基于CDIO的液压传动与控制课程教学改革

曹昌勇，张晓东，贾伟建



基于CDIO的液压传动与控制课程教学改革

曹昌勇，张晓东，贾伟建

（皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012）

以培养应用型和创新型人才为目标，结合CDIO工程教育理念，针对液压传动与控制课程的特点，阐述了教学改革的必要性，提出了模块化的教学手段和方法．结合实验实践教学，进行实验项目构思、设计、搭建、运行（再创新）和评价，实现了从理论到实践的一体化教学．实践表明，采用CDIO工程教育理念，有利于提高学生的学习积极性，培养了学生分析问题、解决问题和设计创新能力，取得了较好的教学效果．

CDIO；液压传动与控制；教学改革

随着液压传动与控制技术的迅猛发展，液压控制装置由于体积小，重量轻，功率大，易实现过载保护，在运行中可实现无级调速等特点，在现代化生产中得到了广泛的应用．因此，为了更好地服务社会，国内很多院校的机械制造及其自动化等机电类专业都把液压传动与控制课程作为必修的专业基础课，培养高素质的人才．

液压传动与控制是一门与工程实际衔接非常紧密的专业技术课程．具有内容知识面广，信息量大，实践应用性强的特点，加上液压技术发展迅速，新技术层出不穷．而教学课时非常有限，如果课堂上处理不好，往往使学生缺乏学习热情，最终失去学习信心．学生的实践动手能力相对较差，较难将理论知识应用于工程实际，很难达到预期的教学效果．结合学校实际情况，为了培养应用型和创新型人才发展的需要，更好地提高液压传动与控制理论和实践教学，本文结合CDIO工程教育理念来实现液压传动与控制课程的教学改革．

1 CDIO的教学理念

CDIO（Conceive Design Implement Operate，即构思，设计，实现，运作）是由美国麻省理工学院等大学发起的国际工程教育合作组织提出的一种新型理念教学模式，是一项工程教育改革的最新成果[1-2]．CDIO工程教育理念不仅能够激发学生的学习主动性，增强学生的动手能力，提高学生综合利用所学知识发现—提出—分析—解决问题的能力，而且能够培养学生的团队协作精神和人际沟通能力[3-5]．

在液压传动与控制这门课程的理论与实践教学中，有效的将教学内容与工程实践紧密结合起来，充分发挥学生的创新思维，培养学生的动手能力及创新能力．借鉴CDIO工程教育理念，构建理论与实践有效结合的教学模式，以满足社会对应用型、创新型人才知识结构和素质能力需求[6-7]．

2 课程教学改革实践

从以往的液压传动与控制课程教学过程来看，或多或少的会存在以下问题：课程内容多学时少，理论课上基本都是教师教，学生听，很少有疑问．走进实验室，实验效果也不理想．主要是本课程与其他课程衔接的较多，如前期理论基础课程流体力学和液压回路控制中所必须掌握的其他相关课程，如机械工程控制以及其他自动化类相关课程．学生学习起来很难把握，导致了学生学习的积极性和主动性不足，严重影响了本课程的教学效果．基于此，本文提出了基于CDIO工程理念的课程教学改革．

2.1 课程体系的建立

基于CDIO工程教育理念，结合液压传动与控制这门课的知识体系，为培养应用型和创新型人才发展需要，理论与实践相结合．从理论到实践，从演示到设计再到创新，按照模块化设计重构课程教学大纲．理论课堂教学中，主要有4个模块，分别是流体力学模块（主要包括：流体静力学、动力学等）；液压元器件模块（主要包括：液压泵、液压执行元件、液压控制阀和液压辅助元件等）；液压基本回路模块（主要包括：压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸动作回路等）；典型液压系统控制模块（液压动力滑台液压系统、压力机液压系统等）．

在各个模块的教学中，基于CDIO教育理念，首先按照模块化的理论体系，结合相关的工程实例激发学生兴趣，进行课堂讲授，为后续的实验和实践创新打下坚实的理论基础．其次，每个模块学习完以后，学生画出各模块的思维导图，课程结束后，形成最终的课程内容思维导图．最后，走进实验室，理论与实践相结合，依据理论教学模块要求进行相关的实验内容操作．先由教师进行引导，然后学生根据相关模块知识点，根据实验目的和要求，进行实验项目构思、项目设计、项目搭建、项目运行（再创新）和项目评价，实现了从理论到实践的一体化的教学．

2.2 模块化课程教学实例

以液压基本回路模块为例，结合CDIO教学理念，建立相关的课程教学过程．

2.2.1 理论教学 液压基本回路模块主要包括：压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸动作回路等．每一种回路中又包含多种，如压力控制回路又包括：调压回路、减压回路、卸荷回路、增压回路和平衡回路等，而调压回路又包括单级调压、二级调压和远程调压等．知识点多，内容广，学生学习起来非常困难，很难掌握．所以在理论教学中，分别从回路的组成、结构、工作原理和性能及其相关的应用场合进行讲解，完善多媒体课件，收集、制作相关的视频动画，激发学生的学习兴趣．理论课程结束后，学生可以按寝室为单元或自行分组，总结本单元的内容知识体系，画出本模块的思维导图，并进行检查和评判．

2.2.2 实验教学 走进实验室，根据实验目的，提出实验教学要求．依据CDIO工程教育理念，结合本模块知识点，确定需要做和能够开展的实验项目有哪些，以及能达到的目标值是什么等．

