“液压与气压传动”的CDIO渗透教学改革研究

许明+陈国金

摘要：针对工科机械类本科专业的“液压与气压传动”教学现状的不足，提出了课程的CDIO渗透教学改革方法，从基于CDIO的课程内容的改革和优化、研讨式教学方法、三层次综合实践环节、课程考核方式改革等方面来具体推进，取得了较为显著的教学效果提升。

关键词：液压；CDIO；研讨；实践；

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0115-02

一、课程教学中存在的问题

“液压与气压传动”是机械类本科学生的一门重要专业基础课，而且和工程实际技术的联系十分紧密，能够直接学以致用。目前，本课程在教学方面存在的主要问题有[1-6]：①教学内容与方法上与工程教育存在欠缺。液压气压传动元件种类繁多，结构复杂以及工作过程抽象，学生的学习兴趣不足，单向灌输式教学效果不理想。②缺少设计性和开放型实验，学生的工程系统设计及调试能力不足。由于液压实验设备的价格一般比较昂贵，很难有完整的实验环节，现有实验也基本上是验证性实验，这对学生理解和掌握液压气压传动技术增加了难度。③课程的教学效果评价和考核方式不合理，以理论学习为考核重点，脱离了工程教育的培养本质。由此可以看出，“液压与气压传动”传统的教学内容与课堂讲授方式已不能满足对学生工程素质能力提升的需求，为此，课题组基于CDIO工程教学理念构建课程体系，并结合MOOCS特点，明确构思阶段、设计阶段、实施和操作阶段的具体教改内容和形式，进行课程的CDIO渗透教学改革和实践。

二、“液压与气压传动”的CDIO渗透教学改革

（一）基于CDIO工程教育的课程内容优化

在课程理论教学内容的组织方面，区别于以往追求课程体系的系统性和完备性，而将CDIO工程教育模式下工程能力培养的要求应用到课程中，以突出培養学生的理论和工程实际应用能力为主。根据CDIO工程教育理念，考虑课程内容的特点，将教学内容模块化为六部分[4]：①流体力学基础；②动力元件及辅件；③执行元件；④控制元件；⑤基本回路；⑥系统分析与设计。

在六个模块的教学中始终贯穿两条主线，首先是按液压气动系统的构成原理：元件→回路→系统；其次是学习递进的过程：概念→原理→应用。在液压气动元件的学习研讨和回路分析中突出压力和流量两个要素的功能，使学生在系统设计环节注重“两个要素”与负载工况的匹配，有利于学生快速地设计出合理的液压气动系统。并且从工程应用的角度，一方面引入“电子技术”、“机电传动与控制”、“机械工程控制基础”等相关课程所学知识，将这些相关课程有机联系起来，构成工程系统的整体，培养学生的全局意识。另一方面，使得学生明确学习相关课程的必要性，增强学习的主动性、积极性和联系性，从而提高课程的教学质量。

（二）实施研讨式教学方法，优化教学过程

实施翻转式课堂教学，将理论教学改革为研讨式教学方式，并且让研讨式环节贯穿课程始终。在课程开始前，教师将“液压与气压传动”相关知识点制作成微视频，并连同课程课件、研讨思考题在学校的网络教学平台上发布。研讨思考题是为了引导学生在观看教学微视频及自学过程中，带着问题学习相关内容，有的放矢，提高自学成效。课堂环节上，注重理论知识的研讨，注重自学和互学，实施主讲、补充、相互提问和教师补充的课堂研讨教学模式。尽管“液压与气压传动”课程的知识点很多，但是其众多元件的原理一般都不太复杂，学生在课前自学基于三维爆炸图和Flash动画直观演示的泵、缸、马达、控制阀等元件以及系统，课堂上则是知识点和工程应用的研讨，通过研讨让学生加深课前自学效果。

（三）加强实践教学环节，培养学生的实践能力和创新意识

将CDIO工程教育理念应用于本课程的实践教学中[4-6]，以培养学生的工程实际应用能力为“核心”，将教师科研实验室和实验台向学生开放，构筑“构思（Conceive）—设计（Design）-实现（Implement）-运作（Operate）”与学生认知能力培养的“基础—提高—创新”模式的协同体[4]，在课程的实践环节中，构建以基础性实验、设计性实验和开放型实验构成“三个层次”的实践，并逐渐减少验证性实验，加大设计性实验和开放性实验的比例，使学生能“看中学”、“做中学”、“用中学”[4-6]。与此同时，在这三个层次的实践环节中，学生被分组形成多个小组，小组成员之间通过实践环节中的合作与交流，培养协作精神和交流沟通能力，并且能够调动每位学生的课程实践参与性。

尽管实验教学设备即科研实验台已基本能满足一般实验要求，但毕竟还是有限，学生真正动手的机会还是不多。为此，借助液压虚拟仿真平台FluidSim、AMESim，一方面进行液压元件和基本回路性能的测试仿真，另一方面进行开放型实践项目的虚拟仿真。虚拟仿真平台补充了教学实验资源的数量不足，避免了实际实验过程中的安全隐患，而且还为学生提供了一种“所见-所得”的低成本学习方式，帮助学习理解课程内容，掌握知识和技能。

（四）课堂教学效果评价及课程考核方式改革

课程评价及考核的最终目的是为了学生能够更好地对课程内容进行吸收和利用。实施翻转课堂的教学改革，实现以教师为中心到以学生为中心的转变，采取视频任务点完成率、课前思考题的答题情况、课堂研讨成效等方面来衡量学生在学习本课程时所取得的进步，以及所存在的问题。同时在整个翻转课堂教学的实施过程中，需要不断地加强学生的情况反馈，从而不断对翻转课堂研讨内容及方法进行修正。实施翻转式课堂教学，改革课程考核方式，改革后的课程成绩计算模式为课堂研讨课成绩占30%，实践项目成绩占30%，期末考试成绩占40%，平时成绩已经占到大部分，纠正学生的“为考试而学习”的错误观念。

三、教学改革的实施效果

“液压与气压传动”的CDIO渗透教学改革涵盖课程的内容体系，教学方法，实践教学以及评价考核等方面。该项改革已经在两届近100名本科生中实施，实践表明对学生的工程能力的培养起到了较好的促进作用，可以在“液压与气压传动”课程教学中加以采用，并且为其他专业课程的教学改革研究提供思路的借鉴和参考。

参考文献：

[1]张丽春，武佩，张云等.“液压与气压传动”精品课程建设研究与实践[J].高等教育研究，2008，25（4）：70-72.

[2]吴海荣.“液压与气压传动”课程设计性实验的探索与实践[J].实验室研究与探索，2014，33（11）：201-204.

[3]梁云峰，丁璞，祝爱萍.《液压与气压传动》课程虚拟实验的开发与实现[J].流体传动与控制，2014，（6）：52-56.

[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），2014，9（4）：71-77.

[5]吕明珠.虚拟仿真技術在液压与气动实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2015，32（4）：144-146.

[6]李晶，王保建，李小虎.液压与气动技术实验教学改革与实践[J].实验室科学，2016，19（1）：92-95.

Abstract：Aiming at the disadvantage of teaching status in the course of "hydraulic and pneumatic transmission" for the undergraduates major in Mechanical Engineering，the CDIO infiltration based teaching innovation is presented. There are four steps to carry the teaching innovation forward：CDIO based reform and optimization of the course content，seminar teaching method，three-level comprehensive practices，and the course assessment methods. The proposed CDIO infiltration based teaching innovation has shown a marked effects to the teaching performance.

Key words：hydraulic transmission；CDIO；seminar；practice；