關(guān)于電液控制技術(shù)科研反哺與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究

六盤(pán)水師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院 陳祖星 馮俊杰 張葉貴

北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院 尹田振

伴隨國(guó)家工程建設(shè)的迅速發(fā)展，液壓傳動(dòng)扮演的角色越來(lái)越重，《電液控制技術(shù)》原有的課程設(shè)置也逐漸不能滿足現(xiàn)代化建設(shè)的要求，本文從科研反哺與翻裝課堂教學(xué)的角度，詳細(xì)描述在改革后的課堂中如何在將課堂中原有的知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際問(wèn)題相聯(lián)系，從而更好的促進(jìn)林業(yè)院校電液控制技術(shù)課程與林業(yè)裝備相關(guān)技術(shù)內(nèi)容融合。

近年來(lái)，在數(shù)字開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)以及傳感器技術(shù)的出現(xiàn)之后，以往的液壓傳動(dòng)已經(jīng)變成了電液傳動(dòng)技術(shù)，基礎(chǔ)元件中高效的數(shù)字集成電路、傳感器以及變量泵、閥的動(dòng)態(tài)性能和精度都得到了很大的提高。因此在閉環(huán)控制時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能以及精度都會(huì)得到提升。因此，為了更好地在課堂中聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題，改革后的課堂將會(huì)把科研中的問(wèn)題以課程作業(yè)和課程仿真設(shè)計(jì)的形式，融入到平常教學(xué)活動(dòng)中來(lái)。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，開(kāi)展面向?qū)嶋H科研項(xiàng)目的實(shí)踐工作。

1 課程現(xiàn)狀

1.1 課程教學(xué)改革的目標(biāo)

課程教學(xué)改革強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。這些學(xué)習(xí)方式充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。即：讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，讓學(xué)生自己去尋找方法，讓學(xué)生自己探究思路，讓學(xué)生自己去解決問(wèn)題。通過(guò)研究性、探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，疑難觀察，邏輯矛盾，解決問(wèn)題以及實(shí)踐中進(jìn)行探究，培育科研反哺人才類(lèi)研究生。

1.2 課程教學(xué)改革的內(nèi)容

（1）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

學(xué)生通過(guò)課外的自主學(xué)習(xí)之后，在課內(nèi)進(jìn)行協(xié)作互助的方式將知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化，這種方式就稱為“翻轉(zhuǎn)課堂”，它是一種新興的教育模式和教育理念，為教師提供了個(gè)性化教育平臺(tái)，也培養(yǎng)了學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)方法。“翻轉(zhuǎn)課堂”課程教學(xué)改革中，傳統(tǒng)的“教”與“學(xué)”也已經(jīng)發(fā)生了改變，利用在線開(kāi)放課程的特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)，使傳統(tǒng)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)以及教學(xué)思維改變，讓學(xué)生獲取知識(shí)信息的能力得到提高，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力。有利于學(xué)生對(duì)該課程的了解和認(rèn)識(shí)，教學(xué)成效顯著提高。

（2）課程教學(xué)改革方案及進(jìn)度計(jì)劃

改革方案：

將科研項(xiàng)目的實(shí)例引入課程教學(xué)中，在教學(xué)中注重翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念和方法，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)導(dǎo)向，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際問(wèn)題分析能力和解決能力。在大學(xué)，教學(xué)與科研分不開(kāi)，兩者的結(jié)合是人才培養(yǎng)的必經(jīng)之路，因?yàn)楦咝？蒲械幕A(chǔ)條件和前提是教學(xué)，而利用高?？蒲兴纬傻膭?chuàng)新知識(shí)以及成果可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行再反哺，從而提升教學(xué)的質(zhì)量。在理論與實(shí)踐相結(jié)合的思想下，教學(xué)中更應(yīng)該注重把實(shí)際科研案例引入課堂中。這樣既可以提高教學(xué)質(zhì)量，又能激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。在實(shí)際課程中，該方案的要點(diǎn)如下：

