气动技术的理论与实践课程体系改革与实践

石岩+蔡茂林+陈晓磊+许未晴+贾冠伟

摘要：气动技术的广泛应用促使高等教育需要培养更多合格的气动技术人才。在培养技术人才的过程中，气动技术的教学、实践与真正的工程项目需求存在差距，因此本文依据工程项目训练方法，结合气动技术的理论与实践课程的改革与实践，在对学生的气动技术知识的传授和实践工程应用能力的锻炼方面，力争纠正目前教学实践中遇到的问题，并采用先进有效的课程评价标准，锻炼学生的认知能力、动手能力和发现问题解决问题的能力，启发学生的创新精神，使学生在整体上把握现代气动技术的工程实践能力，成为优秀的气动理论与工程技术人员。

关键词：气动理论与实践；改革与实践；项目工程训练；课程体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0111-03

一、引言

气动技术的机械动力源来自于空压机中的压缩空气，储存在压缩空气的能量进行着能量传送或信息传递，是流体传动应用和控制技术的主要组成部分，在现代的自动化工业生产和机械电子一体化的实现方式[1]。因此，气动技术的广泛应用就要求气动技术教学符合世界先进技术的发展潮流，使学生在积极主动的学习和理解基本概念、理论的前提下，循序善诱、按部就班的掌握和应用新气动技术。气动技术课程必须统筹兼顾、教学与实践相结合，采用优秀的人才培养方式，匹配社会技术发展的需求，切实解决气动技术教学和实践方面的问题[2]。

由美国的Massachusetts Institute of Technology（MIT），瑞典的Chalmers University of Technology、Link?ping University和The Royal Institute of Technology 4所工程技术高校共同发起和成型了CDIO教育改革理论。该理论以工业产品的整个生命周期为依托，在构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）的产品四个重要的周期内进行理论知识和工程技术方面的教学和实践活动[3]。产品的研发设计和工业生产离不开CDIO的理论指导。CDIO教育改革区别以往的教学方法是：教育教学始终贯穿于产品的生命周期内，在不同产品的工程实践中，逐步掌握基础工程知识，锻炼学生在工程实践中发现问题、解决问题的能力，同时引导学生优化新产品并逐步创新新产品，并认识工程技术对社会发展的重要作用，以及承担相应的社会责任和义务。CDIO理论和实践依据工程科技人才的培养和教育方式，培养符合创新型工程对于科技人才在各种产品的工程实践中弥补单一教学的缺点，培养优秀的创新型工程科技人员。同时，在具体的工程项目实施过程中，学生会融会贯通国际领先的工程创新理念，不断培养创新能力、分工协作能力、工程能力素质等。在目前实际的教学实践改革中，CDIO理论的工程训练项目教学法是提高学生工程素质的有力理论和实践指导[4]。我国高等工科教育的迫切任务是快速、有效地培养国际化的中国工程师，以适应国际化技术发展需求，国家制订的“卓越计划”就是在政策上指导培养方向和需求，因此依据CDIO理念，培养现代气动技术理论与实践的专业人员，并且针对相关课程体系重新优化设置与纠正现有实验状况，成为教育相关人员的当务之急[5]。

二、气动理论与实践课程现状及问题

1.气动理论与实践课程现状。气动技术具有安全、高效、便捷的实现途径和广泛的应用范围，满足在各种自动化生产线的应用。但对于机电学科的学生而言，气动教材学习课时有限，认识程度浅显，并与工业自动化的实际应用相脱节，所以学习与实践脱离，培养人才不合格[6]。气动技术的理论与实践学科知识独立，基本概念众多，学生在有限的教学课时内不易理解并完全掌握机械设计原理及电路控制技术系统概念，实际工程应用、操作实践能力的培养，使学生掌握有限的局部的气动相关设备的原理、装调、应用等气动专业的认知和动手能力[7]。动手实践内容多以验证性实验内容为主，采用整机固定式实验台，学生参照实验步骤指导书按部就班地进行动手实验，本质上都是依据实验步骤，几乎不进行思考的机械式模仿和采集实验数据，根据既定的结果撰写实验报告。纵观实验过程可以发现，学生实验基本上是按照实验步骤被动执行动手操作的[8]。由于实践条件不充足，实验学生数量多，动手实践的机会有限，因此气动技术实践教学效果不佳。同时，由于学生实践部分轮流操作，加之部分教師监督不力，部分学生学习实践意识薄弱，只求完成实验报告。气动技术实践环节与理论讲解各成一体，不能互补。教师依然采用先在课堂上讲授理论知识，再安排相应实验的教学习惯[9]。此外，气动技术理论与实践课程中的基本概念、工作原理复杂不易理解，元件种类及机械结构繁杂，同时气动系统工作过程抽象及复杂，等等问题都是气动课程教学改革的难点[10]。

