紀(jì)輝，聶松林，尹方龍，馬仲海

（北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院，北京）

一 引言

“新工科”是基于國(guó)家發(fā)展需求提出的我國(guó)工程教育的改革新方向，旨在培養(yǎng)出多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》是北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院在“新工科”背景下面向機(jī)械工程專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)限選課，是基于流體力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課增設(shè)的一門面向工程實(shí)際的應(yīng)用型課程。傳統(tǒng)的液壓技術(shù)多以液壓油作為工作介質(zhì)，存在污染、易燃、易爆、成本高等問(wèn)題，而水液壓技術(shù)以純水作為工作介質(zhì)，具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性好、機(jī)動(dòng)靈活等突出優(yōu)勢(shì)，克服了傳統(tǒng)液壓技術(shù)的不足。隨著我國(guó)海洋發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施以及“一帶一路”倡議的推進(jìn)，海洋科技取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但目前我國(guó)自主創(chuàng)新引領(lǐng)力度不強(qiáng)，特別是深海技術(shù)裝備仍遠(yuǎn)落后于歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。為了提高我國(guó)的深海作業(yè)技術(shù)水平，迫切需要培養(yǎng)一批具有水液壓技術(shù)背景的應(yīng)用型人才。

《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程總體上包含水液壓關(guān)鍵技術(shù)、典型水液壓元件和典型水液壓系統(tǒng)三部分內(nèi)容。從原理上來(lái)看，水液壓傳動(dòng)技術(shù)與傳統(tǒng)液壓傳動(dòng)技術(shù)十分相似，但一旦將液壓油介質(zhì)替換為水后，就會(huì)涉及到潤(rùn)滑、密封、腐蝕、氣蝕等多種科學(xué)問(wèn)題。就目前來(lái)看，《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》這門課程在國(guó)內(nèi)高校的設(shè)立還十分罕見(jiàn)，發(fā)展還不成熟，因而沒(méi)有現(xiàn)成可借鑒的教學(xué)方法。但與《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程類似，《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》也是一門兼具綜合性與實(shí)踐性的課程，且二者課程體系也十分相似，因而《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程現(xiàn)階段所用教學(xué)方法可以借鑒傳統(tǒng)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程。

《液壓與氣壓傳動(dòng)》是一門經(jīng)典的機(jī)械類本科生必修課程，其教學(xué)方法相對(duì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)很成熟，且國(guó)內(nèi)有眾多學(xué)者探索了多種新型教學(xué)方法。如蔡漢躍[2]針對(duì)工程認(rèn)證背景下《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程面臨課時(shí)壓縮造成的“教的累、學(xué)的苦”現(xiàn)象，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)課及企業(yè)元素等五方面提出了改革方向。郭文靜等[3]開(kāi)展了多項(xiàng)綜合性開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)興趣。符林芳[4]提出了混合式教學(xué)方法，并在機(jī)電、模具專業(yè)學(xué)生中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了良好效果。馬少春等[5]探討了《液壓與氣壓傳動(dòng)》案例教學(xué)法在工程教育背景下農(nóng)業(yè)院校的應(yīng)用。馬勇杰等[6]將科研創(chuàng)新成果應(yīng)用于《傳統(tǒng)液壓與氣壓傳動(dòng)》課程的教學(xué)中，探討了典型案例的基本設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)知識(shí)、科研成果與思政理念的有機(jī)結(jié)合。

《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程的教學(xué)目的是使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，能夠了解水液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉和掌握典型水液壓元件的基本工作原理，并掌握具有特定功能水液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法?！端簤簜鲃?dòng)技術(shù)》課程的教學(xué)方法雖然可以參考傳統(tǒng)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程，但在“新工科”建設(shè)背景下還需探索出一種適于新型專業(yè)人才培養(yǎng)的課程講授方法。

