多维度交叉融合下的新工科专业课程教学改革研究

摘  要：液压传动与气动技术在高等工科院校专业课程教学体系中起着基础性、先导性作用，也是新工科建设的一项重要任务。本文结合“新工科”的背景，对液压传动与气动技术的教学模式改革进行探究，利用丰富的实践案例及课程资源优化教学方法、教学手段，通过改革教学模式，可充分调动学生自主学习的积极性和主动性，提高学生认识工程问题及解决工程实际问题的能力。

关键词：新工科  专业课程 教学改革 工程实践

中图分类号：G640

Research on Curriculum Teaching Reform of New Engineering Specialty under Multi-Dimensional Cross Integration

---Taking Hydraulic Transmission and Pneumatic Technology as an Example

LIU Xinrong

（Shanghai University of Engineering Science， Shanghai， 201620 China）

Abstract： Hydraulic transmission and pneumatic technology plays a basic and leading role in the professional course teaching system of higher engineering colleges， and is also an important task of new engineering construction. Combined with the background of "new engineering"， this paper explores the teaching mode reform of hydraulic transmission and pneumatic technology， uses rich practical cases and curriculum resources to optimize teaching methods and teaching means， and integrates the curriculum ideological and political elements independently. Through the reform of teaching mode， students' enthusiasm and initiative of independent learning can be fully mobilized， and students' ability to understand engineering problems and solve engineering practical problems can be improved.

Key Words： New engineering; Specialized courses; Educational reform; Engineering practice

为了能够在新一轮科技革命和产业变革的浪潮中抢占先机，支撑创新驱动及人才强国等重大战略、“中国制造2025”等一系列国家重大战略。近年来，国家根据培养人才的需要，积极推进新工科的建设，促进新工科不断发展。新工科专业是以智能制造、云计算、人工智能、机器人等专业为主要集成领域，同时对传统的专业进行整合改造，使得既有专业与新工科专业相结合，为国家培养出实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1-3]。为了适应新工科的发展趋势，需要根据人才的培养目标及培养形式对课程大纲及课程体系进行修改和完善，探索适应新工科发展的教学模式是多维度交叉融合下的新工科专业建设的重要依据。作为区别于传统机械传动的一种方式，液压传动与气动技术在工程技术等诸多领域得到广泛应用，在工程技术人才培养中占据先导地位。因此，对工程应用型学科教学进行全方位改革与创新迫在眉睫。

液压传动与气动技术是以流体为工作介质，实现机械运动的一种传动形式。同时在此过程中，能够借助于能量对相关的机构和运动形式进行控制，是工程技术中广泛应用的一种动力传动和控制方式。20世纪后半叶，随着学科群及学科门类的扩展，各学科的知识相互渗透，促进多维度交叉学科的产生，液压传动与气动技术也向机械制造、控制技术等领域延伸，推动了智能制造装备技术的快速发展。随着液压传动与气动技术的推广应用，其在工程应用中存在的问题也逐渐显现，应将理论知识与工程应用实际结合起来，更好地培养工程技术人才。因此，工程应用型大学需要结合自身实际，从国家育人大局出发，为新工科建设中強调的核心技术、技术研究、新兴行业做好铺垫，为培养新时代国家战略工程人才奠定基础。

液压传动与气动技术属于机械类专业的专业课程，在专业课程的教学体系中起到主导作用，对学生的就业和深造起到前瞻作用。液压传动与气动技术课程所涉及的基础知识和工程常识比较多，对传动系统原理图的识读要求比较高，是一门较为典型的专业课程。随着液压传动与气动技术的日益广泛应用，在多学科交叉融合的背景下，对该课程的教学提出了更高要求。本文结合上海工程技术大学的办学特色，以液压传动与气动技术课程为例，探究新工科背景下的教学改革与创新。

1 注重工程应用，不断丰富教学内容

在以理工科为主要专业的大学里培养的人才主要分为学术型人才和工程应用型人才，而工程应用型人才又分为工程研究应用型人才和工程技术应用型人才[4]。上海工程技术大学作为国内高水平现代化工程应用型特色大学，注重工程应用型人才的培养。新工科课程的建设目标需要建立在理论知识讲授的基础上，增强理论知识在工程实际中的实践性、启发性、学科融合性，着重培养学生认识及解决工程问题的能力。液压传动与气动技术这门专业课程既包含了较为浓重的理论色彩，又涵盖较为丰富的实践经验，因此需要结合最新的应用案例，使得学生将所学的理论知识与工程实际中的案例结合起来，更好地促进学生对基础知识的掌握和运用。

随着新技术和新知识的不断涌现，知识呈现指数形式的增长，理论知识在工程实践中的应用也在不断变化。以气动减压阀为例，将其在气压系统中所起的作用定义为将气源压力减小到每台设备所需要的压力，并保证减压后的压力值稳定。减压阀是靠改变调节弹簧的压缩量进行调压，靠进气阀口的节流作用减压，靠膜片上的平衡作用和溢流作用稳压。教师在授课过程中，结合相关动画将减压阀的工作原理教授给学生，学生听完老师的讲解后豁然开朗，瞬间觉得已经对减压阀的知识了如指掌。然而，在工程应用中却是这样的：2007年6月，美国宇宙神运载火箭因为减压阀的高频振动，导致其搭载的卫星未能进入预定轨道，发射任务失败。减压阀在工程应用中，常常出现喘振现象，导致出口压力剧烈突变，对系统的稳定性造成不利影响，损坏相关仪器仪表。

新工科建设为专业课程的教学改革提供了思路，在新工科提倡创新的思想指导下，理论知识要与工程实践应用知识及问题的讲解相辅相成，及时根据工程应用实践案例进行教学内容更新。同时，在教学过程中也要遵循教育规律和学生对问题的认知情况，综合考虑内容的取舍;处理好课程思政和工程实践应用的关系，注重新知识和现有教材的衔接与融合。

