基于四維一體的液壓與氣壓傳動課程教學改革

摘" 要：液壓與氣壓傳動課程內容多、理論抽象復雜、實踐性強，再加上學生缺乏體系化思維、學習興趣不足、實踐能力弱等問題，導致課程存在學生高階思維難以建立，學習內驅動力不足，理論知識難應用等痛點問題。以“學生中心、質量文化理念”為引領，從立足新工科、育人育才相結合、系統化的教學改革、理論與實踐相結合四個維度構建四維一體的教學創新模式，提高學生高階思維能力、學習內驅動力與實踐動手能力等綜合素養，提升教學質量。

關鍵詞：液壓與氣壓傳動；四維一體；高階思維；教學改革

文章編號：1671-489X（2025）04-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.04.

0" 引言

液壓與氣壓傳動是機械設計制造及其自動化專業、車輛工程和近機類專業學生的一門重要專業技術課，一般安排在大三上學期。課程研究對象是機器的傳動系統，是用基礎理論知識來解決工程上的一些普遍的、共性的問題。液壓與氣壓傳動課程內容主要涵蓋液壓與氣壓傳動基本理論、液氣壓基本元件的工作原理、液氣壓基本回路的性能以及液壓傳動系統的設計。該課程的具體特點為液壓元件多、工作原理復雜，知識體系復雜龐大，理論性和實踐性強，教學內容多為動態性知識，這要求學生具有一定的知識基礎和自主學習能力，對初學者具有較大挑戰度[1-3]。

教學實踐中存在以下痛點問題。

1）教學內容按傳統學科知識布局，不能適應數據化新工科的場景要求，難以培養具有產業適應能力的新工科人才。

2）大三學生已經學習了流體力學和機械原理，具備一定理論基礎，但液壓元件結構復雜，工作原理難理解，液壓系統設計要求高。

3）本課程實踐性強，但只安排了八個學時的實驗課時，這嚴重制約了學生實踐能力的培養。

1nbsp; 課程教學創新路徑與方法

1.1" 明確“知識、能力、價值”三位一體的教學目標

課程以立德樹人為本，從知識掌握、能力培養、價值塑造三個層面明確知識、能力、價值“三位一體”的教學目標，旨在培養機械方面的高素質工程應用型人才和創造型人才。

知識目標：1）理解液壓傳動與氣動中最基本的理論、基本元件的工作原理和性能特點；2）認識液壓和氣壓傳動的基本回路。

能力目標：1）能夠從元件原理出發正確選用液壓元件，并分析其原理；2）能夠利用仿真軟件FluidSIM分析液壓與氣壓傳動基本回路；3）能夠設計與計算液氣壓系統，處理液壓與氣壓系統常見故障。

價值目標：1）培養學生遵守液氣壓技術國家標準，恪守職業道德；2）擁有設計液氣壓系統嚴謹、辯證、創新的科學思維和工程思維；3）傳承工匠精神，具有科學素養；4）堅守科技強國使命和擔當。

1.2" 構建四維一體的教學創新設計，解決教學痛點

針對教學痛點，構建四維一體的教學創新模式。從育人育才相結合、系統化的教學改革、理論與實踐相結合、立足新工科四個維度來整體提高教學質量，提高學生學習興趣，培養學生學習主動性，增強學生實踐能力，建立學生高階思維，最終達到育人效果，如圖1所示。

1.2.1" 立足新工科，重組教學內容

課程包括液壓與氣壓傳動概述、氣壓傳動基礎理論、液壓油、流體靜力學動力學、液壓泵、液壓缸、液壓控制閥、液壓基本回路、典型液壓系統和液壓系統設計計算共10章內容。在有限的學時（32個理論授課學時、8個實驗學時）分配下，重組教學內容，把原本較為分散的教學內容整合為四個模塊，分別為液壓與氣壓傳動基本理論、液氣壓元件結構和原理、液氣壓基本回路性能及應用和典型液壓系統原理及設計，如圖2所示。

