工程认证背景下液压类课程案例教学系统化与规范化研究**

沈 伟 ，张广成 ，李彦睿

（上海理工大学机械工程学院，上海 200093）

0 引言

工程教育为社会的发展、科技的进步提供了人才支撑，然而随着工程教育的大众化与普及化，以及对人才质量要求的提高，工程教育中存在的人才培养体系和制度的不足日益显现。探索满足发展人才需求、提高工程人才培养质量的工程教育教学改革之路，备受关注。

工程教育认证强调以学生为中心，坚持以产出为导向，秉承持续改进理念，在高校工程教育改革中成效卓绝[1]，为实现创新型高素质工程人才的培养提供了有效的方法，为规范我国工程教育制度体系、推进教育教学改革提供了动力。此外，在高校人才培养实践中，习近平总书记强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，培养德智体美全面发展的社会主义事业建设者和接班人[2]。为高校人才培养适应社会发展需求指明了方向。

近年来，高校教师在教学改革方面做了许多努力。丁晓红等针对机械工程人才培养问题，提出了基于成果导向的人才培养模式[3]；钱炜等基于产业技术学院及开放式校企协作育人机制实践经验，创新了产教融合人才培养实践机制[4]；路珍等开创“流体传动与控制”课程思政“全链条”教学模式[5]；耿直等结合课程思政提出“飞机液压传动与控制”的教学思考[6]；沈伟等以“流体力学及液压气动技术”课程为代表，提出“1+5”课程思政建设实践机制[7]。一系列的改革实践和理论创新推进了工程教育改革的进程。

教学方式的创新对于发挥教学能效、提高教学质量至关重要。案例教学方式具有启发思考、注重双向交流的特点，能有效激发学生学习积极性，培养正确的价值观、人生观、世界观及独立思考能力，因此被广泛应用于教育教学活动[8]。课题组以“流体力学及液压气动技术”课程教学为着力点，以工程认证改革为背景，聚焦案例教学过程中专业知识传授和价值引领的融合实践机制，探索液压类课程案例教学系统化、规范化的教育教学改革之路。

1 搭建“流体力学及液压气动技术”课程树形结构模型

1.1 “流体力学及液压气动技术”课程树形结构解析

“流体力学及液压气动技术”有着源远流长的发展历史，却又时时伴随着新技术的变革，密切关系着经济、军事、民生等方面的发展[9-10]。

如果将“流体力学及液压气动技术”比作一棵大树，课程教育教学作为主体，工程认证为其根部系统，保障有机体的稳健和持续茁壮成长，任何一门工科课程都需要满足工程认证的基本要求。课程思政元素为系统注入新的养分，通过案例教学方式循环养分吸收，将工程认证、课程思政有机融合于整体之中，让“流体力学及液压气动技术”课程这棵大树鲜活起来，如图1所示。课题组以人才培养为根本出发点，以案例教学为手段，通过精选先进性工科案例，构建案例教学系统，结合专业课程教学特点及安排，系统化、规范化案例教学，充分发挥课堂教学的人才培养能效。

图1 课程建设树形模型

1.2 工程认证基本理念

工程认证作为课程建设根部基础，将工科教学标准化。工程认证的目的在于创立与工程师规则相衔接的工程教育认证体系，提升学生解决复杂工程问题的能力和国际竞争力[8]，其强调以学生为中心，聚焦学生能力培养，优化教学资源配置，科学地进行教学安排。区别于传统以课程教学内容为导向的教学设计，工程认证强调以教学后学生学习成果为导向，对照人才培养核心能力和要求，评估专业教学的有效性。同时，持续改进的理念要求建立常态化的评估机制，进行有效的质量监控和持续改进，保障人才培养质量的提高。

1.3 案例教学特点

案例教学以与教学内容相关的案例为基本教学材料和载体，构建沟通理论知识和实践应用的桥梁，通过讨论、师生双向互动交流的方式，实现专业知识教学、学生创新思维启发、思想道德熏陶等目的。在“流体力学及液压气动技术”课程教学过程中，通过案例教学能引导学生发现生活中的流体力学、液压、气压等的应用，提高理论联系实践意识，在鼓励学生对问题和现象进行研究和思考中，提高学生发现问题及灵活运用专业知识解决复杂问题的能力。通过案例教学，实现了以学生为主导的教学，不再是教师单向传授知识的教学方式，而是学生自身、学生与学生、学生与教师之间的多维专业知识学习过程，完成了教学身份的转变，强化了课程教学效果。案例式教学具象了流体力学、液压气动中的抽象公式概念，能够有效加强学生对于所学知识的掌握。此外，通过对案例所蕴含的思政元素的挖掘，对学生进行润物无声的熏陶，能够使学生在学习知识的同时实现思想道德素质的提升。

2 “流体力学及液压气动技术”课程案例教学规范化建设

2.1 “流体力学及液压气动技术”课程教学目标

1）学习流体力学基础知识，并重点掌握流体动力学的流量方程、伯努利方程及动量方程，作为后续液压与气动技术的理论基础。

2）掌握液压泵、液压缸、液压马达、液压控制阀等液压元件及气缸、气压泵等气压元件的结构、工作原理及应用场合。

3）掌握液压与气动技术的工作原理，能够理解液压与气动技术领域复杂工程问题的原理，研究解决方法。

4）掌握各种功能液压、气动基本回路的工作原理，能对机械工程领域常见的液压、气动系统进行分析，能针对机械工程领域具体的液压、气动问题创新性地制定解决方案，并能选用正确的液压、气动元件对设计方案进行合理有效的实现。