二 教學(xué)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》屬于機(jī)械類本科生的專業(yè)限選課，共32 學(xué)時(shí)，分16 周授課，平均每周2 課時(shí)，開(kāi)課時(shí)間定在大四第一學(xué)期。在第一輪授課中仍然按照傳統(tǒng)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程的教學(xué)思路，即嚴(yán)格按照先理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思路，前26 學(xué)時(shí)主要以理論講授為主，后6 學(xué)時(shí)設(shè)置課程實(shí)驗(yàn)。理論講授按“水液壓關(guān)鍵技術(shù)-水液壓元件-水液壓系統(tǒng)”的思路循序漸進(jìn)。水液壓關(guān)鍵技術(shù)即在設(shè)計(jì)水液壓元件過(guò)程中需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，典型水液壓元件主要包括水液壓泵、水液壓馬達(dá)、水液壓缸、水液壓閥等，在此基礎(chǔ)上以典型水液壓系統(tǒng)為例，使學(xué)生了解水液壓系統(tǒng)的基本構(gòu)成，并具備構(gòu)建完整水液壓系統(tǒng)的能力，同時(shí)還可以根據(jù)水液壓系統(tǒng)所具備的不同功能進(jìn)一步熟識(shí)各典型水液壓元件的功用。課程的最后設(shè)置了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)典型水液壓元件的拆裝及其性能實(shí)驗(yàn)使學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)水液壓元件和水液壓系統(tǒng)具備直觀了解，以期培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。但由于該門課程的教學(xué)模式正處于探索階段，經(jīng)過(guò)一輪教學(xué)后發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題。

（一）理論內(nèi)容繁雜，理解困難

水液壓傳動(dòng)技術(shù)涉及機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、傳感器等多種技術(shù)，涵蓋知識(shí)面較廣、學(xué)科交叉性較強(qiáng)、課程本身包含內(nèi)容也十分繁雜。如水液壓系統(tǒng)中最常見(jiàn)的水液壓控制閥包括壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類，而每一類又涵蓋多種不同結(jié)構(gòu)和型式的水液壓控制閥，其他水液壓元件亦是如此，若要在26 個(gè)課時(shí)內(nèi)完成所有理論授課，每節(jié)課的授課容量還是十分可觀的，這導(dǎo)致許多學(xué)生由于課程安排過(guò)于緊湊而不得要領(lǐng)。此外，這門課程需要學(xué)生具備一定的流體力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制等基礎(chǔ)知識(shí)，一些學(xué)生由于基礎(chǔ)不牢固或間隔時(shí)間較長(zhǎng)致使對(duì)講授內(nèi)容理解有難度。這一點(diǎn)通過(guò)布置課堂作業(yè)可以發(fā)現(xiàn)，有部分同學(xué)對(duì)水液壓元件的工作原理理解存在偏差，更有甚者難以理解課上所授內(nèi)容。

（二）學(xué)生的互動(dòng)性與參與感不強(qiáng)

由于該課程設(shè)置在大四第一學(xué)期，學(xué)生面臨著畢業(yè)、就業(yè)、考研等壓力，極易導(dǎo)致學(xué)生重視度不足，僅為拿到學(xué)分而“混課”。此外，該課程講授過(guò)程中穿插著大量水液壓元件結(jié)構(gòu)圖或抽象的水液壓元件職能符號(hào)，學(xué)生的基礎(chǔ)又參差不齊，經(jīng)過(guò)一輪的授課發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生難以在短短的26 課時(shí)內(nèi)接受如此大量理論知識(shí)的輸入，有些學(xué)生在理解失敗后甚至自我放棄。還有一些學(xué)生妄圖利用上課時(shí)間復(fù)習(xí)考研，但最終卻很難兼顧二者。雖然課程設(shè)置了6 學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，但由于學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備較少，無(wú)法滿足人手一件的需求，因而實(shí)驗(yàn)過(guò)程大部分時(shí)間是教師演示、學(xué)生觀摩的形式，且學(xué)生主動(dòng)意識(shí)不強(qiáng)烈，不能很好完成“通過(guò)實(shí)踐提高學(xué)生的動(dòng)手能力，加深對(duì)課程教學(xué)知識(shí)的理解”的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。整體來(lái)看，目前這種單向的知識(shí)輸入教學(xué)手段很難引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致學(xué)生的自我參與感不強(qiáng)、學(xué)習(xí)效率不高、技能掌握欠缺。

