工程認證背景下液壓類課程案例教學系統(tǒng)化與規(guī)范化研究**

沈 偉 ，張廣成 ，李彥睿

（上海理工大學機械工程學院，上海 200093）

0 引言

工程教育為社會的發(fā)展、科技的進步提供了人才支撐，然而隨著工程教育的大眾化與普及化，以及對人才質量要求的提高，工程教育中存在的人才培養(yǎng)體系和制度的不足日益顯現(xiàn)。探索滿足發(fā)展人才需求、提高工程人才培養(yǎng)質量的工程教育教學改革之路，備受關注。

工程教育認證強調以學生為中心，堅持以產出為導向，秉承持續(xù)改進理念，在高校工程教育改革中成效卓絕[1]，為實現(xiàn)創(chuàng)新型高素質工程人才的培養(yǎng)提供了有效的方法，為規(guī)范我國工程教育制度體系、推進教育教學改革提供了動力。此外，在高校人才培養(yǎng)實踐中，習近平總書記強調，要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義事業(yè)建設者和接班人[2]。為高校人才培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求指明了方向。

近年來，高校教師在教學改革方面做了許多努力。丁曉紅等針對機械工程人才培養(yǎng)問題，提出了基于成果導向的人才培養(yǎng)模式[3]；錢煒等基于產業(yè)技術學院及開放式校企協(xié)作育人機制實踐經驗，創(chuàng)新了產教融合人才培養(yǎng)實踐機制[4]；路珍等開創(chuàng)“流體傳動與控制”課程思政“全鏈條”教學模式[5]；耿直等結合課程思政提出“飛機液壓傳動與控制”的教學思考[6]；沈偉等以“流體力學及液壓氣動技術”課程為代表，提出“1+5”課程思政建設實踐機制[7]。一系列的改革實踐和理論創(chuàng)新推進了工程教育改革的進程。

教學方式的創(chuàng)新對于發(fā)揮教學能效、提高教學質量至關重要。案例教學方式具有啟發(fā)思考、注重雙向交流的特點，能有效激發(fā)學生學習積極性，培養(yǎng)正確的價值觀、人生觀、世界觀及獨立思考能力，因此被廣泛應用于教育教學活動[8]。課題組以“流體力學及液壓氣動技術”課程教學為著力點，以工程認證改革為背景，聚焦案例教學過程中專業(yè)知識傳授和價值引領的融合實踐機制，探索液壓類課程案例教學系統(tǒng)化、規(guī)范化的教育教學改革之路。

1 搭建“流體力學及液壓氣動技術”課程樹形結構模型

1.1 “流體力學及液壓氣動技術”課程樹形結構解析

“流體力學及液壓氣動技術”有著源遠流長的發(fā)展歷史，卻又時時伴隨著新技術的變革，密切關系著經濟、軍事、民生等方面的發(fā)展[9-10]。

如果將“流體力學及液壓氣動技術”比作一棵大樹，課程教育教學作為主體，工程認證為其根部系統(tǒng)，保障有機體的穩(wěn)健和持續(xù)茁壯成長，任何一門工科課程都需要滿足工程認證的基本要求。課程思政元素為系統(tǒng)注入新的養(yǎng)分，通過案例教學方式循環(huán)養(yǎng)分吸收，將工程認證、課程思政有機融合于整體之中，讓“流體力學及液壓氣動技術”課程這棵大樹鮮活起來，如圖1所示。課題組以人才培養(yǎng)為根本出發(fā)點，以案例教學為手段，通過精選先進性工科案例，構建案例教學系統(tǒng)，結合專業(yè)課程教學特點及安排，系統(tǒng)化、規(guī)范化案例教學，充分發(fā)揮課堂教學的人才培養(yǎng)能效。

