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(海軍航空工程學院 飛行器工程系， 山東 煙臺 264001)

引言

液壓傳動與控制課程是機械類專業(yè)的專業(yè)基礎課[1]，用來培養(yǎng)學生對液壓傳動與控制技術的認知和運用能力，為后續(xù)專業(yè)知識學習儲備知識，鍛煉學習能力。為適應素質(zhì)教育的需要，實現(xiàn)新的培養(yǎng)目標，廣大教育工作者針對《液壓傳動與控制》、《液壓傳動》和《液壓傳動與氣壓傳動》課程的教學改革問題進行了深入研究和探討[2,3]，如：案例式教學[4]、模塊化教學[5]和項目化教學[6]等方法均取得了預想成果，一定程度上推動了液壓傳動與控制課程教學效果的提升。但是，目前教學改革成果仍然是沿著“元件→回路→系統(tǒng)”的思路設計課程教學，在傳授學生知識、培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際和激發(fā)學生學習興趣的過程中，未能突出培養(yǎng)學生的整體知識觀[7]和系統(tǒng)思維能力[8]。因此，基于對各知識點關系的研究，本研究提出構建網(wǎng)絡式知識結(jié)構，為液壓傳動與控制課程建立整體知識框架。

1 傳統(tǒng)知識結(jié)構組織模式的不足

傳統(tǒng)知識結(jié)構組織模式是沿著“元件→回路→系統(tǒng)” 的思路設計方案，即先分頭學習基礎知識和液壓元件，然后再回路集成，是一種結(jié)構簡潔明了的教學設計。但是這種教學模式的主線是“以元件為基礎”，存在孤立分析液壓元件、忽視整體認知框架搭建的問題，影響學生整體把握液壓元件與液壓系統(tǒng)之間的聯(lián)系和相互作用，不利于學生建立液壓傳動系統(tǒng)的整體概念。

1.1 液壓力學基礎理解困難

傳動教學模式下，在對液壓傳動基本情況介紹之后就開始學習液壓油基本知識和力學知識，學生在學習時缺乏與應用場景的關聯(lián)，不利于深層次理解。以液壓系統(tǒng)壓力的形成與傳遞為例，傳統(tǒng)教學模式下要反復灌輸“壓力取決于負載”和“靜止狀態(tài)下等值傳遞”等概念，學員不能建立起直觀認識。如果將其放到液壓系統(tǒng)分析的大背景下，相對就容易理解了，通過動畫演示和負載調(diào)節(jié)，能夠形象的展示這些知識點。

1.2 液壓元件分析知識孤立

在液壓元件學習過程中一般是逐類逐個分析學習，針對每一個液壓元件介紹組成、功能和工作原理，其用意是為后面分析系統(tǒng)奠定基礎。這種教學模式割裂了液壓元件與液壓傳動系統(tǒng)之間的關聯(lián)和相互作用，不利于分析掌握液壓元件的具體工作特性，學生在學習過程中也難以想象系統(tǒng)工作和控制過程的表現(xiàn)，也造成學習、思考缺乏整體系統(tǒng)性。以液控單向閥為例，孤立分析元件的結(jié)構和功能，就很難想象如何實現(xiàn)液控和液路如何工作，而如果是在網(wǎng)絡式知識結(jié)構中，可先由其應用環(huán)境和作用，引導學員思考如何解決，再展示其工作過程，然后給出理論依據(jù)，這樣更能增加學生的掌握深度。

1.3 基本回路學習層次較淺

傳統(tǒng)學習模式下，傳授基本回路是直接告訴學生回路由哪些元件組成，不同元件有什么影響，基本上掌握了回路相關知識，就完成了教學任務。從教學實踐經(jīng)驗來看，學生學習后對于元件與回路的關系還是不太清晰，對元件在不同回路中的表現(xiàn)也不夠明確，這就不利于培養(yǎng)和增強學生的綜合應用能力，也不利于培養(yǎng)學員的開放性思維模式。

2 網(wǎng)絡式知識結(jié)構構建方案

為了培養(yǎng)學員的整體知識觀和系統(tǒng)思維能力，激發(fā)學員學習的開放性和自主性，本研究提出了液壓傳動與控制課程的網(wǎng)絡式知識結(jié)構，在傳統(tǒng)的“元件-回路-系統(tǒng)”組織模式基礎上進行改革，抓住主線，以典型液壓系統(tǒng)應用情境為中心，建立“網(wǎng)絡式知識結(jié)構”，設置學習項目任務，并按照“聚焦-輻射-延伸”的方式安排知識層次，搭建整體性認知框架。

2.1 按照“聚焦-輻射-延伸”組織知識

知識的主線仍然是液壓油基礎知識、液壓元件、液壓基本回路、典型液壓系統(tǒng)、識圖和設計，在每一部分學習過程中按照由淺入深的形式、分層次設置學習內(nèi)容，滿足不同層次學員的學習需要。

