工程教育與新工科建設(shè)背景下液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)改革研究
——項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法探索

虞啟輝，譚 心，蒙建國(guó)，尚 飛，劉 娟

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027)

工程教育作為我國(guó)高等教育中的重要組成部分,在國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程以及工業(yè)體系的形成與發(fā)展中扮演著不可替代的角色。自2016年6月我國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》的正式會(huì)員之日起，標(biāo)志著由中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)(CEEAA)認(rèn)證的中國(guó)工程專業(yè)本科學(xué)位得到了協(xié)議所有正式成員的認(rèn)可。中國(guó)工程教育事業(yè)的最終目標(biāo)并不是是相互承認(rèn)學(xué)位，真正的目的是利用工程教育認(rèn)證的體系為我國(guó)培養(yǎng)工程專業(yè)的技術(shù)人才，服務(wù)于中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)[1]。針對(duì)新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革、支持服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，提出了新工科建設(shè)的舉措，全力探索能夠領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)[2]。

從多個(gè)方面來(lái)認(rèn)證學(xué)生的能力是工程教育認(rèn)證的精髓，包括工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案、研究、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)等方面。注重學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行分析、解決項(xiàng)目中的問(wèn)題與團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合實(shí)踐能力[3-4]。在地方高校進(jìn)行新工科建設(shè)的過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)大批具有較強(qiáng)的行業(yè)背景知識(shí)、工程實(shí)踐能力的人才，使他們能夠勝任行業(yè)發(fā)展的需求[5]。工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)的核心都在于提高學(xué)生的工程實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及終生學(xué)習(xí)的能力，滿足當(dāng)前新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革對(duì)人才的需求。

液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段之一，它利用液體或氣體的壓力傳遞運(yùn)動(dòng)和力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外的工業(yè)生產(chǎn)中，液壓與氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，例如95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控中心、95%的自動(dòng)化生產(chǎn)線，其水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的指標(biāo)[6]。通過(guò)學(xué)習(xí)《液壓與氣壓傳動(dòng)》，使學(xué)生能夠具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力和較高的綜合素質(zhì)。在工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)的背景下，深化教學(xué)改革、優(yōu)化人才培養(yǎng)過(guò)程，以項(xiàng)目為依附，探討《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改革具有重要的意義。

1 基于項(xiàng)目教學(xué)法的《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程實(shí)施原則

項(xiàng)目教學(xué)法是指在教學(xué)過(guò)程中師生共同參與到項(xiàng)目中的一種方法，該方法最早在德國(guó)出現(xiàn)，目前許多國(guó)家的職業(yè)教育學(xué)校采用這種教學(xué)方法。當(dāng)前教育工作者對(duì)項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)踐和研究越來(lái)越重視，不同的學(xué)者針對(duì)項(xiàng)目教學(xué)法的本質(zhì)特征、教學(xué)目標(biāo)、組織形式以及實(shí)施流程給出不同的概念[7-9]。國(guó)內(nèi)對(duì)項(xiàng)目教學(xué)法的研究主要集中在中、高職院校，由于地方高校的生源的特殊性和服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)的屬性，在新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證的背景下，其開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)法的研究也很有必要。根據(jù)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程的特點(diǎn)以及教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，該課程開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)法原則如下：

調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。學(xué)生按照個(gè)人的興趣愛(ài)好選擇項(xiàng)目，積極主動(dòng)的參與到項(xiàng)目中，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

項(xiàng)目的真實(shí)性、典型性。選取的項(xiàng)目應(yīng)針對(duì)企業(yè)的具體需求，具有挑戰(zhàn)性、真實(shí)性、典型性等特點(diǎn)，能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的理論與實(shí)踐相脫節(jié)的問(wèn)題，學(xué)生能達(dá)到學(xué)以致用的要求，提高綜合實(shí)踐能力。

理論與實(shí)踐一體化。由于課程本身具有應(yīng)用性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，因此將理論與實(shí)踐相結(jié)合用于教學(xué)，要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)、搭建液壓基本回路，鍛煉實(shí)際應(yīng)用能力，為未來(lái)的工作做準(zhǔn)備。

就業(yè)導(dǎo)向性。充分考慮學(xué)生在未來(lái)可能從事的工作，使學(xué)生在走入工作崗位后能夠快速適應(yīng)工作。

綜合評(píng)價(jià)。采取教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)和學(xué)生互評(píng)相結(jié)合的綜合性考評(píng)方式，對(duì)項(xiàng)目的完成情況以及學(xué)生在項(xiàng)目中的表現(xiàn)給予客觀、真實(shí)、全面的評(píng)價(jià)。

