摘要：液压传动专业设计是机械电子工程专业综合性实践课程，为培养和提高学生的工程能力，对课程的教学模式进行研究与实践。确定了课程目标及毕业要求指标点，采用CDIO工程教育模式进行教学设计。以项目为主线、学生为主体、教师为主导，让设计过程与“构思—设计—实施—运作”各环节相对应。以成果为导向，注重学生学习的过程性评价，建立相应的考核评价机制。实践表明，基于OBE理念的CDIO工程教育模式，充分调动了学生学习的积极性和主动性，提高了学生解决工程问题的综合能力和工程素养，为提高毕业要求的达成度提供了有效支撑。
关键词：OBE理念；专业设计；CDIO；教学评价
OBE(Outcome-basedEducation)是基于成果导向的教育模式，贯穿于工程教育专业认证的全过程，强调“以学生为中心，以成果为导向”。我校机械电子工程专业于2018年通过了工程教育专业认证，液压传动专业设计(简称专业设计)是该专业下设流体传动与控制方向的一门实践课程。学生在学习液压传动、液压传动系统分析与设计、电液控制工程、液压系统控制与PLC应用等系列课程后，进行该环节的训练，其目的是提高学生综合运用所学专业知识解决工程问题的基本能力，拓宽学生解决问题的视野，使学生掌握正确的设计思维方式、科学态度和创新精神。在以往的专业设计教学中，存在以下不足：第一，教师处于主导地位，学生的主体作用没有得到发挥。第二，教学内容与实际问题不匹配，学生缺乏综合解决复杂工程问题的能力。第三，缺少动手能力培养环节，设计成果停留在纸面上。第四，设计题目单一、陈旧，没有充分应用现代设计方法和手段。针对上述问题，教学团队基于OBE理念，确定了专业设计的课程目标，采用CDIO项目教学法进行教学设计，并建立与之相适应的考核评价机制。
1课程目标
根据本专业的培养目标以及毕业要求，确定了专业设计的课程目标应与支撑毕业要求的指标点相对应，主要包括以下几点。第一，掌握液压系统的设计内容、步骤和方法，综合运用所学专业知识，对特定设备的液压系统进行需求分析；综合考虑安全、环境等因素，提出解决方案，并体现创新性。根据技术指标要求，通过查阅和运用相关标准手册、参考书，对方案进行论证和优选，并以图纸、设计说明书、答辩、实物等形式呈现设计成果。第二，针对所设计的液压系统，能够运用计算机绘图工具进行结构设计，能够利用仿真软件对系统进行虚拟仿真，能够使用可重构式综合实验台构建液压系统，并实现系统控制和相关性能测试。第三，锻炼沟通能力和技巧，培养团队协作能力。第四，培养正确的设计观点、认真负责的工程态度，能够考虑系统的经济性与环保因素，体现工程管理意识。
2教学设计
专业设计是一门综合实践课程，采用CDIO工程教育模式[5]，以工程项目为载体，学生每3人组成一个团队，每个团队选择不同的项目。把设计过程与“构DOI:10.13492/j.cnki.cmee.2022.15.052思(Conceive)—设计(Design)—实施(Implement)—运作(Operate)”各环节相对应，充分发挥学生的主体作用。专业设计过程包括：明确要求与方案论证、系统设计、系统仿真与实验、总结与答辩。
2.1明确要求与方案。论证构思环节团队成员要明确设计要求，对工况、性能指标等进行分析，查阅相关文献，选择液压基本回路，绘制系统原理图，对方案进行比较和可行性分析，确定最优方案。此环节主要培养学生查阅文献的能力、思考问题和解决问题的能力及创新能力，培养团队合作精神，明确学生在实践教学中的主体地位。例如，设计无人机起飞弹射液压系统时，学生应根据系统动作要求查阅资料，分析、对比方案后，确定液压原理图。该系统能够实现保压功能、执行功能、缓冲功能、卸荷功能等。
2.2系统设计。设计环节学生根据设计要求，计算系统的主要参数，如压力、流量、电机功率等，对标准元件(液压阀、辅件等)进行选型。使用AutoCAD或Solidworks等绘图软件，对集成块和液压泵站进行结构设计，并完成三维装配图(校验装配关系、孔道校核)和二维工程图绘制。此环节主要培养学生严谨的工作态度和科学素养，以及利用所学知识进行工程图设计的能力、计算机软件应用能力和工程管理意识。例如，液压阀需要放置在集成块上，块内孔道根据回路要求，需要相通或立体交叉，通过从三维图中可以直观看到孔系结构，避免孔道干涉，因此学生要进行三维图设计，完成后再根据三维结构图生成二维工程图。
