基于CDIO的液压与气压传动技术应用性教学研究与实践①

张军 张卫忠 李文谨

[摘           要]  液压与气压传动技术是一门实践性很强又很抽象的专业基础课程，为解决课程教学过程中理论与实践难以平衡的问题，在液压教学中采用以项目和应用性为目标，以CDIO理念的研究性教学为导向的教学方法引导学生在理论学习的基础上进行工程实践和创新实践。通过基于CDIO理念的研究性教学在课前作品观摩、课堂教学方法、模拟仿真实践、课后研究性实践的实施与运行促进学生自主学习，缩短高校教育与企业需求之间的差距及为培养合格的应用型新工科人才提供教学思路。

[关    键   词]  CDIO;教学研究;项目导向

[中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2019）16-0090-02

液壓与气压传动技术是一门实践性很强又很抽象的专业基础课程，该课程非常重视专业知识的工程应用和实践技能的培养，目的是使学生对液压元器件、液压回路有全面的认识，根据设备的使用环境和要求，根据该课程的知识框架结构特点，结合国家“新工科”的人才培养目标和实际工作需求情况，我们在教学内容、教学方法、教学手段和考核模式等方面做一些改进和完善，加快应用型工科人才的培养。

一、课程改革的意义

传统的“知识传授型”教学模式主要强调教师的“讲”，学生被动“听”和“记”，学生对所学的知识应用到哪些领域及如何应用感到很迷茫，从而导致学生的学习兴趣和动力不足，使教学效果大打折扣。现有教材大多是以大量的文字或图表的形式对知识点进行静态描述，专业术语多、难理解、内容枯燥乏味、理论性强。现有的考核制度中“记”和“计算”的理论性和客观性内容过多，考核内容比较片面，差异化不明显，很少涉及学生对知识运用、分析和创造力等方面的考核，导致学生平时学习积极性不高，全靠期末几天的死记硬背应付考试，以达到获取学分的目的。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO工程教育理念不仅能够激发学生的学习主动性，增强学生的动手能力，提高学生综合利用所学知识发现—提出—分析—解决问题的能力，而且能够培养学生的团队协作精神和人际沟通能力。在液压与气压传动技术这门课程的理论与实践教学中，能够有效地将教学内容与工程实践紧密结合起来，充分发挥学生的创新思维，培养学生的动手能力以及创新能力。借鉴CDIO工程教育理念，构建理论与实践有效结合的教学模式，着力实现三个转变，即从学科导向向目标导向转变、从教师中心向学生中心转变和从知识课堂向能力课堂的转变。以满足社会对应用型、创新型人才知识结构和素质能力的需求。

二、课程改革的内容

（一）结合CDIO理念中先进的教学方法转变教学观念

以提高学生运用知识的能力为教学导向，突出知识的应用性

和运用方法，引导学生对知识的认识理解和思考，明白所学知识在未来工作中的应用价值，从而激发学生的求知欲，使学生主动学习并能够收集查阅最新的知识资料;引导学生对教学内容的认知过程从低层次的记忆、理解、应用向高层次的分析、评价、创造等方向发展，从而实现知识课堂向能力课堂的转变。在教学中越是常见的实例，学生对知识的接受和理解越容易，越能激发学生在课堂教学中讨论和学习的热情，促使学生主动思考问题。如讲述换向回路时，可以先让学生通过PPT等多媒体动态了解挖掘机液压系统的功用和特点及动作顺序，然后将复杂的液压控制系统分解成若干个子项目单元——升降控制回路、回转回路、行走回路等子单元，通过观察执行元件的动作提出问题，再引入教材内容，介绍回路的组成、结构、原理及应用等内容，帮助学生了解理论知识如何在生活中应用，有效地活跃了课堂气氛，提高了教学质量。

（二）丰富教学环节，培养学生自主学习的习惯

在教学过程中除了采用PPT教学外，还要充分利用动画演示、实例视频、3D仿真等教学方式激发学生的学习兴趣。并结合课堂练习、自测试题库等资源使学生更好地开展自学，让学生懂得教学内容的重难点及其应用;也要善于利用仿真软件程序帮助学生学习相关知识，例如，通过AMESim仿真，用户可以使用已有的模型和子模型元件建立新的系统，更改元件背后的子模型，也可以装载AMESim系统，执行标准或设置批运行，完成线性分析，输出模型用在AMESim外运行，完成设计探索研究，界面友好，操作方便。如图1、图2所示。

