OBE理念下液壓傳動課程改革探索

江本赤 王建彬 王海

摘 要 工程教育OBE理念正受到日益廣泛的關注，針對當前“液壓傳動與控制”課程教學模式中的不足，對照OBE理念要求，對該課程的教學模式改革進行探討。從分析問題能力、設計和開發能力及解決復雜工程問題能力三方面入手，結合工程應用改革教學模式，旨在加強學生對液壓工程問題的理解，同時為其他工程類課程改革提供參考。

關鍵詞 工程教育；OBE理念；液壓傳動；課程改革

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）04-0099-02

Abstract The concept of OBE engineering education is paid more and more attention. Aiming at the shortcomings of the current tea-ching mode， in accordance with the idea of OBE， the reform of the teaching mode of the course is discussed. By starting from the three aspects of cultivating the ability to analyze problems， design and development ability and the ability to solve complex engineering problems， reform the teaching mode combined with the engineering application of curriculum. The purpose is to strengthen the under-standing of hydraulic engineering， and to provide reference for other curriculum reform of engineering.

Key words engineering education； OBE； hydraulic transmission； curriculum reform

1 引言

作為高等教育的一個重要分支，高等工程教育的質量越來越受到人們的重視。美國基于產出導向的教育模式（Outcome-based Education，OBE）被認為是一種教育范式的革新。在OBE的基礎之上，美國構建了符合自己國家教育發展水平的工程教育質量標準體系，該體系的影響力正在世界范圍內擴大，對我國亦產生深遠影響[1]。

為了適應教育的國際化需要，促進中國工程教育的國際互認，我國針對高等教育機構開設了工程類專業實施認證。該認證體系強調工科專業人才培養質量達到行業提出的基本質量標準要求，是一種合格性評價[2-3]。專業認證核心理念是產出導向、學生為中心和持續改進，是一種先進的教育理念，代表了工程教育改革的方向[4]。

液壓傳動與控制是機械制造類專業的一門重要基礎課程，研究液壓元件工作原理、液壓系統設計與工程應用。基于OBE工程教育認證的畢業能力要求及課程規劃，液壓傳動與控制課程需培養的能力主要有三項：1）分析問題的能力，指能利用數學、物理和機械基礎知識，正確分析主要液壓元件的工作原理和液壓傳動原理；2）基本的設計和開發能力，指能設計滿足特定需求的液壓傳動系統，并能在設計環節體現創新意識；3）研究能力，指能基于液壓傳動原理對液壓系統中的復雜工程問題進行研究并制訂設計方案。

本文基于OBE工程教育理念，針對液壓傳動與控制課程能力的上述三條要求，結合近年實踐經驗，闡述安徽工程大學液壓傳動與控制課程改革模式，以期為其他工程類課程改革提供參考。

2 培養分析問題的能力

液壓傳動與控制課程的主要內容包括三部分：一是主要液壓元件的結構與工作原理，包括動力元件、執行元件和控制元件；二是液壓基本回路，主要包括壓力控制回路、速度控制回路和方向控制回路；三是液壓系統設計，主要是根據主機工況，設計符號要求的液壓系統。課程內容從分析到綜合，由淺入深，理論上體現了工程教育理念的能力要求。然而當前的教學模式難以實現OBE所要求的液壓系統工程應用的能力培養，更談不上復雜工程問題的解決，因此，課程教學模式改革的意義重大而深遠。

培養學生分析工程問題的能力，就是通過一定的教學手段和方法，最終使學生在修完相應課程后能達到對應的分析問題的能力要求。在OBE理念下，強調的是以學生為中心的學習效果。為了培養學生分析液壓系統工程問題的能力，要在各個教學環節注重激發和解放學生的思維。

對于主要液壓元件的分析，可以挑選一個常用的典型元件（如外嚙合齒輪泵、先導式溢流閥、單作用液壓缸）重點分析，并在課件制作時輔以動畫示意圖。通過課堂穿插提問和小組討論增強學生的參與度，舉一反三，讓學生深刻理解各元件的工作原理，這對于后續液壓基本回路的分析和理解非常有幫助。對于液壓回路工作過程的分析，鼓勵學生從多個角度評價和剖析液壓系統的性能，如系統的工作壓力損失和回路效率等。

對于復雜液壓系統的分析，在明確主機對液壓傳動系統的要求之后，逐步瀏覽整個液壓系統，了解系統由哪些元件組成，再以各個執行元件為中心，將液壓系統分為若干子系統；根據主機的工作循環過程對執行元件的動作要求，參照電磁鐵動作表，逐步分析各子系統的基本回路；然后根據液壓系統中各元件間互鎖、同步、順序動作和防干涉等要求，分析各子系統之間的聯系；最后分析總結整個液壓系統的特點，以加深對液壓系統的理解。

