流体力学与流体传动课程复杂工程问题能力培养的探索与实践

毛文贵 卿上乐 胡竞湘 关跃奇 李建华

摘要：为适应工程教育要求的复杂工程问题能力的培养。本文针对《流体力学与流体传动》课程传统教学模式存在的问题，阐述“大班授课+小组项目式教学”在《流体力学与流体传动》课程中的实施方案及实施过程。通过实践检验，该教学模式有机结合理论教学与实践教学，充分发掘学生的创造潜能，调动其学习积极性，提高学生解决复杂工程实际问题的综合能力。

关键词：工程教育认证；复杂工程问题；“大班授课+小组项目式教学”；流体力学与流体传动

中图分类号：TH122文献标识码：A

随着高等教育由“精英教育”向“大众化教育”发展，就业形势严峻。如何将社会的各种需求体现在人才培养的各个环节中，是教育界和工程界关注的重点。教育部2006年启动的“工程教育专业认证”强调课程培养能力要具有解决复杂工程问题的能力。教育部于2010年启动了“卓越工程师教育培养计划”，体现逐步树立“能力本位”的教育理念。其目的是培养应对复杂工程问题具备较强创新能力和工程技术素质的高质量工程技术人才，增强人才培养的社会适应性。工程教育专业认证背景下，全国各院校都在积极探寻适合工程教育的教学模式，探索适应企业人才需求的教学内容和教学方法的改革[13]。但目前企业从产品质量、管理成本和安全性考虑，不愿意接受学生实习；学校课程的教学偏重于理论知识的传授，内容与当代的工程技术之间脱节，学生实践能力相对较低。因此，改善高校现有的教学模式，完善工程教育的弊端，是当前基于复杂工程问题解决的能力驱动培养要解决的主要问题。

流体力学与流体传动，是工业动力传动与控制技术的重要组成部分，在汽车、钢铁、土木水利等国民经济的各方面都得到了非常广泛的应用。工程教育专业认证要求流体力学与流体传动课程借助学习，明确其基本原理和结构组成，在实践应用中实现对回路的合理设计，学生具有设计满足特定需求的机电液综合的复杂工程问题的能力。但学生在课程的学习中存在许多困难，如元件结构复杂、工作过程抽象等。在教学环节上，侧重于理论的推导和论证过程的講解，没有突出工程应用和解决问题的能力和方法。近年来，随着知识的不断更新，数字化、信息化与各传统学科结合紧密，教学内容新增许多元件、控制方法，如电液伺服阀、数字泵等。与此同时，课程体系改革新增许多新课程，导致学时缩减。在课堂信息量大、课时少的现状下学生对基础理论掌握不扎实，不能融会贯通，更谈不上具有理论联系实践的应用能力。研究者围绕提高解决复杂工程问题的创新精神与实践能力提出了许多教学改革：芮宏斌[4]构建技能训练与能力培养相结合的教学内容和实验训练，促进学生创新意识和实践能力提高。钱鹏飞[5]采用“先感性接触，后实践实验，再理论论证”的模式，激发学生兴趣，提高学习效率。但总的来说，现有的教学改革趋向是使课程教学模式中学生的主体作用得到应有体现，增加学生复杂工程问题的训练机会，使学生的创新精神和实践能力获得提高。

1 “大班授课+小组项目式教学”教学模式

“大班授课+小组项目式教学”的教学模式是属于整体引导和个体指导相结合的有效形式，有利于达到教育效率和效果统一，培养具有健康个性的学生[6]。“大班授课”，师生聚集一堂，教师以讲授理论为主，把握课堂的重点和教学难点，针对学生中的一些共性问题，传授理论知识和方法，形成浓厚的学习氛围，大班授课是实现整体引导的有效方式。“小组项目式教学”将学生需要掌握的知识点集结在一个或多个项目中，以项目为基础，以学生为中心，以小组完成项目和讨论为形式，在教师的指引下，开展教学，学生的自由个性可以得到充分的尊重和发挥，复杂工程问题解决的能力能够得到锻炼和提高。

2 基于解決复杂工程问题能力的培养，构建“三能力”教学模式

基于“大班授课+小组项目式教学”教学模式，针对流体力学与流体传动课程解决复杂工程问题能力的培养，构建“三能力”教学模式，如图1所示。

2.1 大班授课整体引导流体传动技术复杂工程问题解决的专业基础能力

流体传动技术本身是一个机电液综合的复杂系统，大班授课时进行教学设计。针对工程教育认证对本课程的要求、机械行业的最新发展，研究其知识框架，对教学内容进行整合，体现流体力学与流体传动领域最基本和最核心的共性知识；分析其重点和难点，针对重要理论尤其是学生不容易理解的理论以问题导入法、启发式教学法、案例教学法和实验项目教学法等教学方法树立学生的自信心及对课程的兴趣；对大班课堂进行教学设计，搜集图片、视频等实施情景教学、“讲、练、演”的教学等将完整的流体传动设计思维方式和方法展现出来，使学习积极性得以最大程度的发挥。大班授课使学生获得复杂工程问题解决的专业基础能力驱动培养，为将来走向社会打好坚实的流体传动技术基础。

