“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”下的液壓與氣壓傳動教學(xué)改革與實(shí)踐

鄭莉芳 周曉敏 陳新華 鞏憲鋒 馮 明

北京科技大學(xué) 北京 100083

液壓與氣壓傳動是關(guān)于液壓與氣動技術(shù)一般規(guī)律及應(yīng)用的一門課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性和應(yīng)用性，但在教學(xué)過程中存在一定的教學(xué)難點(diǎn)，一方面教學(xué)內(nèi)容枯燥、直觀性弱，學(xué)生理解和掌握起來比較難，學(xué)習(xí)興趣不高，另一方面教學(xué)過程中學(xué)生的動手操作和實(shí)踐設(shè)計機(jī)會比較少。教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國的戰(zhàn)略服務(wù)。在該計劃下，如何構(gòu)建液壓與氣壓傳動課程的知識結(jié)構(gòu)以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何利用實(shí)踐教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，是一項亟待解決的課題。筆者結(jié)合“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和機(jī)械工程及自動化專業(yè)的教學(xué)改革實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)思想和考核體系等方面對液壓與氣壓傳動課程進(jìn)行改革與實(shí)踐。

1 精選教學(xué)內(nèi)容

液壓與氣壓傳動課程實(shí)踐性強(qiáng)，與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系緊密，根據(jù)此特點(diǎn)，結(jié)合課程大綱要求，以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力為核心，以工程應(yīng)用為背景，精選教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建模塊化的課程內(nèi)容體系。也就是將課程的主要知識點(diǎn)按模塊劃分，每個模塊的內(nèi)容均由理論和實(shí)踐內(nèi)容共同組成，教學(xué)內(nèi)容必須保證理論知識的系統(tǒng)性和完整性，舍棄那些不為工程應(yīng)用所必需的公式推導(dǎo)過程，力求簡單實(shí)用，以實(shí)用理論為主，注重理論知識在工程實(shí)際中的應(yīng)用。例如刪除了流體力學(xué)中連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程等煩瑣公式的推導(dǎo)和論證，將重點(diǎn)放在其公式在工程實(shí)際的應(yīng)用上；簡化了泵閥流量壓力參數(shù)計算和蓄能器容量計算過程，加入了泵閥缸等元件的選型方法和常見故障診斷等內(nèi)容，在基本回路章節(jié)中增加了回路的設(shè)計方法。這樣的教學(xué)內(nèi)容更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更貼近工程實(shí)際應(yīng)用需要。

同時，為保證課堂教學(xué)內(nèi)容更加貼近液氣壓傳動的新技術(shù)，使學(xué)生了解目前最先進(jìn)的液氣壓傳動技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展方向，建設(shè)“動態(tài)”的課程資源，在課堂教學(xué)內(nèi)容中增加具體的工程項目實(shí)例，并不斷對實(shí)例更新，配合工程現(xiàn)場實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)教學(xué)基礎(chǔ)性與工程應(yīng)用先進(jìn)性的統(tǒng)一，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對液氣壓傳動技術(shù)的運(yùn)用熱情。

2 改革教學(xué)方法

液壓與氣壓傳動課程的工程應(yīng)用性非常強(qiáng)，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，將學(xué)生的注意力牢牢地吸引在課堂教學(xué)上，必須采取各種方法和手段優(yōu)化教學(xué)過程。

2.1 完善多媒體教學(xué)方法

液壓與氣壓傳動教學(xué)內(nèi)容中很多重要的液壓元件由十多個甚至二十多個零件組成，其結(jié)構(gòu)和工作原理復(fù)雜，同一張液壓回路圖要涉及兩種或兩種以上的不同工作狀態(tài)。如果僅利用板書和靜態(tài)掛圖講解，讓學(xué)生自己想象，勢必使一些學(xué)生感到枯燥乏味、直觀性差、難懂而失去學(xué)習(xí)興趣，達(dá)不到滿意的教學(xué)效果。