第一，對(duì)科研項(xiàng)目進(jìn)行選題時(shí)，應(yīng)該與學(xué)生的學(xué)習(xí)領(lǐng)域密切相關(guān)，同時(shí)選題的難度和大小都要適宜。通過(guò)科研課題來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生建立學(xué)習(xí)的信心。同時(shí)，值得注意的是科研課題的引入，應(yīng)該由淺入深。如果課題的規(guī)模較大，信息量過(guò)多，內(nèi)容相對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)復(fù)雜和陌生時(shí)，學(xué)生的分析能力還達(dá)不到科研課題要求，學(xué)生的積極性會(huì)受到打擊。以液壓采伐機(jī)中的采伐頭為例，采伐頭無(wú)論是在自動(dòng)化專業(yè)、專業(yè)機(jī)械專業(yè)車(chē)輛專業(yè)、電氣專業(yè)有著不可分割的聯(lián)系。不僅如此，液壓采伐頭的研究還可以對(duì)相關(guān)專業(yè)的研究生科研工作提供另外一個(gè)角度的啟發(fā)。第二，科研項(xiàng)目要有針對(duì)性。教師選擇的體驗(yàn)項(xiàng)目課題要能涵蓋本課程的絕大部分知識(shí)點(diǎn)，或者在課程不同章節(jié)選擇不同的具體項(xiàng)目案例，并且要與現(xiàn)實(shí)相吻合，并且要考慮學(xué)生的理解能力和接受能力。液壓采伐頭在電液控制技術(shù)這門(mén)課程中是一個(gè)非常重要的實(shí)際案例，搭建出一個(gè)完整的液壓采伐機(jī)對(duì)于掌握電液控制技術(shù)擁有極大的幫助。第三，科研課題要有系統(tǒng)性。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，教師需要把一個(gè)大的科研項(xiàng)目進(jìn)行合理的拆分，并且保證拆分后的科研項(xiàng)目與課程內(nèi)容的相關(guān)性，因?yàn)閷?shí)際的科研項(xiàng)目一般來(lái)說(shuō)都是比教學(xué)過(guò)程中的案例更加的復(fù)雜。在對(duì)科研項(xiàng)目講解之后，課后讓學(xué)生自主的進(jìn)行分析與討論，隨著課程的深入，對(duì)項(xiàng)目的探究會(huì)更加深入。在完成課程之后，能讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生滿足感，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

表1 組織方式、考核方式、成績(jī)?cè)u(píng)定方法

2 基于達(dá)成度評(píng)價(jià)體系的課程考核

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，由于考核的方式比較單一，且成績(jī)統(tǒng)計(jì)的工作量過(guò)于復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生成績(jī)的細(xì)粒度分析，因此會(huì)導(dǎo)致教師不能更好更完全的發(fā)現(xiàn)在教學(xué)中所出現(xiàn)的問(wèn)題，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的隱含問(wèn)題。

所以課程改革后的組織方式、考核方式、成績(jī)?cè)u(píng)定方法如表1所示。

在今后的實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)該著重對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革：