（1）实验举例

首先实验教师根据理论教学知识模块结构和实验大纲要求，代表性的建立几个实验项目进行实验演示（从构思、设计、搭建、运行（提出要求再改进）和评价等方面入手），为后续学生动手设计做准备．以设计一个远程调压回路为例进行介绍，远程调压回路原理图见图1[8]．

根据图1远程调压回路，介绍回路的组成、结构、工作原理以及如何调压，为了实现远程调压，溢流阀1，2阀芯的调定压力必须满足的条件是什么．

图1 远程调压回路

借助实验室液压多功能综合测试实验台，结合远程调压原理图1，按照实验台的操作规程，搭建远程调压回路，经检查回路无误后，系统上电，进行远程调压．实验结果发现，当采用先导型溢流阀遥控口远程调压时，溢流阀1的调定压力必须大于远程调压阀2的调定压力时，才能实现远程调压，与理论内容完全吻合．最后，基于该液压回路，提出其他相关问题，如在该回路上进行适当的调整，如何实现单级调压、二级调压和多级调压；借助溢流阀1远程控制口如何实现泵的卸荷回路等．

（2）学生实践

根据液压基本回路模块知识点，结合理论课后学生绘制的模块思维导图，要求学生分别设计压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸动作回路的4种液压基本回路．分组进行，3人一组，首先构思所设计的回路完成的功能，根据功能设计液压基本回路，先小组讨论该液压基本回路是否满足功能需求，提交实验教师检查讨论，并进行引导，确定回路设计方案是否合理．然后根据本实验设计方案准备好实验中所用的元件，严格按照实验台的操作规程，结合设计方案提供的系统图合理组装．组装完成后，检查各点连接情况，经检查回路无误后，系统上电，进行实验运作，记录实验数据．本实验结束后，结合工程实际，若想在此回路上扩展其他功能，如何实现，如何在该液压回路中进行改进设计等．最后进行提问、总结和评价．

（3）实验评价

为了衡量学生的实验操作效果，实施实验考核和评估，制定实验评价标准，以进一步提高实验教学质量．实验考核主要从出勤与学习态度、设计过程、实验运行和实验报告等４个方面12个分项进行考核打分，考核结果作为本课程最终成绩的一部分．实验项目考核评分见表1．

表1 实验项目考核评分

3 结束语

根据学校的发展定位，为培养应用型和创新型人才发展需要，结合CDIO先进的工程教育理念，实现了液压传动与控制课程教学的改革．根据课程知识的结构特点，按照模块化设计重新规划大纲，对课程教学内容、教学方法及手段和实验、实践教学体系等方面进行了全面的改革．理论教学中，建立本模块的思维导图．实验教学中，结合相关模块知识点，根据实验目的和要求，进行实验项目构思、项目设计、项目搭建、项目运行（再创新）和项目评价，实现了从理论到实践的一体化教学．通过课程的教学改革，提高了学生学习的积极性和主动性，取得了较好的教学效果．

[1] 郑薇薇．基于CDIO 的创新型工程科技人才培养模式研究与实践[D]．大连：大连理工大学，2010

[2] 杨雪，王玫．CDIO 在数字电子技术教学模式改革中的应用[J]．南京工程学院学报：社会科学版，2010，10（1）：65-68

[3] 朱学军，张庆玲，李富娟，等．基于CDIO的机械电子工程专业实验教学探索与实践[J]．教学研究，2014（3）：104-106

[4] 梅怡，梁贵萍，林芸，等．CDIO教学模式在“液压与气压传动”课程教学改革中的实践[J]．贵阳学院学报：自然科学版，2014（4）：71-77

[5] 任永良，贾光政，王金东，等．基于FESTO气动教学平台的CDIO教学实践[J]．机床与液压，2014（10）：114-117

[6] 管志光，苗秋华．基于CDIO机械电子工程专业人才培养模式改革与探索[J]．中国现代教育装备，2015（23）：50-53

[7] 吕庆洲．基于CDIO的《液压与气压传动》课程教学改革与实践[J]．职业教育研究，2013（6）：84-86

[8] 刘延俊．液压与气压传动[M]．3版．北京：机械工业出版社，2015

Teaching reform of hydraulic transmission and control based on CDIO

CAO Chang-yong，ZHANG Xiao-dong，JIA Wei-jian

（School of Mechanical and Vehicle Engineering，West Anhui University，Lu′ an 237012，China）

To develop applications and innovative talents as the goal， combined with the concept of CDIO engineering education，the characteristics of hydraulic transmission and control course，described the necessity of teaching reform，proposed modular teaching tools and methods，combining experimental teaching，experimental project ideas，design，build，run（re-innovation）and evaluate，achieved the integration of teaching from theory to practice．The practice shows that the concept of CDIO engineering education，it can improve students′ enthusiasm，cultivate students to analyze and solve problems and design innovation，and achieve good teaching results.

CDIO；hydraulic transmission and control；teaching reform

1007-9831（2016）11-0088-03

TH137∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.11.024

2016-09-02

皖西学院教学研究项目（2016wxxy69）

曹昌勇（1978-），男，安徽贵池人，副教授，主要从事机械设计与工程测控方面研究．E-mail：ccy_7128@163.com