根据学习内容，可以从图1元件库中选取液压元件模型组成图2液压系统仿真图，将静止的二维知识点转变成三维图可视仿真图，学生可以完成从液压系统的构思、设计，最后实现液压系统的运作等操作，并通过对结果的分析找出问题所在，从而减轻学生学习的难度，激发学生的学习兴趣，学生就会主动搜索教学内容和解决相关问题的方式方法，从而养成自主学习的习惯。

根据新工科的建设要求，本科教育除传授知识外，主要任务是培养学生自主学习和应用实践的能力。随着产业的更新换代和科学技术的进步，知识更新日新月异，要求学生必须具备对已学知识的运用能力或者查找资料的能力。因此，在教学过程中，教师在精心设计教学内容与过程的同时，引入“以考代讲”“考评结合”等教学环节。运用常见的案例考核课前知识的形式代替部分讲授，或引导学生根据知识内容分析案例、教师点评的模式代替部分讲授课程。此外，积极引导学生参加各类学科竞赛活动，参与教师的教科研项目，提高学生对知识的理解和应用能力，促使学生自主学习能力的形成。

（三）加强理论与实践的联系

为了解决学生“学而不思则罔”的问题，在教学过程中讲述相关知识内容时，可多介绍知识点的应用领域与实际应用，并讲解实际应用中可能出现的问题和解决问题的方法，也可以鼓励学生自己分析出现问题的原因并找出解决方法，结合液压实验、生产实习、学科竞赛等实践环节中涉及的相关知识点，加强与学生的教学讨论交流。另外，为了便于学生理解和消化理论知识，在专业实验室讲授液压与气压传动技术课程，将理论知识借助实物或者模型进行充分讲解，在此方式下，讲课内容不会显得空洞乏味，将抽象知识点具体化和形象化，加深和强化了学生对知识点的理解和掌握。提高学生运用理论知识的能力，我们教师的教科研项目也吸引一部分学生参与。

（四）引入多元化考核标准

“评估学习产出”是CDIO理念非常重要的内容，所以合理设计考核内容并对学生各方面能力进行客观评价和检测是不断改进完善课程的重要内容。液压与气压传动技术课程主要考查学生对液压元器件特性、液压回路和液压系统组成等内容的掌握情况，原来的考核方式是平时成绩（30%）+期末卷面考试成绩（70%），考核方式过于传统及内容过于单一，不能全面反映学生对知识的理解和掌握程度，不符合应用型人才的教育要求，不利于提高学生分析问题、解决问题的能力。改革后的课程考核标准的构成为：出勤（10%）+课堂互动（20%）+课外作业（20%）+期末考试成绩（50%），并且期末考试的内容也大幅增加了对典型案例进行分析、计算及标注等实践性较强的知识点比例，增强了对学生分析和解决问题能力及查找工具资料能力的考核。经过采取以上所述的考核模式，课程改革初步取得了成效，学生对课程学习的重视程度明显提高，学生自主学习能力也得到较大提升，学生在课堂中积极查找手冊，并踊跃提问，并且学生在试卷中分析解题的思路和方法多样化了。随着学生成绩评价体系的逐步建立和完善，2016级机械学生成绩得到大幅提高，如下表所示。

除此以外，我们还积极探讨“以证代考”的考核模式，即以职业证书、发表论文、申请专利等形式代替部分考试成绩，从而提高学生学习的主动性和创造性，达到学以致用的教学目的。

三、结语

总之，深刻理解CDIO教育理念并进行实践和探索，引入多样化的授课方式和多元化考核模式，以企业需求与职业发展为导向确立培养目标，以“产出导向”模式改革液压与气压传动技术课程，重构教学课程内容、教学内容、教学方法和考核模式，强化学生对知识的理解和运用能力，促进技术创新型和应用型人才的培养。

参考文献：

[1]邓红，杨天歌，孟永宏，等.浅谈基于OBE理念的食品工程专业“机械基础”课程改革[J].农产品加工，2017（10）：86-88.

[2吴文剑，兰善红，范洪波.基于OBE理念的《材料工程设计基础》教学改革与探讨[J].东莞理工学院学报，2017（5）：107-109.

[3]袁健，朱龙英.基于CDIO的“机电一体化系统设计”课程考核方法改革的探索[J].中国地质教育，2010（2）.

[4]周燕，刘韬.《通信原理》的CDIO授课模式探讨[J].南通职业大学学报，2010（1）.

[5]凤权.OBE教育模式下应用型人才培养的研究[J].安徽工程大学学报，2016（3）：81-85.

[6]朱玉.CDIO工程理念在“机械原理课程设计”教学中的应用[J].中国电力教育，2010（1）.

[7]周春月，刘颖，张洪婷，等.基于产出导向OBE的阶梯式实践教学研究[J].实验室研究与探索，2016（11）：206-220.

编辑 冯永霞