2.1 轉(zhuǎn)變現(xiàn)有教學(xué)模式下成型的師生教學(xué)理念

在“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)實(shí)踐中，提倡學(xué)生為主體，學(xué)生在參與到課堂的過(guò)程中，應(yīng)該學(xué)會(huì)獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)中的問(wèn)題積極帶到小組討論中。這不僅有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，還提升了學(xué)生的表達(dá)能力，從而達(dá)到從以往的被動(dòng)學(xué)習(xí)、教師灌輸式教學(xué)中轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)思考、積極參與到教學(xué)討論中來(lái)。以電液控制技術(shù)為例，老師以采伐頭作為課程的科研反哺主題，在完成對(duì)課程的綱領(lǐng)性介紹后，基礎(chǔ)知識(shí)部分需要由學(xué)生分批次介紹完成，例如采育機(jī)頭結(jié)構(gòu)、和自動(dòng)控制原理有關(guān)的控制系統(tǒng)流程框圖、控制系統(tǒng)中PID控制模塊如圖以及液壓馬達(dá)的特點(diǎn)等一系列知識(shí)。學(xué)生在講解之后，讓其余同學(xué)對(duì)本次課程提出問(wèn)題，學(xué)生做出解答，再由老師指出其中有待改進(jìn)之處，并對(duì)整節(jié)課程做出完整總結(jié)。老師的每次總結(jié)需對(duì)最后的主題“采伐頭”做出合理/合適的引導(dǎo)，讓學(xué)生對(duì)液壓采伐機(jī)的底層知識(shí)有較為詳細(xì)的概括。最后，讓同學(xué)分組完成對(duì)液壓采伐機(jī)的構(gòu)建，從而讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，如圖1所示。

圖1 課程開(kāi)展流程圖

2.2 利用現(xiàn)有信息化技術(shù)保障翻轉(zhuǎn)課堂的順利實(shí)施

為了實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的立體式互動(dòng)鏈接，“翻轉(zhuǎn)課堂”的構(gòu)建與完善就要與先進(jìn)的技術(shù)相契合，需要與現(xiàn)有的教育信息化技術(shù)資源進(jìn)行深度融合，實(shí)現(xiàn)視頻、在線作業(yè)、小組討論、自主學(xué)習(xí)與混合學(xué)習(xí)的互相補(bǔ)充。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)在硬件設(shè)施上需要現(xiàn)代信息技術(shù)的全方位支持，以及與互聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合。教育系統(tǒng)則需積極引入市場(chǎng)機(jī)制，激活第三方介入教育技術(shù)改進(jìn)，推動(dòng)優(yōu)質(zhì)資源共享，實(shí)現(xiàn)教育模式的均衡發(fā)展。在電液控制技術(shù)這門(mén)課程中，學(xué)生必須有合適的條件去第三方平臺(tái)獲取知識(shí)，教學(xué)環(huán)境必須合適的課堂條件讓學(xué)生完成一系列的講解、回答和總結(jié)，學(xué)生必須有合適的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)去完成液壓采伐機(jī)的搭建，例如完成進(jìn)料機(jī)構(gòu)液壓原理圖后，需要在AMESim建立仿真模型，并從應(yīng)用庫(kù)中選取需要的標(biāo)準(zhǔn)子模型，并加入HCD構(gòu)建的壓力補(bǔ)償元件。

學(xué)校必須有合適的相關(guān)液壓采伐機(jī)這方面的人才去指導(dǎo)學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)工作。在合適的時(shí)候指出學(xué)生實(shí)驗(yàn)方面的不帶改進(jìn)之處。這一系列工作的展開(kāi)離不開(kāi)現(xiàn)代信息技術(shù)的支持，離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合，離不開(kāi)市場(chǎng)機(jī)制。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實(shí)踐模式要因地制宜

“翻轉(zhuǎn)課堂”起源于美國(guó)，在其興起之初，被美國(guó)大部分學(xué)生所關(guān)注，但該教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)還未被廣泛接受，且仍在不斷探索和實(shí)踐階段，還有待進(jìn)一步完善以適應(yīng)中國(guó)學(xué)生的思維模式。該方法運(yùn)用到實(shí)踐教學(xué)中還缺乏具體實(shí)踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)與有效的評(píng)價(jià)體系，在實(shí)現(xiàn)本土化還有一段很長(zhǎng)的路要走。在教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)該要著重于完善內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)方法設(shè)計(jì)等類(lèi)容，在實(shí)踐教學(xué)中不斷的完善和提升“翻轉(zhuǎn)課堂”這一教學(xué)方法。

