基于CDIO教學理念和虛擬仿真技術的“液壓與氣壓傳動”課程教學創新

【摘" " 要】文章針對傳統“液壓與氣壓傳動”課程教學中存在的問題，提出了基于CDIO教學理念和虛擬仿真技術的課程改革措施。通過引入實踐導向的教學模式和虛擬仿真技術，明確教育目標，重塑課程內容，采用多元化的教學方法與實施方案；同時，強化學業評估和教學評價機制，確保學生能在理論學習與實踐應用中獲得均衡發展。通過教學改革措施，期望能為液壓與氣壓傳動技術領域的教學提供新的思路和方法。

【關鍵詞】“液壓與氣壓傳動”課程；CDIO教學理念；虛擬仿真

【引用格式】楊文，汪繽繽，廖生溫.基于CDIO教學理念和虛擬仿真技術的“液壓與氣壓傳動”課程教學創新[J].黑龍江教育（理論與實踐），2025，79（2）：09-12.

【中圖分類號】G642.0" " " " " " " " 【文獻標識碼】A" " " " " " " " 【文章編號】1002-4107（2025）02-0009-04

一、引言

液壓與氣壓傳動是機械工程領域的基礎技術之一，涉及流體力學、機械設計、控制工程等多個領域的知識。液壓與氣壓傳動技術因其傳遞運動平穩、操作控制方便、標準化程度高等優點，被廣泛應用于挖掘機、起重機、注塑機、機床等機械設備中[1]。學生通過本課程的學習和實踐，能更好地理解液壓機械設備的工作原理和設計要點，培養創新思維和解決問題的能力，為未來的工作和研究奠定基礎[2]。近年來，液壓與氣壓傳動技術正向智能化和高度集成化等方向發展，新技術不斷涌現，對學生綜合專業技能和創新能力發展提出了新的挑戰。然而，傳統的“液壓與氣壓傳動”課程教學方式主要依賴于多媒體演示和學生解題，對學生深入理解工科專業知識存在一定的不利因素[3-4]。

CDIO教學理念強調工程師的綜合素養與創新能力，包括Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）和Operate（運行），旨在打破傳統工科教育理論重于實踐的教學模式，注重理論與實踐相結合[5-6]。基于FluidSIM軟件的虛擬仿真技術提供了安全高效的設計平臺[7]，不僅可以使學生在虛擬環境中進行工程實踐，培養解決實際問題的能力，同時，其也符合CDIO教學理念中的“學以致用”和“實踐能力培養”的要求。

二、傳統“液壓與氣壓傳動”課程教學中存在的問題

教師在教學過程中發現，傳統的“液壓與氣壓傳動”課程教學存在以下幾方面問題，制約了學生對知識體系的構建和實際操作能力的提高[8]。

（一）抽象理論與實際應用脫節

傳統教學偏重理論知識的講解，缺乏與實際應用的結合，導致學生難以將知識運用到實際工程問題中。例如，學生雖然熟知了各種液壓元件的工作原理和公式，但當需要設計一個實際的液壓系統時，卻無法準確地將所學理論應用到實踐中。

（二）學生缺乏實際操作機會

因學校實驗室設備有限，學生難以獲得足夠的實際操作機會，只能在課堂上觀看教師的演示，或在實驗平臺上按照步驟進行固化操作，無法真正設計和組裝液壓系統。

（三）學生難以在故障排除中獲得成長

傳統教學很少涉及實際故障的排除操作，而故障排除卻是工程設計中非常重要的一環。學生缺乏相關經驗，就難以應對實際工程中的故障問題。此外，紙面設計難以直觀地體現系統故障，且實驗平臺的故障率也很低，導致學生無法體會到故障診斷和修復的過程。

因此，需要對傳統教學模式進行改進，注重理論與實踐的結合，使學生在有限的資源條件下獲得豐富的實踐經驗，以有效提升學生解決復雜工程問題的能力。

三、基于CDIO教學理念和虛擬仿真技術的“液壓與氣壓傳動”課程改革要點

以 CDIO 教學理念為基礎，首先從整體上構思“液壓與氣壓傳動”課程目標，其次全面設計教學內容，并基于CDIO模式實施教學，最后對課程的運行進行評價總結（圖1），具體改革要點如下。

（一）明確教學目標

明確培養學生的綜合能力、創新意識和實踐操作能力等教學目標，并與行業需求和學生未來發展需求相結合，強調學生的綜合能力培養。建立科學的教學評價體系，定期對學生的學習成果和實踐能力進行評估，以及時調整和優化教學方法。確保學生在課程學習中能夠全面發展，培養符合行業需求的綜合型人才。

（二）課程內容與實踐項目相結合

教師重點將課程內容與實際工程案例相結合。通過虛擬仿真技術提供具體的實踐操作場景，學生能夠在虛擬環境中模擬實際工程場景進行設計、分析和解決問題的實踐操作，有助于學生將理論知識應用到實際工程問題解決中，培養學生解決實際問題的能力，并提升學生創新意識和實踐操作能力。

