基于工程认证的“液压与气压传动”实验教学改革研究

[基金项目]2021年度湖南省教育厅教改项目“基于OBE理念的《液压传动与气压传动》课程教学改革研究与实践”（HNJG-2021-0540）

[作者简介]（1968—），男，湖南祁东人，博士，教授，硕士生导师，主要从事现代林业装备开发研究；（1968—），女，湖南宁乡人，硕士，副教授（通信作者），硕士生导师，主要从事智能装备开发研究；（1981—），男，湖南衡阳人，博士，讲师，主要从事特种加工技术研究。

图分类号]G642.0 [文献标识码]A [文章编号]1674-9324（2025）14-0057-04

[收稿日期］2024-05-27

一、实验教改缘由

OBE（outcomes-basededucation）是基于学习产出的教育模式的缩写，最早出现在美国和澳大利亚的基础教育改革中，它是工程教育专业认证的核心模式[1]。这种OBE教育模式强调“以学生为中心，以产出为导向，不断持续改进”，要求教师必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清晰的构想，寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到预期目标[2]。随着国家战略发展走向新需求、国际竞争走向新形势、立德树人走向新要求，高校工程专业的教学正面临着更大的挑战。为此，各高校以开展工程教育专业认证为抓手，不断提高学生分析和解决复杂工程问题的能力[3]。以立德树人为引领，以应对新形势为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养具有一定专业基础、工程实践能力强、创新意识好、团队协作能力强、能适应区域经济发展的应用型人才成为地方高校教育教学改革的重点[4]。突破传统课程教学方式、突出知识创新与工程实践能力培养已经成为工程专业课程建设的核心。“液压与气压传动”实验课程教学改革顺应了这个时代潮流。

二、基于OBE理念的实验教学模式改革

“液压与气压传动”是机械类、近机械类专业的一门核心技术基础课。它包含流体力学基本理论、液压系统元件、基本回路和系统分析与设计等教学内容，教学过程环环相扣[5]，教学内容丰富，理论抽象，实践性强。因此，课程实验在培养学生分析能力和系统设计能力方面非常重要。目前该课程实验教学存在教学目标不全面、实验项目设计不合理、实验考核与成绩评定重结果轻过程、目标达成分析与持续改进欠缺等问题，严重影响了教学效果。针对以上问题，课程教学团队秉持“以学生为中心，以产出为导向，不断持续改进”的理念，深入学习和研讨，对学生毕业时应达到的能力及其水平有了清楚的认识和构想。在此基础上，团队致力于构建新型的教育模式来保证学生达到预期目标。

三、基于OBE理念的实验教学环节改革与实践

（一）实验教学大纲修订

根据OBE培养计划，“液压与气压传动”课程对应的毕业要求指标点有两个：“3.2能够设计满足特定需求的结构、传动、控制等机械产品单元或子系统”和“4.4能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论”。这两个指标落实到“液压与气压传动”这门课程中，就是要培养学生“液压与气压传动”系统的分析能力和设计能力。

为了达成这两个指标，中南林业科技大学需要修订实验教学大纲，完善实验教学目标和教学内容。修订以后的“液压与气压传动实验”教学目标如下。

教学目标1：掌握液压动力元件和执行元件的工作原理与结构及其主要参数，以及参数之间的互相关系。

教学目标2：掌握液压与气压控制元件的种类、典型控制元件的结构和工作原理，以及控制元件的应用方法。

教学目标3：掌握液压系统的组成，能够分析和设计液压系统。

教学目标4：掌握气动系统的组成，掌握气压系统和液压系统的区别，能够分析和设计气压系统。

教学目标1和教学目标2共同支撑毕业要求指标点4.4，教学目标3和教学目标4支撑毕业要求指标点3.2。

根据实验教学目标，修订后的实验教学内容如下。

实验一：液压动力元件和执行元件的结构实验。

实验二：液压控制元件的结构实验，实验三：液压回路的设计实验实验四：气压回路的设计实验。

实验一和实验二分别支撑教学目标1和教学 目标2，实验三和实验四分别支撑教学目标3和教 学目标4。

（二）实验教学内容和方法设计

为了实现工程认证下的教学目标，中南林业科技大学需要对实验内容和实验方法进行设计。工程认证下的“液压与气压传动实验”的主要特征是综合性和创新性，中南林业科技大学需要对实验内容和实验方法进行新的设计和改革，新的目标下每个实验包括手动操作、随堂测验和实验报告等三部分内容。前两部分内容在课堂内完成，实验报告由学生课后完成。每个实验设计都包括实验前的准备工作，实验过程设计等方面。下面，以液压动力元件和执行元件的结构实验为例说明实验教学内容和方法的设计。

1.实验前的准备工作。实验前的准备工作包括两个方面：（1实验分组和实验器材的准备。教师根据中南林业科技大学机制专业学生数量和现有的实验条件进行分组，每个小组 3～4 人，每组配备齿轮泵、齿轮马达各一台，轴向柱塞泵、柱塞马达各一台，叶片泵和限压式变量泵各一台，每组配备实验工具两套，实验器材放置在实验台上；（②）随堂测验问题的准备。教师在实验之前准备与实验相关的测验问题，提前把测验问题发给学生，让学生带着问题去做实验。

液压泵和液压马达的结构实验包括共性的问题和差别性的问题。

共性的问题有：从能量转换的角度，泵和马达的区别是什么？什么是泵和马达的工作压力、额定压力和最高压力，它们的关系是什么？什么是泵和马达的容积效率、机械效率和总效率？它们的关系是什么？