在液壓與氣壓傳動教學(xué)中，采用多媒體教學(xué)，除書中所涉及圖片外，將大量的動畫、照片和錄像引入課堂，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。采用多媒體教學(xué)方法，將復(fù)雜的液壓元件結(jié)構(gòu)形狀、零件組成和工作原理進(jìn)行動畫仿真演示，增加了元件結(jié)構(gòu)的立體感和真實(shí)感，使抽象深奧枯燥的工作原理變得簡單直觀。將液壓回路和系統(tǒng)圖制作成色彩鮮明形象生動的動畫，在不同工況下，控制元件和執(zhí)行元件的動作順序、油液的流動方向一目了然。這樣的教學(xué)方法很容易集中學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，對學(xué)生而言，可以較好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，教師則有更多的時間提高專業(yè)素質(zhì)和講課藝術(shù)，使教與學(xué)的過程變得輕松和愉快。

2.2 實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)

古人云：學(xué)起于思，思源于疑。為了將學(xué)生牢牢地吸引在教學(xué)上，使學(xué)生成為教學(xué)過程的主角，教師采取啟發(fā)式教學(xué)，經(jīng)常在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)問題。例如在講解外嚙合齒輪泵的工作原理時，教師先講解齒輪泵的結(jié)構(gòu)，接著演示齒輪泵的工作原理動畫，讓學(xué)生觀察，接下來教師復(fù)述上節(jié)課的知識點(diǎn)容積泵工作三要素，引導(dǎo)學(xué)生從容積泵工作三要素的角度分析，外嚙合齒輪泵是如何工作的？學(xué)生盯著動畫，積極思考，互相討論，課堂氣氛活躍起來。這時教師應(yīng)適時鼓勵學(xué)生主動站起來回答問題。又例如，教師在講解完先導(dǎo)式溢流閥的工作原理后，設(shè)置問題：如果先導(dǎo)式溢流閥高壓不溢流，它的故障會出在哪里？如果低壓就溢流，故障又出在哪里？讓學(xué)生在思考問題的過程中加深對先導(dǎo)式溢流閥工作原理的理解。

這種啟發(fā)式教學(xué)方法，吸引學(xué)生積極主動地參與到課堂中，培養(yǎng)學(xué)生自覺獲取知識的能力，使知識掌握得更加牢固，提高了教學(xué)效果。

2.3 采用比較式教學(xué)

液壓與氣壓傳動教學(xué)內(nèi)容中涉及大量的元件結(jié)構(gòu)、工作原理和職能符號，有的從外觀看比較相像，容易使學(xué)生混淆。對于這樣的教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)過程中采取類比式教學(xué)法會取得良好的教學(xué)效果。例如壓力閥的重點(diǎn)講述內(nèi)容先導(dǎo)式溢流閥、先導(dǎo)式減壓閥和先導(dǎo)式順序閥，其外觀近似，結(jié)構(gòu)和工作原理復(fù)雜且有相似之處，在講授該知識點(diǎn)時，將3個閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、職能符號、安裝位置、作用等列表對比，并多次播放工作原理動畫，在不斷地比較中加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和把握。例如在講授葉片泵時，在介紹完單作用葉片泵和雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)和工作原理之后，列出一系列問題對二者進(jìn)行比較，讓學(xué)生自己去尋找二者之間的不同。學(xué)生在分析和比較這些問題的過程中，加深了對知識點(diǎn)的理解，牢牢掌握了教學(xué)內(nèi)容，并提高了分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了工程綜合能力。

3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

液壓與氣壓傳動是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，卓越工程師的教育培養(yǎng)僅僅通過課堂教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，必須加強(qiáng)對學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)。為培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和實(shí)踐設(shè)計能力，我們建立了創(chuàng)新實(shí)踐實(shí)驗室，除傳統(tǒng)的演示和驗證性實(shí)驗外，重點(diǎn)建設(shè)需要學(xué)生實(shí)際動手構(gòu)建且具有創(chuàng)新性的設(shè)計性實(shí)驗，學(xué)生利用現(xiàn)有的QCSB雙面氣體傳動實(shí)驗臺和YCSB液壓傳動測試實(shí)驗臺，設(shè)計自主實(shí)驗項目。學(xué)生以個人為單位，按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗：

(1)充分了解實(shí)驗臺中的各個元器件，挑選出其中的一些為己所用，準(zhǔn)備進(jìn)行液壓與氣壓系統(tǒng)的設(shè)計。

(2)設(shè)定自己所搭建的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)哪些功能，并確定系統(tǒng)的名稱，繪制自己要設(shè)計系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，寫出設(shè)計系統(tǒng)的工作原理。

