本科院校《液压与气压传动》课程教学的实践

液压技术是自动化和智能制造生产中的先进技术之一，在现代科学技术发展中占有非常重要的地位，由于液压传动具有较大的功率-质量比和力-质量比等优点，液压技术的应用越来越广泛。然而，传统的液压教学中通常采用以教师理论讲授为主，先理论后实践的教学方法，存在以下几个主要问题：理论教学内容抽象，学生的学习兴趣不高；实际动手机会少，学生实践能力偏弱；学习的主动性不够，学生的工程能力素养难以提高；课程的教学效果评价和考核方式较为单一，不能全面评判学生掌握该门课程的综合能力，脱离了应用型大学教育的培养本质。鉴于以上存在的问题，我们从教学模式、教学内容和教学评估等方面探究液压与气压传动这门课程的教学改革与实践。
1 课程教学改革具体内容
1.1明确了基于CDIO的课程教学模式理念CDIO，英文ConceiveDesignImplementOperate的缩写，即构思、设计、实现和运作的涵义，是一种新型的教学模式理念，其主要目的是提高学生的学习主动性，提高学生发现、提出、分析和解决问题的能力，以增强学生的实际动手能力，不仅如此，还能够培养学生的人际交往沟通能力以及团队合作精神等，为学生的就业奠定坚实的基础。
液压与气压传动课程传统的教学模式已不能满足学校高水平应用型人才培养的内在需求，借鉴与参考CDIO的理念，重构液压与气压传动课程理论与实践有效结合的教学模式，在这门课程的理论与实践教学中，着重突出“一个核心、两个关键和三层实践”的观念，“一个核心”是指提高学生的实践动手能力，“两个关键”是指重点掌握液压传动技术中压力和流量这两个参数的变化，“三层实践”是指实践教学中的验证型实验、设计型实验和工程项目实验等三个不同程度的实践教学。在课堂理论教学中以基础原理为主，强化实践环节和动手能力的培养，把提高学生的工程素养作为第一要务。
1.2建立基于CDIO的课程内容体系
液压与气压传动是一门综合性实践性较强的课程，涉及内容较为广泛，尤其近几年来，其理论和工程应用的发展更是日新月异。为了适应学校培养高水平应用型和创新型人才发展的内在需求，基于CDIO的教育理念，并且结合液压与气压传动这门课程的特点和知识体系，按照模块化设计重构课程教学大纲。理论课堂教学中，将基于CDIO理念的机械设计制造及其自动化专业工程能力的培养要求应用到液压与气压传动这门课程的教学中，着重培养学生的实际动手能力和实践应用能力。根据CDIO工程教育理念，结合液压与气动课程的内容特点，优化设计为六大模块：流体力学基础、液压与气压动力装置、液压与气压执行装置、液压与气压控制装置、液压与气压控制回路和液压与气压技术应用。
在上述六个模块的实际教学当中，首先按照模块化的指导思想，并且结合相关的实际工程案例来激发学生的学习兴趣，进行课堂讲授，这样可以为后面的实验和实践教学夯实理论基础。其次，各个模块在学习完以后，要求学生画出每个模块的思维导图，以及梳理所学到的知识。最后，走进液压实验室进行理论与实践相结合，并且根据理论教学中的要求操作课程相关的实验，从而实现从理论到实践的一体化的教学。
1.3加强实践性教学环节
将CDIO的理念应用到液压与气压传动课程的实践教学中，着重培养学生的实际动手能力和实践应用能力，将CDIO理念中的“构思－设计－实现－运作”与学生认知能力培养中的所属的“基础—提高—创新”思想进行有机结合，在课程实践环节中，明确构建以验证型实验、设计型实验和工程项目实验构成的“三个层次”的实践，以提高学生的实际动手操作能力。同时，在这三个不同层次的实践环节中将学生分为多个团队，让学生能够在团队中通过实践环节中的合作沟通交流等，以培养学生的团队协作精神和交流沟通能力，通过上述三个不同层次的实践环节能够使学生形成团队工作、创新以及沟通的能力。
1.4优化教学效果评价体系
