工程認(rèn)證背景下液壓類(lèi)課程案例教學(xué)系統(tǒng)化與規(guī)范化研究**

沈 偉 ，張廣成 ，李彥睿

（上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

工程教育為社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步提供了人才支撐，然而隨著工程教育的大眾化與普及化，以及對(duì)人才質(zhì)量要求的提高，工程教育中存在的人才培養(yǎng)體系和制度的不足日益顯現(xiàn)。探索滿(mǎn)足發(fā)展人才需求、提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的工程教育教學(xué)改革之路，備受關(guān)注。

工程教育認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，堅(jiān)持以產(chǎn)出為導(dǎo)向，秉承持續(xù)改進(jìn)理念，在高校工程教育改革中成效卓絕[1]，為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型高素質(zhì)工程人才的培養(yǎng)提供了有效的方法，為規(guī)范我國(guó)工程教育制度體系、推進(jìn)教育教學(xué)改革提供了動(dòng)力。此外，在高校人才培養(yǎng)實(shí)踐中，習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義事業(yè)建設(shè)者和接班人[2]。為高校人才培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求指明了方向。

近年來(lái)，高校教師在教學(xué)改革方面做了許多努力。丁曉紅等針對(duì)機(jī)械工程人才培養(yǎng)問(wèn)題，提出了基于成果導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式[3]；錢(qián)煒等基于產(chǎn)業(yè)技術(shù)學(xué)院及開(kāi)放式校企協(xié)作育人機(jī)制實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新了產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)實(shí)踐機(jī)制[4]；路珍等開(kāi)創(chuàng)“流體傳動(dòng)與控制”課程思政“全鏈條”教學(xué)模式[5]；耿直等結(jié)合課程思政提出“飛機(jī)液壓傳動(dòng)與控制”的教學(xué)思考[6]；沈偉等以“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程為代表，提出“1+5”課程思政建設(shè)實(shí)踐機(jī)制[7]。一系列的改革實(shí)踐和理論創(chuàng)新推進(jìn)了工程教育改革的進(jìn)程。

教學(xué)方式的創(chuàng)新對(duì)于發(fā)揮教學(xué)能效、提高教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。案例教學(xué)方式具有啟發(fā)思考、注重雙向交流的特點(diǎn)，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)正確的價(jià)值觀(guān)、人生觀(guān)、世界觀(guān)及獨(dú)立思考能力，因此被廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)活動(dòng)[8]。課題組以“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程教學(xué)為著力點(diǎn)，以工程認(rèn)證改革為背景，聚焦案例教學(xué)過(guò)程中專(zhuān)業(yè)知識(shí)傳授和價(jià)值引領(lǐng)的融合實(shí)踐機(jī)制，探索液壓類(lèi)課程案例教學(xué)系統(tǒng)化、規(guī)范化的教育教學(xué)改革之路。

1 搭建“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程樹(shù)形結(jié)構(gòu)模型

1.1 “流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程樹(shù)形結(jié)構(gòu)解析

“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”有著源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的發(fā)展歷史，卻又時(shí)時(shí)伴隨著新技術(shù)的變革，密切關(guān)系著經(jīng)濟(jì)、軍事、民生等方面的發(fā)展[9-10]。

如果將“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”比作一棵大樹(shù)，課程教育教學(xué)作為主體，工程認(rèn)證為其根部系統(tǒng)，保障有機(jī)體的穩(wěn)健和持續(xù)茁壯成長(zhǎng)，任何一門(mén)工科課程都需要滿(mǎn)足工程認(rèn)證的基本要求。課程思政元素為系統(tǒng)注入新的養(yǎng)分，通過(guò)案例教學(xué)方式循環(huán)養(yǎng)分吸收，將工程認(rèn)證、課程思政有機(jī)融合于整體之中，讓“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程這棵大樹(shù)鮮活起來(lái)，如圖1所示。課題組以人才培養(yǎng)為根本出發(fā)點(diǎn)，以案例教學(xué)為手段，通過(guò)精選先進(jìn)性工科案例，構(gòu)建案例教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)特點(diǎn)及安排，系統(tǒng)化、規(guī)范化案例教學(xué)，充分發(fā)揮課堂教學(xué)的人才培養(yǎng)能效。