上述教學方法的特點在于，不是對規律的死記硬背，而是分析理解內部結構和原理，這也是OBE理念下工程畢業生個人能力培養的要求。

3 培養設計和開發能力

傳統的課程教學模式大多以教師為中心，并強調對書本知識的灌輸，而對學生的設計和開發能力方面涉及較少。現有的液壓傳動課程設計方法是先給定已知條件，然后要求學生嚴格按照書本上的步驟進行，盡管這樣可幫助學生按部就班地完成設計任務，但難以調動學生的設計興趣，對工程基礎理論知識的應用缺乏深刻理解，學生的設計能力難以得到鍛煉和提高。在工程教育的OBE理念下，要求以學生設計和開發能力作為畢業能力的評價指標之一，因而需要改進課程設計環節的實施方案。

對照工程教育工程類專業學生畢業能力的要求，希望學生在設計環節體現創新意識。液壓傳動與控制課程中液壓系統的設計和開發，在滿足主機工作要求的前提下，應在常規設計的各步驟中增加靈活性。需要明確設計依據，主要包括主機的用途和總體布局，對所設計液壓傳動裝置在位置和空間尺寸上的要求，工作機構的負載、運動速度和運動形式與范圍，對液壓系統自動化程度、調速范圍、運動平穩性及換向精度的要求等；對工作機構的工作過程進行運動分析和動力分析，以便了解其運動規律和負載特性；分析完主機工況之后，要初步計算液壓系統的主要參數，包括系統的工作壓力和液壓缸尺寸；擬定液壓系統原理圖，包括選擇基本回路、調速方式和油路的循環方式；選擇液壓元件，估算液壓系統的性能參數，最后進行液壓裝置結構設計及技術文件編寫。

為激發學生的設計和開發能力，可在上述擬定液壓系統原理圖環節，讓學生不拘一格大膽構思，要求每個學生都提出盡可能多的方案，特別是基本回路的構建、調速方式的選擇和油路的循環方式，理論上都存在多種可能性，完全有可能得到意想不到的效果。

4 培養解決復雜工程問題的能力

在我國的工程教育認證中，畢業要求中明確了學生應能“應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論”[5]。

傳統液壓傳動系統課程設計方案為教師所制訂，分析方法和步驟也嚴格按照教材上的實例進行，學生甚至不需要深入了解內在規律就可以完成設計任務，這樣壓縮了學生自我發揮的空間，在解決復雜工程問題能力的培養上自然也收不到理想效果。

改革后的液壓傳動與控制課程教學模式，為幫助培養學生解決復雜工程問題的能力，在認識實習環節可安排學生到企業（液壓沖床、工程機械等企業）參觀液壓系統的典型應用，重點學習液壓系統的設計、裝配和調試過程；可以鼓勵學生在課余借助仿真軟件（如MATLAB/Simulink）進行液壓系統數字仿真，以對復雜的系統有深刻認識；還可以借助虛擬現實技術對自己設計的系統進行反復裝配分析，舉一反三，及時分析總結實驗結果，有利于培養較復雜的液壓系統設計和故障診斷能力。

5 改進考核方式

如何對學習產出的情況進行評估，是OBE教育模式中又一個重要環節。評價方法猶如一根指揮棒，將引導教師和學生的努力方向，影響課程教學工作的全過程。如何合理地對學生的各項能力進行客觀評價，對課程改革的可持續性有非常重要的影響。與該課程所需培養的能力相對應，液壓傳動與控制課程考試成績分為三部分：試卷中的分析題成績、課程設計（液壓系統設計）成績及大作業（液壓系統仿真及故障診斷）成績。各部分的分值比例根據具體教學過程的實施情況確定，并在一定范圍內調整。

6 結束語

近年來的探索實踐表明，按照OBE理念進行的液壓傳動與控制課程教學改革，為培養學生工程基礎知識的應用能力、液壓傳動系統的設計能力、分析解決較復雜液壓系統問題能力提供了一個較好的平臺，總體來看，取得初步成效，但仍需持續和深化。筆者認為，對照工程教育改革的核心理念，要堅持做好三點：首先，以學生為中心設計教學過程；其次，以成果產出為教學工作成敗的評價標準；最后，以生產一線工程實踐的新要求作為持續改進的依據。與時俱進，以更好地培養學生的畢業能力，最終實現培養與國際接軌的中國工程師這一教學目標。

參考文獻

[1]王蔚.基于OBE的工程教育質量標準體系的構建[D].合肥：合肥工業大學，2016.

[2]中國工程教育專業認證協會.工程教育認證一點通[M].北京：教育科學出版社，2015.

[3]余天佐，劉少雪.從外部評估轉向自我改進：美國工程教育專業認證標準EC2000的變革及啟示[J].高等工程教育研究，2014（6）：28-34.

[4]曾達幸，李飛，侯雨雷，等.基于OBE工程教育理念的機械原理課程設計改革[J].教育教學論壇，2016（21）：57-58.

[5]李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014（17）：7-10.