基于CDIO的液壓傳動與控制課程教學(xué)改革

曹昌勇，張曉東，賈偉建

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基于CDIO的液壓傳動與控制課程教學(xué)改革

曹昌勇，張曉東，賈偉建

（皖西學(xué)院 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，安徽 六安 237012）

以培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，結(jié)合CDIO工程教育理念，針對液壓傳動與控制課程的特點(diǎn)，闡述了教學(xué)改革的必要性，提出了模塊化的教學(xué)手段和方法．結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、搭建、運(yùn)行（再創(chuàng)新）和評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的一體化教學(xué)．實(shí)踐表明，采用CDIO工程教育理念，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，取得了較好的教學(xué)效果．

CDIO；液壓傳動與控制；教學(xué)改革

隨著液壓傳動與控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，液壓控制裝置由于體積小，重量輕，功率大，易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，在運(yùn)行中可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速等特點(diǎn)，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用．因此，為了更好地服務(wù)社會，國內(nèi)很多院校的機(jī)械制造及其自動化等機(jī)電類專業(yè)都把液壓傳動與控制課程作為必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才．

液壓傳動與控制是一門與工程實(shí)際銜接非常緊密的專業(yè)技術(shù)課程．具有內(nèi)容知識面廣，信息量大，實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，加上液壓技術(shù)發(fā)展迅速，新技術(shù)層出不窮．而教學(xué)課時(shí)非常有限，如果課堂上處理不好，往往使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)熱情，最終失去學(xué)習(xí)信心．學(xué)生的實(shí)踐動手能力相對較差，較難將理論知識應(yīng)用于工程實(shí)際，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果．結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，為了培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展的需要，更好地提高液壓傳動與控制理論和實(shí)踐教學(xué)，本文結(jié)合CDIO工程教育理念來實(shí)現(xiàn)液壓傳動與控制課程的教學(xué)改革．

1 CDIO的教學(xué)理念

CDIO（Conceive Design Implement Operate，即構(gòu)思，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)，運(yùn)作）是由美國麻省理工學(xué)院等大學(xué)發(fā)起的國際工程教育合作組織提出的一種新型理念教學(xué)模式，是一項(xiàng)工程教育改革的最新成果[1-2]．CDIO工程教育理念不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生綜合利用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)—提出—分析—解決問題的能力，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和人際溝通能力[3-5]．

在液壓傳動與控制這門課程的理論與實(shí)踐教學(xué)中，有效的將教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐緊密結(jié)合起來，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及創(chuàng)新能力．借鑒CDIO工程教育理念，構(gòu)建理論與實(shí)踐有效結(jié)合的教學(xué)模式，以滿足社會對應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才知識結(jié)構(gòu)和素質(zhì)能力需求[6-7]．

2 課程教學(xué)改革實(shí)踐

從以往的液壓傳動與控制課程教學(xué)過程來看，或多或少的會存在以下問題：課程內(nèi)容多學(xué)時(shí)少，理論課上基本都是教師教，學(xué)生聽，很少有疑問．走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)效果也不理想．主要是本課程與其他課程銜接的較多，如前期理論基礎(chǔ)課程流體力學(xué)和液壓回路控制中所必須掌握的其他相關(guān)課程，如機(jī)械工程控制以及其他自動化類相關(guān)課程．學(xué)生學(xué)習(xí)起來很難把握，導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性不足，嚴(yán)重影響了本課程的教學(xué)效果．基于此，本文提出了基于CDIO工程理念的課程教學(xué)改革．

2.1 課程體系的建立

基于CDIO工程教育理念，結(jié)合液壓傳動與控制這門課的知識體系，為培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展需要，理論與實(shí)踐相結(jié)合．從理論到實(shí)踐，從演示到設(shè)計(jì)再到創(chuàng)新，按照模塊化設(shè)計(jì)重構(gòu)課程教學(xué)大綱．理論課堂教學(xué)中，主要有4個(gè)模塊，分別是流體力學(xué)模塊（主要包括：流體靜力學(xué)、動力學(xué)等）；液壓元器件模塊（主要包括：液壓泵、液壓執(zhí)行元件、液壓控制閥和液壓輔助元件等）；液壓基本回路模塊（主要包括：壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸動作回路等）；典型液壓系統(tǒng)控制模塊（液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)、壓力機(jī)液壓系統(tǒng)等）．

