现代职业教育体系建设下液压与气动控制课程综合改革研究

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(1.苏州大学 应用技术学院, 江苏 苏州 215325； 2.苏州大学 机电工程学院, 江苏 苏州 215137；3.张家界航空工业职业技术学院 航空制造工程系, 湖南 张家界 427000；4.宁波美凯乔尼克自动化技术有限公司, 浙江 宁波 315000)

引言

建设适应经济发展需求的现代职业教育体系是“十三五”期间我国职业教育的主要任务，为了加快推进江苏省现代职业教育体系建设，打破制约技术人才培养的“天花板”，搭建中、高职及应用型本科人才贯通培养的“立交桥”，探索应用型人才培养新机制，江苏省教育厅启动了“江苏省现代职业教育体系建设试点项目”[1-2]。 随着项目的推进，我院开展的国家示范性职业学校中等职业教育与应用型本科教育“3+4”分段培养合作项目已经逐步走上正轨。为了完善中职与应用型本科试点项目课程体系衔接，提高“3+4”试点项目的教育教学质量，探索适应生源变化引起的人才培养新模式已经成为我院专业建设面临的一项重要任务。

液压与气压传动技术广泛应用于工程机械、汽车等各行各业，是自动化技术不可缺少的手段[3]。液压与气动控制课程是机械类专业的核心基础课程之一[4-6]，具有很强的实践性。为了进一步培养学生的实践能力、工程意识、创新精神，整合校企资源，探索新形式下以能力培养为中心的液压与气动控制课程体系迫在眉睫。本研究以提高机电“3+4”学生对液压与气动控制课程的理解与应用为目的，基于生源特点，分析了传统液压与气动控制教学中存在的问题，从教学内容、教学方法、考核评价方式等方面介绍了课程的改革与实践。

1 生源分析

“3+4”分段培养合作项目生源来自中职段学生[7]，中等职业教育与普通本科教育分段培养项目招收学生的中考成绩需达到当地四星级普通高中录取分数线，与传统中等职业学校学生相比，“3+4”项目有较好的生源基础。与普通高中生源相比“3+4”分段培养的中职段学生在中等职业学校除了文化课程学习外还进行了专业基础课程的学习，有一定的专业基础。并且，中等职业教育注重实际动手能力的培养，因此学生具有良好的操作技能。但是“3+4”分段培养合作项目生源学生的数学、物理等基础学科相对于普通高中生源略显薄弱，在液压与气动控制课程学习中，涉及公式理论部分学习难度大。图1为机电普高班和机电“3+4”高等数学和普通物理学的成绩，机电普高班的同学高等数学(上)、高等数学(下)、普通物理学(一)、普通物理学(二)的考试平均成绩分别为75.60， 77.48， 68.97， 68.40，机电“3+4”的学生分别比普高班的学生低18.09， 20.98， 20.95， 19.37，可以发现机电“3+4”相比机电高考班的同学基础较差。另外，“3+4”分段培养合作项目生源学生思维较活跃，有利于课堂开展师生互动，但是部分学生自我约束力较差。为了提高应用型人才培养质量、加强学生能力的培养，探索适合“3+4”项目生源学生的液压与气动控制教学改革势在必行。

图1 机电普高班和机电“3+4”高等数学和普通物理学考试平均成绩

2 液压与气动控制课程教学内容改革

传统的液压与气动控制课程学时为54课时，其中包含9课时实验。以理论教学为主，以验证性实验为辅。以教师为主导、以教材为中心，按照教材的章节顺序讲授知识。液压传动基础知识、动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、基本回路、典型系统环环相扣、依次讲解。课程理论教学内容偏多，学生理解困难，而且技术发展日新月异，传统教材知识具有一定的滞后性，封闭式的教学内容无法跟上时代的步伐[8]。

课程教学内容的改革是课程建设的核心，工程教育要将培养契合企业实际需求的工程科技人才作为目标[9]。为了加强学生工程实践能力、创新能力的培养，需根据学生认知规律，以企业需求为导向重组教学内容[10]。将液压与气动控制课程学时设为72课时，其中理论学时、实验学时各占一半。合理删减章节中晦涩的公式推导、加强知识应用能力的培养，通过校企师资混编深度融合，共同开发教材，引入工程实例、增加创新设计性实验环节[11]，实现人才培养与社会需求无缝对接。

3 液压与气动控制课程教学方法改革

3.1 融入STEM跨学科整合思维的项目式教学探索

工程教育的目的，在于培养学生运用数学、科学、基础性和专业性技术知识解决复杂工程问题的能力[12]。因此，需要改变以传统教材章节为基础的知识结构组织模式，契合企业的实际需求引入科研、生产工程实例。将人才培养理念从原来的知识学习转换成以产出为导向(Outcome-Based Education，OBE)，以CDIO能力培养作为具体学习产出目标，通过项目式教学法，面向工程创新、新产品开发全周期的要求来培养高层次应用型人才[13]，提高学生的工程应用、创新创业能力和跨界整合能力，以支撑和引领新经济的发展。