（三）成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式難以體現(xiàn)創(chuàng)新思維

第一輪教學(xué)時(shí)，課程成績(jī)?nèi)匀话凑諅鹘y(tǒng)成績(jī)的評(píng)價(jià)模式，即采用平時(shí)成績(jī)與期末考試成績(jī)的加權(quán)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)主要以基礎(chǔ)理論知識(shí)和方法的掌握程度作為評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的考慮較少[7]。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)課堂“抬頭率”不高，一部分學(xué)生不注重平時(shí)課堂教學(xué)，企圖按照以往應(yīng)對(duì)應(yīng)試教育的方法，即采用期末臨時(shí)突擊的方式應(yīng)對(duì)考試。而且這部分同學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度往往會(huì)對(duì)其他積極參與課堂活動(dòng)的學(xué)生產(chǎn)生一定程度的影響。此外，由于期末考試多為客觀題，題型比較固定，一些課上活躍且具備一定創(chuàng)新想法學(xué)生可能并不善于應(yīng)試，最后考試成績(jī)可能與平時(shí)不積極參與課堂活動(dòng)學(xué)生的成績(jī)相差無(wú)幾甚至出現(xiàn)不如他們的情況，結(jié)果給這部分積極參與課堂活動(dòng)的學(xué)生心理造成一定的沖擊。由此可見(jiàn)，目前的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式只能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的復(fù)刻層面，而對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力不能很好體現(xiàn)。

三 教學(xué)方法改進(jìn)

《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程并不是一門應(yīng)試教育類型的課程，其開(kāi)設(shè)的初衷是開(kāi)拓學(xué)生的視野，通過(guò)接觸流體傳動(dòng)與控制領(lǐng)域的前沿方向來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程意識(shí)和工程思維，屬于一種開(kāi)放性的課程。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)意識(shí)，針對(duì)目前《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程教學(xué)中存在的不足之處，提出了以下解決思路（如圖1 所示）。

圖1 教學(xué)方法的改進(jìn)方向

（一）改變傳統(tǒng)課堂講授方法

將面面俱到的理論授課方式轉(zhuǎn)變?yōu)橥怀龅湫桶咐氖谡n方式。由于傳統(tǒng)的單向輸入效果并不理想，利用當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、喜歡探索未知事物的特點(diǎn)，今后可以適當(dāng)增加課堂討論環(huán)節(jié)。教師根據(jù)課堂講授的典型工程案例提出問(wèn)題，將學(xué)生分成若干小組，小組成員以分工合作形式，課下通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料提出解決方案，在課堂上以PPT 展示的形式匯報(bào)成果，教師在展示過(guò)程中提出疑問(wèn)，小組成員進(jìn)行解答，最后根據(jù)各組匯報(bào)質(zhì)量進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)判，對(duì)創(chuàng)新性較好的小組進(jìn)行加分獎(jiǎng)勵(lì)。例如在介紹水液壓泵的工作原理時(shí)可以以斜盤式軸向柱塞泵為例介紹水液壓泵的基本工作原理及其關(guān)鍵技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料介紹其他結(jié)構(gòu)型式的水液壓泵，或提出新型結(jié)構(gòu)的水液壓泵，其他液壓元件或系統(tǒng)的講解過(guò)程亦如此思路。這種提出問(wèn)題、引導(dǎo)學(xué)生尋求解決思路的方式能夠提高學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和積極性，進(jìn)而提高學(xué)生的課程參與感。這種教學(xué)方法一方面避免了由于課時(shí)緊湊實(shí)施填鴨式教育引發(fā)的學(xué)生疲怠和知識(shí)掌握不牢現(xiàn)象；另一方面通過(guò)反轉(zhuǎn)，使學(xué)生成為了課堂的主人，學(xué)生之間通過(guò)溝通交流不同的解決方案，實(shí)現(xiàn)了更多知識(shí)的解鎖，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

