“互聯網+”CDIO教學模式應用性教學研究
——以液壓與氣壓傳動技術課程為例

朱敬花 汪小涵 莊 燕

（九州職業技術學院機電學院，江蘇 徐州 221000）

0 引言

在高等教育大眾化背景下，高職學生普遍文化基礎差，學生的綜合素質也普遍偏低；在課堂教學的過程中，很多教師依然以“自我”為中心，同時也未將激發學生的學習能力、學習興趣和提升學生的綜合素質能力融入教學中。而CDIO工程教育模式在一定程度上解決了這一問題，CDIO教學模式是由世界知名大學（美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院）經多年實踐探索共同提出的一種全新的工程教育理念和教學應用模式。基于高職機電類學生教育教學理念，采用“互聯網+”背景下CDIO教學模式，將傳統教學方式與現代信息網絡教學進行有機整合，提高學生學習積極性的同時，可有效提升教學效果。

1 教學現狀分析

節流調速回路中液壓缸（也稱液壓執行元件）運動速度的調節是通過改變控制回路中節流閥和調速閥通流截面積的大小來實現的。根據回路中節流閥安放位置的不同將節流調速回路分為了三種形式：進油路節流調速回路、回油路節流調速回路以及旁路節流調速回路。教材在分析這三種回路的性能特點時，利用作用在活塞上的力平衡方程，得出節流閥兩端的壓力差和進入到液壓缸的流量，計算出活塞的運動速度，得出調速回路的速度—負載特性方程畫出回路的負載特性曲線，繼而總結出調速回路的調速特點。對于高職機電類學生來說，這種結論性的推導，理論性太強，由于基礎知識比較薄弱，很多同學對于該部分內容理解起來很困難，甚至有些同學不理解。

2 教學應用研究

在“互聯網+”背景下利用CDIO教學模式依托學習通教學平臺，借助FluidSIM-H液壓虛擬仿真軟件，將課堂教學實施分為課前啟化——“自主學習，發現問題”、課中內化——“技能應用，解決問題”、課后轉化——“鞏固提高，拓展應用”三個部分。旨在提高學生的學習興趣，激發學生作為學習主體的主觀能動性與創造性。下面以節流調速回路為例介紹具體實施過程。

2.1 課前啟化

教師通過學習通發布課前學習資料和學習任務，要求掌握節流閥、調速閥的工作過程和性能特性；能夠分析各種調速控制回路的控制原理、回路性能特點等；能夠搭建速度控制基本回路。教師后臺實時跟蹤學生學習資料的完成情況，根據學生提交的作業和問題點進行點評，同時對問題點進行匯總，修改教案，優化教學流程。

2.2 課中內化

2.2.1 預新知

教師展示學生提交作業情況，小組之間相互解決問題，教師進行點評總結。

2.2.2 概念分析

節流閥在回路中的安放位置決定了節流調速的三種回路形式。

教師發布任務工單，如圖1所示。

要求：將搭建好的回路圖和數據表格上傳學習通。

接到任務后學生以小組為單位進行分析討論，并將搭建好的三種節流調速回路上傳學習平臺，教師進行點評的基礎上對調速的結構、原理進行設疑分析。節流調速回路如圖1所示。

圖1 進油、旁路和回油三種節流調速回路結構圖

2.2.3 數據分析

學生在教師的引導下對所采集到的數據進行列表分析。

以表1數據顯示為例對采集到的數據進行詳細分析：在節流閥開度為0時，無論所加負載如何變化，活塞桿速度始終為0；開度為10%～50%時，負載增大，活塞桿速度變化很小；開度為70%～100%時，隨著所加負載的增大速度反而變小；開度為100%時，負載在0～850 N時，速度沒有變化，超過850N時，速度開始下降；對表中數據進行豎向比較，液壓缸所加負載一定時，隨著節流閥開度的增加，活塞桿的速度也在增加。表2、表3數據分析類似。

表1 進油節流調速回路

表2 旁路節流調速回路

表3 回油節流調速回路

2.2.4 結論分析

通過學生討論，教師進行結論匯總。結合三組統計數據，得出三種節流調速控制回路的相同點是：節流閥開口度一定時，液壓缸所加負載大小與活塞的運行速度成反比，并且受負載的變化影響較小。

不同點是：當節流閥的開口度和液壓缸所加的負載一致時，進油節流調速回路中活塞的運行速度最小，回油節流調速回路的次之，旁路節流調速回路的速度最大。

2.2.5 原因分析

學生進行討論后，教師進行匯總分析。

造成這種差異性的主要原因是基于小孔流量特性所導致的節流閥前后壓差不同，致使液壓缸活塞桿運行速度不穩定。

當液壓缸所加負載一定時，進油節流調速回路和回油節流調速回路中執行元件的運行速度差別很小，并且節流閥開口度越大，運行速度就越大，這是由于在這兩種回路中，通過節流閥的流量為進入或是流出液壓缸的流量，就決定了活塞桿的運行速度。在旁路節流調速回路中，節流閥口的開度與執行元件的運行速度成反比變化，這是由于在該回路中，節流閥開口越大，流入回油箱的流量越大，而進入液壓缸腔體的流量越小。

2.3 課后提升

課后學生對知識點進行梳理，并將三種節流調速控制回路的詳細對比分析表以組為單位進行上傳，同時教師在學習通平臺討論區發布討論話題：“三種節流調速控制回路的速度受執行元件所加負載的影響，運行速度的穩定性較差，我們可以通過什么樣的方式進行改進呢？”（可以通過改進后的回路圖用FluidSIM軟件進行仿真，利用數據進行直觀對比），線上平臺教師進行跟帖回復，及時掌握學生課后鞏固情況。

2.4 考核評價

為充分調動學生學習積極性，重在過程考核評價，并采用多元化的考核評價方式。考核評價從線上、線下兩個部分進行，線上評價主要從學生對平臺學習任務完成情況、作業完成情況和討論參與情況等幾個方面開展，線下評價主要從學生課堂參與情況、小組合作情況等幾個方面進行。多元化的評價方式保證了考核的公平性和合理性，充分調動學生學習興趣的同時，有效突破教學難點。

3 結語

綜上所述，在“互聯網+”背景下利用CDIO教學模式依托傳統教學平臺，對液壓與氣壓傳動技術中理論性較強的內容，借助FluidSIM虛擬仿真軟件，將定性理論推導計算變為定量數據分析，形象直觀，學生易于理解掌握。圍繞數據分析開展線上線下教學活動，提高學生學習積極性的同時，有效提升教學效果。