差别性的问题是针对具体的动力元件、执行元件的机构和工作原理方面的问题，这些问题非常多，例如，齿轮泵和齿轮马达方面的问题：齿轮泵和齿轮马达的工作原理分别是什么？齿轮泵和齿轮马达在结构上有何区别？齿轮泵的困油现象是怎样产生的？如何消除？齿轮泵和齿轮马达有哪些泄露途径？

关于叶片泵和限压式变量泵方面的问题有：单作用叶片泵和双作用叶片泵在结构上有何区别？叶片泵高压化的措施有哪些？如何调整限压式变量泵的最大流量和压力？

关于柱塞泵和柱塞马达方面的问题有：轴向柱塞马达和轴向柱塞泵的结构有哪些共同点和区别？轴向柱塞马达的工作原理是什么？轴向柱塞伺服变量机构的工作原理是什么？

教师在实验前根据实验内容准备足够多的问题，学生在液压动力元件和执行元件的结构实验中，通过回答问题来真正掌握液压动力元件和液压执行元件的原理、结构和应用。

2.实验教学过程设计。每个实验过程均包括教师示范、学生动手操作和随堂测验三个环节：（1）教师示范环节。学生在理论课上已经学习了液压动力元件和液压执行元件的相关内容，但是对实物结构并不熟悉，拆装方法和顺序还没有完全掌握。实验设计的第一个环节是教师示范，这也是课程思政的教学环节。例如，教师示范拆开轴向柱塞马达，解释轴向柱塞马达的工作原理，再将马达安装回去。教师在安装回去时，人为制造安装错误，然后请学生回答是否安装正确，根据学生的回答，教师可以适当引入思政元素，指导学生在实验过程中需要细心谨慎，培养学生的工匠精神。（2）学生操作环节。学生动手操作是实验的第二个环节，即学生动手拆装液压动力元件和执行元件的环节。学生完成液压动力元件和执行元件拆卸后，每一个小组将随机抽取一个学生，向教师演示并解释所拆元件的工作原理，然后把拆散的元件进行装配还原。实验指导教师根据学生的拆装表现和原理汇报情况，综合评定学生的实验操作成绩。（3）随堂测验环节。在完成拆装以后，进入随堂测验环节。随堂测验环节采用小组互相测验或者小组循环互相测验的形式，采用口头回答的方式进行，并即时给出成绩。测试提问可以采用教师事先准备的问题，学生也可以根据情况主动向其他小组成员提问。

（三）考核和成绩评定标准改革

根据实验设计，中南林业科技大学对实验考核方式进行了改革，改革后的实验成绩由实验操作成绩、随堂测验成绩和实验报告成绩三个部分组成，实验总成绩由三个部分成绩按照一定的权重合成。根据实验的难易程度，每个实验中这三部分的成绩权重有区别，各个实验数据的权重如表1所示。实验操作、随堂测验和实验报告每一环节的总分计100分，实验操作环节在四个实验中的总分为20分、20分、30分和30分。随堂测验总分100分，在四个实验中的总分为22分、22分、28分和28分。实验报告总分100分，每个实验报告25分。这样分配总分的原因在于，实验教学中侧重培养学生的综合应用能力、解决工程实际问题的能力，也是OBE教学目标的体现。课程目标1、课程目标2、课程目标3和课程目标4对毕业要求指标点的权重也如表1所示。确定这些权重，便于分析计算课程目标的达成度。

（四）课程目标达成度分析

根据前述实验课程教学设计，中南林业科技大学在2020级和2021级机械设计制造及其自动化专业中，实施“液压与气压传动实验”教学改革方案。经过两年的教学改革，中南林业科技大学随机抽取一个班的实验成绩，进行教学目标的达成度分析，分析结果如表1所示。分析结果表明，在创新设计方面的实验还需要加强。从实验教学目标达成度来看，新的教学方式充分体现了“以学生为中心”的教学思想，激发了学生的主观能动性。学生通过自己动手、教师指导、独立思考、团队协作、多环节互动，培养了动手能力、综合应用液压与气压传动基本理论的能力，大幅提高了学习的积极性和学习效率。

（五）持续改进教学环节

根据已有的教改成果，中南林业科技大学下一步将围绕OBE的教学目标，不断进行改革完善和优化：（1）计划在实验课程教学过程中，深入培养学生的“液压与气压传动”课程知识体系，对实验内容进一步优化，增加液压与气压系统组成与工作原理的演示实验，增强学生的感性认识。（②）在液压控制元件的结构实验中，强化流体力学三定律在液压传动中的分析应用。培养学生动手能力的同时，提升学生理论和实践相结合的能力。（3在液压系统设计与气压系统设计实验中，要求学生应用更多液压基本回路、气动逻辑回路等方面的知识进行回路设计。

结语

中南林业科技大学通过基于OBE的“液压与气压传动”实验教学改革，在培养学生掌握教材基本理论、应用基本理论解决实际问题、培养学生动手能力和自主学习能力方面取得了明显的成效，也进一步展现了OBE的教学理念。

参考文献

[1]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[2]蔡汉跃.工程认证背景下液压与气压传动课程的改革思考［J].大学教育，2018（5）：99-101.

[3]刘春波.工程专业认证背景下液压与气压传动课程的改革探讨[J].大学教育，2017（4）：90-91.

[4]尹凝霞，张世亮，李伟洪，等.创新驱动发展背景下液压传动课程教改探讨[J].大学教育，2018（8）：88-90

[5]于庆丽，王刚.《液压与气压传动》课程教学改革探索[J].装备制造技术，2020（12）：222-224.

Research on Experimental Teaching Reform of Hydraulic and Pneumatic Transmission based on Engineering Certification GAOZi-cheng，MINShu-hui，CHENHui