圖1 課程建設(shè)樹(shù)形模型

1.2 工程認(rèn)證基本理念

工程認(rèn)證作為課程建設(shè)根部基礎(chǔ)，將工科教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化。工程認(rèn)證的目的在于創(chuàng)立與工程師規(guī)則相銜接的工程教育認(rèn)證體系，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力[8]，其強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，聚焦學(xué)生能力培養(yǎng)，優(yōu)化教學(xué)資源配置，科學(xué)地進(jìn)行教學(xué)安排。區(qū)別于傳統(tǒng)以課程教學(xué)內(nèi)容為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)，工程認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以教學(xué)后學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，對(duì)照人才培養(yǎng)核心能力和要求，評(píng)估專(zhuān)業(yè)教學(xué)的有效性。同時(shí)，持續(xù)改進(jìn)的理念要求建立常態(tài)化的評(píng)估機(jī)制，進(jìn)行有效的質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)改進(jìn)，保障人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

1.3 案例教學(xué)特點(diǎn)

案例教學(xué)以與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的案例為基本教學(xué)材料和載體，構(gòu)建溝通理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的橋梁，通過(guò)討論、師生雙向互動(dòng)交流的方式，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)、學(xué)生創(chuàng)新思維啟發(fā)、思想道德熏陶等目的。在“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)案例教學(xué)能引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的流體力學(xué)、液壓、氣壓等的應(yīng)用，提高理論聯(lián)系實(shí)踐意識(shí)，在鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問(wèn)題和現(xiàn)象進(jìn)行研究和思考中，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及靈活運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。通過(guò)案例教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)，不再是教師單向傳授知識(shí)的教學(xué)方式，而是學(xué)生自身、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的多維專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，完成了教學(xué)身份的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化了課程教學(xué)效果。案例式教學(xué)具象了流體力學(xué)、液壓氣動(dòng)中的抽象公式概念，能夠有效加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的掌握。此外，通過(guò)對(duì)案例所蘊(yùn)含的思政元素的挖掘，對(duì)學(xué)生進(jìn)行潤(rùn)物無(wú)聲的熏陶，能夠使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)思想道德素質(zhì)的提升。

2 “流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程案例教學(xué)規(guī)范化建設(shè)

2.1 “流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程教學(xué)目標(biāo)

1）學(xué)習(xí)流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并重點(diǎn)掌握流體動(dòng)力學(xué)的流量方程、伯努利方程及動(dòng)量方程，作為后續(xù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

2）掌握液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓控制閥等液壓元件及氣缸、氣壓泵等氣壓元件的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用場(chǎng)合。

3）掌握液壓與氣動(dòng)技術(shù)的工作原理，能夠理解液壓與氣動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的原理，研究解決方法。

4）掌握各種功能液壓、氣動(dòng)基本回路的工作原理，能對(duì)機(jī)械工程領(lǐng)域常見(jiàn)的液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，能針對(duì)機(jī)械工程領(lǐng)域具體的液壓、氣動(dòng)問(wèn)題創(chuàng)新性地制定解決方案，并能選用正確的液壓、氣動(dòng)元件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理有效的實(shí)現(xiàn)。

2.2 “流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”案例系統(tǒng)化、模塊化建設(shè)

以專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)、培養(yǎng)愛(ài)國(guó)主義情懷為中心。通過(guò)學(xué)習(xí)課堂中液壓課程知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合該知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用案例，模板化講述實(shí)際案例所涉及的液壓氣動(dòng)知識(shí)，結(jié)合案例講解其在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生感悟其中的人文主義精神。通過(guò)“液壓課程知識(shí)+具體工程案例+模板化引導(dǎo)課程思政理念＝液壓課程的課程思政案例化教學(xué)方法”，進(jìn)一步提煉，得到專(zhuān)業(yè)課程案例化教學(xué)的普適方案。

為達(dá)到案例教學(xué)的系統(tǒng)化、模塊化、規(guī)范化效果，根據(jù)“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容安排，精選兼具專(zhuān)業(yè)教學(xué)價(jià)值和思想道德教育意義的案例，建立、完善案例教學(xué)資源庫(kù)，使其與專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)相配套。如緒論部分配套世界與中國(guó)的液壓氣動(dòng)發(fā)展史、16萬(wàn)t模鍛液壓機(jī)、6 400 t液壓復(fù)式起重機(jī)研發(fā)等案例；“流體力學(xué)”章節(jié)配套流體力學(xué)在日常生活中的應(yīng)用及“蛟龍?zhí)枴焙Ｔ嚨劝咐?；“液壓泵和液壓馬達(dá)”章節(jié)配套工業(yè)4.0與尖端制造，我國(guó)自主研制的最大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)“春風(fēng)號(hào)”等案例；“液壓缸和液壓控制閥”章節(jié)配套中國(guó)500 m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡“天眼”案例資源。

不僅要規(guī)范化專(zhuān)業(yè)知識(shí)模塊和具體教學(xué)案例，在液壓課堂時(shí)間安排上也需要進(jìn)行合理的模塊化，立足于能力培養(yǎng)要求，合理分配專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)講解和案例教學(xué)的時(shí)間劃分，拓展液壓專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的深度和改革廣度。

