1. 引言
液压传动作为一种重要的传动方式，相比机械传动、电力传动等都有着巨大的优势，广泛应用于军事、航空航天、智能制造、工程机械等领域，是学生在工程实践甚至是日常生活中都能接触到的一项重要技术，也因此对学生的工程实践能力要求也就更高[1]。《液压传动》这门课程作为机械类专业的一门专业必修课，在整个课程体系中具有重要的地位，上接《机械制图》《机械原理》等专业基础课程，下接《机电一体化系统设计》《液压传动课程设计》等课程，同时还要和《机电传动控制》等课程做对比，其教学质量的高低对学生课程体系的构建有着重要的作用。
然而，当前的课程教学仍然面临着较大的问题，一是缺乏系统观念，学生不清楚《液压传动》这门课程在整个课程体系中的作用，更不清楚液压传动技术在整个工业制造领域中的应用地位，学生学习到的只是各类元件的基本结构、各种基本回路的原理等碎片化的知识；二是理实脱节，这门课程开设有实验课，但是学习回路搭建时，整个课程基本处于快要结课的状态，此时进行实验，学生对于学过的理论知识早已抛之脑后，很难达到理实一体；三是考核评价方式单一，理论考试占据主导地位，导致学生对实践应用重视程度不高，难以形成实际工程应用能力[2]。
为解决上述问题，各个高校已经开展了大刀阔斧的教学改革，例如对考核方式、课堂教学模式的改革，但是大多仍是遵循“元件–回路–系统”的顺序教学，未从根本上解决问题，对于学生的系统思维和工程应用能力提升效果也不明显。
2. 基于“逆向项目驱动”的课程教学改革设计
2.1. 总体框架设计
以“明确定位–逆向拆解–正向设计–多元评价”为原则，构建《液压传动》课程教学改革设计框架。首先是明确定位，一是明确《液压传动》这门课程在整个课程体系中的地位，课程学习中需要使用《机械制图》《机械原理》中的知识，同时也是后续学习《机电一体化系统设计》《液压传动课程设计》等课程的基础，起着承上启下的作用；二是明确液压传动技术在整个工业制造体系中的地位，以一台完整的机器为例，分为原动机、传动装置、控制装置、执行机构组成，而液压传动是传动控制部分的一种方式，其他的传动控制方式还有机械传动、电气传动、气压传动等。其次要以两个典型液压系统项目为依托，采用“系统→回路→元件”的逆向拆解，来学习基础知识。选用的液压系统要有代表性且能覆盖到大多数知识点，这里选用挖掘机液压系统和注塑机液压系统，一个代表工程机械领域，一个代表智能制造领域，且覆盖了本科课程的绝大多数知识点。学生在系统中学习基础知识，解决知识点碎片化的问题；再次，给出两个典型系统设计要求，让学生根据所学知识进行系统设计，这里选用汽车起重机液压系统和机械手液压系统；最后进行多元评价考核，加大实验操作、系统设计等实践环节的分数比重，提高学生的动手实际积极性。
2.2. 教学目标重构
作为一所应用型本科高校，教学目标的制定突出实际工程应用能力：
知识目标：(1) 掌握液压传动的基本知识，液压元件的基本原理及应用；(2) 掌握液压回路设计的基本方法与计算；(3) 熟悉液压仿真软件(如FluidSIM)的使用。
能力目标：(1) 能进行工程实际中液压系统的逆向拆解，并分析主要回路的功能；(2) 能完成“液压元件选择与计算–回路设计–系统设计”的系统设计；(3) 能对液压系统中常见故障进行排查并解决[3]。
素养目标：(1) 培养较强的工程应用能力，确保系统设计参数符合行业标注；(2) 提升合作意识，通过小组合作完成复杂系统设计；(3) 树立绿色、安全理念，在系统设计中考虑能耗优化，并注重安全设计。
2.3. 教学内容重构
打破传统的教学模式，本着以学生实际应用能力培养为根本，以两个典型的液压系统为例，逆向拆解，采取“系统–回路–元件”的学习顺序，解决学生学习“碎片化”的问题。为了达到覆盖面广、应用性强的问题，选取挖掘机液压系统和注塑机液压系统，其主要内容见表1 [4]。
Table 1. Theoretical teaching and reverse disassembly process
表1. 理论教学与逆向拆解流程
教学模块 |
逆向拆解流程 |
核心知识点 |
1) 液压系统 |
1) 通过视频展示挖掘机工作装置，分析系统功能(挖掘、提升、回转)；2) 拆解核心回路(动臂升降回路、斗杆伸缩回路、铲斗翻转回路)；3) 拆解关键元件(液压泵、换向阀、溢流阀、液压缸)。 |
1) 液压系统的组成；2) 液压传动的工作原理；3) 典型液压系统的应用。 |
2) 液压元件 |
1) 基于系统拆解，分析各元件的作用(如溢流阀、换向阀等)；2) 对比不同元件的差异(如齿轮泵与柱塞泵的区别)；3) 结合元件，讲解参数(如额定压力、排量)。 |
1) 动力元件、执行元件、控制元件的结构与原理；2) 辅助元件的选型依据；3) 元件性能参数。 |
3) 液压回路 |
1) 基于合模回路，分析回路功能(快速合模、慢速合模、保压)；2) 拆解回路的控制逻辑(如电磁换向阀的通断控制、单向阀的保压)；3) 推导回路设计的关键公式(如流量计算、压力损失计算)。 |
1) 压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路的原理；2) 复杂回路(同步回路、保压回路)的设计方法；3) 回路参数计算与优化。 |
4) 系统集成 |