圖1 課程建設樹形模型

1.2 工程認證基本理念

工程認證作為課程建設根部基礎，將工科教學標準化。工程認證的目的在于創(chuàng)立與工程師規(guī)則相銜接的工程教育認證體系，提升學生解決復雜工程問題的能力和國際競爭力[8]，其強調以學生為中心，聚焦學生能力培養(yǎng)，優(yōu)化教學資源配置，科學地進行教學安排。區(qū)別于傳統(tǒng)以課程教學內容為導向的教學設計，工程認證強調以教學后學生學習成果為導向，對照人才培養(yǎng)核心能力和要求，評估專業(yè)教學的有效性。同時，持續(xù)改進的理念要求建立常態(tài)化的評估機制，進行有效的質量監(jiān)控和持續(xù)改進，保障人才培養(yǎng)質量的提高。

1.3 案例教學特點

案例教學以與教學內容相關的案例為基本教學材料和載體，構建溝通理論知識和實踐應用的橋梁，通過討論、師生雙向互動交流的方式，實現(xiàn)專業(yè)知識教學、學生創(chuàng)新思維啟發(fā)、思想道德熏陶等目的。在“流體力學及液壓氣動技術”課程教學過程中，通過案例教學能引導學生發(fā)現(xiàn)生活中的流體力學、液壓、氣壓等的應用，提高理論聯(lián)系實踐意識，在鼓勵學生對問題和現(xiàn)象進行研究和思考中，提高學生發(fā)現(xiàn)問題及靈活運用專業(yè)知識解決復雜問題的能力。通過案例教學，實現(xiàn)了以學生為主導的教學，不再是教師單向傳授知識的教學方式，而是學生自身、學生與學生、學生與教師之間的多維專業(yè)知識學習過程，完成了教學身份的轉變，強化了課程教學效果。案例式教學具象了流體力學、液壓氣動中的抽象公式概念，能夠有效加強學生對于所學知識的掌握。此外，通過對案例所蘊含的思政元素的挖掘，對學生進行潤物無聲的熏陶，能夠使學生在學習知識的同時實現(xiàn)思想道德素質的提升。

2 “流體力學及液壓氣動技術”課程案例教學規(guī)范化建設

2.1 “流體力學及液壓氣動技術”課程教學目標

1）學習流體力學基礎知識，并重點掌握流體動力學的流量方程、伯努利方程及動量方程，作為后續(xù)液壓與氣動技術的理論基礎。

2）掌握液壓泵、液壓缸、液壓馬達、液壓控制閥等液壓元件及氣缸、氣壓泵等氣壓元件的結構、工作原理及應用場合。

3）掌握液壓與氣動技術的工作原理，能夠理解液壓與氣動技術領域復雜工程問題的原理，研究解決方法。

4）掌握各種功能液壓、氣動基本回路的工作原理，能對機械工程領域常見的液壓、氣動系統(tǒng)進行分析，能針對機械工程領域具體的液壓、氣動問題創(chuàng)新性地制定解決方案，并能選用正確的液壓、氣動元件對設計方案進行合理有效的實現(xiàn)。

2.2 “流體力學及液壓氣動技術”案例系統(tǒng)化、模塊化建設

以專業(yè)知識教學、培養(yǎng)愛國主義情懷為中心。通過學習課堂中液壓課程知識點，結合該知識點的實際應用案例，模板化講述實際案例所涉及的液壓氣動知識，結合案例講解其在實際工程中的具體應用，同時引導學生感悟其中的人文主義精神。通過“液壓課程知識+具體工程案例+模板化引導課程思政理念＝液壓課程的課程思政案例化教學方法”，進一步提煉，得到專業(yè)課程案例化教學的普適方案。

為達到案例教學的系統(tǒng)化、模塊化、規(guī)范化效果，根據“流體力學及液壓氣動技術”教學內容安排，精選兼具專業(yè)教學價值和思想道德教育意義的案例，建立、完善案例教學資源庫，使其與專業(yè)知識教學相配套。如緒論部分配套世界與中國的液壓氣動發(fā)展史、16萬t模鍛液壓機、6 400 t液壓復式起重機研發(fā)等案例；“流體力學”章節(jié)配套流體力學在日常生活中的應用及“蛟龍?zhí)枴焙Ｔ嚨劝咐弧耙簤罕煤鸵簤厚R達”章節(jié)配套工業(yè)4.0與尖端制造，我國自主研制的最大直徑泥水盾構機“春風號”等案例；“液壓缸和液壓控制閥”章節(jié)配套中國500 m口徑球面射電望遠鏡“天眼”案例資源。