（二）增強(qiáng)課程的工程性和實(shí)操性

當(dāng)代大學(xué)生一般對(duì)能夠通過(guò)自學(xué)獲得的基礎(chǔ)知識(shí)興趣不高，因而要適當(dāng)改變現(xiàn)有授課內(nèi)容，將水液壓技術(shù)在工程中應(yīng)用的實(shí)例最大限度融入課堂能夠令學(xué)生更加清晰認(rèn)識(shí)到水液壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的重要地位。如可以以深海采樣或水下作業(yè)涉及到的水下機(jī)器人為例介紹典型水液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，并在講授中配置一定的視頻和圖像，增強(qiáng)學(xué)生的直觀印象。此外，還可以通過(guò)引入平時(shí)在科研工作中完成的實(shí)際工程項(xiàng)目介紹水液壓元件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在詳細(xì)介紹項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生如何解決工程實(shí)際問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)課上，改變?cè)械慕處熝菔?、學(xué)生觀摩模式，精心挑選適于團(tuán)隊(duì)合作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將學(xué)生分成小組，首先為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方法，隨后請(qǐng)小組成員分工合作完成實(shí)驗(yàn)，力爭(zhēng)每位同學(xué)都能參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)。如在進(jìn)行水液壓泵的性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，可令一名小組成員負(fù)責(zé)加載、一名小組成員負(fù)責(zé)觀察儀器儀表讀數(shù)，另一名負(fù)責(zé)記錄，實(shí)驗(yàn)完成后小組成員共同進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，由于存在誤差，每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)理論上各不相同，不僅避免了不同組間的互相抄襲現(xiàn)象，還能通過(guò)實(shí)驗(yàn)中的互相配合培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。此外，還可以建立專門的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，打破原有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)回路搭接的局限[8]，令學(xué)生通過(guò)仿真軟件完成更多種類水液壓系統(tǒng)回路的搭建，拓寬學(xué)生的視野，進(jìn)一步提高學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。

（三）改變現(xiàn)有成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式

由于本門課程的側(cè)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析能力，因而本課程的考核并不僅僅是針對(duì)理論知識(shí)的考察，更多的是對(duì)學(xué)生綜合能力的考核。在未來(lái)的課程考核中應(yīng)改變以往的平時(shí)成績(jī)加期末考試的考核方式，可以將對(duì)硬性理論知識(shí)的檢測(cè)轉(zhuǎn)移到平時(shí)課后作業(yè)上，同時(shí)將前述提及的課堂討論P(yáng)PT展示、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等作為課程考核成績(jī)的一部分，將上述三部分整體按照40%的比例作為平時(shí)成績(jī)。另外60%改為開(kāi)放式的課程報(bào)告，教師為學(xué)生提供3～5 個(gè)關(guān)于水液壓傳動(dòng)技術(shù)的熱點(diǎn)題目，學(xué)生任選其一作為課程的最終考核報(bào)告，教師根據(jù)報(bào)告所體現(xiàn)的學(xué)生對(duì)水液壓傳動(dòng)技術(shù)的掌握程度和創(chuàng)新程度進(jìn)行成績(jī)的綜合評(píng)定。通過(guò)上述方式，可以進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)每堂課的參與感，避免了學(xué)生不注重平時(shí)課堂教學(xué)、考試臨陣磨槍的現(xiàn)象，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)人綜合能力的評(píng)定。

四 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程的現(xiàn)有教學(xué)方法及存在的不足進(jìn)行了分析，并據(jù)此從課堂教授方法、課程的工程性與實(shí)操性、課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式等三方面提出了《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程教學(xué)方法的未來(lái)改進(jìn)方向，旨在最大限度提高學(xué)生的課程參與感和積極性，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，最終探索出一種適于“新工科”背景的《水液壓傳動(dòng)技術(shù)》課程教學(xué)方法，并培養(yǎng)出具有牢靠水液壓專業(yè)理論知識(shí)和良好實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才。