在各個(gè)模塊的教學(xué)中，基于CDIO教育理念，首先按照模塊化的理論體系，結(jié)合相關(guān)的工程實(shí)例激發(fā)學(xué)生興趣，進(jìn)行課堂講授，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)．其次，每個(gè)模塊學(xué)習(xí)完以后，學(xué)生畫出各模塊的思維導(dǎo)圖，課程結(jié)束后，形成最終的課程內(nèi)容思維導(dǎo)圖．最后，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，理論與實(shí)踐相結(jié)合，依據(jù)理論教學(xué)模塊要求進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作．先由教師進(jìn)行引導(dǎo)，然后學(xué)生根據(jù)相關(guān)模塊知識點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目搭建、項(xiàng)目運(yùn)行（再創(chuàng)新）和項(xiàng)目評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的一體化的教學(xué)．

2.2 模塊化課程教學(xué)實(shí)例

以液壓基本回路模塊為例，結(jié)合CDIO教學(xué)理念，建立相關(guān)的課程教學(xué)過程．

2.2.1 理論教學(xué) 液壓基本回路模塊主要包括：壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸動作回路等．每一種回路中又包含多種，如壓力控制回路又包括：調(diào)壓回路、減壓回路、卸荷回路、增壓回路和平衡回路等，而調(diào)壓回路又包括單級調(diào)壓、二級調(diào)壓和遠(yuǎn)程調(diào)壓等．知識點(diǎn)多，內(nèi)容廣，學(xué)生學(xué)習(xí)起來非常困難，很難掌握．所以在理論教學(xué)中，分別從回路的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理和性能及其相關(guān)的應(yīng)用場合進(jìn)行講解，完善多媒體課件，收集、制作相關(guān)的視頻動畫，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．理論課程結(jié)束后，學(xué)生可以按寢室為單元或自行分組，總結(jié)本單元的內(nèi)容知識體系，畫出本模塊的思維導(dǎo)圖，并進(jìn)行檢查和評判．

2.2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模岢鰧?shí)驗(yàn)教學(xué)要求．依據(jù)CDIO工程教育理念，結(jié)合本模塊知識點(diǎn)，確定需要做和能夠開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有哪些，以及能達(dá)到的目標(biāo)值是什么等．

（1）實(shí)驗(yàn)舉例

首先實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)理論教學(xué)知識模塊結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)大綱要求，代表性的建立幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示（從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、搭建、運(yùn)行（提出要求再改進(jìn)）和評價(jià)等方面入手），為后續(xù)學(xué)生動手設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備．以設(shè)計(jì)一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓回路為例進(jìn)行介紹，遠(yuǎn)程調(diào)壓回路原理圖見圖1[8]．

根據(jù)圖1遠(yuǎn)程調(diào)壓回路，介紹回路的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理以及如何調(diào)壓，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓，溢流閥1，2閥芯的調(diào)定壓力必須滿足的條件是什么．

圖1 遠(yuǎn)程調(diào)壓回路

借助實(shí)驗(yàn)室液壓多功能綜合測試實(shí)驗(yàn)臺，結(jié)合遠(yuǎn)程調(diào)壓原理圖1，按照實(shí)驗(yàn)臺的操作規(guī)程，搭建遠(yuǎn)程調(diào)壓回路，經(jīng)檢查回路無誤后，系統(tǒng)上電，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)壓．實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用先導(dǎo)型溢流閥遙控口遠(yuǎn)程調(diào)壓時(shí)，溢流閥1的調(diào)定壓力必須大于遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2的調(diào)定壓力時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓，與理論內(nèi)容完全吻合．最后，基于該液壓回路，提出其他相關(guān)問題，如在該回路上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如何實(shí)現(xiàn)單級調(diào)壓、二級調(diào)壓和多級調(diào)壓；借助溢流閥1遠(yuǎn)程控制口如何實(shí)現(xiàn)泵的卸荷回路等．