不僅要規(guī)范化專業(yè)知識模塊和具體教學案例，在液壓課堂時間安排上也需要進行合理的模塊化，立足于能力培養(yǎng)要求，合理分配專業(yè)理論知識講解和案例教學的時間劃分，拓展液壓專業(yè)課程教學的深度和改革廣度。

3 “流體力學及液壓氣動技術”課程案例化教學示例

“流體力學及液壓氣動技術”專業(yè)課程，學習目標為掌握液壓泵、液壓缸、液壓馬達、液壓控制閥等液壓元件工作原理及使用場合。以第四章“液壓缸和液壓控制閥”專業(yè)知識講解及“天眼”案例教學為例，具體案例化教學可通過以下幾步設計。

3.1 知識引入

案例內容介紹：2016年9月25日，被譽為“中國天眼”的500 m口徑球面射電望遠鏡在中國貴州省落成，是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，其靈敏度超德國波恩10倍，綜合性能超過曾被評為人類20世紀十大工程之首的Arecibo300望遠鏡10倍。而支撐“天眼”昂首蒼穹的是背后2 200個液壓促動器，幫助“天眼”調節(jié)反射面面型，觀測天體，捕捉來自宇宙深空的信號。具體案例化教學融入課程思政如表1所示。

表1 課程思政具體案例

3.2 知識講解

由上述案例引入課堂，講解液壓缸的工作原理及相關計算。介紹液壓缸的類型、特點和基本參數計算并展示液壓缸的典型結構，幫助學生建立起對液壓缸基本結構和工作原理的認知，為后續(xù)關于液壓相關知識的講解做鋪墊。

將液壓知識講解與“天眼”促動器案例再一次關聯(lián)：促動器的主體就是液壓缸及電動靜液壓執(zhí)行器（Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）技術。EHA主要由電控單元、電機、液壓泵、液壓缸及其余液壓輔助元件組成，利用電機-泵-液壓缸一體化結構設計，具有體積小、重量輕、噪聲小、功率密度大、安裝簡易、可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點，被廣泛應用于輪船、工程機械、航天航空等領域。

在講解專業(yè)知識之余，結合案例，引導學生關注“天眼”的科學價值及其對于我國科技進步的重要意義，培養(yǎng)學生科技強國意識，厚植愛國主義情感，增強學生的民族自豪感。

3.3 互動討論與作業(yè)布置

拒絕單一的以授課為主的教學模式，增加溝通與交流，豐富教學方式和手段，采用提問、習題、小組討論等多種形式融合鞏固所學知識。將班級同學分成若干組，討論本節(jié)課知識點相關問題，每組選擇一個使用到液壓缸或EHA技術的應用場合。通過網絡、書籍、新聞等，分析其使用場景及主要作用、相關性能參數及選型要求。以課堂演講的形式進行交流，不僅只是老師進行案例分享，學生也可以加入案例的收集、拆解和融化吸收中來，自主發(fā)掘工程案例背后的對跨學科解決復雜工程問題能力的要求和實現(xiàn)偉大中國夢的使命感。

4 總結及展望

隨著工程認證背景下的工程教育教學改革的不斷深化及新時代高素質人才培養(yǎng)要求的提出，液壓類課程教學改革探索意義顯著。基于此，課題組首先構建了“流體力學及液壓氣動技術”課程樹形結構模型，闡明專業(yè)課程、工程認證、課程思政及案例教學間的內在關系；基于工程認證基本理論和案例教學的特點，提出了“流體力學及液壓氣動技術”課程案例教學規(guī)范化建設的具體措施。以液壓缸專業(yè)知識講解與“天眼”案例為例，闡述了如何以案例為專業(yè)知識和思想情感的載體，進行知識講解和價值觀引領的教學過程?；诠こ陶J證背景下的液壓類課程案例教學系統(tǒng)化與規(guī)范化方法具有普適性，所凝練的方法和精選的教學案例能供其他學科課程借鑒，從而促進教學質量的提高和人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。