3 注重理論實(shí)踐相結(jié)合

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，缺乏對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣，其最主要的原因是理論知識(shí)過(guò)于抽象，在教學(xué)的過(guò)程中難以給學(xué)生以深刻的印象，唯有學(xué)生親身體驗(yàn)才能更深刻理解。因此在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以學(xué)生為主導(dǎo)地位，理解學(xué)生思維模式與接受學(xué)生的思維定式以及思維認(rèn)知的教學(xué)規(guī)律。這樣自然能后獲得學(xué)生對(duì)所授科目的興趣，提升教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生對(duì)學(xué)識(shí)的接受程度。

電液控制技術(shù)這一門(mén)課程源于實(shí)際生活中的生產(chǎn)任務(wù)具體問(wèn)題，其理論與我們身邊的環(huán)境密不可分。對(duì)于大部分教師而言，在理論知識(shí)教學(xué)方面都有共同的感慨，既是理論知識(shí)的講授過(guò)程較為枯燥，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的了解缺乏興趣，其實(shí)并非理論知識(shí)難教難學(xué)，而是缺乏合理科學(xué)的教學(xué)方法。只是就理論講理論，注定這種教學(xué)方法無(wú)法贏得學(xué)生。尤其是高校工學(xué)類(lèi)專業(yè)課程晦澀難懂，若在教學(xué)工作中不能將書(shū)本中的知識(shí)映射到生活中，容易引起學(xué)生的厭學(xué)和抵觸心理。

教師在教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)該將理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，將抽象、深?yuàn)W的理論知識(shí)結(jié)合生活中與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)本和素材。在這樣的情況下，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣自然會(huì)被激發(fā)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。只有學(xué)生有了學(xué)習(xí)熱情與動(dòng)力，教學(xué)質(zhì)量自然會(huì)事半功倍，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度也自然會(huì)更加扎實(shí)，對(duì)其后續(xù)的學(xué)習(xí)自然是有益無(wú)害。

4 實(shí)施科研反哺

教學(xué)豐富的科研成果是實(shí)施科研反哺教學(xué)模式的關(guān)鍵，因此高校教師既要重視教學(xué)、也要兼顧科研，教學(xué)工作與科研工作穩(wěn)步推進(jìn)，協(xié)同發(fā)展。電液控制技術(shù)與我們團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目密不可分。在林業(yè)采伐機(jī)與固沙車(chē)等項(xiàng)目中，大量使用液壓控制器件等，這些內(nèi)容都是該課程中需要理解和學(xué)習(xí)的內(nèi)容，因此在前期的初步探索教學(xué)中，老師利用科研項(xiàng)目中的實(shí)際案例，結(jié)合課本中相關(guān)內(nèi)容對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解，將實(shí)際科研中遇到的問(wèn)題拿出來(lái)與學(xué)生討論，已經(jīng)初步得到了很好的反饋，一些學(xué)生在分析后與教師針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行討論，為喬灌木人工林機(jī)械化采收裝備技術(shù)研發(fā)、新型林用底盤(pán)及其作業(yè)仿真平臺(tái)研制等項(xiàng)目解決問(wèn)題提供了新的思路和方法，同時(shí)這也提高了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，這無(wú)疑是雙贏的成功案例。

結(jié)束語(yǔ)：電液控制技術(shù)科研反哺與翻裝課堂教學(xué)研究是在與教學(xué)團(tuán)隊(duì)商討課改方案實(shí)施內(nèi)容和方法，指定具體教學(xué)模式和方法，收集和整理相關(guān)課程準(zhǔn)備工作中不斷進(jìn)行優(yōu)化的，在初步對(duì)課程改課后的教學(xué)任務(wù)進(jìn)行實(shí)踐和探索后，要不斷收集和整理學(xué)生實(shí)際信息的反饋，以讓教學(xué)團(tuán)隊(duì)更好的修改和更新相關(guān)教學(xué)中的不足。