2.2 “流体力学及液压气动技术”案例系统化、模块化建设

以专业知识教学、培养爱国主义情怀为中心。通过学习课堂中液压课程知识点，结合该知识点的实际应用案例，模板化讲述实际案例所涉及的液压气动知识，结合案例讲解其在实际工程中的具体应用，同时引导学生感悟其中的人文主义精神。通过“液压课程知识+具体工程案例+模板化引导课程思政理念＝液压课程的课程思政案例化教学方法”，进一步提炼，得到专业课程案例化教学的普适方案。

为达到案例教学的系统化、模块化、规范化效果，根据“流体力学及液压气动技术”教学内容安排，精选兼具专业教学价值和思想道德教育意义的案例，建立、完善案例教学资源库，使其与专业知识教学相配套。如绪论部分配套世界与中国的液压气动发展史、16万t模锻液压机、6 400 t液压复式起重机研发等案例；“流体力学”章节配套流体力学在日常生活中的应用及“蛟龙号”海试等案例；“液压泵和液压马达”章节配套工业4.0与尖端制造，我国自主研制的最大直径泥水盾构机“春风号”等案例；“液压缸和液压控制阀”章节配套中国500 m口径球面射电望远镜“天眼”案例资源。

不仅要规范化专业知识模块和具体教学案例，在液压课堂时间安排上也需要进行合理的模块化，立足于能力培养要求，合理分配专业理论知识讲解和案例教学的时间划分，拓展液压专业课程教学的深度和改革广度。

3 “流体力学及液压气动技术”课程案例化教学示例

“流体力学及液压气动技术”专业课程，学习目标为掌握液压泵、液压缸、液压马达、液压控制阀等液压元件工作原理及使用场合。以第四章“液压缸和液压控制阀”专业知识讲解及“天眼”案例教学为例，具体案例化教学可通过以下几步设计。

3.1 知识引入

案例内容介绍：2016年9月25日，被誉为“中国天眼”的500 m口径球面射电望远镜在中国贵州省落成，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，其灵敏度超德国波恩10倍，综合性能超过曾被评为人类20世纪十大工程之首的Arecibo300望远镜10倍。而支撑“天眼”昂首苍穹的是背后2 200个液压促动器，帮助“天眼”调节反射面面型，观测天体，捕捉来自宇宙深空的信号。具体案例化教学融入课程思政如表1所示。

表1 课程思政具体案例

3.2 知识讲解

由上述案例引入课堂，讲解液压缸的工作原理及相关计算。介绍液压缸的类型、特点和基本参数计算并展示液压缸的典型结构，帮助学生建立起对液压缸基本结构和工作原理的认知，为后续关于液压相关知识的讲解做铺垫。

将液压知识讲解与“天眼”促动器案例再一次关联：促动器的主体就是液压缸及电动静液压执行器（Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）技术。EHA主要由电控单元、电机、液压泵、液压缸及其余液压辅助元件组成，利用电机-泵-液压缸一体化结构设计，具有体积小、重量轻、噪声小、功率密度大、安装简易、可靠性高、使用寿命长等优点，被广泛应用于轮船、工程机械、航天航空等领域。

在讲解专业知识之余，结合案例，引导学生关注“天眼”的科学价值及其对于我国科技进步的重要意义，培养学生科技强国意识，厚植爱国主义情感，增强学生的民族自豪感。

3.3 互动讨论与作业布置

拒绝单一的以授课为主的教学模式，增加沟通与交流，丰富教学方式和手段，采用提问、习题、小组讨论等多种形式融合巩固所学知识。将班级同学分成若干组，讨论本节课知识点相关问题，每组选择一个使用到液压缸或EHA技术的应用场合。通过网络、书籍、新闻等，分析其使用场景及主要作用、相关性能参数及选型要求。以课堂演讲的形式进行交流，不仅只是老师进行案例分享，学生也可以加入案例的收集、拆解和融化吸收中来，自主发掘工程案例背后的对跨学科解决复杂工程问题能力的要求和实现伟大中国梦的使命感。

4 总结及展望

随着工程认证背景下的工程教育教学改革的不断深化及新时代高素质人才培养要求的提出，液压类课程教学改革探索意义显著。基于此，课题组首先构建了“流体力学及液压气动技术”课程树形结构模型，阐明专业课程、工程认证、课程思政及案例教学间的内在关系；基于工程认证基本理论和案例教学的特点，提出了“流体力学及液压气动技术”课程案例教学规范化建设的具体措施。以液压缸专业知识讲解与“天眼”案例为例，阐述了如何以案例为专业知识和思想情感的载体，进行知识讲解和价值观引领的教学过程。基于工程认证背景下的液压类课程案例教学系统化与规范化方法具有普适性，所凝练的方法和精选的教学案例能供其他学科课程借鉴，从而促进教学质量的提高和人才培养目标的实现。