面向工程教育模式的专业实训课程教学改革研究

2017-08-07顾琪

职教通讯 2017年21期

关键词：气压传动液压

顾琪

顾琪

介绍了CDIO工程教育理念和FluidSIM软件，在CDIO工程教育理念下，结合FluidSIM软件，进行了“液压与气压传动技术”课程的实训改革。通过双向调压回路教学实例，展示了教学过程，激发了学生学习兴趣，提高了教学效果。

高职；液压与气压传动技术；实训课程改革；CDIO；FluidSIM

“液压与气压传动技术”课程是高职院校近机、近电大类专业的一门必修专业基础课程，该课程既涉及机械基础、电子技术、控制基础等基础理论课堂教学，又涉及学生动手应用实验实训；既涉及培养学生相关流体理论知识和逻辑技能，又涉及培养学生工程实践和知识应用能力。鉴于该门课程内容的重要性和复杂性，国内已有众多学者对课程进行了颇有效果的教育教学改革研究和探索。[1]当前，随着经济技术的飞速发展，社会对高素质、技能型创新人才的需求更显迫切，这就要求高等职业院校不断探索创新人才培养模式，推动实训课程教学改革。

一、CDIO教育理念和FluidSIM软件简介

（一）CDIO教育理念

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate，构想、设计、实施、操作）是20世纪90年代末由麻省理工学院等诸多知名院校创立的现代工程教育模式。它涵盖学生工程能力教育和培养中关键的构思、设计、实施和操作等全过程，是一种以适应社会高素质、技能型人才需求为培养宗旨，以锻炼学生理论知识学习、系统工程技术能力、创新和团队沟通协作精神为教学目标的新型课程教学模式。[2]

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是当前高等工程教育的一种新型教育模式。它以构思、设计、实施及操作四个环节全过程为载体来培养学生的工程能力，构建以培养学生现代工程环境下赖以生存和成长的学习能力、创新能力、团队协作精神、交流沟通能力和工程系统能力为核心的教学目标。CDIO将教学内容与工程实践紧密联系，构建创新人才培养的环境，激发学生的创新意识和创新能力，以满足社会对工程人才知识结构和素质能力的需求。将CDIO模式贯穿于“液压与气压传动技术”课程教学过程中，可以有效解决学生在该门课程中出现的学习困难、缺乏系统思维和实践操作等问题，从而将传统课堂的填鸭式教学，转变为学生自我主动构思、设计、实施和操作学习的过程。

（二）FluidSIM软件简介

FluidSIM软件是由Festo公司和Paderborn大学联合开发的一款著名的“液压与气压传动”教学软件。该软件主要用于完成液（气）压系统图的设计与绘制、检查、仿真并实现回路动作。同时，学生在回路或系统设计时可以参考软件内部的元件说明，自主学习元件工作原理和使用方法。Fluid-SIM软件除了可以实现可视化的液（气）压回路，还能自行设计电气控制回路，并对这些电气回路进行开关动作演示。[3]

将FluidSIM软件运用到“液压与气压传动技术”课程的教学已流行多年，但教学过程往往注重现有传统的液（气）压回路或系统仿真。在Fluid-SIM软件平台上，贯穿CDIO工程教育理念，不仅可以调动学生学习的主动性、提高其学习兴趣，而且更为重要的是培养了学生在构思、设计、实施、操作过程中的系统理念和团队创新协作精神。因此，基于CDIO的“液压与气压传动技术”课程FluidSIM教学，可以加强学生对液压与气压传动的理解，培养其实践操作能力。

二、实训课程改革

（一）教学方法设计

随着目前信息化教学手段的不断完善，“液压与气压传动技术”课程的教学方法也日新月异，图表、动画、三维剖视图以及多媒体教学已在日常教学中广为采用。基于CDIO的“液压与气压传动技术”课程FluidSIM实训教学方法设计主要包括三个方面。

1.以项目为导向，实施基于问题的教学法。高职院校机械大类学生一般缺乏理论学习热情，但是，他们喜欢也擅长解决一些工程实际问题。因此，在课程项目化教学之前，教师应提前布置具体课程的项目任务，提出课堂学习需要解决的实际问题，比如：为什么生活中大家用软管浇菜地时，捏紧出水接口，此时水流会变得很急，喷射的距离会更远？此时用水会变得更快吗？带着这些具体问题，引导学生学习液压传动压力和流量之间的关系，可以激发学生学习热情，教学效果也更好。

2.以问题为切入点，实施CDIO教学法。将学生进行分组教学，抛出教学任务问题单，引导学生参与讨论，并分组进行回路构想、系统设计、仿真实施和实验台操作验证。教师在此过程中，关注学生遇到的问题，当遇到“难点”“结点”时，及时解释并引导学生解决问题，最终完成学习任务。

3.以信息技术为支撑，实施课上课下多元立体教学。将教师参加各级各类信息化教学大赛的成果，运用到教学实践中。运用网络APP实现课程任务发布、课堂问题集中整理、课后留言板互动讨论等多形式、全方位教学，并对各小组学习成果实现网上互评。

（二）教学内容改革

基于CDIO工程实践教育理念，根据学生专业认知规律，开发“液压与气压传动技术”课程实训内容。根据高职院校学情特点以及专业培养核心内容，构建“构思、设计、实现、运作”依次递进的实践内容。整合课程内容为基础知识、动力元件、执行机构、控制机构、基本回路以及实践应用六大模块。在各大模块中穿插元件三维结构模型及实物拆装、Flash动画、透明教具演示、基本回路搭建以及系统回路设计、软件仿真、测试等。通过对学生全方面、多层次递进的训练，培养学生专业知识以及动手实践、团队合作等工程能力，达到课程教学与专业能力培养的目标。如图1为基于CDIO模式的“液压与气压传动技术”实训教学。

图1 基于CDIO模式的“液压与气压传动技术”实训教学

（三）教学实例分析

在液压与气压传动实践教学中，液压基本回路知识是学习该门课程的重点。不同类型的液压基本回路可以实现不同的功能，可以说，任何复杂的液压系统都是由实现各种功能的基本回路组成的。在各种功能的基本回路中，调压回路的学习往往是学生学习的难点。通过CDIO模式教学，可展示双向调压回路的教学实施过程。

图2 双向调压回路

1.布置教学任务，如图2所示，提供一张典型的双向调压回路图，让学生课前复习。

2.在课堂教学实施过程中，通过对该双向调压回路基本工作原理的讲解，对学生进行分组训练，并要求学生运用FluidSIM软件搭建回路仿真系统，如图3所示。

图3 FluidSIM软件搭建双向调压回路

3.学生通过对自己搭建设计的系统进行仿真，小组成员共同找出并解决过程中的问题，最后通过液压实训平台分组搭建系统回路，通过实验验证系统。如图4所示。

本文将CDIO工程教育模式应用到“液压与气压传动技术”课程的实践教学中，结合FluidSIM软件，构思多样化的设计方案，实现各种功能的系统回路，并在软件和实验平台上进行仿真和验证。CDIO模式的应用，既能极大地提高学生学习的主动性，更从构思、设计、实施以及操作全方位培养了学生的职业技能，提高了教学效果。