基于重組的模塊對教學內容進行重構，把最新的科研技術和工程案例融入教學內容，解決教學內容陳舊的問題，使教學內容模塊化、體系化，實現了從初階、中階到高階的階次式遞進，如圖3所示。基于重構后的教學內容建立28個相對應的案例庫，提升教學內容的高階性。同時通過現代技術（FluidSIM液壓與氣壓仿真軟件）進課堂，讓學生學會利用現代化工具和軟件分析液壓元件的工作原理，設計液壓回路，并通過仿真驗證所設計回路的可行性。堅持理論聯系實際，突出工程應用，建立高階思維，提高課程的高階性、創新性、挑戰度。

1.2.2" 構建一個主題六條主線的育人育才相結合模式

如圖4所示，課程思政以落實立德樹人為主題，以家國情懷、工匠精神、科技報國、工程倫理、工程思維、綠色發展為六條主線，建立了32個課程思政案例庫。結合授課內容，從工程案例、理論內容、前沿技術等方面挖掘課程蘊含的思政元素[4-5]，豐富課程思政案例庫，實現課程教學與價值引領的有機融合。

以第二個教學模塊（液氣壓元件：液壓泵、液壓缸、液壓閥）中課程思政的融入為例。在液壓泵部分，引入中華優秀傳統文化中的古代水車，激發學生的民族自豪感；同時引入大國重器液壓中國心——高壓泵，培養學生樹立愛國、敬業的價值觀，幫助學生進一步理解關鍵技術要掌握在自己手中的重要性。在液壓缸部分，引入大國重器1 600噸起重機，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的使命感。在液壓閥部分，引入填海造陸的“神器”——大國重器“天鯤號”，培養學生的科技創新意識，激發學生的家國情懷。

1.2.3" 完善教學資源，改革教學方法，健全評價維度，系統化推進課堂教學改革

1）完善教學資源，建立教學資源庫。打造動態豐富的課件，建立了65個動畫資源庫，50個教具庫，把抽象的問題形象化、具體化，激發學生的學習興趣；利用學習通平臺不斷完善線上教學資源，建立了95個線上資源庫，主要包括章節導學及導學測試、教學課件、隨堂測驗、小組任務、作業庫、拓展資料等六大核心內容。

2）改革教學方法，綜合運用線上線下、翻轉課堂、以賽促學等方法，開展自主、合作、探究式教學。

課前：教師上傳資料，引導學生進行課前預習及相關知識的探索學習；

課中：在教學實施過程中，融合多種教學方法，如具象展示、問題驅動、案例教學、小組討論、實踐教學、翻轉課堂、拓展延伸等。

課后：構建以賽促學的教學模式，夯實專業基礎，提升綜合素質。

3）健全評價維度，實行“1+N”課程綜合評價改革。課程目標的實現離不開完善的課程評價模式。課程構建了“1+N”的評價模式，“N”指的是多種形式的過程性評價，“1”為終結性評價，主要是期末考試，具體評價指標如表1所示。“1+N”的評價模式實現了對學生學習效果全過程、全方位考核評價，并在授課結束后，借助超星學習通，設計課程滿意度調查問卷，評價項目為對授課內容的獲得感、思考能力提升、組內發言質量等的滿意度。問卷調查既督促學生課后鞏固與反思，也促進教師進行授課效果評估。

1.2.4" 理論與實踐相結合，增強學生實踐能力

引入國家虛擬仿真實驗教學平臺，讓FluidSIM液壓仿真軟件走進課堂，同時讓學生利用實驗課驗證通過虛擬軟件和平臺設計的方案，實現虛擬和現實的有機結合（圖5），提高實踐課的學習效率。利用多層次實踐教學平臺，豐富實踐教學活動，有效彌補實踐教學課時不足，充分提高學生的課程實踐能力，真正達到理論知識從實踐中來再回到實踐中去的教學效果。