2 液壓與氣壓傳動(dòng)就業(yè)崗位分析

在對(duì)本地區(qū)液壓與氣壓傳動(dòng)應(yīng)用型人才需求崗位進(jìn)行調(diào)查，并廣泛聽(tīng)取包鋼集團(tuán)、一機(jī)集團(tuán)、北方重汽等大型企業(yè)對(duì)人才需要的匯報(bào)的基礎(chǔ)上，歸納、整理出液壓與氣壓傳動(dòng)應(yīng)用型人才崗位及就業(yè)所需能力，如圖1所示。就業(yè)崗位主要有：設(shè)備維護(hù)工程師，要求學(xué)生具備電工基礎(chǔ)知識(shí)，能夠維修液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)、保養(yǎng)及管理，降低油耗，解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的系統(tǒng)故障；設(shè)計(jì)工程師，要求對(duì)液壓元件、液壓系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)、匹配技術(shù)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行驗(yàn)證；銷售工程師，要求熟知液壓系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)、溝通能力。總之，要求學(xué)生畢業(yè)后要具備“懂-管-用-設(shè)-學(xué)”的能力。

圖1 液壓與氣壓傳動(dòng)專業(yè)就業(yè)崗位及所需能力分析圖

3 設(shè)計(jì)教學(xué)案例——以側(cè)置式液壓電梯液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為案例

選取液壓電梯為實(shí)例，將具體的教學(xué)過(guò)程分為計(jì)劃制定、計(jì)劃實(shí)施及教學(xué)成效分析三部分[10-11]，實(shí)施過(guò)程如下。

3.1 計(jì)劃制定

選取的項(xiàng)目不僅要符合教學(xué)大綱的要求，又要以就業(yè)崗位的需求為導(dǎo)向，還要熟悉應(yīng)用場(chǎng)景。項(xiàng)目的難度適中， 能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生易于接受。因此選取側(cè)置式液壓電梯為實(shí)例，其由液壓泵站、液壓缸、轎廂、柱塞、滑輪、曳引鋼繩組成。該電梯的具體要求為：

(1)要求電梯起、制動(dòng)加速度一般在0.8～1.0m/s2以內(nèi)，加速度變化率低于1.2 m/s3，滿足乘客對(duì)舒適度的要求。

(2)平層穩(wěn)定度控制在±10mm以內(nèi)。

(3)機(jī)房噪聲小于等于80dB(A), 自動(dòng)門(mén)噪聲不大于65dB(A), 轎廂內(nèi)噪聲不大于55dB(A)。

根據(jù)項(xiàng)目的工作量，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，每組分配5名學(xué)生，每組選一名項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)成員完成任務(wù)。

3.2 實(shí)施過(guò)程

實(shí)施過(guò)程中，以學(xué)生、項(xiàng)目為中心，激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性、強(qiáng)調(diào)師生互動(dòng)性。根據(jù)上述教學(xué)思想和設(shè)計(jì)思路，以側(cè)置式液壓電梯項(xiàng)目為教學(xué)任務(wù)，對(duì)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程進(jìn)行教學(xué)方案設(shè)計(jì)，液壓電梯設(shè)計(jì)基本步驟如圖2所示。

圖2 液壓電梯設(shè)計(jì)基本步驟

根據(jù)基本步驟及任務(wù)，項(xiàng)目詳細(xì)的任務(wù)如表1所示。

表1 項(xiàng)目?jī)?nèi)容培養(yǎng)能力分析表

首先由指導(dǎo)教師簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目及任務(wù)，其次學(xué)生自由分組并確定組長(zhǎng)，最后組長(zhǎng)帶領(lǐng)成員完成項(xiàng)目。以團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作、小組成員相互探討、研究為主要形式，按照項(xiàng)目介紹→學(xué)生分組→自主學(xué)習(xí)→項(xiàng)目開(kāi)展→階段小結(jié)→展示匯報(bào)→成果評(píng)價(jià)的流程，完成整體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

對(duì)學(xué)生掌握的理論和技能分別進(jìn)行考核。將學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程作為課程成績(jī)考核中的一部分，首先對(duì)每個(gè)學(xué)生的項(xiàng)目單獨(dú)考核，然后整體考核。構(gòu)建以能力為核心、以技能為重點(diǎn)、理論與知識(shí)相兼顧的考核評(píng)價(jià)體系。技能評(píng)價(jià)表如表2所示。

表2 液壓電梯的技能評(píng)價(jià)表

表2(續(xù))

4 項(xiàng)目教學(xué)成效分析

項(xiàng)目完成后，總結(jié)項(xiàng)目的教學(xué)成效。

教師方面：通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，培養(yǎng)教師對(duì)項(xiàng)目的解讀能力、教學(xué)內(nèi)容的加工和創(chuàng)新能力、教學(xué)情境與學(xué)生特點(diǎn)的分析判斷能力等。

對(duì)學(xué)生而言，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，從實(shí)際項(xiàng)目中提升對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作及溝通交流的能力。真正實(shí)現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)以及"新工科"建設(shè)目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以側(cè)置式液壓電梯為實(shí)例，探討項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法在《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程教學(xué)過(guò)程的應(yīng)用，使學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)與具體項(xiàng)目緊密結(jié)合，能夠主動(dòng)探索知識(shí)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，使學(xué)生能夠盡早轉(zhuǎn)變角色，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，最后通過(guò)多視角評(píng)價(jià)體系給出公平、合理的結(jié)果。通過(guò)分析可以看出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法適合當(dāng)前的卓越工程師培養(yǎng)要求，與當(dāng)前"新工科"建設(shè)緊密貼合，對(duì)人才培養(yǎng)具有較高的推廣價(jià)值。