本科院校《液壓與氣壓傳動》課程教學的實踐

液壓技術是自動化和智能制造生產中的先進技術之一，在現代科學技術發展中占有非常重要的地位，由于液壓傳動具有較大的功率-質量比和力-質量比等優點，液壓技術的應用越來越廣泛。然而，傳統的液壓教學中通常采用以教師理論講授為主，先理論后實踐的教學方法，存在以下幾個主要問題：理論教學內容抽象，學生的學習興趣不高；實際動手機會少，學生實踐能力偏弱；學習的主動性不夠，學生的工程能力素養難以提高；課程的教學效果評價和考核方式較為單一，不能全面評判學生掌握該門課程的綜合能力，脫離了應用型大學教育的培養本質。鑒于以上存在的問題，我們從教學模式、教學內容和教學評估等方面探究液壓與氣壓傳動這門課程的教學改革與實踐。
1 課程教學改革具體內容
1.1明確了基于CDIO的課程教學模式理念CDIO，英文ConceiveDesignImplementOperate的縮寫，即構思、設計、實現和運作的涵義，是一種新型的教學模式理念，其主要目的是提高學生的學習主動性，提高學生發現、提出、分析和解決問題的能力，以增強學生的實際動手能力，不僅如此，還能夠培養學生的人際交往溝通能力以及團隊合作精神等，為學生的就業奠定堅實的基礎。
液壓與氣壓傳動課程傳統的教學模式已不能滿足學校高水平應用型人才培養的內在需求，借鑒與參考CDIO的理念，重構液壓與氣壓傳動課程理論與實踐有效結合的教學模式，在這門課程的理論與實踐教學中，著重突出“一個核心、兩個關鍵和三層實踐”的觀念，“一個核心”是指提高學生的實踐動手能力，“兩個關鍵”是指重點掌握液壓傳動技術中壓力和流量這兩個參數的變化，“三層實踐”是指實踐教學中的驗證型實驗、設計型實驗和工程項目實驗等三個不同程度的實踐教學。在課堂理論教學中以基礎原理為主，強化實踐環節和動手能力的培養，把提高學生的工程素養作為第一要務。
1.2建立基于CDIO的課程內容體系
液壓與氣壓傳動是一門綜合性實踐性較強的課程，涉及內容較為廣泛，尤其近幾年來，其理論和工程應用的發展更是日新月異。為了適應學校培養高水平應用型和創新型人才發展的內在需求，基于CDIO的教育理念，并且結合液壓與氣壓傳動這門課程的特點和知識體系，按照模塊化設計重構課程教學大綱。理論課堂教學中，將基于CDIO理念的機械設計制造及其自動化專業工程能力的培養要求應用到液壓與氣壓傳動這門課程的教學中，著重培養學生的實際動手能力和實踐應用能力。根據CDIO工程教育理念，結合液壓與氣動課程的內容特點，優化設計為六大模塊：流體力學基礎、液壓與氣壓動力裝置、液壓與氣壓執行裝置、液壓與氣壓控制裝置、液壓與氣壓控制回路和液壓與氣壓技術應用。
在上述六個模塊的實際教學當中，首先按照模塊化的指導思想，并且結合相關的實際工程案例來激發學生的學習興趣，進行課堂講授，這樣可以為后面的實驗和實踐教學夯實理論基礎。其次，各個模塊在學習完以后，要求學生畫出每個模塊的思維導圖，以及梳理所學到的知識。最后，走進液壓實驗室進行理論與實踐相結合，并且根據理論教學中的要求操作課程相關的實驗，從而實現從理論到實踐的一體化的教學。
1.3加強實踐性教學環節
將CDIO的理念應用到液壓與氣壓傳動課程的實踐教學中，著重培養學生的實際動手能力和實踐應用能力，將CDIO理念中的“構思－設計－實現－運作”與學生認知能力培養中的所屬的“基礎—提高—創新”思想進行有機結合，在課程實踐環節中，明確構建以驗證型實驗、設計型實驗和工程項目實驗構成的“三個層次”的實踐，以提高學生的實際動手操作能力。同時，在這三個不同層次的實踐環節中將學生分為多個團隊，讓學生能夠在團隊中通過實踐環節中的合作溝通交流等，以培養學生的團隊協作精神和交流溝通能力，通過上述三個不同層次的實踐環節能夠使學生形成團隊工作、創新以及溝通的能力。
1.4優化教學效果評價體系