2.3系统仿真与实验。实施环节学生利用AutomationStudio(AS)软件建立系统仿真模型，对所设计的系统进行分析，实现相应的控制功能，验证回路的正确性，排除故障，缩短设计周期。然后，利用力士乐工业级可重构综合实验台，构建液压系统装置，在此过程中应注意元件的进、出口，并检查回路连接是否正确。根据仿真模型，完成三菱PLC控制线路连接。通过现场操作，实现控制功能，并对所设计的系统进行实验验证。此环节主要培养学生使用现代工具实施设计方案的能力，培养学生的实践动手能力、排除故障能力和综合调试能力。图1为液压系统弹射过程仿真图(图1中左上图为液压原理图的仿真动画图，左下图为PLC接线图，右图为PLC梯形图)，图2为根据液压原理图所搭建的液压实验装置。
2.4总结与答辩。运作环节完成系统设计、仿真和实验调试后，学生对设计全过程进行总结，以图纸、设计说明书形式提交设计成果，以团队形式进行答辩，包括现场演示、操作和讲解。此环节主要培养学生的报告撰写能力和语言表达能力。
3考核与评价机制
专业设计采用集中式教学，要求在规定时间内完成项目设计任务。成绩考核以成果为导向，注重学生学习的过程性评价[6]，考核内容根据课程目标与对应的毕业要求指标点来确定，对各教学环节的成果进行评价。构思环节对应课程目标指标点1.1，考核学生的查阅文献、方案对比和创新分析能力；设计环节对应课程目标指标点1.2、2.1和目标4，考核学生的设计能力、创新能力、应用现代设计方法解决工程实际问题的能力，以及职业素养和工程管理意识；实施环节对应课程目标的指标点2.1、2.2和目标3，考核学生的设计方案实施能力、工程实践能力以及团队沟通和协作能力；运作环节对应课程目标指标点1.3和1.4，考核学生的报告撰写能力和语言表达能力
4结语
专业设计课程以工程项目为载体，突出学生的主体作用，把课程目标与毕业要求指标点相对应，并贯穿于项目的“构思—设计—实施—运作”各个环节之中近几年的教学实践表明，基于OBE理念的CDIO教学模式能够有效调动学生学习的积极性和主动性，学生在项目中学，教师在学生做的过程中指导，同时将液压领域的新技术、新理念以及专业素养、科学作风等课程思政内容有机地融入教学之中，使学生更好地把书本上的理论知识与实践有机结合，应用计算机软件进行设计的能力显著提高。学生通过亲自动手搭建液压系统装置、亲手实验，提高了动手能力，掌握了系统调试技能，培养了团队沟通和协作能力。教学内容体现了高阶性、创新性和挑战度。实践教学改革，为提高毕业要求达成度、满足企业对人才的需求提供了支撑。
参考文献
[1]耿晓伟.基于OBE理念的实践教学体系改革:以安全工程专业为例[J].实验技术与管理,2019,36(7):192-196.
[2]杨秀萍,王收军,陈炜,等.“流体传动及控制”特色人才培养模式研究与实践[J].中国轻工教育,2017(2):52-55.
[3]杨秀萍,郭津津,胡文华,等.机械电子工程专业本科生工程能力的培养与实践[J].中国现代教育装备,2019(11):75-77.
[4]张袁元,颛孙随意,辛江慧,等.以能力达成为导向的《流体力学与液压传动》课程设计的教学探索与设计[J].科技风,2020(1):20-21.
[5]于玲,张金萍,王立强,等.基于CDIO的液压传动课程设计的教学改革探索[J].智库时代,2019(28):180-181.
[6]王保建,武通海,段玉岗,等.基于工程教育认证的实验教学质量评价体系[J].实验室研究与探索,2020,39(5):149-152,181.
作者:杨秀萍 胡文华 徐晓秋 凌业中 单位:天津理工大学机械工程学院机电工程部级实验教学示范中心 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室 昆山市同创科教设备有限公司
