多維度交叉融合下的新工科專業(yè)課程教學(xué)改革研究

摘? 要：液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)在高等工科院校專業(yè)課程教學(xué)體系中起著基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性作用，也是新工科建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文結(jié)合“新工科”的背景，對(duì)液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)的教學(xué)模式改革進(jìn)行探究，利用豐富的實(shí)踐案例及課程資源優(yōu)化教學(xué)方法、教學(xué)手段，通過(guò)改革教學(xué)模式，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)工程問(wèn)題及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：新工科? 專業(yè)課程 教學(xué)改革 工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G640

Research on Curriculum Teaching Reform of New Engineering Specialty under Multi-Dimensional Cross Integration

---Taking Hydraulic Transmission and Pneumatic Technology as an Example

LIU Xinrong

（Shanghai University of Engineering Science， Shanghai， 201620 China）

Abstract： Hydraulic transmission and pneumatic technology plays a basic and leading role in the professional course teaching system of higher engineering colleges， and is also an important task of new engineering construction. Combined with the background of "new engineering"， this paper explores the teaching mode reform of hydraulic transmission and pneumatic technology， uses rich practical cases and curriculum resources to optimize teaching methods and teaching means， and integrates the curriculum ideological and political elements independently. Through the reform of teaching mode， students' enthusiasm and initiative of independent learning can be fully mobilized， and students' ability to understand engineering problems and solve engineering practical problems can be improved.

Key Words： New engineering; Specialized courses; Educational reform; Engineering practice

為了能夠在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的浪潮中搶占先機(jī)，支撐創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)及人才強(qiáng)國(guó)等重大戰(zhàn)略、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家重大戰(zhàn)略。近年來(lái)，國(guó)家根據(jù)培養(yǎng)人才的需要，積極推進(jìn)新工科的建設(shè)，促進(jìn)新工科不斷發(fā)展。新工科專業(yè)是以智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等專業(yè)為主要集成領(lǐng)域，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)的專業(yè)進(jìn)行整合改造，使得既有專業(yè)與新工科專業(yè)相結(jié)合，為國(guó)家培養(yǎng)出實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1-3]。為了適應(yīng)新工科的發(fā)展趨勢(shì)，需要根據(jù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)及培養(yǎng)形式對(duì)課程大綱及課程體系進(jìn)行修改和完善，探索適應(yīng)新工科發(fā)展的教學(xué)模式是多維度交叉融合下的新工科專業(yè)建設(shè)的重要依據(jù)。作為區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)的一種方式，液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)在工程技術(shù)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在工程技術(shù)人才培養(yǎng)中占據(jù)先導(dǎo)地位。因此，對(duì)工程應(yīng)用型學(xué)科教學(xué)進(jìn)行全方位改革與創(chuàng)新迫在眉睫。

液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)是以流體為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種傳動(dòng)形式。同時(shí)在此過(guò)程中，能夠借助于能量對(duì)相關(guān)的機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行控制，是工程技術(shù)中廣泛應(yīng)用的一種動(dòng)力傳動(dòng)和控制方式。20世紀(jì)后半葉，隨著學(xué)科群及學(xué)科門(mén)類的擴(kuò)展，各學(xué)科的知識(shí)相互滲透，促進(jìn)多維度交叉學(xué)科的產(chǎn)生，液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)也向機(jī)械制造、控制技術(shù)等領(lǐng)域延伸，推動(dòng)了智能制造裝備技術(shù)的快速發(fā)展。隨著液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，其在工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)，應(yīng)將理論知識(shí)與工程應(yīng)用實(shí)際結(jié)合起來(lái)，更好地培養(yǎng)工程技術(shù)人才。因此，工程應(yīng)用型大學(xué)需要結(jié)合自身實(shí)際，從國(guó)家育人大局出發(fā)，為新工科建設(shè)中強(qiáng)調(diào)的核心技術(shù)、技術(shù)研究、新興行業(yè)做好鋪墊，為培養(yǎng)新時(shí)代國(guó)家戰(zhàn)略工程人才奠定基礎(chǔ)。

液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)屬于機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)課程，在專業(yè)課程的教學(xué)體系中起到主導(dǎo)作用，對(duì)學(xué)生的就業(yè)和深造起到前瞻作用。液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)課程所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)和工程常識(shí)比較多，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的識(shí)讀要求比較高，是一門(mén)較為典型的專業(yè)課程。隨著液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)的日益廣泛應(yīng)用，在多學(xué)科交叉融合的背景下，對(duì)該課程的教學(xué)提出了更高要求。本文結(jié)合上海工程技術(shù)大學(xué)的辦學(xué)特色，以液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)課程為例，探究新工科背景下的教學(xué)改革與創(chuàng)新。