為了建立以評促學的機制，實現以教師的教學為中心到以學生的學習為中心這種方式的轉變，依據CDIO的培養模式，提出了一種適合的評估方法以評價學生在各種不同學習的環境中所獲取的成績和成果。
針對學生不同方面的能力用相應合適的方式來進行考核，該方法不僅能夠科學、合理地評價學生學習的不同程度效果，而且還能夠起到指引作用，可以有效地激發學生學習的主動性和積極性。這樣通過在整個教學的實際實施過程中不斷地學習反饋與評價，從而對教學過程不斷地進行完善。
根據液壓與氣壓傳動課程CDIO教學模式的特征，現將教學效果具體考核內容細化并且分配不同比例的權重：平時成績10%、實驗成績20%和實踐報告20%、綜合試卷50%，然后綜合給出課程的評價成績，這樣，對學生最終的考核實現了真正的知識+能力+素質的綜合考核，合理地體現了不同學生對該門課程知識掌握的不同程度。
2 課程教學實施案例
結合CDIO的教學理念，以進油節流調速回路模塊為例，建立相關的課程教學過程如下：
2.1理論教學
首先，在課堂上采用播放視頻、動畫以及軟件仿真等各種方式來提高學生的學習興趣。通過播放各種液壓設備視頻和動畫直觀形象的演示節流調速過程，展示節流調速在工業技術中的廣泛應用，使學生對這次課產生濃厚的學習興趣，同時也為后續的實驗實踐打下堅實的理論基礎。
其次，采用提問式、引導式和討論式等各種形式教學方法，比如，在講解進口節流調速回路的工作原理時，提問學生回路中的溢流閥作用是什么？僅僅只是起到安全保護作用嗎？如果去掉溢流閥，是否仍然能夠調節液壓缸的運動速度？針對這些提出的問題，學生經過認真思考，并且互相討論，課堂的學習氣氛自然變得活躍，不同的學生由于認識不相同，其觀點也會各異。結論是否正確都不是關鍵問題，事實上經過學生本身地認真討論和思考所得出的結論，印象肯定都非常深刻，達到了事半功倍的學習效果，從而實現了對理論知識的扎實掌握。
2.2實踐教學
首先，根據理論教學知識模塊結構和實驗大綱要求，建立進油節流調速回路等典型的實驗項目進行實驗演示與驗證，介紹該回路的液壓元件組成、工作原理以及如何達到節流調速的效果，并且讓學生思考：為了實現節流調速，溢流閥的調定壓力必須滿足的條件是什么。借助實驗室的液壓綜合測試實驗臺，搭建進油節流調速回路，進行節流調速實驗。實驗結果表明，采用進油節流調速回路調速時，溢流閥的進口壓力必須不小于溢流閥的調定壓力時，才能實現節流調速的目的，而且，通過調節節流閥的節流口大小就可以調節液壓缸的運行速度，與學生所學習的理論內容完全相符合。
其次，根據液進油節流調速回路的特點，并結合理論教學中學生所繪制的思維導圖，要求學生分別設計壓力控制回路、流量控制回路、多缸工作控制回路和其他典型回路等四種液壓基本回路。設定3-5個學生為一小組，一起討論構思所設計回路能夠實現的功能，根據功能要求設計液壓相應的液壓基本回路，提交實驗教師審核，確定學生所設計的回路方案是否合理。根據本實驗設計方案準備好實驗中所用的液壓元件，在液壓綜合測試實驗臺上進行組裝，經檢查回路無誤后，進行實驗運作，記錄實驗數據。
最后，為了全面并且有效地衡量學生的實驗操作效果，進行實驗考核和評估，制定出合理的實驗評價標準，實驗考核內容具體包括：出勤率、學習態度、設計過程、實驗操作和實驗報告等5個方面，實驗考核結果是本課程最終成績的重要組成部分。
3 結論
在當前最新形勢下，為了滿足學校高水平應用型本科人才培養的需求，課題組得到了2018年質量工程項目“液壓與氣壓傳動技術”的支持，其成員近年來對課程的建設和教學改革進行了大量的研究和探索實踐，明確了本門課程的CDIO教學模式，提出了在教學中突出“一個核心、兩個關鍵和三層實踐”的教改思路，對教學內容和教學評估等方面進行了改革，并在學校2015級和2016級機械設計制造及其自動化專業的學生進行了實施，實施教學改革后《液壓與氣壓傳動》課程提高了教學質量，學生的動手實踐能力得到了很大提高，實現了理實一體化的教學目標。