基于實踐能力培養(yǎng)的“液壓與氣壓傳動技術(shù)”混合式教學改革*

楊小萍,潘偉榮

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學院 機電工程學院，廣東 廣州 510800)

“液壓與氣壓傳動技術(shù)”是機電類專業(yè)的一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)技術(shù)課，旨在培養(yǎng)學生選擇合適的液壓或氣壓元器件、設計原理圖、并能在設備上裝調(diào)的應用能力。目前該課程存在的問題有：教學內(nèi)容與區(qū)域產(chǎn)業(yè)崗位所需不匹配；理論與實訓部分結(jié)合不夠緊密,并多為驗證性實驗，學生技能得不到有效訓練；實訓部分與企業(yè)實際應用脫節(jié)，導致學生沒有掌握液壓與氣壓的實際應用能力，如元器件選擇僅停留在種類上，而并不清楚具體的型號與參數(shù)；不了解相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品，無法針對項目進行液壓或氣壓的應用實踐。因此，課程急需變革以適應企業(yè)的需要。隨著教育部推行課程改革，建設金課，各高校在“液壓與氣壓傳動技術(shù)”課程開展了一系列的改革，如基于項目驅(qū)動、工作過程、OBE(學習產(chǎn)出的教育模式)、CDIO(工程教育理念)[1-4]的課程改革。筆者所在教學團隊近年開展了基于實踐能力培養(yǎng)的“液壓與氣壓傳動技術(shù)”課程混合式教學改革,并取得了較為滿意的教學效果。

1 課程教學目標

液壓氣壓傳動廣泛應用于自動化設備上，其崗位技能要求是根據(jù)設備的功能選擇合適的元器件，設計回路原理圖，并能組裝調(diào)試。根據(jù)崗位的工程實踐應用能力的上述要求，確定本課程的教學目標為：學生通過本課程的學習，掌握液壓與氣壓的基礎理論知識(傳動原理、元器件的工作原理和選用方法)和運用FluidSIM軟件繪制原理圖的技能，能夠設計單缸或雙缸作用的液壓與氣壓系統(tǒng)，并將其與機械結(jié)構(gòu)、PLC等電氣控制進行裝調(diào)至無誤,能夠運用液壓或氣壓的理論知識處理系統(tǒng)的簡單故障,同時培養(yǎng)良好的溝通能力、表達能力、團隊合作精神與職業(yè)道德。

2 教學內(nèi)容重組與優(yōu)化

2.1 教學內(nèi)容重組

通過調(diào)研，機電學院畢業(yè)生主要服務于珠三角自動化設備行業(yè)，這類行業(yè)以氣動應用為主。因此結(jié)合珠三角區(qū)域行業(yè)的實際需求，將原來以液壓為主、氣壓為輔的課程內(nèi)容體系轉(zhuǎn)變?yōu)橐詺鈮簜鲃訛橹鳌⒁簤簽檩o，并加入電控，形成和真實工作任務相應的電氣液控制的新內(nèi)容體系。

為培養(yǎng)學生的實踐能力，從學生的認知規(guī)律出發(fā)，結(jié)合課程內(nèi)容的特點，將課程內(nèi)容項目化，開展基于項目的教學，但又保留必要的理論，以應對職業(yè)發(fā)展所需，具體如圖1所示。通過基礎理論教學、元器件認知、項目設計與裝調(diào)三個逐步深入的教學層次，實現(xiàn)以實踐應用能力為核心的教學目標，使得學生畢業(yè)稍加培訓即可熟練上崗，實現(xiàn)與企業(yè)需要無縫對接。項目設計與裝調(diào)環(huán)節(jié)又分為三個逐級遞進的項目層次：根據(jù)教學內(nèi)容做驗證性實驗以掌握理論知識；在此基礎上進行設計實驗以內(nèi)化知識；最后是真實項目的應用，達到強化知識并能實踐的教學目標。

圖1 教學內(nèi)容的重組

2.2 基于實踐性的實訓項目設計

在現(xiàn)有的實訓中，基本以驗證性實驗為主，少有的設計實驗中學生也僅選擇元器件種類，設計氣壓或液壓的原理圖，而忽略了元器件的具體參數(shù)，如氣缸的推力、行程、缸徑、安裝位置等具體的參數(shù)；且由于高職擴招學生人數(shù)增多，實訓設備人均少，學生基本是“看”實驗多于“做”實驗，導致學生技能不足以應對實際崗位所需。