（三）教學方法多樣化

教師根據學習內容和學生特點采用靈活多樣的教學方法，包括案例教學、小組討論、虛擬仿真實驗等，激發學生的學習興趣和參與度，幫助學生更好地理解和掌握課程內容。

四、“液壓與氣壓傳動”課程教學改革主要措施

基于 CDIO教學理念和虛擬仿真技術的“液壓與氣壓傳動”課程教學改革，在采用新技術優化課堂理論教學的同時，著重強調實踐應用的重要性。以下從課程目標構思、課程內容設計、教學方案實施和考核評價運行4個方面闡述教學改革的主要措施。

（一）課程目標的系統性構思

在機械類專業人才培養中，“液壓與氣壓傳動”課程的定位是為學生提供液壓與氣壓傳動技術的基礎理論和實踐知識，以滿足學生在機械工程領域的應用需求，使學生成為具備液壓與氣壓傳動系統設計、操作和維護能力的機械工程技術人才。課程的教學難點是將液壓與氣壓傳動技術應用于機械工程領域，如機床、起重設備、液壓機械等，掌握解決實際工程問題的能力。

針對“液壓與氣壓傳動”課程的支撐畢業要求指標點，教師需明確教學目標和改革方向，以滿足學生專業培養、課程學習和未來就業的需要。通過將具體的工程問題（如設計一個高效的液壓壓力機）轉化為實踐任務，教師能明確教學目標，指導學生探索解決方案。改革方向旨在通過CDIO教學理念的引導，利用虛擬仿真技術（FluidSIM軟件），使學生能夠在仿真平臺上體驗不同液壓元件的作用和模擬不同液壓系統的工作，從而深入理解液壓和氣壓系統的工作原理。這樣的實踐環節不僅提高了學生的技術應用能力，還激發了學生對工程問題的創新思考，培養了學生的實踐能力、創新意識和工程素養。進一步說，課程目標應結合行業發展的需求和趨勢，如最新的液壓技術在智能制造中的應用，以培養學生面對未來工程挑戰的適應能力和持續學習能力。

（二）課程內容的重構設計

傳統的“液壓與氣壓傳動”課程往往過于注重理論知識的傳授，缺乏與實際工程應用的結合。因此，教師應對課程內容進行重構設計，重點突出實踐應用和工程案例的重要性。教師將液壓相關知識分為課程基礎引入、液壓基本元件、基本回路的應用和液壓系統設計4個模塊，通過工程液壓系統對不同模塊進行講解，學生將理論知識與實際工程聯系在一起。同時，在不同模塊中引入虛擬仿真軟件FluidSIM。一方面，輔助教師的課程教學，使學生能夠深入理解液壓傳動的原理和應用；另一方面，讓學生掌握FluidSIM軟件的應用，并為學生提供更具體、更直接的設計機會。通過工程案例解析和項目設計，學生體驗設計的全過程，培養解決問題的能力和創新意識（圖2）。

不同的知識模塊對應不同的畢業要求，這一課程設計不僅貼合工程專業的實際需求，更能多角度、全面地培養學生（圖3）。從工程知識角度來看，“液壓與氣壓傳動”課程教學改革將幫助學生建立扎實的理論基礎，理解傳動系統的原理和應用。通過問題分析，學生提高了解決實際工程問題的能力，從而更好地適應未來工作中的挑戰。而強調研究和使用現代化工具，則使學生在課程學習中不僅能夠熟練掌握傳統的液壓與氣壓傳動技術，還能夠靈活運用虛擬仿真技術和其他現代化工具進行設計、分析和優化。這樣的培養將使學生在畢業后更具競爭力，能夠勝任復雜工程項目的設計和管理工作。

（三）教學方案的實施計劃

1.教學實施思路

教學方案的整體實施計劃是教學改革的關鍵環節，需要一系列具體措施來支持這一過程。首先，教師應制定多元化的教學方法，如案例分析、理論知識學習、實驗模擬、小組討論等以滿足不同學生的學習特點和學習需求，確保課堂教學的豐富性和趣味性。其次，教師要充分整合虛擬仿真技術與課堂教學，引導學生參與課堂設計和仿真設計，更深入地理解課程內容，并在解決實際工程問題中獲得更多的經驗和技能。尤其需要注意的是，在學生創作過程中，教師應鼓勵學生勇于探索，允許學生犯錯，并在學生設計及故障修正過程中給予及時的引導與反饋，協助學生理解錯誤所在，引導學生朝著正確的方向調整，使學生在故障排除中獲得成長；也可設立故障排除的任務，讓學生在模擬環境中識別并解決液壓系統的潛在問題，以增進解決問題的能力。最后，教師應加強思想政治教育，引導學生樹立正確的社會責任感和職業道德，讓學生明白作為液壓與氣壓傳動專業人才的使命和責任。

