基于工程教育专业认证标准的“液压与气压传动”课程教学改革研究

王久鑫， 赵武云， 张 炜， 张克平， 马军民

(甘肃农业大学机电工程学院，甘肃 兰州 730070)

教育部从2006年起组织试点开展工程教育专业认证工作；2013年6月，中国成为全球响应规模大、影响深远的国际工程教育互认协议——《华盛顿协议》预备会员，2016年我国正式加入该协议，并成为第18个成员。近年来，我国工程教育专业认证制度发展迅速，目的以国际工程教育专业认证为统领，继续深化工学专业改革，保证我国教育事业高质量快速发展和变轨超车，加快培养卓越工程科技人才实现服务制造强国等国家战略，大力推进我国工业化进程速度，建设创新型国家。在当前教育国际化发展趋势下，拉开了我国高等工程教育改革的帷幕，因此工程教育专业认证是构建和开展国际接轨、本质等效的高等工程教育新模式的必由之路。液压与气压传动课程具有综合性、应用性和实践性较强的特点[1-2]，是工科机械类专业课程体系中一门重要的专业基础课。但最近几年里，专业课程的学时在国内普通高校中有了很大的缩减，先理论后实践的教学方法在传统的液压教学中普遍采用，教学实例和方法相对陈旧，教师讲授为主，学生积极主动性不高，实验设备相对陈旧，与工程实际相差较大[3-5]。本文从工程教育专业认证标准出发，以学生毕业时达到工程教育专业认证标准中12点毕业要求为着落点，深入分析液压与气压课程教学过程中存在的不足，对液压与气压传动课程的教学目标、教学大纲、教学方法、实践教学环节及考核评价体系等方面进行深入探讨和细化改革，使教学内容和教学方法更加新颖、有创新，实践教学环节更满足工程实际要求，考核评价机制更加细化合理，从而提高学生学习的主动性，培养学生的工程意识，激发学生的创新意识、增强了学生的协作精神以及开发学生综合应用所学知识解决实际问题的能力[6-9]。

1 课程教学体系和内容的改革

目前甘肃农业大学(以下简称“我校”)设置该课程的专业是机械设计制造及其自动化专业、农业机械化及其自动化专业、车辆工程专业，在2010年教育部把农业机械化及其自动化专业确定为国家特色专业并在我校进行了试点。依据工程教育专业认证标准和我校上述三个专业人才培养方案，分析总结历年教学结果，针对2015版教学大纲中课程目标与毕业要求不支持关系，笔者所在系对液压与气压传动课程教学内容和考核评价机制进行如下改革。

1.1 增加理论教学学时

将液压与气压传动课程学时由40学时增加到48学时，贯彻“绿色环保、可持续发展”理念，依据我校高级应用型人才培养目标，以流体力学为基础，液压与气压传动技术为主，科学降低理论难度和深度，淡化理论推导和论证的过程，重点讲解液压与气压元件的工作原理、特点及应用场合；液压与气压基本回路及典型系统与工程实际应用的本质联系；提高学生在解决实际工程问题中合理运用理论知识的能力。

1.2 创新教学内容

课程在保证知识点系统连贯基础上，删除部分比较陈旧内容，增加液压新技术内容讲解，特别是在典型液压系统应用方面，增加了新的应用实例。如增加插装阀和叠加阀、电液伺服阀、电液比例阀和电液数字阀等新型液压控制阀的新技术讲解，3150KN通用液压机液压系统、YW-60型履带式挖掘机液压系统等典型系统、大型农业机械上液压系统的讲解，使学生有效掌握最新、最前沿的液压技术。

1.3 增加实践教学环节学时和优化实践教学内容

我校是地方应用型农业本科院校，打破传统先理论后实验的实践教学模式。基于“OBE”教育理念，分析现有实践教学环节的问题，以培养高级应用型人才为出发点，进行大量企业和社会人才需求调研，我校机制、农机、车辆专业分别与东风汽车集团有限公司、山东雷沃阿波斯集团、兰州机床厂、兰州水泵厂、兰州吉利汽车工业有限公司汽车厂等企业开展校企合作和“3+1”教学模式，同时引进优质实践教学资源，加大实践教学环节学时，建立合理的评价体系，使学生将机、电、液知识有机结合起来，做到“学中做，做中学”，理论与实践有机统一，提高学生学习的乐趣，培养学生科学严谨的学习态度，养成团队协作能力和沟通能力。图1为东风汽车集团有限公司动力总成高级工程师给我校机制专业学生讲授大型数控加工中心上的液压技术及控制技术和我校机制专业学生进行认知实习。