(3)利用所選元器件搭建系統(tǒng)，并請教師檢查，以保證實(shí)驗的安全進(jìn)行。

(4)動手操作進(jìn)行演示，如果實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能則該實(shí)驗成功。當(dāng)學(xué)生看到自己搭建的系統(tǒng)按照預(yù)期設(shè)計進(jìn)行動作時，大大提高了其進(jìn)行工程實(shí)踐的自信心。

設(shè)計性實(shí)驗提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，使學(xué)生的實(shí)際動手能力得到鍛煉，為將來在實(shí)際工程中進(jìn)行液壓和氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。

4 改革考試體系

傳統(tǒng)的考試內(nèi)容分為基礎(chǔ)理論知識和實(shí)驗內(nèi)容，考試形式均為卷面考試，無法考核學(xué)生的動手操作能力和實(shí)際設(shè)計能力。針對卓越工程師的教育培養(yǎng)目標(biāo)，建立新的考試體系，使之與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來，考試內(nèi)容更加多元化，考試方法更注重提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力?？荚噧?nèi)容和方法為：

(1)作業(yè)占10%。作業(yè)的起步成績?yōu)?分，根據(jù)作業(yè)的完成情況，包括正確性、獨(dú)立性和工整性，教師給出評語，獲到“好”一次，作業(yè)成績加1分，加至10分為止，得到“？”一次，作業(yè)成績扣1分，扣至0分為止，沒有得到評語，不加分也不減分。作業(yè)成績打分機(jī)制避免了作業(yè)抄襲，讓學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成獨(dú)立、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮昧?xí)慣。

(2)課堂表現(xiàn)占10%。在液壓與氣壓傳動教學(xué)過程中，教師常采用啟發(fā)式教學(xué)，不斷在課堂中設(shè)疑，鼓勵學(xué)生回答問題，使學(xué)生成為課堂的主角。課堂表現(xiàn)的起步成績?yōu)?分，學(xué)生回答一次問題加1分，加至10分為止。這種答題積分的獎勵機(jī)制，激發(fā)學(xué)生積極思考，鼓勵學(xué)生大膽發(fā)言，使教學(xué)效果上了一個新的臺階。

(3)實(shí)驗占10%。泵閥元器件的拆裝實(shí)驗和液氣壓基本回路實(shí)驗為傳統(tǒng)實(shí)驗項目，占5%，這5分學(xué)生比較容易拿到，對于設(shè)計性實(shí)驗，當(dāng)學(xué)生所設(shè)計系統(tǒng)無誤且動手操作使系統(tǒng)正常動作時，才拿到另外的5分。在實(shí)實(shí)在在分?jǐn)?shù)的驅(qū)動下，學(xué)生的動手操作欲望被大大激發(fā)，從而在動手中培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。

(4)期末考試占70%?？荚噧?nèi)容中除了非常重要的占60%的基礎(chǔ)理論知識外，還增加了占考試成績10%的系統(tǒng)分析和設(shè)計題目，題目中的系統(tǒng)元件殘缺不齊，讓學(xué)生根據(jù)工況要求添加所需要的元件，并設(shè)計不同工況下各個元件的工作狀態(tài)，這種試題主要考核學(xué)生對復(fù)雜液壓與氣壓系統(tǒng)的分析能力和設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生將來在工程實(shí)際中獨(dú)立進(jìn)行液壓與氣壓系統(tǒng)設(shè)計的自信心。

這樣的考試內(nèi)容與考試方式在檢驗學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識掌握情況的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動手能力，使每個學(xué)生都積極參與到教學(xué)過程中，對引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，敢于動手操作起到了促進(jìn)作用，提高了工程實(shí)踐能力。

5 結(jié)束語

在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”下，液壓與氣壓傳動教學(xué)過程更應(yīng)該注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的聯(lián)系，經(jīng)過幾年的探索和實(shí)踐，提高了教學(xué)質(zhì)量，提升了課程建設(shè)的層次，逐步形成了一套基本滿足“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求的新課程體系。

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