(1) 在課程總體設計上，形成“聚焦系統(tǒng)，輻射到學習項目，延伸到具體內(nèi)容”。首先聚焦裝備的液壓系統(tǒng)，通過演示告知學員液壓系統(tǒng)能在哪里應用、能實現(xiàn)什么功能和使用操作過程，將學員引入學習情境，激發(fā)學員好奇心，再通過教員引導，提出各類問題，為后續(xù)學習提供牽引；然后將知識輻射，由系統(tǒng)認知出發(fā)，利用不同項目任務為牽引，將液壓系統(tǒng)輻射到各液壓元件和知識點的學習項目中；最后再對進入的學習項目進行延伸，對所要了解的元件或知識點進行多個層次的學習。

(2) 在項目學習過程中，形成“聚焦基本知識，輻射到同類元件或應用回路，延伸到深層知識”。以元件學習為例，進入元件學習階段，首先聚焦元件的名稱、職能符號、基本功能和所屬分類，然后可由功能輻射到元件的基本應用，亦可由所屬分類輻射到同類其他元件，針對該元件自身按照結(jié)構組成、工作原理、性能參數(shù)、使用維護和使用注意事項等幾個層次延伸學習。

2.2 按照“網(wǎng)絡式知識結(jié)構”建立關聯(lián)

學習過程中不孤立分析，將知識之間建立網(wǎng)絡關系，由液壓系統(tǒng)作為總體牽引，知識點互相鏈接和導入，形成一個完整、相互關聯(lián)、立體化的知識體系網(wǎng)絡架構?？梢詮南到y(tǒng)鏈接到元件，由元件類型鏈接到同類元件，由元件功能鏈接到基本回路，由基本回路鏈接到典型系統(tǒng)應用，使零散知識系統(tǒng)化，既做到循序漸進，又形成一體化學習架構。這有利于掌握元件和元件、元件和回路、元件和系統(tǒng)、以及回路和系統(tǒng)之間的整體關系。網(wǎng)絡式知識結(jié)構體系設計如圖1所示。

在課程設計和平臺制作過程中，按照液壓系統(tǒng)初步認知、液壓油的選用、液壓元件認知與選用、液壓回路的認知與測試、以及液壓系統(tǒng)識圖與設計等五個模塊設計內(nèi)容，但內(nèi)部可以通過內(nèi)在關系進行網(wǎng)絡聯(lián)系，例如在學習液壓閥時，既能由功能鏈接到液壓回路的學習中，也可以鏈接到同類其他元件的學習中。

圖1 網(wǎng)絡式知識結(jié)構體系設計圖

3 配套教學資源的需求

為了配合按照網(wǎng)絡式知識結(jié)構模式教學，在配套教學資源方面需要改革和優(yōu)化，為教學提供有效的平臺和手段。主要包括以下幾個方面：

(1) 硬件條件上需要在多媒體教室開展，能夠充分利用多媒體素材。

(2) 建設基于計算機的學習訓練平臺，通過典型系統(tǒng)引入學習情境，能夠通過三維模型、虛擬拆裝和動畫演示等實現(xiàn)結(jié)構、原理和特性的演示。平臺能夠?qū)崿F(xiàn)知識的網(wǎng)絡式鏈接，能夠開展交互性自主學習。

(3) 具備能夠?qū)崿F(xiàn)回路和系統(tǒng)的交互控制和狀態(tài)模擬的手段，可以通過更改模擬元件、回路和系統(tǒng)參數(shù)的功能，可更換回路和系統(tǒng)組成，可設計應用環(huán)境，學員可自主參與訓練，觀測不同狀態(tài)下的元件、回路和系統(tǒng)的表現(xiàn)，增加對液壓傳動與控制過程的認知深度。

(4) 建立動態(tài)評估學生學習情況的機制，能夠及時調(diào)整進度安排，使學習過程中遍歷知識結(jié)構網(wǎng)絡，引導學員掌握全部要求的知識，鍛煉應有能力。

4 結(jié)論

在分析現(xiàn)有“元件→回路→系統(tǒng)”教學組織模式不足的基礎上，提出了建立“網(wǎng)絡式知識結(jié)構”，并按照“聚焦-輻射-延伸”的模式安排知識層次，把知識點連成線，再由線編織成“網(wǎng)式”知識群，構建出系統(tǒng)化、條理化的知識體系，搭建整體性認知框架的教學方案，有利于對知識的整體認識，促進學生對知識的融會貫通。實現(xiàn)了由液壓系統(tǒng)作總體牽引，使零散知識系統(tǒng)化，在情境中按照項目任務牽引教學，分層次循序漸進學習具體知識，可適用于不同水平學生自主學習。經(jīng)過在教學過程中的嘗試，取得了較好效果，可為液壓傳動與控制課程教學提供一種新的參考方案，有利于在傳授知識的同時培養(yǎng)學員的系統(tǒng)思維能力和邏輯能力。

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