3 “流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程案例化教學(xué)示例

“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”專(zhuān)業(yè)課程，學(xué)習(xí)目標(biāo)為掌握液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓控制閥等液壓元件工作原理及使用場(chǎng)合。以第四章“液壓缸和液壓控制閥”專(zhuān)業(yè)知識(shí)講解及“天眼”案例教學(xué)為例，具體案例化教學(xué)可通過(guò)以下幾步設(shè)計(jì)。

3.1 知識(shí)引入

案例內(nèi)容介紹：2016年9月25日，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500 m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡在中國(guó)貴州省落成，是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，其靈敏度超德國(guó)波恩10倍，綜合性能超過(guò)曾被評(píng)為人類(lèi)20世紀(jì)十大工程之首的Arecibo300望遠(yuǎn)鏡10倍。而支撐“天眼”昂首蒼穹的是背后2 200個(gè)液壓促動(dòng)器，幫助“天眼”調(diào)節(jié)反射面面型，觀(guān)測(cè)天體，捕捉來(lái)自宇宙深空的信號(hào)。具體案例化教學(xué)融入課程思政如表1所示。

表1 課程思政具體案例

3.2 知識(shí)講解

由上述案例引入課堂，講解液壓缸的工作原理及相關(guān)計(jì)算。介紹液壓缸的類(lèi)型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算并展示液壓缸的典型結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立起對(duì)液壓缸基本結(jié)構(gòu)和工作原理的認(rèn)知，為后續(xù)關(guān)于液壓相關(guān)知識(shí)的講解做鋪墊。

將液壓知識(shí)講解與“天眼”促動(dòng)器案例再一次關(guān)聯(lián)：促動(dòng)器的主體就是液壓缸及電動(dòng)靜液壓執(zhí)行器（Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）技術(shù)。EHA主要由電控單元、電機(jī)、液壓泵、液壓缸及其余液壓輔助元件組成，利用電機(jī)-泵-液壓缸一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有體積小、重量輕、噪聲小、功率密度大、安裝簡(jiǎn)易、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輪船、工程機(jī)械、航天航空等領(lǐng)域。

在講解專(zhuān)業(yè)知識(shí)之余，結(jié)合案例，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“天眼”的科學(xué)價(jià)值及其對(duì)于我國(guó)科技進(jìn)步的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)意識(shí)，厚植愛(ài)國(guó)主義情感，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。

3.3 互動(dòng)討論與作業(yè)布置

拒絕單一的以授課為主的教學(xué)模式，增加溝通與交流，豐富教學(xué)方式和手段，采用提問(wèn)、習(xí)題、小組討論等多種形式融合鞏固所學(xué)知識(shí)。將班級(jí)同學(xué)分成若干組，討論本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)相關(guān)問(wèn)題，每組選擇一個(gè)使用到液壓缸或EHA技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍、新聞等，分析其使用場(chǎng)景及主要作用、相關(guān)性能參數(shù)及選型要求。以課堂演講的形式進(jìn)行交流，不僅只是老師進(jìn)行案例分享，學(xué)生也可以加入案例的收集、拆解和融化吸收中來(lái)，自主發(fā)掘工程案例背后的對(duì)跨學(xué)科解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的要求和實(shí)現(xiàn)偉大中國(guó)夢(mèng)的使命感。

4 總結(jié)及展望

隨著工程認(rèn)證背景下的工程教育教學(xué)改革的不斷深化及新時(shí)代高素質(zhì)人才培養(yǎng)要求的提出，液壓類(lèi)課程教學(xué)改革探索意義顯著。基于此，課題組首先構(gòu)建了“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程樹(shù)形結(jié)構(gòu)模型，闡明專(zhuān)業(yè)課程、工程認(rèn)證、課程思政及案例教學(xué)間的內(nèi)在關(guān)系；基于工程認(rèn)證基本理論和案例教學(xué)的特點(diǎn)，提出了“流體力學(xué)及液壓氣動(dòng)技術(shù)”課程案例教學(xué)規(guī)范化建設(shè)的具體措施。以液壓缸專(zhuān)業(yè)知識(shí)講解與“天眼”案例為例，闡述了如何以案例為專(zhuān)業(yè)知識(shí)和思想情感的載體，進(jìn)行知識(shí)講解和價(jià)值觀(guān)引領(lǐng)的教學(xué)過(guò)程。基于工程認(rèn)證背景下的液壓類(lèi)課程案例教學(xué)系統(tǒng)化與規(guī)范化方法具有普適性，所凝練的方法和精選的教學(xué)案例能供其他學(xué)科課程借鑒，從而促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高和人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。