2.气动理论与实践课程问题。目前，气动理论与实践课程中出现了以下问题：（1）现代气动技术的理论与实践实验过程中存在教学和实践分离、内容独立、学生积极性不高、主动性不强等问题；（2）现代气动技术的理论与实践的教学要求达不到，没有建设和完善气动实验项目教学中的内容，实验环境差；（3）基于项目训练的教学方法还有待完善和规范；（4）项目训练教学方法中的工程实践实验项目评估方法和手段有待改进；（5）为学生实践提供不了激发学生学习研究兴趣、优化仪器设备使用和设计、综合设计和操作能力提升的实验环境。

三、气动理论与实践课程体现的改革实践

在CDIO教育理念下，结合气动技术理论与实践课程，有计划、有步骤地实施优秀气动人才培养计划，对下列5个方面进行改革和实践并提出了气动技术理论与实践课程教学体系的改革和实践思路，依次为气动技术理论与实践课程体系改革、教学内容与方法改革、教学师资力量加强、实验室建设与实验管理及产学研合作。

1.气动理论与实践课程体系改革。加强学生对气动技术概念、原理、应用的理解，培养学生对气动技术实践课程的学习兴趣，增强学生气动技术应用能力的重要前提是建立满足气动技术发展要求的气动技术理论与实践课程体系，实现以学生为主体，以满足社会气动技术需求的目的，形成一套全面有效的气动技术教学和应用的教学体系。

2.气动理论与实践的教学内容与方法改革。在气动技术教学内容和方法的改革方面，突出基础理论知识传授，注重实践能力提高，运用启发式、互动式、趣味性教学手段，结合项目驱动式多层次、多目标的教学方法，使理论与实践成为相互统一的有效整体。在教学方式上强调项目驱动式多层次、多目标的教学方法，形成围绕项目、教师指导、学生实践为基本特征的新型教学改革和实践方法。

3.气动理论与实践的教学师资力量加强。教学师资力量的增强和教师自身科研能力与业务素质的提高是培养符合CDIO工程标准的优秀气动技术人才的保证。教育相关部门和学校相关机构，应制定相应的奖惩政策，鼓励教师积极拓展教学和改进实践方式，不断拓展教师自身的科研教学能力与教学工程应用范围。

4.气动理论与实践的实验室建设与管理。气动技术的实验设备使用和投入方面，根据气动技术教学知识的要求及新技术的发展方向及时的更换更新相关气动实验设备，满足学生对气动产品的理论、原理、机械结构等方面的认识以适应培养学生能力的要求；运用软件模拟仿真技术与应用实践结合的方式，使教师教学直观化和学生学习效果突出化，综合利用实验设施，提高实验设备的利用效率。完善实验室管理制度，排除实验安全隐患，使实验室设备的综合管理与使用安全高效。

5.气动理论与实践的产学研合作。气动技术理论与实践课程，以产学研合作模式为契机，兼顾企业、学生、学校三方利益，最终实现多方共赢的目标。结合各自的独特优势，实现强强联合的综合优势，以期望在气动技术的研究、开发、生产等系统工程中取得新的突破和技术改进。参照CDIO工程师培养标准，学生可选择去不同企业进行实习培训，并以企业实习项目为题完成毕业设计解决企业在实际生产过程中遇到的技术难题，而且可由实习企业和学校择优推荐，并给学生多种就业选择。最终，可以使产学研优势互补，使得学生在气动技术理论与实践方面，不仅在知识上深入理解并且在实践应用方面达到较高的应用水平。