项目式教学的核心就是项目，项目的设计需要一定的广度和深度，同时还要与生产实际相结合，才能够适应当前社会对跨学科工程科技人才的需求。如何设计与实际生产实践相对接、具有一定跨学科广度和深度的项目，是目前在项目式教学中面临的实际问题。在液压与气动控制课程改革中通过借鉴STEM(Science-Technology-Engineering-Mathematics)教育思维开展项目设计， STEM并不是这4个学科的简单叠加，而是强调多学科的交叉融合、形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神和实践能力。构建融入STEM跨学科整合思维项目的过程中，需要组建一个高水平的校企混编项目建设团队，共同建设具有一定广度和深度的STEM跨学科项目库。在该团队中，需要校内多学科专业教师的参与，构建综合运用多学科知识的项目；也需要企业行业技术专家、优秀工程师的参与，不断引入企业实际面临的跨学科复杂工程问题。

在培养工程实践能力、创新能力、跨界整合能力的目标下，必须将教学项目围绕科学、技术、工程和数学开展跨学科教学分析、教学设计。图2为融入STEM跨学科整合思维的项目设计模式，在整个过程中，均需专业教师和企业指导教师全程参与，在任何一个阶段发现存在的问题都需修改完善，实现持续改进，使教学项目的广度和深度符合人才培养目标。

图2 融入STEM跨学科整合思维的项目设计模式

液压与气动技术已成为在包装设备、自动化生产线等柔性制造系统中不可或缺的实现手段。如图3所示，以工业中常见的工件自动分类入库系统项目为例，该项目融合了气动、机械装配、电气、传感器、PLC控制、伺服驱动、位移传感器、模拟测量等多项技术。从元件的组装到系统的编程调试、设备维护和排故，需要学生综合运用科学、技术、工程和数学知识去解决问题，通过该项目的教学实践，进一步提升了学生的系统研究开发和机、电、气一体化综合运用能力，也锻炼了学生思考问题、解决问题和跨学科整合知识的能力。

图3 工件自动分类入库系统

3.2 基于蓝墨云平台构建三位一体的立体化教学法实践

传统填鸭式的满堂灌已经不适应学生的发展，为了配合项目式教学改革的顺利进行，有效补充理论课时大幅压缩带来的不利影响，基于蓝墨云平台构建课堂、云平台、现场三位一体的教学模式是提高人才培养质量的有益尝试。

1) 课前推送资源

为了保证项目式教学的高效开展，教师在课前一周整理、推送相关学习资源，视频、课件、动画、网页链接、论坛等，同时发布相关测验，及时了解学生知识掌握情况。学生通过线上学习后需整理知识点和疑问，带着问题进入课堂预留的讨论环节参与互动。通过课前的线上学习，了解了课堂教学项目所涉及的基础知识，有效的提升了课堂效率。

2) 课堂发布任务

在讨论答疑、梳理重点知识后，教师发布任务，以全自动纸盒折叠机项目为例。为企业定制一台能连续工作的纸盒折叠机，该全自动纸盒折叠机适用于对冲裁好的平面纸盒进行折叠，形成立体包装盒，采用自动上料、自动折叠、自动下料，要求运用气动控制等相关技术完成本项目。学生按学号分10人/组进行方案构思设计与讨论，教师了解每个团队的设计思路、给出意见、随时解答学生的问题。

3) 课后完成设计

理论课每次安排3课时，在本次课的最后，每组学生做完初步方案，经教师审定后分解任务、明确项目成员分工，在下周课前完成整个项目的详细设计说明书、包括三维图纸、控制程序等，蓝墨云上传提交，教师评阅，提出修改意见，经过完善后制作PPT，选派成员下次课堂讲解与仿真演示。

4) 项目评价机制

每组选派代表与教师一起组成评审小组对其他项目进行评分，指出设计的优点与不足，提出改进意见，完成组间互评。对于实现规定任务之外其他功能的小组给与适当的奖励分，比如全自动纸盒折叠机项目，有小组根据市场调查后增加了对纸盒喷码等功能，如图4所示。各小组得到项目总分后根据成员对项目的贡献度分配分值比例，这样可以督促全员参与项目，提高学生学习的积极性。

图4 带喷码功能的全自动纸盒折叠机

5) 项目择优落地

对于设计新颖、功能齐全的突出项目，经过完善后，依托昆山机械非标设计技能名师工作室专项经费进行研发落地，学生亲手将自己的设计图纸转变为实物，提升了工程实践能力、创新能力和跨学科整合知识的能力，有效的补充了实验教学内容。

3.3 立足学生能力培养的品牌工作室建设

培养具有创新思维、实践能力和职业素养的高层次应用型人才，助力区域产业转型升级，是应用型本科院校义不容辞的使命。为了加快人才培养模式的改革，提高人才培养质量，市人力资源和社会保障局批准建立了机械非标设计技能名师工作室。依托名师工作室、立足能力培养，团队教师带领学生组建了工业应用技术开发、液压与气动控制、3D打印等多个二级单位，开展“名师带徒”活动。