图1 学生在实践中学习

1.4 课程考核方式的改革

课程考核是评价学生对所学知识掌握程度的重要手段，以前考核方式主要以期末考试成绩为主，平时出勤、作业、实验为辅，此考核方法不利于学生工程思维和创新意识的提升，对学生综合素质的培养非常有限。因此，为贯彻落实全国教育大会、新时代全国高等学校本科教育工作会议和我校本科教育大会精神，加强学习过程考核，增加学生学业挑战性，打造“金课”，淘汰“水课”，我校实施了本科课程过程性考核，根本目的是充分调动和极大发挥学生学习的积极性，鼓励学生的创新意识和培养团队合作精神。图2为改革前、后液压与气压传动课程教学考核比例，过程性考核评价内容及标准见表1。

图2 改革前、后液压与气压传动课程教学考核比例

续表1

2 教学方法和手段的改革

课堂教学是教学体系中最重要的一个环节，是评价教学是否有效的一个指标。现在课堂教学不能再是传统讲解式教学，学生不能是被动式的接受者。鉴于液压与气压传动课程具有内容比较广泛、实践动手性强、难以理解的特点，我校从2017年起，部分课程实施开展混合式教学，目的在于提高学生在教学活动中的主观能动性、积极性、创造性、合作性。在液压与气压传动教学改革实践中，依据“全面发展”的教育理念，培养高级应用型人才的培养目标，针对大学生手机不离手等习惯，在课堂教学中实施多种教学方法和手段，积极调动学生的学习热情，注重学生综合能力的培养，提高学生整体学习的质量。

2.1 多媒体教学与板书教学合理结合

液压与气压传动教学过程中，有许多液压元件结构示意图、工作原理图、系统回路图，在历年的教学中通常采用元件模型和挂图，教学效果不是很理想。随着现代信息科学技术、多媒体技术、虚拟仿真技术的发展，在现代的教学过程中，通过solidworks等三维软件对液压元件进行三维建模和爆炸视图创建，学生创建的轴向柱塞泵三维模型及爆炸图如图3所示，利用FluidSIM液压仿真系统对液压元件和液压回路(系统)的工作原理进行虚拟仿真，FluidSIM液压仿真回路示例如图4所示。笔者所在院系在教材选取上也具有特点，选取机械工业出版社出版，刘银水、许福玲主编的“十三五”国家重点出版物出版规划的液压与气压传动教材，该书具有很多优点，其中之一是将液压元件的工作原理及液压回路(系统)的原理动画制作成二维码，学生利用手机扫描二维码就可以观看对应的原理图，这便于学生课前预习和课后复习。采用多媒体教学目的是避免学生学习液压元件结构和原理图的枯燥乏味，吸引学生的注意力，提高学习效果。但是长时间多媒体教学会导致学生视觉疲惫，在基础理论知识点讲解的过程中，板书教学的运用可以有效地缓解学生的视觉疲惫，吸引了学生的注意力，调动学积极性，开发学生的思维。多媒体教学和板书教学合理结合，取长补短，提高教学质量[10]。

图3 轴向柱塞泵的三维模型及爆炸图

图4 FluidSIM液压仿真回路示例

2.2 翻转课堂教学

在教学过程中，改变教师从头讲到尾的填鸭式教学方式，学生积极参与到教学活动中，发挥学生的主观能动性，提高学生学习的积极性，培养学生的创造性[11-13]。在教学过程中，首先确定某章节的教学目标、重难点和教学内容，提供学生网络教学资源。课前，让学生进行线上预习并答题。教师通过对学生课前答题情况进行合理评价，来了解学生对某章节知识点掌握情况，从而在课中有针对性讲授。课中，教师设计一些简单的提问、创新性提问、课堂小测、课堂讨论等环节。在设置创新性提问时，不要急于给予学生帮助，留给学生充裕的时间去思考，让学生联想本行业中某类问题常规的解决方法，进行比较它们之间的优缺点，从而使学生集中精力去思考和解决问题，最大极限激发他们的求知欲和创造性思维。在讨论环节中采用多种讨论类型，如重复式讨论、对话式讨论、研讨式讨论，这有利于提高学生解决工程实际问题的能力和培养团队意识。课后，教师布置线上作业和线下作业，通过作业完成情况来了解学生对知识点掌握情况及各个教学目标达成度情况，进而调整教学方案。例如讲授完液压基本回路后，教师根据本专业工程实践要求布置一些团队性实践作业，团队成员通过分工协作来确定实践作业的方案，根据自己时间自行前往液压与气压传动实验室进行组装回路和调试，教师在学生完成任务过程中给予指导，量化学生获得某种能力，并在学生完成任务后总结及拓展相关课程知识，目的在于提高学生的动手实践能力及创新协作意识。课程网络教学平台的建设情况如图5所示。