四、气动理论与实践课程项目训练教学法的实施及评估

按照以下六个步骤实施及评估项目训练教学法，可以取得良好的效果：（1）项目任务：包括任务书（时间、人员、项目要求）、方案（项目实施步骤）。（2）项目评估：教师和学生或学生和学生对项目方案进行综合评估，明确项目目的。（3）项目计划：根据项目评估结果，学生明确自己在本项目中的工作内容和所要取得的成果，按照整體方案和各自的工作方案逐步实施。（4）项目实施：教师和学生依据项目方案进行项目实施，并根据项目中出现的问题，教师及时指导不当，学生及时纠正，记录并评价每个学生的工作量，达到实施与项目计划相协调。（5）项目成果：根据一定时间内，项目的实施完成后，学生对自己在项目工作中所取得的成果进行讲解展示，教师肯定学生成果的同时进行相关的指导。（6）项目评价：教师对学生的评价贯穿于整个项目的过程中，并根据每个学生在项目中所起的作用，即参与度、动手能力、协同合作、成果分析方面进行综合差异化评价。差异化评价的结果：一方面是教师对每个学生对项目整体把握的程度有更直观的认识，以便在将来的教学中加以改正；另一方面使学生对气动技术理论与实践课程的综合应用有了更全面的认识和理解，同时认识自己的不足和需要补充的相关知识。

项目训练教学法在气动技术理论与实践课程的评估，是对教师教学成果和学生学习效果的一种体现。教师和学生相互评价内容包括教师授课内容、学生的实践操作、项目协调、成果评定的综合表现，最终体现在工程项目训练的成绩上和学生的能力提高上。

五、气动理论与实践课程的项目训练教学法的意义

在气动技术理论与实践课程中，应用项目训练教学法的意义主要有：（1）突出学生在学习中的积极性。在项目训练教学的过程中，学生融会贯通基础理论和项目实践中的理解，增强学生对气动技术的兴趣，提高学生主动学习的积极性，改变原有效率低的教学模式和学习方式。（2）增强统筹规划的能力。在项目训练教学的过程中，学生作为项目的执行者，要高效完成项目训练的任务，其在项目的不同阶段发挥着不同的作用并锻炼相应的能力，如已有知识的归纳总结与应用、计划项目的实施、遇到问题解决问题的方法和步骤、组织协调等。（3）个性化教学。在项目训练工程中，学生的能力和项目难度的差异是普遍存在的，这就需要教师根据学生的特点和所掌握知识的程度，对项目进行差异化分配，力争使学生在每个项目中能够查缺补漏，得到全面的补充和提高。（4）综合能力提高。项目训练教学法的最终目的是培养学生运用所学知识，在项目中遇到问题，分析问题解决问题的能力和态度。学生通过对所遇问题的综合分析，一方面巩固和扩充了基础理论知识，另一方面动手实践能力也得到了锻炼。

六、结论

本文以气动技术理论与实践课程为出发点，分析了气动技术理论与实践课程的现状和遇到的问题，采用项目工程训练方法培训高端工程技术的国际人才。对气动理论与实践课程体系改革、教学内容与方法改革、教学师资力量加强、实验室建设与管理、产学研合作进行分析，并以项目训练教学法的实施、评估及意义进行了详细的阐述。因此，气动技术理论与实践课程的项目训练教学法解决了目前教学实践课程效果不佳的根本问题，启发了学生的创新精神，同时使学生的综合能力和素质得到了提高和锻炼，满足了社会对气动技术人才培养的需要，应普遍推广和实施。

参考文献：

[1]SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术[M].机械工业出版社，2003.

[2]蔡茂林.现代气动技术理论与实践[J].液压气动与密封，2007，（02）：44-48.

[3]"CDIO Collaborators". Retrieved December，2011，（28）.

[4]http：//www.cdio.org/cdio-collaborators/school-profiles

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[6]贾光政，王金东，杨松山，等.液压与气动实验教学模式的探讨[J].机床与液压，2007，35（2）：151-152.

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[10]卢志芳，於红梅.基于FluidSIM软件的液压传动系统仿真实训教学探索[J].职业教育研究，2013，（2）：168.