1) 产学研一体化发展助力人才培养

以能力为本，培养善于实践、勇于创新、专业基础扎实、综合素质高的应用型、复合型人才需要行业、企业与学校深度融合、共同推进。在液压与气动控制课程的教学改革中，以品牌工作室建设为中心，积极推进产学研一体化发展，承接校企合作项目、与企业联合开展技术攻关，在解决企业实际问题的同时也丰富了教学案例。通过选拔优秀学生参与到相关课题中，使学生融入真实的企业、行业应用背景，理论与实践结合、感知体验与动手结合、方案设计与实际验证结合，提高学生的工程应用、创新创业能力和跨界整合能力，为今后从事相关工作积累实践经验。在专业气动器材生产商亚德客国际集团的展会展品方案设计项目中，团队教师带领学生利用亚德客气动元件及相关控制技术设计了自动演奏乐队-亚德客星空乐队，以出色的表现赢得了公司的好评，图5为乐队中由气缸推动演奏的木琴。

图5 木琴的气缸推动机构

2) 形式丰富的科创活动促进能力提升

为了培养学生的探索精神、使学生掌握文献查阅、论文综述的能力，在教学中要求学生利用数字图书馆资源学习液压与气动控制相关领域的热点问题，整理当前新技术以工作室名义定期推送交流，开阔学生视野。

为了提高学生的实践能力、培养创新创业精神，组织学生参加专业竞赛、创新创业项目。在近3年的教学实践中，学生竞赛成绩、科研成果突出。获得市级、省级、国家级比赛奖项十余项，取得专利、软件著作权十余项、学生以第一作者发表学术论文多篇、完成江苏省大学生创新创业训练计划项目3项。丰富的科创活动充分挖掘了学生的内在潜力，促进了学生的全面发展。

4 液压与气动控制课程考核评价方式改革与成果

考核评价方式和考核内容对学生学习具有明显的导向作用[14]，在传统的考核方式中，期末考试占总成绩的比重达70%，实验成绩占10%，平时成绩占20%，期末考试内容以基础知识为主、实验为验证性实验居多。学生为了分数而学习，忽略能力的培养、综合素质的提高，期末考前突击、课后作业、实验报告抄袭现象时有发生。为了配合改革的顺利进行、消除传统考核方式带来的弊病，提升课堂参与度、提高人才培养质量，建立以能力培养为导向的多元化、过程化考核评价机制显得格外重要。具体考核评价方法如下：

加强过程化考核：期末考试成绩占比降为50%，考试内容从基础知识考核转为以综合能力运用考核为主，加大回路、系统分析的比重。项目式教学中所涉及的全部教学项目占总成绩的20%。每个项目分别从学生课前学习情况、课堂表现、课后设计3个方面给与综合评价打分。

注重工程实践能力培养：在基础性实验之外增加设计性、创新性实验环节，丰富实验项目，力求各小组实验内容不同，实验成绩占比提高至30%。随着班级人数的增多，人均实验时间减少，为了提高实验器材利用率，保证实验教学效果，采取分批实验、引入线上仿真。在实验考核中，操作注意事项、实验项目练习、实验报告、一对一现场操作考试分别占实验成绩的10%，40%，10%，40%，表1为液压与气动控制课程实验操作考试评分表。

表1 液压与气动控制课程实验操作考试评分表

引入学生科创能力评价机制：学生在课程学习期间参与专业竞赛、科创项目、教师课题等相关科研活动并取得一定成绩的给与0～10分的奖励分。机电普高班和改革前机电“3+4”液压与气动控制平均成绩分别为67.66， 55.18；改革后机电“3+4”液压与气动控制平均成绩比机电普高班、机电“3+4”改革前分别高了7.29,19.77，相对改革前成绩有了较大的提高，如图6所示。改革后机电“3+4”学生在学科竞赛多次斩获佳绩，获得中国大学生机械工程创新创意大赛——2018年智能制造邀请赛三等奖、中国大学生机械工程创新创意大赛——2019年智能制造大赛二等奖、第六届台达杯高校自动化设计大赛三等奖、2019年第十三届“西门子杯”中国智能制造挑战赛二等奖、2019全国移动互联创新大赛高校组二等奖。在科研创新方面成绩喜人，申请(已授权)实用新型专利5项， 外观专利2项。

图6 机电普高班和改革前后机电“3+4”液压与气动控制平均成绩

5 结论

基于现代职业教育体系建设下适应生源变化的应用型人才培养课程改革，对学生工程实践能力、创新能力、跨学科整合知识能力的培养具有重要意义。本研究基于生源特点，从液压与气动控制课程的教学内容、教学方法、考核评价方式等方面介绍了课程的改革与实践，突出学生主体地位，以学生能力培养为目标，在实践中不断摸索、总结、提高。本研究以提高机电“3+4”学生对液压与气动控制课程的理解与应用为目的，在现代职业教育体系建设下对液压与气动控制课程进行综合改革研究，取得了较好的效果，可为其他高校进行相关课程改革提供一些借鉴。