1 注重工程應(yīng)用，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容

在以理工科為主要專業(yè)的大學(xué)里培養(yǎng)的人才主要分為學(xué)術(shù)型人才和工程應(yīng)用型人才，而工程應(yīng)用型人才又分為工程研究應(yīng)用型人才和工程技術(shù)應(yīng)用型人才[4]。上海工程技術(shù)大學(xué)作為國(guó)內(nèi)高水平現(xiàn)代化工程應(yīng)用型特色大學(xué)，注重工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。新工科課程的建設(shè)目標(biāo)需要建立在理論知識(shí)講授的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)理論知識(shí)在工程實(shí)際中的實(shí)踐性、啟發(fā)性、學(xué)科融合性，著重培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)及解決工程問(wèn)題的能力。液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)這門(mén)專業(yè)課程既包含了較為濃重的理論色彩，又涵蓋較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此需要結(jié)合最新的應(yīng)用案例，使得學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)與工程實(shí)際中的案例結(jié)合起來(lái)，更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和運(yùn)用。

隨著新技術(shù)和新知識(shí)的不斷涌現(xiàn)，知識(shí)呈現(xiàn)指數(shù)形式的增長(zhǎng)，理論知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用也在不斷變化。以氣動(dòng)減壓閥為例，將其在氣壓系統(tǒng)中所起的作用定義為將氣源壓力減小到每臺(tái)設(shè)備所需要的壓力，并保證減壓后的壓力值穩(wěn)定。減壓閥是靠改變調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量進(jìn)行調(diào)壓，靠進(jìn)氣閥口的節(jié)流作用減壓，靠膜片上的平衡作用和溢流作用穩(wěn)壓。教師在授課過(guò)程中，結(jié)合相關(guān)動(dòng)畫(huà)將減壓閥的工作原理教授給學(xué)生，學(xué)生聽(tīng)完老師的講解后豁然開(kāi)朗，瞬間覺(jué)得已經(jīng)對(duì)減壓閥的知識(shí)了如指掌。然而，在工程應(yīng)用中卻是這樣的：2007年6月，美國(guó)宇宙神運(yùn)載火箭因?yàn)闇p壓閥的高頻振動(dòng)，導(dǎo)致其搭載的衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)失敗。減壓閥在工程應(yīng)用中，常常出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，導(dǎo)致出口壓力劇烈突變，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成不利影響，損壞相關(guān)儀器儀表。

新工科建設(shè)為專業(yè)課程的教學(xué)改革提供了思路，在新工科提倡創(chuàng)新的思想指導(dǎo)下，理論知識(shí)要與工程實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)及問(wèn)題的講解相輔相成，及時(shí)根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)踐案例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容更新。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中也要遵循教育規(guī)律和學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)知情況，綜合考慮內(nèi)容的取舍;處理好課程思政和工程實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系，注重新知識(shí)和現(xiàn)有教材的銜接與融合。

2 堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，賦予新工科新的內(nèi)涵

新工科建設(shè)更加強(qiáng)調(diào)課程的通識(shí)性和實(shí)用性，采用先進(jìn)的教學(xué)方式，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的興趣，因此，需要對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行改革和創(chuàng)新，在教學(xué)模式上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變：一是改變純理論知識(shí)授課，實(shí)現(xiàn)將實(shí)踐知識(shí)與理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)，以講故事的形式傳授給學(xué)生;二是改變死記硬背的教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)將基本原理和工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，由知識(shí)課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變[5-6]。

2.1 啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)就是通過(guò)相關(guān)的教學(xué)案例引出所要講授的內(nèi)容，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分拓展課堂的知識(shí)面，提高學(xué)生接收知識(shí)的效率。在液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)課程中，有一些知識(shí)點(diǎn)是貫穿于整門(mén)課程的，如何讓學(xué)生能夠理解掌握并靈活運(yùn)用這些知識(shí)點(diǎn)，避免抽象難懂，采取灌輸?shù)姆绞剑瑢?duì)授課教師提出較大的挑戰(zhàn)。以液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)中的基本工作原理為例：在壓力能傳遞的過(guò)程中，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳遞到液體各點(diǎn)。如果只講授理論知識(shí)，學(xué)生將會(huì)覺(jué)得枯燥無(wú)味，而以液壓千斤頂為例子，先講述液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程，然后將其工作過(guò)程進(jìn)行抽象化并上升為理論，這樣學(xué)生就能對(duì)所講授的知識(shí)有直觀了解。