（2）學(xué)生實(shí)踐

根據(jù)液壓基本回路模塊知識點(diǎn)，結(jié)合理論課后學(xué)生繪制的模塊思維導(dǎo)圖，要求學(xué)生分別設(shè)計(jì)壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸動作回路的4種液壓基本回路．分組進(jìn)行，3人一組，首先構(gòu)思所設(shè)計(jì)的回路完成的功能，根據(jù)功能設(shè)計(jì)液壓基本回路，先小組討論該液壓基本回路是否滿足功能需求，提交實(shí)驗(yàn)教師檢查討論，并進(jìn)行引導(dǎo)，確定回路設(shè)計(jì)方案是否合理．然后根據(jù)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)中所用的元件，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)臺的操作規(guī)程，結(jié)合設(shè)計(jì)方案提供的系統(tǒng)圖合理組裝．組裝完成后，檢查各點(diǎn)連接情況，經(jīng)檢查回路無誤后，系統(tǒng)上電，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)運(yùn)作，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．本實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，結(jié)合工程實(shí)際，若想在此回路上擴(kuò)展其他功能，如何實(shí)現(xiàn)，如何在該液壓回路中進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)等．最后進(jìn)行提問、總結(jié)和評價(jià)．

（3）實(shí)驗(yàn)評價(jià)

為了衡量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效果，實(shí)施實(shí)驗(yàn)考核和評估，制定實(shí)驗(yàn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量．實(shí)驗(yàn)考核主要從出勤與學(xué)習(xí)態(tài)度、設(shè)計(jì)過程、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等４個(gè)方面12個(gè)分項(xiàng)進(jìn)行考核打分，考核結(jié)果作為本課程最終成績的一部分．實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核評分見表1．

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核評分

3 結(jié)束語

根據(jù)學(xué)校的發(fā)展定位，為培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展需要，結(jié)合CDIO先進(jìn)的工程教育理念，實(shí)現(xiàn)了液壓傳動與控制課程教學(xué)的改革．根據(jù)課程知識的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照模塊化設(shè)計(jì)重新規(guī)劃大綱，對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)體系等方面進(jìn)行了全面的改革．理論教學(xué)中，建立本模塊的思維導(dǎo)圖．實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合相關(guān)模塊知識點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目搭建、項(xiàng)目運(yùn)行（再創(chuàng)新）和項(xiàng)目評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的一體化教學(xué)．通過課程的教學(xué)改革，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，取得了較好的教學(xué)效果．

[1] 鄭薇薇．基于CDIO 的創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[D]．大連：大連理工大學(xué)，2010

[2] 楊雪，王玫．CDIO 在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式改革中的應(yīng)用[J]．南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2010，10（1）：65-68

[3] 朱學(xué)軍，張慶玲，李富娟，等．基于CDIO的機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐[J]．教學(xué)研究，2014（3）：104-106

[4] 梅怡，梁貴萍，林蕓，等．CDIO教學(xué)模式在“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)改革中的實(shí)踐[J]．貴陽學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014（4）：71-77

[5] 任永良，賈光政，王金東，等．基于FESTO氣動教學(xué)平臺的CDIO教學(xué)實(shí)踐[J]．機(jī)床與液壓，2014（10）：114-117

[6] 管志光，苗秋華．基于CDIO機(jī)械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革與探索[J]．中國現(xiàn)代教育裝備，2015（23）：50-53

[7] 呂慶洲．基于CDIO的《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J]．職業(yè)教育研究，2013（6）：84-86

[8] 劉延?。簤号c氣壓傳動[M]．3版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015

Teaching reform of hydraulic transmission and control based on CDIO

CAO Chang-yong，ZHANG Xiao-dong，JIA Wei-jian

（School of Mechanical and Vehicle Engineering，West Anhui University，Lu′ an 237012，China）

To develop applications and innovative talents as the goal， combined with the concept of CDIO engineering education，the characteristics of hydraulic transmission and control course，described the necessity of teaching reform，proposed modular teaching tools and methods，combining experimental teaching，experimental project ideas，design，build，run（re-innovation）and evaluate，achieved the integration of teaching from theory to practice．The practice shows that the concept of CDIO engineering education，it can improve students′ enthusiasm，cultivate students to analyze and solve problems and design innovation，and achieve good teaching results.

CDIO；hydraulic transmission and control；teaching reform

1007-9831（2016）11-0088-03

TH137∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.11.024

2016-09-02

皖西學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2016wxxy69）

曹昌勇（1978-），男，安徽貴池人，副教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與工程測控方面研究．E-mail：ccy_7128@163.com