2.2 小组项目式教学个体指导流体传动技术复杂工程实际问题解决的工程应用能力

为培养应用型技术人才，获得复杂工程实际问题应用能力培养，流体力学与流体传动课程教学应当与相关的企业需求相结合，实施项目与教学的整合、专业理论与企业实践的整合。引入企业课题，在教学中关注企业活动和最新研究成果，模仿企业项目情景设置（系统可行性论证、初步设计、技术设计和详细设计），使学生通过各种形式参与项目。研讨形式既可在大班授课中进行，也可在课程设计中进行，着重培养学生的创新能力和实践能力。以实践中的问题进行综合性训练，指导学生完成从简单液压回路到复杂液压系统再到具体工程实际液压系统全过程的训练和研究，提高学生系统设计能力、分析问题和解决问题的应用能力，培养学生的工程设计意识；教学方法上采用启发式、问题式和讨论式等多元化研讨教学方法，围绕项目来组织教学，采用先进的教学手段和现代教育技术，继承传统教学手段的精华，建立计算机辅助教学系统；遵循学习过程评价和教学目标管理相结合的基本原则，考核评价从以知识测量为主转向以能力测量为主，改变单一书面考核方式。

2.3 校企联合教学培养特色行业流体传动技术复杂工程实际问题解决的职业能力

为培养学生具有行业特色复杂工程实际问题解决的职业能力。实施课堂内与外的整合，以校企合作为驱动，以开放项目教学为载体，以培养学生的工程能力和创新思维能力以及综合运用所学理论知识解决机械行业复杂工程实际问题的职业能力为目的，将大班授课和小组项目式教学有机结合，实行企业老师讲授流传力学与流体传动在特色行业中的应用及存在的问题，小组讨论解决方案，再大班交流，形成讨论前充分准备，讨论中正确引导，讨论后总结提升的流程，把“大班授课+小组项目式教学”教学模式贯穿于社会实践中。积极尝试开设校企联合项目研讨课，让学生体会知识在工程实践中的应用，培养学生分析问题和解决行业特色复杂工程实际问题的职业能力。

3 “大班授课+小组项目式教学”教学模式的实施过程

本文以教学情景—方向控制回路为例进行说明。实施步骤如下：

步骤一：“大班授课”。方向控制回路中，液压元件有液压泵、液压缸、溢流阀、换向阀。 首先用视频引导学生观察机床工作台能够不同方向移动引入方向控制回路的概念。说明机床工作台液压传动系统里的组成元件。逐一破解各组成元件，对已学的元件用图片和动画回顾，对新增换向控制调节元件—换向阀用多媒体和动画讲解这些元件的结构和工作原理，通过比较法，让学生总结几种不同换向阀的特点。再结合设计方向控制回路、分析各液压元件在回路中的作用，告诉学生如何实现液压缸的换向、从设计中强化新课重要内容。让学生获得流体力学与流体传动中换向回路的专业基础能力。

步骤二：“小组項目式教学”。将一个班分为若干小组，每个小组约6人左右。针对机床动力滑台应用场合及给定各方向运动的具体行程，要求学生设计其换向回路。并每组一个代表上台讲解。最后老师根据机床的应用场景分析各回路的优缺点，如手动换向回路操作简单但换向精度和平稳性不高；电磁换向回路使用方便，易于实现自动化但换向时间短，冲击大。并让学生课后对机床动力滑台实行的换向功能进行了哪些改进作企业调研，并提交调研报告。培养学生对不同换向回路结合工程实际的应用能力。

步骤三：“校企联合”。请企业老师讲解机床动力滑台换向回路的实际设计流程和应用时的注意事项，在回路设计中怎么处理。再让学生给合自己的调研报告，上台讲解自己设计的回路，由企业老师和任课老师点评。从而培养学生复杂工程问题的职业能力。

坚持当堂检测，联系实际应用，及时教学反馈。“大班授课+小组项目式教学”教学模式较好地解决传统教学模式中存在的理论知识与复杂工程问题应用在知识上的不连贯与不衔接。绝大多数学生普遍认为，这种教学方法将抽象理论形象化，空洞内容具体化，更容易接受，学生的参与性和学习积极性都较高。在工程实践中，学生对新知识的理解能力增强，动手能力得到提高，职业技能得到训练，学生学习目的性增强。

4 结语

通过在《流体力学与流体传动》课程中推行以“大班授课+小组项目式教学”的教学模式。通过对专业理论与企业实践的整合、课堂内与外的整合来优化教学内容，进行具有实际操作可能的课程教学设计。大班授课整体引导、小组项目式教学个体指导来探索与实践流体力学与流体传动课程基于复杂工程问题解决的能力驱动培养。强化了工程素养培养，改善了学生与企业的融合，提高了应用型本科院校学生解决复杂工程问题的专业基础能力、工程应用能力和职业能力，有助于促进高等教育人才培养质量的提升。

参考文献：

[1]贾卫平.工程教育认证背景下的应用型机械类人才工程能力培養体系的构建[J].2015， 32（1）： 3840， 47.

[2]张孝，熊翔. “政府+企业+学校”共建背景下工程机械专业人才培养的创新与实践[J].长沙铁道学院学报（社会版）， 2012， 13（2）： 245246.

[3]唐勇奇，黄绍平，刘国繁，等.校企合作培养“卓越工程师”[J].教育探索，2010， （12）： 7174.

[4]芮宏斌，周春国，高峰.以“卓越工程师教育培养计划”促进“液压与气压传动”课程教学改革实践[J].液压与气压，2012，6：9295.

[5]钱鹏飞，谢方伟，王存堂，等.《液压与气压传动》课程中气压传动的教学探讨[J].科技与创新， 2017， 3：135.

[6]刘献君.大班授课+小班研讨教学模式改革[J].中国大学教育， 2017，2：1924.

作者简介：毛文贵（1975），女，博士，副教授，从事机械设计及理论。