為達到與企業(yè)對接的實踐能力，我們將原有的驗證實驗項目升級設計為認知—驗證—設計—應用的進階式實訓項目，如圖2所示。應用實訓項目是選擇企業(yè)真實任務為載體，并集虛擬與現(xiàn)實、仿真與實踐二位一體的項目。

圖2 二位一體的實踐能力培養(yǎng)項目的設計

實訓項目的設計思路：首先根據(jù)設備的功能要求和安裝位置，從氣壓或液壓元器件生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品目錄手冊上選擇合適的元器件，引入專業(yè)軟件(如FLuidSIM軟件)設計原理圖進行原理仿真測試，無誤后，將氣壓或液壓元器件三維模型裝配在設備三維模型進行虛擬檢查，如無誤，則在實物設備上裝調(diào)。

實訓項目設計創(chuàng)新有三點：第一，不局限于教材，而是實踐性地使用了企業(yè)產(chǎn)品目錄，讓學生掌握實際選型的依據(jù)及方法；第二，引入專業(yè)的液壓氣動設計軟件設計原理圖，便于新手直觀查看控制原理是否正確；第三，將設備的機械三維模型與液壓氣動元器件的三維模型虛擬裝配，則可保證安裝無誤。

通過虛擬與現(xiàn)實、仿真與實踐的二位一體的訓練，避免了直接采用企業(yè)任務而產(chǎn)生的難度過大學生失去學習興趣的難題，極大地提升了學生的實踐能力。

3 線上線下的教學模式設計與實施

目前由于課時少、實訓設備不足等問題使得老師無法在課堂上完成所有教學內(nèi)容并保證較好的教學質(zhì)量。而混合式教學是將在線教學和傳統(tǒng)教學的優(yōu)勢結(jié)合起來的一種“線上+線下”的教學方式，它充分利用線上豐富的教學資源、先進的教學手段以及學生靈活的學習時間，將定義類的基礎知識和基礎操作放在網(wǎng)上學習，減少課堂上對于基礎性知識的講解，集中時間解決重難點及共性問題，實現(xiàn)了更高效的課堂教學，取得更有質(zhì)量的教學效果[5-6]。教學團隊基于網(wǎng)絡教學平臺職教云，結(jié)合課程資源及實訓項目設計了虛擬與現(xiàn)實、仿真與實踐、線上與線下結(jié)合的混合式教學模式，如圖3所示。

圖3 混合式教學模式

3.1 前期準備

3.1.1 前端分析

前端分析主要是對教學對象、教學內(nèi)容和學習環(huán)境的分析。其中，教學對象分析是混合式教學實施的基礎。為有針對性地設計教學內(nèi)容及方法，教學團隊對學生已經(jīng)具備的與課程相關(guān)的技術(shù)能力、學習習慣、認知心理和期望值等進行了問卷分析，還分析了同步及后續(xù)課程的學習?！耙簤号c氣動傳動技術(shù)”開設在大二第一學期，學生已經(jīng)具備了機械結(jié)構(gòu)的知識，對設備的自動化控制非常有興趣，并同步在學習三維建模技術(shù)；在學習習慣上喜歡邊學邊做，更愿意自己動手操作。教學內(nèi)容是混合式教學實施的核心。課程團隊對教學目標、重難點、實訓項目及載體等內(nèi)容進行了深入的分析，確定了本門課程的教學目標，教學重點是元器件的選取、原理圖的設計及實物的裝調(diào)；教學難點是元器件的選取及實物的裝調(diào)。學習環(huán)境是混合式教學實施的支撐，本課程的教學環(huán)境主要包括教室、實訓室和 SPOC 平臺。

3.1.2 教學資源設計

教學資源是混合式教學實施是否成功的重要一環(huán)，包括指導性資源、內(nèi)容性資源和生成性資源。指導性資源是旗幟，指明教學和學習方向，以便學生清楚課程教學目標，并作出學習計劃，努力達到預期目標。教學團隊制訂了課程標準、教學計劃、考核標準等課程實施的綱領性資源。內(nèi)容性資源是課程知識的載體，是學生學習的工具，內(nèi)容性資源的質(zhì)量直接影響學生的學習效果。本課程的內(nèi)容性資源主要有課件、實訓操作手冊、任務工單、交互化的微課、教學視頻、形式多樣的作業(yè)與豐富的拓展資訊等資源。生成性資源是教師預設方向，但內(nèi)容是在教學實施過程中動態(tài)生成的，是學生學習過程中的產(chǎn)出。本課程的生成性資源形式多樣，包含了教學互動(如討論、問答)、學生自主學習(疑難問題、筆記)和總結(jié)反思(建議、亮點、不足)等資源。