图5 课程网络教学平台

2.3 理论联系实际及典型液压系统现场实践教学应用

实践性较强是液压与气压传动技术的最大特点，在教学过程中，不能跟实际应用相结合，单纯讲授课本上理论知识，课堂氛围会变得枯燥和乏味，学生将不能深刻理解液压与气压传动技术。因此，在教学过程中，理论讲授要跟实际应用相结合起来，同时采取一些现场实践教学。比如，在讲授到液压马达时，以水泥罐车上的液压马达为例，讲述其工作过程，以加深理论知识理解及激发学生学习兴趣。讲到典型液压系统时，将学生带到我校机械工程实训中心和农机、车辆实验室，农机实验室教学如图6所示。针对大型数控加工中心、农业机械、汽车上的液压系统进行详细讲解，让学生掌握分析液压系统的基本方法和深刻理解液压系统工作过程。这有助于学生全面、系统的掌握液压与气压传动技术的知识，为以后工作夯实基础。

图6 农机实验室教学

3 实验教学的改革

传统的液压与气压传动课程实验以验证性实验为主，例如液压泵、液压马达等拆装实验和性能参数测试实验。这些实验内容对理论知识的补充基本足够，但是远远不能满足培养学生动手实践能力、创新能力等综合素质的高级应用型人才要求。根据新工科工程教育专业认证标准的12点毕业要求，笔者所在院系全体老师认真分析梳理上年液压与气压传动课程支撑毕业要求指标的达成度情况，对该课程的各教学环节进行分析和总结，给出持续改进的意见，任课教师根据持续改进的意见，对各个教学环节做出具体改进的方案。在实验教学环节中做出以下改进。

3.1 实验项目的设计

根据课程的需要设计实验项目，同时考虑我校液压实验条件及学生培养目标。基于工程教育专业认证标准的12点毕业要求，该课程开设实验项目见表2。

表2 课程实验内容

续表2

实验进行过程如图7所示，每组的同学相互协作来完成实验，教师在实验过程中进行指导和帮助。实验目的是培养学生应用液压知识解决实际工程问题的能力、动手实践能力、创新能力及提高团队协作意识和组织管理能力，同时可以了解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响，并能将大工程观及可持续性发展的理念贯穿于针对复杂机械工程问题的工程实践中。

图7 实验进行过程

3.2 积极鼓励学生将液压与气压传动技术应用在各类竞赛中

近年来，我校积极鼓励学生参加全国机械创新设计大赛、全国大学生智能农业装备创新大赛、全国大学生工业设计大赛、甘肃省“挑战杯”、全国大学生工程训练综合能力竞赛、安宁五校联盟机械创新大赛等各类大赛，为了提高学生应用液压与气压传动技术解决工程实际问题的能力，贯彻“绿色环保和可持续发展”的理念，笔者所在院系鼓励和支持学生在大赛中应用该技术，并给予多方位指导。学生在大赛中取得较好的成绩，综合能力得到提高。学生设计的多传感器智能防护窗如图8所示。

图8 学生设计的多传感器智能防护窗

液压与气压传动课程进行教学改革以后，教学内容更加接近工程实际，教学过程中更加注重学生综合能力的培养，受到了学生的好评。在教学实践中，多种教学方法的实施，让学生更容易理解和掌握该课程知识，培养了学生团队精神及创新意识，提高了学生学习的积极性和主动性及学生动手操作和工程实践的能力。同时该课程支撑工程认证毕业要求指标点的达成度逐年上升，为学生走向工作岗位奠定基础，使学生能快速适应新的工作岗位。