關于電液控制技術科研反哺與翻轉課堂教學研究

六盤水師范學院物理與電氣工程學院 陳祖星 馮俊杰 張葉貴

北京林業大學工學院 尹田振

伴隨國家工程建設的迅速發展，液壓傳動扮演的角色越來越重，《電液控制技術》原有的課程設置也逐漸不能滿足現代化建設的要求，本文從科研反哺與翻裝課堂教學的角度，詳細描述在改革后的課堂中如何在將課堂中原有的知識點與實際問題相聯系，從而更好的促進林業院校電液控制技術課程與林業裝備相關技術內容融合。

近年來，在數字開環與閉環控制系統以及傳感器技術的出現之后，以往的液壓傳動已經變成了電液傳動技術，基礎元件中高效的數字集成電路、傳感器以及變量泵、閥的動態性能和精度都得到了很大的提高。因此在閉環控制時，系統的動態性能以及精度都會得到提升。因此，為了更好地在課堂中聯系實際問題，改革后的課堂將會把科研中的問題以課程作業和課程仿真設計的形式，融入到平常教學活動中來。學生在學習理論知識的同時，開展面向實際科研項目的實踐工作。

1 課程現狀

1.1 課程教學改革的目標

課程教學改革強調發現學習、研究性學習、探究學習。這些學習方式充分體現了學生學習的自主性。即：讓學生自己去發現規律，讓學生自己去尋找方法，讓學生自己探究思路，讓學生自己去解決問題。通過研究性、探究學習，使學生通過自主學習，疑難觀察，邏輯矛盾，解決問題以及實踐中進行探究，培育科研反哺人才類研究生。

1.2 課程教學改革的內容

（1）翻轉課堂教學

學生通過課外的自主學習之后，在課內進行協作互助的方式將知識進行內化，這種方式就稱為“翻轉課堂”，它是一種新興的教育模式和教育理念，為教師提供了個性化教育平臺，也培養了學生的個性化學習方法。“翻轉課堂”課程教學改革中，傳統的“教”與“學”也已經發生了改變，利用在線開放課程的特點以及優點，使傳統的課程教學設計以及教學思維改變，讓學生獲取知識信息的能力得到提高，同時也培養了學生獨立思考的能力。有利于學生對該課程的了解和認識，教學成效顯著提高。

（2）課程教學改革方案及進度計劃

改革方案：

將科研項目的實例引入課程教學中，在教學中注重翻轉課堂的教學理念和方法，注重理論與實踐相結合的教學導向，加強學生的實際問題分析能力和解決能力。在大學，教學與科研分不開，兩者的結合是人才培養的必經之路，因為高校科研的基礎條件和前提是教學，而利用高校科研所形成的創新知識以及成果可以對學生進行再反哺，從而提升教學的質量。在理論與實踐相結合的思想下，教學中更應該注重把實際科研案例引入課堂中。這樣既可以提高教學質量，又能激發學生的興趣，提高學生的創新能力，培養學生的工程觀念。在實際課程中，該方案的要點如下：

第一，對科研項目進行選題時，應該與學生的學習領域密切相關，同時選題的難度和大小都要適宜。通過科研課題來激發學生的學習興趣，讓學生建立學習的信心。同時，值得注意的是科研課題的引入，應該由淺入深。如果課題的規模較大，信息量過多，內容相對學生來說復雜和陌生時，學生的分析能力還達不到科研課題要求，學生的積極性會受到打擊。以液壓采伐機中的采伐頭為例，采伐頭無論是在自動化專業、專業機械專業車輛專業、電氣專業有著不可分割的聯系。不僅如此，液壓采伐頭的研究還可以對相關專業的研究生科研工作提供另外一個角度的啟發。第二，科研項目要有針對性。教師選擇的體驗項目課題要能涵蓋本課程的絕大部分知識點，或者在課程不同章節選擇不同的具體項目案例，并且要與現實相吻合，并且要考慮學生的理解能力和接受能力。液壓采伐頭在電液控制技術這門課程中是一個非常重要的實際案例，搭建出一個完整的液壓采伐機對于掌握電液控制技術擁有極大的幫助。第三，科研課題要有系統性。學生在學習的過程中，教師需要把一個大的科研項目進行合理的拆分，并且保證拆分后的科研項目與課程內容的相關性，因為實際的科研項目一般來說都是比教學過程中的案例更加的復雜。在對科研項目講解之后，課后讓學生自主的進行分析與討論，隨著課程的深入，對項目的探究會更加深入。在完成課程之后，能讓學生對所學知識產生滿足感，激發學習的興趣。

表1 組織方式、考核方式、成績評定方法

2 基于達成度評價體系的課程考核

在傳統的教學中，由于考核的方式比較單一，且成績統計的工作量過于復雜，很難實現對學生成績的細粒度分析，因此會導致教師不能更好更完全的發現在教學中所出現的問題，學生在學習過程中的隱含問題。