2.2 實(shí)現(xiàn)育人元素與新工科專業(yè)有機(jī)融合

在工科類專業(yè)課程中，如何將課程思政元素有機(jī)融入進(jìn)去，起到潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的作用，將是課程教學(xué)改革的方向，使得育人的理念貫穿大學(xué)教育的全階段。對(duì)于育人而言，學(xué)生主要通過(guò)本科課程中的部分必修課程的學(xué)習(xí)，從宏觀層面了解相關(guān)理論知識(shí)與主體思想，如何結(jié)合新工科的專業(yè)知識(shí)背景與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，將是新工科背景下需要著重解決的問(wèn)題。

以液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)中的知識(shí)點(diǎn)為例，當(dāng)講授到外嚙合齒輪泵時(shí)，首先講述了齒輪泵的基本工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得學(xué)生能夠?qū)X輪泵有一定了解。為了增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解，同時(shí)有機(jī)融入育人元素，給學(xué)生提了這樣一個(gè)問(wèn)題：2020年11月24日，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭搭載嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射升空并進(jìn)入預(yù)定軌道，經(jīng)過(guò)多次軌道修正及科研人員的精準(zhǔn)操控，嫦娥五號(hào)完成了月面采樣并再入大氣層，是我國(guó)首個(gè)實(shí)施無(wú)人月面取樣返回的月球探測(cè)器，為中國(guó)探月工程的收官之戰(zhàn)。2021年5月15日，我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器的著陸巡視器與環(huán)繞器分離，軟著陸火星表面，開(kāi)展巡視探測(cè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)跨越。請(qǐng)問(wèn)，如果將齒輪泵安裝在這兩個(gè)探測(cè)器上，在月球和火星上都能正常工作嗎？通過(guò)提出問(wèn)題，既能讓學(xué)生了解我國(guó)在航空航天領(lǐng)域的成就，增強(qiáng)民族自豪感，激起學(xué)生為國(guó)家科技發(fā)展和增進(jìn)人類福祉而不懈努力的昂揚(yáng)斗志，同時(shí)又能讓學(xué)生結(jié)合現(xiàn)有知識(shí)，掌握齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.3 堅(jiān)持理論與工程應(yīng)用相結(jié)合，促進(jìn)新工科建設(shè)

新工科在改革過(guò)程中強(qiáng)調(diào)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐性學(xué)習(xí)和研究，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、工作能力以及理論知識(shí)應(yīng)用能力。液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)作為工科院校里一門(mén)重要的專業(yè)課，如何寓教于學(xué)，寓教于研，以研促教，是新工科教學(xué)改革中一項(xiàng)重要任務(wù)。為了培養(yǎng)出符合新工科要求及國(guó)家需求的人才，國(guó)內(nèi)很多高校都提出了加強(qiáng)本科生學(xué)習(xí)思維能力建設(shè)的目標(biāo)，探索基礎(chǔ)學(xué)科及前沿學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)的新途徑，以科研帶動(dòng)和促進(jìn)教學(xué)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

在本課程的講授過(guò)程中，以氣動(dòng)減壓閥為例，首先講解其工作原理，在學(xué)生對(duì)其工作原理有一定了解的基礎(chǔ)上引出工程實(shí)際問(wèn)題。在工程應(yīng)用中，減壓閥存在問(wèn)題的主要表現(xiàn)形式為喘振，而要解決此問(wèn)題，所涉及到的問(wèn)題包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)及瞬態(tài)流場(chǎng)分析、彈簧動(dòng)態(tài)性能及預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、流固耦合等專業(yè)知識(shí)。通過(guò)引出問(wèn)題，首先能夠讓學(xué)生了解理論知識(shí)與工程實(shí)際之間的聯(lián)系與差別;其次，通過(guò)工程實(shí)際問(wèn)題，能夠?qū)⑾嚓P(guān)的專業(yè)課知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，激發(fā)學(xué)生學(xué)好專業(yè)課程的興趣，避免偏科思想。同時(shí)，在闡述工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)，既要將問(wèn)題闡述清楚，同時(shí)又要避免夸大問(wèn)題。

將科研融入教學(xué)，教學(xué)提升科研，兩者相輔相成，相互促進(jìn)。通過(guò)開(kāi)展多維度交叉融合下的新工科專業(yè)課程教學(xué)改革，提升畢業(yè)生在就業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力，為從事相關(guān)科研工作打下基礎(chǔ)。以課堂教學(xué)促進(jìn)基礎(chǔ)理論知識(shí)向工程實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)檢驗(yàn)課堂教學(xué)效果，使得多維度交叉融合的新工科專業(yè)培養(yǎng)方式成為提升教學(xué)質(zhì)量的源泉。

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劉欣榮，1987年生，男，研究生學(xué)歷，講師，研究方向：智能制造

基金項(xiàng)目：上海工程技術(shù)大學(xué)2021年度校級(jí)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目（x202101002）