關(guān)于電液控制技術(shù)科研反哺與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究

六盤水師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院 陳祖星 馮俊杰 張葉貴

北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院 尹田振

伴隨國家工程建設(shè)的迅速發(fā)展，液壓傳動扮演的角色越來越重，《電液控制技術(shù)》原有的課程設(shè)置也逐漸不能滿足現(xiàn)代化建設(shè)的要求，本文從科研反哺與翻裝課堂教學(xué)的角度，詳細(xì)描述在改革后的課堂中如何在將課堂中原有的知識點與實際問題相聯(lián)系，從而更好的促進(jìn)林業(yè)院校電液控制技術(shù)課程與林業(yè)裝備相關(guān)技術(shù)內(nèi)容融合。

近年來，在數(shù)字開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)以及傳感器技術(shù)的出現(xiàn)之后，以往的液壓傳動已經(jīng)變成了電液傳動技術(shù)，基礎(chǔ)元件中高效的數(shù)字集成電路、傳感器以及變量泵、閥的動態(tài)性能和精度都得到了很大的提高。因此在閉環(huán)控制時，系統(tǒng)的動態(tài)性能以及精度都會得到提升。因此，為了更好地在課堂中聯(lián)系實際問題，改革后的課堂將會把科研中的問題以課程作業(yè)和課程仿真設(shè)計的形式，融入到平常教學(xué)活動中來。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，開展面向?qū)嶋H科研項目的實踐工作。

1 課程現(xiàn)狀

1.1 課程教學(xué)改革的目標(biāo)

課程教學(xué)改革強調(diào)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。這些學(xué)習(xí)方式充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。即：讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，讓學(xué)生自己去尋找方法，讓學(xué)生自己探究思路，讓學(xué)生自己去解決問題。通過研究性、探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，疑難觀察，邏輯矛盾，解決問題以及實踐中進(jìn)行探究，培育科研反哺人才類研究生。

1.2 課程教學(xué)改革的內(nèi)容

（1）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

學(xué)生通過課外的自主學(xué)習(xí)之后，在課內(nèi)進(jìn)行協(xié)作互助的方式將知識進(jìn)行內(nèi)化，這種方式就稱為“翻轉(zhuǎn)課堂”，它是一種新興的教育模式和教育理念，為教師提供了個性化教育平臺，也培養(yǎng)了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)方法?！胺D(zhuǎn)課堂”課程教學(xué)改革中，傳統(tǒng)的“教”與“學(xué)”也已經(jīng)發(fā)生了改變，利用在線開放課程的特點以及優(yōu)點，使傳統(tǒng)的課程教學(xué)設(shè)計以及教學(xué)思維改變，讓學(xué)生獲取知識信息的能力得到提高，同時也培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考的能力。有利于學(xué)生對該課程的了解和認(rèn)識，教學(xué)成效顯著提高。

（2）課程教學(xué)改革方案及進(jìn)度計劃

改革方案：

將科研項目的實例引入課程教學(xué)中，在教學(xué)中注重翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念和方法，注重理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)導(dǎo)向，加強學(xué)生的實際問題分析能力和解決能力。在大學(xué)，教學(xué)與科研分不開，兩者的結(jié)合是人才培養(yǎng)的必經(jīng)之路，因為高校科研的基礎(chǔ)條件和前提是教學(xué)，而利用高?？蒲兴纬傻膭?chuàng)新知識以及成果可以對學(xué)生進(jìn)行再反哺，從而提升教學(xué)的質(zhì)量。在理論與實踐相結(jié)合的思想下，教學(xué)中更應(yīng)該注重把實際科研案例引入課堂中。這樣既可以提高教學(xué)質(zhì)量，又能激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。在實際課程中，該方案的要點如下：