2.教學實施案例

液壓壓力機在機械工程中扮演著重要角色，通過液壓系統施加壓力可以對各種材料進行加工。液壓壓力機能夠確保零件成型的高精度和穩定性，被廣泛用于金屬、塑料和橡膠等材料的成型加工。圖4展現了以四柱式液壓壓力機工程案例為核心的教學實施方案。課程從四柱式液壓壓力機的工程應用著手，借助三維模型深入剖析各式液壓元件的功能，進而通過FluidSIM軟件引導學生掌握液壓系統的原理及控制電路的設計。學生將有機會模擬和設計液壓系統的控制電路，從而深入理解液壓技術的核心概念。學生還將被分成幾個小組，每個小組承擔一個設計任務，負責完整的項目過程，包括設計、模擬、實施和測試。這種實踐性的學習方式有助于學生將理論知識與實際工程應用相結合，培養學生解決實際問題的能力和團隊合作精神。在課程結束后，教師將根據學生的表現和項目成果及時調整下次課程的教學方案，以確保教學目標的達成。這種基于具體案例的教學為學生提供了更貼近實際的學習體驗，為學生未來在液壓工程領域的職業發展奠定堅實的基礎。

（四）學業考核和教學評價

在“液壓與氣壓傳動”課程中，學業考核和教學評價是確保教學質量、學生學習效果和課程持續運行的重要環節，可促進課程持續優化和發展。學業考核主要通過考試、作業、項目實踐等形式評估學生對液壓知識的理解和掌握程度，并指導教師進行教學方法和內容的調整。“液壓與氣壓傳動”課程針對實踐類考核進行創新，引入建模和仿真的考核方式，以更好地評估學生的實際應用能力和解決問題能力。在建模任務方面，要求學生根據所學液壓知識，針對特定工程問題或場景進行系統建模。例如，設計一個液壓系統模型，包括液壓元件的選擇、管路布置、控制回路等。在仿真任務方面，要求學生結合FluidSIM軟件，對所提供真實的液壓系統故障或性能不佳的案例進行仿真分析，運用所學知識和仿真工具分析并解決問題。學生需要識別問題根源、提出解決方案，并通過仿真軟件驗證方案的有效性。學生最后還需要撰寫液壓系統建模與仿真分析報告，詳細說明建模過程、仿真結果，并提出改進建議（圖5）。

教學評價是通過課堂參與度、作業質量、實驗報告、項目設計等對教學過程和教學效果進行全面評估，包括學生的學習動態、教學方法的有效性、課程內容的實用性等方面。同時，應注重學生的反饋意見和建議，設計一個綜合的學生評教框架，包括學生滿意度、參與度、創新能力和實踐技能的提升，以便及時調整和改進教學方法。此外，引入同行評價和專家評估機制，邀請其他教師或教育專家對課程進行評價和反饋，通過專業的評估和意見建議，發現課程存在的問題和改進空間。

五、結束語

文章圍繞“液壓與氣壓傳動”課程的改革需求進行探討，說明了傳統教學模式所面臨的挑戰，并提出了基于CDIO教學理念和虛擬仿真技術的課程改革方案。通過明確教學目標、重塑課程內容、運用多樣化教學方法、實施教學計劃并加強考核評估等措施，培養學生的綜合能力、創新精神和實踐技能。本次課程教學創新還通過引入現代化工具和技術，推動課程的進步，使課程教學模式更好地適應未來社會對人才的需求。未來的教學實踐中，教師將持續總結經驗、靈活調整教學方法、積極引入新技術，以滿足工程領域對優秀專業人才的殷切需求，也為學生創設更優質的教育資源和學習環境。

【參" "考" "文" "獻】

[1]" 王海芳，陳利強，呂超.以能力為導向的流體傳動技術課程群建設探索及實踐[J].黑龍江教育（理論與實踐），2023，77（10）：49-52.

[2]" 周闖，趙鳳蓮.液壓與氣壓傳動課程理實一體化教學改革探索與實踐[J].現代制造技術與裝備，2016（12）：187-188.

[3]" 婁燕.“跨課程+做中學”混合式教學模式實踐思考：以機械專業基礎課程“工程材料”為例[J].教育教學論壇，2022（31）：9-12.

[4]" 尹斌，魯欣，盧文濤.與三維設計相融合的工程圖學教學改革[J/OL].教育現代化，2020，7（46）：71-73[2024-04-10]. https：//www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_education-modernization_thesis/02012108291145.html.

[5]" 李辰，舒睿，劉貴杰.基于CDIO理念的“三層次”電工電子實訓教學模式探究與實踐[J].黑龍江教育（理論與實踐），2023，77（10）：63-65.

[6]" 譚潔，劉震.基于CDIO-OBE工程教學理念的單片機課程教學方法探究[J].物聯網技術，2024，14（1）：159-162.

[7]" 郭峰，孫冬冬，楊恩東，等.CDIO工程教育模式下的計算機輔助教學：以生物制藥工藝學課程為例[J/OL].教育現代化，2020，7（56）：56-59[2024-04-10]. https：//www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_education-modernization_thesis/02012108263593.html.

[8]" 王保平，孫芹，蘇瑞.以學生為中心的液壓與氣壓傳動課堂教學改革探索與實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2023，6（22）：52-55.

■ 編輯∕王力