1) 通过系统拆解，总结系统设计的流程；2) 分析多回路协同工作的干扰问题(如流量分配、压力冲突)；3) 讲解系统图纸的绘制规范。 |
1) 液压系统设计的流程；2) 多回路集成与协同控制方法；3) 液压系统图纸绘制。 |
通过逆向拆解学习了知识点之后，从工程实际出发，选取汽车起重机液压系统、机械手液压系统，通过“元件选择–回路设计–系统集成–仿真与实物搭建”的过程，正向完成系统设计任务，主要内容见表2 [5]。
Table 2. Practical teaching and forward design process
表2. 实践教学与正向设计流程
教学模块 |
正向设计流程 |
核心知识点 |
1) 系统需求分析 |
1) 明确汽车起重机作业工况； 2) 分析机械手工作流程(抓取–提升–旋转–放置)； 3) 制定性能指标(速度、精度、响应时间)。 |
1) 工况分析与负载计算； 2) 执行器选型原则； 3) 性能指标确定方法。 |
2) 液压元件选择 |
1) 计算各执行器所需流量和压力； 2) 选择合适的液压泵、控制阀、液压缸、马达； 3) 进行辅助元件(油箱、过滤器)选型。 |
1) 液压元件性能参数； 2) 压力损失与效率计算； 3) 元件匹配与裕量设计。 |
3) 回路设计与集成 |
1) 设计基本控制回路(方向、压力、速度控制)； 2) 设计特殊功能回路(同步、防下落、缓冲)； 3) 绘制系统原理图并进行集成设计。 |
1) 液压回路设计原则； 2) 多执行器协调控制； 3) 液压系统原理图规范。 |
4) 仿真与搭建 |
1) 建立FluidSIM仿真模型； 2) 进行静态和动态性能分析； 3) 模拟故障工况并进行优化设计； 4) 搭建实验台。 |
1) 液压系统仿真方法； 2) 动态响应分析； 3) 故障诊断与系统优化； 4) 液压系统安装调试。 |
通过“逆向拆解 + 正向设计”的教学设计，能够实现理论与实践相结合，有效提升学生的系统思维能力和工程实际应用能力。
2.4. 考核评价体系重构
打破传统考核模式，采取多元协同评价模式，调动学生的学习积极性，全面衡量学生的目标达成度。主要内容见表3。
Table 3. Multi-dimensional coordination evaluation form
表3. 多元协调评价表
考核环节 |
权重占比 |
评分细则 |
时长分配 |
线上学习 |
10% |
1) 课程视频完成度(4分)2) 线上作业提交(3分)3) 互动参与(3分) |
每周 ≥ 2学时，总时长 ≥ 32学时 |
项目拆解 |
20% |
1) 项目方案设计(8分)2) 拆解报告(7分)3) 阶段汇报(5分) |
2次，单次 ≥ 16学时(课上10学时 + 课下6学时) |
实践设计 |
20% |
1) 设计图纸(8分)2) 实物调试(7分)3) 设计说明(5分) |
2次，单次 ≥ 16学时(课上10学时 + 课下6学时) |
小组协作 |
10% |
1) 教师评价(5分)2) 组内互评(3分)3) 成果展示(2分) |
2次，累计协作时长 ≥ 10学时 |
期末考核 |
40% |
1) 理论笔试(20分)2) 实操考核(20分) |
理论笔试90分钟，实操考核90分钟 |
3. 改革实施成效与反思
3.1. 改革成效
本改革于2023~2024学年第二学期在机械设计制造及其自动化本科2021级四个班级(164人)实施，通过对比未实施改革的2020级四个班级(156人)，取得了显著的效果。
3.1.1. 学生学习效果明显提升
在改革班级学生反馈学习收获很大，及格率由71.80%提升至82.93%，平均分由73.2分提升至81.4分；在期末实操考核中，改革班级的平均完成时间比之前提升9分钟；在后续课程设计中，课程设计优秀率由14.10%提升至36.59%。
3.1.2. 企业认可度显著提高
为精准评估改革成效，对这两届毕业生进行了跟踪调研，筛选了两届毕业生所在的20家企业，采用了问卷 + 访谈的方式进行数据收集，该问卷主要包括专业技能、问题解决、职业素养三个方面，根据问卷进行赋分，经过分析，改革后毕业生在液压技术相关岗位中的企业满意度由76%提升至92%。
3.2. 改革反思与改进
3.2.1. 存在问题
一是改革后的课程教学，需要任课教师具有较高的工程实践能力，部分教师缺乏企业工作经历，独立实施教学改革具有一定难度；二是课程教学难度加大，部分基础较弱的学生存在困难，需要进行个性化单独指导。
3.2.2. 教学改进方向
一是通过企业挂职锻炼等方式，让青年教师走进工程实际，提高工程实践能力，还可以邀请企业工程师参与教学设计与指导；二是对于部分基础较弱的学生，可以优化项目任务，降低学习难度，以满足不同层次学生的学习需求；三是建设数字资源库，编写教学典型项目案例集，在课堂教学中引入企业真实项目，实现课岗无缝衔接[6]。
3.2.3. 研究改进方向
一是在将来的教学研究中，应将四个平行班中两个班实施改革，两个班不变，以更好地控制变量，显示改革成效；二是要继续研究如何更科学地进行企业调研，如何避免潜在的教师偏见等问题；三是在同类应用型本科高校进行推广，以继续验证改革成效。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。