3.2 混合式教學實施

本課程的混合式教學實施指線上教學和線下教學的實施。

3.2.1 線上教學的實施

線上教學實施主要是集中在課前和課后，具體如圖4所示。由于階段不同，即使同為線上教學活動，其側(cè)重點也有所不同。課前學生主要是為任務的實施吸收儲備知識，因此在課前教師通過職教云平臺發(fā)布任務、與任務相關(guān)的課件、微課和拓展資源，并利用課程平臺督促學生學習。課后則是對任務完成的總結(jié)，并對知識進行強化。教師要對該次課程進行總結(jié)，梳理在課程學習中學生的亮點與不足，鼓勵學生進步；公布該次課程成績，激勵得分落后的同學努力學習；發(fā)布與該任務相關(guān)的復測、主題討論及拓展任務。學生可以充分利用碎片時間通過職教云平臺的電腦端和移動端完成課后任務。

圖4 混合式教學實施過程

線上教學階段，學生主要靠自學吸收知識，對學生的自學能力與自控能力提出了較高要求，教學團隊利用職教云手機端和微信群等網(wǎng)絡化手段隨時為學生答疑解惑并督促學習，并選拔班級學習優(yōu)異的同學為助理管理員，協(xié)助答疑。

3.2.2 線下教學實施

課中則是線下的翻轉(zhuǎn)課堂，學生將知識內(nèi)化進而初步應用的階段。在此階段教師通過線上的前測已經(jīng)掌握了學生學習的難點與共性問題，在課上的前5～10分鐘時間，主要強調(diào)本次課程的教學目標與重難點，講解共性問題。而后則由學生對任務開展討論，確定計劃，實施任務，展示并匯報。教師在這一階段主要任務是組織任務實施，并進行個別指導。通過形式豐富多樣的教學方式如講授、問答、討論、分組協(xié)作、展示匯報等手段不斷強化學生知識，同時也培養(yǎng)了學生自主學習、團隊協(xié)作等能力。

3.3 教學評價

本課程重在對學生實踐能力的培養(yǎng)，特別注重學生知識的積累和工程實踐能力的提升的過程，但同時也注重其學習效果，因此采用過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的形成性評價方式進行考核。終結(jié)性評價包括實訓成果、期中和期末測試三部分。過程考核采取了定性和定量相結(jié)合的評價方式。定性評價包括了學習過程中學生的學習態(tài)度、參與程度、實訓素養(yǎng)等。定量評價包含了作業(yè)、線上的前測與復測、線下的仿真測試、實訓與期末的理論考試等。依托本課程建設的平臺職教云可以全面跟蹤整個學習過程。教師在學期開始前在網(wǎng)站上設置好線上線下各階段各項參與的比例，如學習進度、時長、隨堂測試、主題討論、筆記等。線下則主要通過實訓工單、課堂表現(xiàn)等記錄學生的過程性成績。

通過定性與定量、過程與終結(jié)相結(jié)合的評價方式可以更細致地掌握同學的學習情況、幫助其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以取得更好的學習效果。

4 結(jié)語

為適應區(qū)域經(jīng)濟結(jié)構(gòu)對人才的要求，本課題組成員近幾年來走訪了大量企業(yè)，開展對課程建設和教學改革的探索實踐。經(jīng)過三年的建設，本課程逐步建成了基于實踐能力培養(yǎng)的新內(nèi)容體系、實訓項目及在線課程，制訂了形成性評價方案。通過改革，使得學生明確了學習目標；通關(guān)式的進階實訓項目，極大提升了學習興趣，從而轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W”；線上線下結(jié)合的教學模式使得學生有更充足的時間學習，足量的測試與豐富的資源使得學生牢牢掌握了本門課程的基礎理論及實踐技能。近兩屆的畢業(yè)生反饋本課程應用性高，基本貼合工作所需。