第一，對科研項目進(jìn)行選題時，應(yīng)該與學(xué)生的學(xué)習(xí)領(lǐng)域密切相關(guān)，同時選題的難度和大小都要適宜。通過科研課題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生建立學(xué)習(xí)的信心。同時，值得注意的是科研課題的引入，應(yīng)該由淺入深。如果課題的規(guī)模較大，信息量過多，內(nèi)容相對學(xué)生來說復(fù)雜和陌生時，學(xué)生的分析能力還達(dá)不到科研課題要求，學(xué)生的積極性會受到打擊。以液壓采伐機中的采伐頭為例，采伐頭無論是在自動化專業(yè)、專業(yè)機械專業(yè)車輛專業(yè)、電氣專業(yè)有著不可分割的聯(lián)系。不僅如此，液壓采伐頭的研究還可以對相關(guān)專業(yè)的研究生科研工作提供另外一個角度的啟發(fā)。第二，科研項目要有針對性。教師選擇的體驗項目課題要能涵蓋本課程的絕大部分知識點，或者在課程不同章節(jié)選擇不同的具體項目案例，并且要與現(xiàn)實相吻合，并且要考慮學(xué)生的理解能力和接受能力。液壓采伐頭在電液控制技術(shù)這門課程中是一個非常重要的實際案例，搭建出一個完整的液壓采伐機對于掌握電液控制技術(shù)擁有極大的幫助。第三，科研課題要有系統(tǒng)性。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，教師需要把一個大的科研項目進(jìn)行合理的拆分，并且保證拆分后的科研項目與課程內(nèi)容的相關(guān)性，因為實際的科研項目一般來說都是比教學(xué)過程中的案例更加的復(fù)雜。在對科研項目講解之后，課后讓學(xué)生自主的進(jìn)行分析與討論，隨著課程的深入，對項目的探究會更加深入。在完成課程之后，能讓學(xué)生對所學(xué)知識產(chǎn)生滿足感，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

表1 組織方式、考核方式、成績評定方法

2 基于達(dá)成度評價體系的課程考核

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，由于考核的方式比較單一，且成績統(tǒng)計的工作量過于復(fù)雜，很難實現(xiàn)對學(xué)生成績的細(xì)粒度分析，因此會導(dǎo)致教師不能更好更完全的發(fā)現(xiàn)在教學(xué)中所出現(xiàn)的問題，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的隱含問題。

所以課程改革后的組織方式、考核方式、成績評定方法如表1所示。

在今后的實踐教學(xué)中，應(yīng)該著重對以下三個方面進(jìn)行教學(xué)改革：

2.1 轉(zhuǎn)變現(xiàn)有教學(xué)模式下成型的師生教學(xué)理念

在“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)實踐中，提倡學(xué)生為主體，學(xué)生在參與到課堂的過程中，應(yīng)該學(xué)會獨立思考、自主學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)中的問題積極帶到小組討論中。這不僅有助于學(xué)生對知識的掌握，還提升了學(xué)生的表達(dá)能力，從而達(dá)到從以往的被動學(xué)習(xí)、教師灌輸式教學(xué)中轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動思考、積極參與到教學(xué)討論中來。以電液控制技術(shù)為例，老師以采伐頭作為課程的科研反哺主題，在完成對課程的綱領(lǐng)性介紹后，基礎(chǔ)知識部分需要由學(xué)生分批次介紹完成，例如采育機頭結(jié)構(gòu)、和自動控制原理有關(guān)的控制系統(tǒng)流程框圖、控制系統(tǒng)中PID控制模塊如圖以及液壓馬達(dá)的特點等一系列知識。學(xué)生在講解之后，讓其余同學(xué)對本次課程提出問題，學(xué)生做出解答，再由老師指出其中有待改進(jìn)之處，并對整節(jié)課程做出完整總結(jié)。老師的每次總結(jié)需對最后的主題“采伐頭”做出合理/合適的引導(dǎo)，讓學(xué)生對液壓采伐機的底層知識有較為詳細(xì)的概括。最后，讓同學(xué)分組完成對液壓采伐機的構(gòu)建，從而讓學(xué)生對所學(xué)知識融會貫通，如圖1所示。

圖1 課程開展流程圖

2.2 利用現(xiàn)有信息化技術(shù)保障翻轉(zhuǎn)課堂的順利實施

為了實現(xiàn)知識點的立體式互動鏈接，“翻轉(zhuǎn)課堂”的構(gòu)建與完善就要與先進(jìn)的技術(shù)相契合，需要與現(xiàn)有的教育信息化技術(shù)資源進(jìn)行深度融合，實現(xiàn)視頻、在線作業(yè)、小組討論、自主學(xué)習(xí)與混合學(xué)習(xí)的互相補充。這一目標(biāo)的實現(xiàn)在硬件設(shè)施上需要現(xiàn)代信息技術(shù)的全方位支持，以及與互聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合。教育系統(tǒng)則需積極引入市場機制，激活第三方介入教育技術(shù)改進(jìn)，推動優(yōu)質(zhì)資源共享，實現(xiàn)教育模式的均衡發(fā)展。在電液控制技術(shù)這門課程中，學(xué)生必須有合適的條件去第三方平臺獲取知識，教學(xué)環(huán)境必須合適的課堂條件讓學(xué)生完成一系列的講解、回答和總結(jié)，學(xué)生必須有合適的實驗平臺去完成液壓采伐機的搭建，例如完成進(jìn)料機構(gòu)液壓原理圖后，需要在AMESim建立仿真模型，并從應(yīng)用庫中選取需要的標(biāo)準(zhǔn)子模型，并加入HCD構(gòu)建的壓力補償元件。

