內容的重難點及其應用;也要善于利用仿真軟件程序幫助學生學習相關知識，例如，通過AMESim仿真，用戶可以使用已有的模型和子模型元件建立新的系統，更改元件背后的子模型，也可以裝載AMESim系統，執行標準或設置批運行，完成線性分析，輸出模型用在AMESim外運行，完成設計探索研究，界面友好，操作方便。如圖1、圖2所示。

根據學習內容，可以從圖1元件庫中選取液壓元件模型組成圖2液壓系統仿真圖，將靜止的二維知識點轉變成三維圖可視仿真圖，學生可以完成從液壓系統的構思、設計，最后實現液壓系統的運作等操作，并通過對結果的分析找出問題所在，從而減輕學生學習的難度，激發學生的學習興趣，學生就會主動搜索教學內容和解決相關問題的方式方法，從而養成自主學習的習慣。

根據新工科的建設要求，本科教育除傳授知識外，主要任務是培養學生自主學習和應用實踐的能力。隨著產業的更新換代和科學技術的進步，知識更新日新月異，要求學生必須具備對已學知識的運用能力或者查找資料的能力。因此，在教學過程中，教師在精心設計教學內容與過程的同時，引入“以考代講”“考評結合”等教學環節。運用常見的案例考核課前知識的形式代替部分講授，或引導學生根據知識內容分析案例、教師點評的模式代替部分講授課程。此外，積極引導學生參加各類學科競賽活動，參與教師的教科研項目，提高學生對知識的理解和應用能力，促使學生自主學習能力的形成。

（三）加強理論與實踐的聯系

為了解決學生“學而不思則罔”的問題，在教學過程中講述相關知識內容時，可多介紹知識點的應用領域與實際應用，并講解實際應用中可能出現的問題和解決問題的方法，也可以鼓勵學生自己分析出現問題的原因并找出解決方法，結合液壓實驗、生產實習、學科競賽等實踐環節中涉及的相關知識點，加強與學生的教學討論交流。另外，為了便于學生理解和消化理論知識，在專業實驗室講授液壓與氣壓傳動技術課程，將理論知識借助實物或者模型進行充分講解，在此方式下，講課內容不會顯得空洞乏味，將抽象知識點具體化和形象化，加深和強化了學生對知識點的理解和掌握。提高學生運用理論知識的能力，我們教師的教科研項目也吸引一部分學生參與。

（四）引入多元化考核標準

“評估學習產出”是CDIO理念非常重要的內容，所以合理設計考核內容并對學生各方面能力進行客觀評價和檢測是不斷改進完善課程的重要內容。液壓與氣壓傳動技術課程主要考查學生對液壓元器件特性、液壓回路和液壓系統組成等內容的掌握情況，原來的考核方式是平時成績（30%）+期末卷面考試成績（70%），考核方式過于傳統及內容過于單一，不能全面反映學生對知識的理解和掌握程度，不符合應用型人才的教育要求，不利于提高學生分析問題、解決問題的能力。改革后的課程考核標準的構成為：出勤（10%）+課堂互動（20%）+課外作業（20%）+期末考試成績（50%），并且期末考試的內容也大幅增加了對典型案例進行分析、計算及標注等實踐性較強的知識點比例，增強了對學生分析和解決問題能力及查找工具資料能力的考核。經過采取以上所述的考核模式，課程改革初步取得了成效，學生對課程學習的重視程度明顯提高，學生自主學習能力也得到較大提升，學生在課堂中積極查找手冊，并踴躍提問，并且學生在試卷中分析解題的思路和方法多樣化了。隨著學生成績評價體系的逐步建立和完善，2016級機械學生成績得到大幅提高，如下表所示。

除此以外，我們還積極探討“以證代考”的考核模式，即以職業證書、發表論文、申請專利等形式代替部分考試成績，從而提高學生學習的主動性和創造性，達到學以致用的教學目的。

三、結語

總之，深刻理解CDIO教育理念并進行實踐和探索，引入多樣化的授課方式和多元化考核模式，以企業需求與職業發展為導向確立培養目標，以“產出導向”模式改革液壓與氣壓傳動技術課程，重構教學課程內容、教學內容、教學方法和考核模式，強化學生對知識的理解和運用能力，促進技術創新型和應用型人才的培養。

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編輯 馮永霞