为了建立以评促学的机制，实现以教师的教学为中心到以学生的学习为中心这种方式的转变，依据CDIO的培养模式，提出了一种适合的评估方法以评价学生在各种不同学习的环境中所获取的成绩和成果。
针对学生不同方面的能力用相应合适的方式来进行考核，该方法不仅能够科学、合理地评价学生学习的不同程度效果，而且还能够起到指引作用，可以有效地激发学生学习的主动性和积极性。这样通过在整个教学的实际实施过程中不断地学习反馈与评价，从而对教学过程不断地进行完善。
根据液压与气压传动课程CDIO教学模式的特征，现将教学效果具体考核内容细化并且分配不同比例的权重：平时成绩10%、实验成绩20%和实践报告20%、综合试卷50%，然后综合给出课程的评价成绩，这样，对学生最终的考核实现了真正的知识+能力+素质的综合考核，合理地体现了不同学生对该门课程知识掌握的不同程度。
2 课程教学实施案例
结合CDIO的教学理念，以进油节流调速回路模块为例，建立相关的课程教学过程如下：
2.1理论教学
首先，在课堂上采用播放视频、动画以及软件仿真等各种方式来提高学生的学习兴趣。通过播放各种液压设备视频和动画直观形象的演示节流调速过程，展示节流调速在工业技术中的广泛应用，使学生对这次课产生浓厚的学习兴趣，同时也为后续的实验实践打下坚实的理论基础。
其次，采用提问式、引导式和讨论式等各种形式教学方法，比如，在讲解进口节流调速回路的工作原理时，提问学生回路中的溢流阀作用是什么？仅仅只是起到安全保护作用吗？如果去掉溢流阀，是否仍然能够调节液压缸的运动速度？针对这些提出的问题，学生经过认真思考，并且互相讨论，课堂的学习气氛自然变得活跃，不同的学生由于认识不相同，其观点也会各异。结论是否正确都不是关键问题，事实上经过学生本身地认真讨论和思考所得出的结论，印象肯定都非常深刻，达到了事半功倍的学习效果，从而实现了对理论知识的扎实掌握。
2.2实践教学
首先，根据理论教学知识模块结构和实验大纲要求，建立进油节流调速回路等典型的实验项目进行实验演示与验证，介绍该回路的液压元件组成、工作原理以及如何达到节流调速的效果，并且让学生思考：为了实现节流调速，溢流阀的调定压力必须满足的条件是什么。借助实验室的液压综合测试实验台，搭建进油节流调速回路，进行节流调速实验。实验结果表明，采用进油节流调速回路调速时，溢流阀的进口压力必须不小于溢流阀的调定压力时，才能实现节流调速的目的，而且，通过调节节流阀的节流口大小就可以调节液压缸的运行速度，与学生所学习的理论内容完全相符合。
其次，根据液进油节流调速回路的特点，并结合理论教学中学生所绘制的思维导图，要求学生分别设计压力控制回路、流量控制回路、多缸工作控制回路和其他典型回路等四种液压基本回路。设定3-5个学生为一小组，一起讨论构思所设计回路能够实现的功能，根据功能要求设计液压相应的液压基本回路，提交实验教师审核，确定学生所设计的回路方案是否合理。根据本实验设计方案准备好实验中所用的液压元件，在液压综合测试实验台上进行组装，经检查回路无误后，进行实验运作，记录实验数据。
最后，为了全面并且有效地衡量学生的实验操作效果，进行实验考核和评估，制定出合理的实验评价标准，实验考核内容具体包括：出勤率、学习态度、设计过程、实验操作和实验报告等5个方面，实验考核结果是本课程最终成绩的重要组成部分。
3 结论
在当前最新形势下，为了满足学校高水平应用型本科人才培养的需求，课题组得到了2018年质量工程项目“液压与气压传动技术”的支持，其成员近年来对课程的建设和教学改革进行了大量的研究和探索实践，明确了本门课程的CDIO教学模式，提出了在教学中突出“一个核心、两个关键和三层实践”的教改思路，对教学内容和教学评估等方面进行了改革，并在学校2015级和2016级机械设计制造及其自动化专业的学生进行了实施，实施教学改革后《液压与气压传动》课程提高了教学质量，学生的动手实践能力得到了很大提高，实现了理实一体化的教学目标。