學(xué)校必須有合適的相關(guān)液壓采伐機這方面的人才去指導(dǎo)學(xué)生們的實驗工作。在合適的時候指出學(xué)生實驗方面的不帶改進(jìn)之處。這一系列工作的展開離不開現(xiàn)代信息技術(shù)的支持，離不開互聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合，離不開市場機制。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實踐模式要因地制宜

“翻轉(zhuǎn)課堂”起源于美國，在其興起之初，被美國大部分學(xué)生所關(guān)注，但該教學(xué)模式在國內(nèi)還未被廣泛接受，且仍在不斷探索和實踐階段，還有待進(jìn)一步完善以適應(yīng)中國學(xué)生的思維模式。該方法運用到實踐教學(xué)中還缺乏具體實踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)與有效的評價體系，在實現(xiàn)本土化還有一段很長的路要走。在教學(xué)的過程中應(yīng)該要著重于完善內(nèi)容設(shè)計、課程設(shè)計、教學(xué)方法設(shè)計等類容，在實踐教學(xué)中不斷的完善和提升“翻轉(zhuǎn)課堂”這一教學(xué)方法。

3 注重理論實踐相結(jié)合

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，缺乏對理論知識學(xué)習(xí)的興趣，其最主要的原因是理論知識過于抽象，在教學(xué)的過程中難以給學(xué)生以深刻的印象，唯有學(xué)生親身體驗才能更深刻理解。因此在教學(xué)過程中，應(yīng)以學(xué)生為主導(dǎo)地位，理解學(xué)生思維模式與接受學(xué)生的思維定式以及思維認(rèn)知的教學(xué)規(guī)律。這樣自然能后獲得學(xué)生對所授科目的興趣，提升教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生對學(xué)識的接受程度。

電液控制技術(shù)這一門課程源于實際生活中的生產(chǎn)任務(wù)具體問題，其理論與我們身邊的環(huán)境密不可分。對于大部分教師而言，在理論知識教學(xué)方面都有共同的感慨，既是理論知識的講授過程較為枯燥，學(xué)生對理論知識的了解缺乏興趣，其實并非理論知識難教難學(xué)，而是缺乏合理科學(xué)的教學(xué)方法。只是就理論講理論，注定這種教學(xué)方法無法贏得學(xué)生。尤其是高校工學(xué)類專業(yè)課程晦澀難懂，若在教學(xué)工作中不能將書本中的知識映射到生活中，容易引起學(xué)生的厭學(xué)和抵觸心理。

教師在教學(xué)的過程中，應(yīng)該將理論知識與實際相結(jié)合，將抽象、深奧的理論知識結(jié)合生活中與之對應(yīng)的標(biāo)本和素材。在這樣的情況下，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣自然會被激發(fā)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。只有學(xué)生有了學(xué)習(xí)熱情與動力，教學(xué)質(zhì)量自然會事半功倍，學(xué)生對知識的掌握程度也自然會更加扎實，對其后續(xù)的學(xué)習(xí)自然是有益無害。

4 實施科研反哺

教學(xué)豐富的科研成果是實施科研反哺教學(xué)模式的關(guān)鍵，因此高校教師既要重視教學(xué)、也要兼顧科研，教學(xué)工作與科研工作穩(wěn)步推進(jìn)，協(xié)同發(fā)展。電液控制技術(shù)與我們團隊的科研項目密不可分。在林業(yè)采伐機與固沙車等項目中，大量使用液壓控制器件等，這些內(nèi)容都是該課程中需要理解和學(xué)習(xí)的內(nèi)容，因此在前期的初步探索教學(xué)中，老師利用科研項目中的實際案例，結(jié)合課本中相關(guān)內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行講解，將實際科研中遇到的問題拿出來與學(xué)生討論，已經(jīng)初步得到了很好的反饋，一些學(xué)生在分析后與教師針對問題進(jìn)行討論，為喬灌木人工林機械化采收裝備技術(shù)研發(fā)、新型林用底盤及其作業(yè)仿真平臺研制等項目解決問題提供了新的思路和方法，同時這也提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，這無疑是雙贏的成功案例。

結(jié)束語：電液控制技術(shù)科研反哺與翻裝課堂教學(xué)研究是在與教學(xué)團隊商討課改方案實施內(nèi)容和方法，指定具體教學(xué)模式和方法，收集和整理相關(guān)課程準(zhǔn)備工作中不斷進(jìn)行優(yōu)化的，在初步對課程改課后的教學(xué)任務(wù)進(jìn)行實踐和探索后，要不斷收集和整理學(xué)生實際信息的反饋，以讓教學(xué)團隊更好的修改和更新相關(guān)教學(xué)中的不足。