工程教育專業認證背景下的液壓與氣壓傳動課程實驗教學改革

摘 要：在全國各高校普遍開展工程教育專業認證的大背景下，筆者結合本校液壓與氣壓傳動課程的具體教學實踐情況，針對存在的問題，通過分析工程教育專業認證標準，重新明確實驗教學目標，以目標達成為導向，反向設計，從實驗內容安排，實驗課堂教學的方法，實驗成績的評定機制，實驗教學反饋機制等方面進行了具體的改革。有效地提高了學生在實驗中的主動參與度，增強了學生的創新意識，強化了工程實踐能力，也有利于教師對學生能力形成情況的更全面的監控。文章所提出的具體的教學改革舉措，也可供同類院校實驗課程的教學改革參考使用。

關鍵詞：工程教育專業認證 液壓與氣壓傳動 實驗教學 能力形成

液壓與氣壓傳動是一種以液體或氣體為工作介質實現傳動控制的技術，以其傳動平穩，結構緊湊，便于實現低速大扭矩傳動、無級調速和過載保護等特點而在制造設備和工程裝備中有重要作用[1]。因此，液壓與氣壓傳動也成了智能制造，材料成型、機械設計制造等制造類專業的一門共同的專業基礎課。為了讓學生真正具備在實際工作中設計、調試液壓與氣壓系統的能力，實驗教學在該課程的教學中具有不可或缺的作用。

我國正式加入華盛頓協議后工程教育專業認證在全國各高校迅速鋪開。這既是實現我國工程教育和工程師資格認定走向國際的必由之路，也是保障我國工程教育質量的必要舉措[2]。工程教育專業認證對畢業生提出了12條通用畢業標準[3]，這要求我們對照這12條標準重新設計課程目標，理清課程目標對畢業標準的支撐關系。同時，工程教育專業認證完全接受成果導向教育（Outcome-based Education，OBE）的理念的指導，這要求我們在教學中應以學生的目標達成為導向，反向設計教學[4]。具體來說就是一方面要結合課程目標為學生設計有階梯，有挑戰性的目標，另一方面在教學中要以學生為中心，讓不同學生在不同時期都能找到合適的階梯性目標，充分體驗學習與目標達成的過程。

本文以液壓與氣壓傳動課程的實驗教學為例，結合本校的具體實驗教學現狀，在理解工程教育專業認證的要求的基礎上，對其內容安排，教學方式更新以及實驗考核方式與反饋機制改革的具體舉措進行了探討。

1 液壓與氣壓傳動課程實驗教學存在的問題

液壓與氣壓傳動這門專業基礎課很早就在本校的制造類專業里開設了，也正因為此，在實驗項目內容方面過于老套。同時，由于實驗教學方法不夠新穎，對學生的吸引力也不夠，學生在實驗中的主動參與度不高。考核方式上也不能全面反映學生的能力形成，也不利于教師對自身教學效果的觀察。因此，在工程教育專業認證的大背景下越來越不能滿足越來越高的實驗教學質量要求。基于近年對該課程實驗教學的實踐經驗總結，發現存在的具體問題有以下幾方面：

1.1 實驗內容單一

目前該課程共開設有四次實驗，共計8個實驗學時。每次實驗對應一種液壓或氣壓回路，多為驗證性實驗，學生通過按照回路搭建，調試系統并測試參數以驗證該回路及相關元件的理論性能。這些實驗相對簡單，也便于學生掌握相關理論。但實驗內容沒有階梯度，涉及的知識點窄，也不利于學生綜合能力的形成。

1.2 實驗教學方式單一

實驗課的傳統教學方式主要是教師介紹實驗設備、實驗原理，演示實驗方法，學生按步驟要求根據回路自己完成實驗內容。這種形式相對較死板，學生成了簡單的操作員和記錄員，不利于調動學生的積極性和激發學生的創新意識，也不利于對學生綜合能力的全面培養。

1.3 考核評價體系不全面

傳統的考核方式僅從學生實驗完成情況和實驗報告兩方面進行評價，缺乏細化的考核標準，也無法全面地反映學生的能力形成情況。所得出的實驗成績與學生的目標達成度的關系也不夠明確。