1.2.5" 四維一體教學創新設計的應用

通過調壓回路的性能及應用，來說明四維一體教學創新設計的具體應用。

課前：教師上傳學習資料，包括本節課教學目標、導學視頻、導學測試等資料。課程教學目標包括知識目標、能力目標和素質目標。知識目標：

1）掌握單級調壓回路、遠程調壓回路、二級調壓回路、三級調壓回路、多級調壓回路的組成，工作原理和性能；2）熟悉單級調壓回路、遠程調壓回路、二級調壓回路、多級調壓回路的應用。能力目標：1）培養學生的分析能力，能夠分析多種調壓回路；2）培養學生的實踐設計能力，能夠利用FluidSIM軟件對基本回路進行設計仿真；3）培養學生的推理能力，能夠舉一反三，針對同一作用的回路有多種設計思路。素質目標：1）通過對無級調速回路的學習，逐步建立科學思維，理解“簡單是高級形式的復雜”這一理念——越是高級的東西，往往越簡潔。同時，培養從原點出發的工程思維和創新思維，認識到創新往往從簡單之處開始；2）通過溢流閥在不同調壓回路中的不同作用，啟迪學生適應新工科多學科融合新模式，爭做“斜杠青年”，解決好中國制造的問題。

課中：教師主要針對重難點（單級調壓回路、遠程調壓回路、二級調壓回路、三級調壓回路、多級調壓回路的工作原理和性能）進行講解，通過動畫演示、問題驅動、小組討論，完成對單級調壓回路、遠程調壓回路、二級調壓回路的學習。通過將現代技術引入課堂和采用翻轉課堂的方式，引導學生自主完成三級調壓回路的設計、仿真和講解。在此基礎上，結合工程實際案例（如典型液壓機回路）進行擴展延伸教學，深入講解調壓回路的應用。在課堂中講解無級調壓回路的設計時，引導學生理解創新往往從簡單出發，從原點開始。同時，介紹無級調壓回路的前沿技術，引出液壓技術的發展趨勢——機電液一體化，這符合新工科提出的多學科融合理念。

課后：布置小組作業，并通過虛擬仿真實驗和實驗課進一步鞏固理論知識，充分實現理論與實踐的緊密結合。

1.2.6" 教學成效

課程經過教學創新設計，取得了較為顯著的教學成效。首先，課程達成度顯著提升，從學生成績來看，高分段人數明顯增加。在全國大學生機械創新設計大賽中取得了省級一等獎和三等獎的優異成績。此外，通過問卷星開展的關于學習效果、線上線下授課方式、評價模式和思政教育等方面的問卷調查結果顯示，學生反饋良好，尤其在思政教育評價中，頻繁出現工匠精神、科技創新等關鍵詞，反映出課程思政的有效融入，如表2所示。

2" 結束語

液壓與氣壓傳動是機械類專業的一門核心基礎課程，在構建機械類專業人才必備的知識體系以及培養其分析和解決復雜機械工程問題的能力方面具有極為重要的地位。本文從育人與育才相結合、系統化的教學改革、理論與實踐相結合、立足新工科建設等四個維度出發進行改革，整體提升了液壓與氣壓傳動課程的教學質量。通過四維一體的教學創新實踐，有效激發了學生的學習興趣，提升了學生的學習主動性，增強了學生的實踐能力，培養了學生的高階思維，最終收到了良好的育人效果。

3" 參考文獻

[1] 路珍，張青松，葛磊，等.“精準思政”視域下液壓與氣壓傳動課程教學模式探析[J].液壓與氣動，2022，46（4）：181-188.

[2] 代光輝.立足項目式教學案例設計與實施提高線上教學實踐性：以液壓與氣壓傳動課程為例[J].中國現代教育裝備，2021（1）：97-100.

[3] 李瑞鋒.“線上線下融合式”教學模式研究：評《液壓與氣壓傳動（3D版）》[J].機械設計，2020，37（7）：I0006-I0007.

[4] 沈偉，張廣成，李彥睿.工程認證背景下液壓類課程案例教學系統化與規范化研究[J].南方農機，2022，53（1）：162-165.

[5] 喬冰.課程思政融入專業課教學的路徑研究[J].贏未來，2021（21）：155-156.

*項目來源：山西省高等學校教學改革創新項目“基于四維一體《液壓與氣壓傳動》課程教學質量提升的研究與實踐”（項目編號：J20230414）；山西省高等學校教學改革創新項目“面向工程教育的農業工程類專業實踐教學模式改革”（項目編號：J20220242）。

作者簡介：喬冰，講師，博士；邢澤炳，通信作者，教授，博士。