2 坚持理论联系实际，赋予新工科新的内涵

新工科建设更加强调课程的通识性和实用性，采用先进的教学方式，强化学生对专业课程的兴趣，因此，需要对教学方式进行改革和创新，在教学模式上实现转变：一是改变纯理论知识授课，实现将实践知识与理论知识结合起来，以讲故事的形式传授给学生;二是改变死记硬背的教学方式，实现将基本原理和工程实际应用结合起来，由知识课堂向能力课堂转变[5-6]。

2.1 启发式教学

启发式教学就是通过相关的教学案例引出所要讲授的内容，从而调动学生学习的积极性，充分拓展课堂的知识面，提高学生接收知识的效率。在液压传动与气动技术课程中，有一些知识点是贯穿于整门课程的，如何让学生能够理解掌握并灵活运用这些知识点，避免抽象难懂，采取灌输的方式，将对授课教师提出较大的挑战。以液压传动与气动技术中的基本工作原理为例：在压力能传递的过程中，在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体各点。如果只讲授理论知识，学生将会觉得枯燥无味，而以液压千斤顶为例子，先讲述液压千斤顶的工作过程，然后将其工作过程进行抽象化并上升为理论，这样学生就能对所讲授的知识有直观了解。

2.2 实现育人元素与新工科专业有机融合

在工科类专业课程中，如何将课程思政元素有机融入进去，起到润物细无声的作用，将是课程教学改革的方向，使得育人的理念贯穿大学教育的全阶段。对于育人而言，学生主要通过本科课程中的部分必修课程的学习，从宏观层面了解相关理论知识与主体思想，如何结合新工科的专业知识背景与实践，培养学生的世界观、人生观和价值观，将是新工科背景下需要着重解决的问题。

以液压传动与气动技术中的知识点为例，当讲授到外啮合齿轮泵时，首先讲述了齿轮泵的基本工作原理及结构特点，使得学生能够对齿轮泵有一定了解。为了增加学生对知识的了解，同时有机融入育人元素，给学生提了这样一个问题：2020年11月24日，长征五号遥五运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空并进入预定轨道，经过多次轨道修正及科研人员的精准操控，嫦娥五号完成了月面采样并再入大气层，是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器，为中国探月工程的收官之战。2021年5月15日，我国首个火星探测器的着陆巡视器与环绕器分离，软着陆火星表面，开展巡视探测，实现我国在深空探测领域的技术跨越。请问，如果将齿轮泵安装在这两个探测器上，在月球和火星上都能正常工作吗？通过提出问题，既能让学生了解我国在航空航天领域的成就，增强民族自豪感，激起学生为国家科技发展和增进人类福祉而不懈努力的昂扬斗志，同时又能让学生结合现有知识，掌握齿轮泵的工作原理和结构特点。

2.3 坚持理论与工程应用相结合，促进新工科建设

新工科在改革过程中强调鼓励学生进行实践性学习和研究，提高学生的创新能力、工作能力以及理论知识应用能力。液压传动与气动技术作为工科院校里一门重要的专业课，如何寓教于学，寓教于研，以研促教，是新工科教学改革中一项重要任务。为了培养出符合新工科要求及国家需求的人才，国内很多高校都提出了加强本科生学习思维能力建设的目标，探索基础学科及前沿学科建设和人才培养的新途径，以科研带动和促进教学，提高学生创新能力和解决工程实际问题的能力，加强学生科学素养。

在本课程的讲授过程中，以气动减压阀为例，首先讲解其工作原理，在学生对其工作原理有一定了解的基础上引出工程实际问题。在工程应用中，减压阀存在问题的主要表现形式为喘振，而要解决此问题，所涉及到的问题包括结构设计、稳态流场及瞬态流场分析、弹簧动态性能及预应力模态分析、流固耦合等专业知识。通过引出问题，首先能够让学生了解理论知识与工程实际之间的联系与差别;其次，通过工程实际问题，能够将相关的专业课知识串联起来，激发学生学好专业课程的兴趣，避免偏科思想。同时，在阐述工程实际问题时，既要将问题阐述清楚，同时又要避免夸大问题。

将科研融入教学，教学提升科研，两者相辅相成，相互促进。通过开展多维度交叉融合下的新工科專业课程教学改革，提升毕业生在就业中的竞争力，为从事相关科研工作打下基础。以课堂教学促进基础理论知识向工程实际应用转化，以实际应用效果来检验课堂教学效果，使得多维度交叉融合的新工科专业培养方式成为提升教学质量的源泉。

参考文献

[1]张千帆，段林彤.新工科背景下教学改革与创新—以量子力学教学为例[J].河北师范大学学报：教育科学版，2021，23（2）：135-139.

[2]王灵婕.基于新工科的《大学物理》课程改革[J].教育教学论坛，2020（19）：175-176.

[3]王轶卿，张翔.新工科建设中实施课程思政的理论与实践[J].河北师范大学学报：教育科学版，2020（6）：59-62.

[4]姜晓坤，朱泓，李志义.新工科人才培养新模式[J].高教发展与评估，2018（2）：17-24.

[5]王旭辉.高等教育供求问题的理论述评与研究展望[J].高教探索，2020（2）：121-128.

[6]韩新月，王谦，吉恒松，等.新工科建设背景下工程热力学"金课"建设研究[J].2021，18（1）：217-220， 224.

刘欣荣，1987年生，男，研究生学历，讲师，研究方向：智能制造

基金项目：上海工程技术大学2021年度校级教学建设项目（x202101002）