1.4 缺乏反饋機制

隨著學校對教學質量越來越重視，評教評學機制逐步建立。但這些評價表都屬于通用性評價，對于實驗教學的評價的針對性不足。此外，由于理論部分和實驗部分通常由不同教師擔任，彼此缺乏反饋交流，容易造成理論教學與實驗教學的割裂，難以真正實現互補作用。

2 液壓與氣動實驗教學設計改革

針對以上存在的問題，筆者通過結合OBE教育理念，將改革的重心落在學生的能力形成上，在實驗內容、教學方式、考核方式、反饋機制等方面進行改革。

2.1 實驗內容設計改革

工程教育專業認證所接受的OBE理念要求我們先確定好目標，然后反向設計相應的實驗內容去支撐這些目標。因此，需要先依據該課程適用專業的畢業要求確定該課程的課程目標，再由課程目標確定實驗教學目標[5]。結合本校的相關專業培養要求，重新制定的課程目標與實驗教學目標如表1所示：

根據實驗教學目標，針對實驗內容單一的問題，筆者改革的思路在于將驗證性實驗變為綜合設計性實驗，從給定回路變為僅給定控制需求，從單一回路變為多回路選做。改革后的實驗內容設計如表2所示。

從表中可以看出，改革后每次實驗可以選擇的回路明顯變多，可以涉及的知識點相較于原來給定回路的實驗要廣。實驗前，教師僅僅給出要實現的控制要求，并引導學生使用不同的液壓或氣壓元件設計回路實現相同/相近的控制要求，再讓學生在實驗課堂上自己搭建調試所設計的回路。這樣，能讓學生參與從理論設計到工程實現的全過程，對學生的液壓/氣壓回路設計能力提出了更高要求，也更利于學生形成創新性想法。同時，學生可以根據能力自由選擇完成一種或多種回路的搭建調試與參數測試工作，把選擇權交給學生，有利于激發學生的積極主動性。同時，實驗內容的階梯度和區分度有利于每位學生都能選擇到合適的階梯性目標去參與實現，也便于體現學生能力水平的不同。

2.2 實驗教學方式改革

工程教育專業認證要求我們在教學中應發揮學生的主體地位，而教師在其中更多的是引導和督促的主導作用[6]。應從傳統的教師講授，學生跟著做的實驗教學方式向學生自己主動參與實驗，教師負責監管和指導的方式轉變。

具體來說，就是實驗課前預習時，教師僅僅給出實驗指導書和需要實現的控制任務要求，提示、鼓勵學生自己查閱相關資料，選用元件完成液壓或氣壓回路原理圖的設計。在實驗課堂中，教師不要急著公布設計任務的答案，而僅僅只簡單介紹安全操作規程，讓學生自己按照自己設計的回路在實驗臺上選擇合適的元件搭建液壓/氣壓系統，并進行調試。在這段時間里，教師僅在旁邊進行巡視，避免學生違反安全規程進行操作。當學生無法調試達到預期控制要求時，教師不要急著回答問題，而是通過提問，引導學生根據實驗現象反推可能的原因，進而重新檢查/修正回路的接法乃至自己所設計的回路，再重新進行調試直至實現控制目標。通過建立從實踐到理論設計的反饋機制，能培養學生根據實驗現象分析問題的能力，能讓學生自己更好地強化對相關知識點的掌握，也能強化學生的工程問題分析能力。

2.3 實驗考核方式改革

實驗考核是評定學生目標達成情況的關鍵環節，對于這一環節，需要從實驗教學目標出發，對學生從課前預習，到現場實驗操作再到實驗報告形成的全過程進行考核，設置多種考核項目，并明確這些考核項目對實驗教學目標的支撐關系。筆者結合教學實踐探索，建立的實驗課考核項目與實驗教學目標關系矩陣如表3所示。