所以課程改革后的組織方式、考核方式、成績評定方法如表1所示。

在今后的實踐教學中，應該著重對以下三個方面進行教學改革：

2.1 轉變現有教學模式下成型的師生教學理念

在“翻轉課堂”的教學實踐中，提倡學生為主體，學生在參與到課堂的過程中，應該學會獨立思考、自主學習，將學習中的問題積極帶到小組討論中。這不僅有助于學生對知識的掌握，還提升了學生的表達能力，從而達到從以往的被動學習、教師灌輸式教學中轉變為學生主動思考、積極參與到教學討論中來。以電液控制技術為例，老師以采伐頭作為課程的科研反哺主題，在完成對課程的綱領性介紹后，基礎知識部分需要由學生分批次介紹完成，例如采育機頭結構、和自動控制原理有關的控制系統流程框圖、控制系統中PID控制模塊如圖以及液壓馬達的特點等一系列知識。學生在講解之后，讓其余同學對本次課程提出問題，學生做出解答，再由老師指出其中有待改進之處，并對整節課程做出完整總結。老師的每次總結需對最后的主題“采伐頭”做出合理/合適的引導，讓學生對液壓采伐機的底層知識有較為詳細的概括。最后，讓同學分組完成對液壓采伐機的構建，從而讓學生對所學知識融會貫通，如圖1所示。

圖1 課程開展流程圖

2.2 利用現有信息化技術保障翻轉課堂的順利實施

為了實現知識點的立體式互動鏈接，“翻轉課堂”的構建與完善就要與先進的技術相契合，需要與現有的教育信息化技術資源進行深度融合，實現視頻、在線作業、小組討論、自主學習與混合學習的互相補充。這一目標的實現在硬件設施上需要現代信息技術的全方位支持，以及與互聯網的緊密結合。教育系統則需積極引入市場機制，激活第三方介入教育技術改進，推動優質資源共享，實現教育模式的均衡發展。在電液控制技術這門課程中，學生必須有合適的條件去第三方平臺獲取知識，教學環境必須合適的課堂條件讓學生完成一系列的講解、回答和總結，學生必須有合適的實驗平臺去完成液壓采伐機的搭建，例如完成進料機構液壓原理圖后，需要在AMESim建立仿真模型，并從應用庫中選取需要的標準子模型，并加入HCD構建的壓力補償元件。

學校必須有合適的相關液壓采伐機這方面的人才去指導學生們的實驗工作。在合適的時候指出學生實驗方面的不帶改進之處。這一系列工作的展開離不開現代信息技術的支持，離不開互聯網的緊密結合，離不開市場機制。

2.3 翻轉課堂的教學實踐模式要因地制宜

“翻轉課堂”起源于美國，在其興起之初，被美國大部分學生所關注，但該教學模式在國內還未被廣泛接受，且仍在不斷探索和實踐階段，還有待進一步完善以適應中國學生的思維模式。該方法運用到實踐教學中還缺乏具體實踐環節的指導與有效的評價體系，在實現本土化還有一段很長的路要走。在教學的過程中應該要著重于完善內容設計、課程設計、教學方法設計等類容，在實踐教學中不斷的完善和提升“翻轉課堂”這一教學方法。

3 注重理論實踐相結合

學生在學習的過程中，缺乏對理論知識學習的興趣，其最主要的原因是理論知識過于抽象，在教學的過程中難以給學生以深刻的印象，唯有學生親身體驗才能更深刻理解。因此在教學過程中，應以學生為主導地位，理解學生思維模式與接受學生的思維定式以及思維認知的教學規律。這樣自然能后獲得學生對所授科目的興趣，提升教學質量以及學生對學識的接受程度。

電液控制技術這一門課程源于實際生活中的生產任務具體問題，其理論與我們身邊的環境密不可分。對于大部分教師而言，在理論知識教學方面都有共同的感慨，既是理論知識的講授過程較為枯燥，學生對理論知識的了解缺乏興趣，其實并非理論知識難教難學，而是缺乏合理科學的教學方法。只是就理論講理論，注定這種教學方法無法贏得學生。尤其是高校工學類專業課程晦澀難懂，若在教學工作中不能將書本中的知識映射到生活中，容易引起學生的厭學和抵觸心理。

教師在教學的過程中，應該將理論知識與實際相結合，將抽象、深奧的理論知識結合生活中與之對應的標本和素材。在這樣的情況下，學生的學習熱情與學生的學習興趣自然會被激發，調動學生的學習積極性。只有學生有了學習熱情與動力，教學質量自然會事半功倍，學生對知識的掌握程度也自然會更加扎實，對其后續的學習自然是有益無害。

4 實施科研反哺

教學豐富的科研成果是實施科研反哺教學模式的關鍵，因此高校教師既要重視教學、也要兼顧科研，教學工作與科研工作穩步推進，協同發展。電液控制技術與我們團隊的科研項目密不可分。在林業采伐機與固沙車等項目中，大量使用液壓控制器件等，這些內容都是該課程中需要理解和學習的內容，因此在前期的初步探索教學中，老師利用科研項目中的實際案例，結合課本中相關內容對學生進行講解，將實際科研中遇到的問題拿出來與學生討論，已經初步得到了很好的反饋，一些學生在分析后與教師針對問題進行討論，為喬灌木人工林機械化采收裝備技術研發、新型林用底盤及其作業仿真平臺研制等項目解決問題提供了新的思路和方法，同時這也提高了學生對該課程的學習興趣，這無疑是雙贏的成功案例。

結束語：電液控制技術科研反哺與翻裝課堂教學研究是在與教學團隊商討課改方案實施內容和方法，指定具體教學模式和方法，收集和整理相關課程準備工作中不斷進行優化的，在初步對課程改課后的教學任務進行實踐和探索后，要不斷收集和整理學生實際信息的反饋，以讓教學團隊更好的修改和更新相關教學中的不足。