進一步地，筆者對各考核項目的具體考察點的設計如表4所示。

根據表4，教師在實驗中可以依據各主要考察點對相應的考核項目進行評分，每項考核項目的成績按百分制給出。其中，前三項考核項目應在實驗課堂中完成，每次實驗完成后可隨堂給出成績并及時反饋給學生，讓學生清楚自己每次實驗哪些方面的表現存在問題，便于改進。實驗報告學生應在完成實驗后一周內提交，教師應及時批閱并及時公布該項目的成績。各實驗項目考核完成后，可依據表3計算該次實驗學生的綜合成績以及目標達成度。四次實驗完成后，用各次實驗的綜合成績取平均值作為實驗課的總成績，按30%計入整門課程的平時成績。考核方式改革后，對學生的考核更加全面，也更加細化。教師也可以依據各次實驗的學生目標達成度，更好地觀察學生的能力形成情況，從而反向改進自身的教學方式。這樣經過多次的反饋循環，更好地促進學生達成預期目標。

2.4 反饋與聯動機制改革

反饋是實現工程教育認證中的“持續改進”的前提，在完成了評價后，必須及時反饋才可能實現后續的改進。對于學生，可以通過將各次實驗的各項成績及時公布給學生實現；對于老師，從定量的方面可以根據上述表3計算目標達成度，形成目標達成度報告實現反饋，從定性的方面，可以在實驗后面向學生及聽課教師設置調查問卷，問卷內容可包括實驗環境，實驗設備維護情況，教師講授情況，教學效果等。每次實驗的問卷可根據實驗內容的不同細化具體的調查問題。通過問卷，便于教師收集到來自受教育方與教學監管方的建議和意見，便于后續改進。

另外，針對理論教學與實驗教學缺乏聯動的問題，首先，在安排實驗時間時，根據理論教師的授課進度表，在相關內容的理論教學完成后及時安排相應實驗內容，便于學生鞏固所學知識。同時，在每次實驗后，實驗教師可將在實驗原理圖設計、隨堂答辯中發現的學生具體知識點掌握不牢的問題進行總結，及時與理論課老師進行溝通，便于理論課教師在后續教學中安排相應的知識點強化環節。

3 結語

隨著工程教育專業認證的普及，對于工程類專業的培養要求越來越高，對實驗教學的質量監控也必然越來越嚴格。筆者以對長期的液壓與氣壓傳動實驗課程的教學的觀察總結為基礎，從液壓與氣壓傳動實驗內容、教學方式方法，考核與反饋機制等方面進行了具體的改革。實踐表明，通過積極開發可自選，有梯度的實驗項目，注重啟發式教學，細化實驗成績評定，注重師生相互反饋以及實驗教學與理論教學的聯動，一方面能讓學生的液壓與氣壓回路設計及工程現場調試能力都有較大的提升。并能有效提高學生參與度，激發學生創新意識。另一方面也能讓教師更好地監控學生的能力形成，反思自己的教學效果。在對學生和教師兩方面的共同作用下，更好地達到了工程教育認證標準所需要的實踐教學效果。

基金項目：廣西高等教育本科教學改革工程項目：“標準引領·雙課融通·能力驅動”智能制造專業人才培養體系的構建與探索，項目編號：2024JGZ162。

參考文獻：

[1]潘靜.液壓與氣壓傳動課程實驗教學的改革與實施[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2017，19（04）：130-132.

[2]王久鑫，趙武云，張煒，等.基于工程教育專業認證標準的“液壓與氣壓傳動”課程教學改革研究[J].林業機械與木工設備，2021，49（12）：69-75，78.

[3]虞啟輝，譚心，蒙建國，等.工程教育與新工科建設背景下液壓與氣壓傳動課程教學改革研究——項目驅動教學方法探索[J].山東化工，2020，49（18）：180-182.

[4]胡萬強，葛瑜，王松濤，等.基于OBE理念的液壓與氣壓傳動課程目標達成度評價與持續改進[J].許昌學院學報，2023，42（05）：153-156.

[5]胡瑞強，葉東，申立群，等.基于OBE理念的單片機原理及應用實驗教學設計和實踐[J].中國現代教育裝備，2023（21）：75-77.

[6]姜春玲，陳君.工程教育專業認證下實踐教學體系與模式探索[J].高教學刊，2024，10（08）：63-67.