新工科背景下AI赋能液压与气压传动课程产教融合改革研究
摘要
新工科建设的深入推进对液压与气压传动课程的教学提出了知识体系更新、工程能力强化、产教深度融合的系统性要求。然而，当前
新课程教学面临知识体系碎片化、价值传导表层化、能力培养割裂化、实训条件薄弱化等多重困境，教学内容与产业需求之间的结构性脱节日益突出。人工智能技术的快速发展为破解上述困境提供了全新的技术路径。本文立足新工科建设的时代语境，系统分析了液压与气压传动课程的教学痛点与改革诉求，从知识图谱重构、智能教学场景构建、虚实融合实训平台搭建三个维度探讨了AI赋能课程教学的具体路径，并结合产教融合的深层逻辑，提出了“校企共建—项目驱动—过程评价”的协同育人改革框架。研究认为，AI赋能液压与气压传动课程产教融合改革的核心在于实现知识组织从“线性递进”走向“网状关联”、教学模式从“经验驱动”走向“数据驱动”、产教关系从“资源对接”走向“生态共生”的三重跃迁。
关键词：新工科；人工智能；液压与气压传动；产教融合；教学改革
一、引言
液压与气压传动是机械工程、农业工程、车辆工程等工科专业的核心基础课程，承担着培养学生流体传动系统设计、分析与运维能力的重要使命。该课程“基于工程流体力学理论，从液压气动基础元件到基本回路再到典型系统逐阶递进，具有很强的学科理论性和工程实践性”。然而，在“中国制造2025”战略深入推进和智能制造技术加速迭代的时代背景下，该课程的教学内容与行业需求之间的结构性脱节日益突出，“具体表现为课程体系与岗位技能匹配度不高、实践案例匮乏、实训条件薄弱，制约了学生工程实践与岗位适应能力的提升”。
新工科建设的核心要义在于打破传统学科壁垒，培养能够应对未来产业变革的复合型工程人才。2025年12月，教育部发布《卓越工程师教育认证标准》，标志着卓越工程师培养进入了更加标准化、规范化的新阶段。教育部在卓越工程师产教融合培养工作推进会上强调，“要把产教深度融合打破工科人才培养鸿沟作为改革的关键突破”。在此背景下，液压与气压传动课程的改革已不再局限于教学方法的局部优化，而是涉及课程体系、教学模式、实训平台与评价机制的系统性重构。
人工智能标准化技术的快速发展为上述改革提供了强大的技术支撑。AI不仅能够实现教学资源的智能化组织和个性化推送，更能够通过知识图谱、虚拟仿真、智能评测等技术手段，重塑课程的知识呈现方式、学习路径规划和能力评价机制。如何在新工科建设的框架下，以AI技术为引擎推动液压与气压传动课程的产教融合改革，已成为机械类课程教学改革的重要命题。
二、液压与气压传动课程的教学痛点与改革诉求
2.1 知识体系的碎片化与价值传导的表层化
液压与气压传动课程涵盖流体力学基础、液压泵与液压马达、控制阀、基本回路、典型系统分析等多个知识模块，知识点繁多且相互关联复杂。在传统教学中，这些知识往往以“元件—回路—系统”的线性递进方式组织，各模块之间的横向关联和纵向贯通不足，学生难以形成系统化的知识结构。有研究指出，工科教育中长期存在“知识体系碎片化、价值传导表层化与能力培养割裂化等问题”。
与此同时，课程思政在液压与气压传动教学中的融入仍存在形式化倾向。部分教师将思政元素简单“粘贴”到课堂教学的某个环节，未能实现价值引领与专业教学的有机融合。思政元素“融入形式化、体系架构碎片化、育人模式创新不足”的问题较为突出。如何在传授流体传动技术知识的同时，培养学生的工程伦理意识、家国情怀和创新精神，是课程改革必须回应的深层命题。
2.2 理论抽象与工程实践的脱节
液压与气压传动课程的显著特征之一是“理论性强、实践性要求高”。液压元件内部结构紧凑、运动链条不可直接观察，流体传动原理抽象难懂，学生在理论学习中难以建立直观的认知图式。而在实践环节，受限于实验设备数量不足、实训场地有限、真实工程案例匮乏等条件，学生缺乏充分的动手操作和系统设计训练机会。课程教学中存在“学时压缩与知识扩容矛盾突出、理论抽象难实践、系统设计能力培养不足”的问题。
更值得关注的是，传统实验教学多以验证性实验为主，学生按照既定步骤操作设备、记录数据，缺乏对真实工程问题的分析和解决训练。当学生面对复杂流体传动系统时，往往难以将所学知识迁移到实际问题的解决中。产教融合背景下，“液压传动课程作为机械类专业的核心技术课程，其教学内容与行业需求之间存在明显脱节”。
2.3 产教融合的浅层化与协同机制缺失
产教融合是新工科建设的核心路径，但在液压与气压传动课程的教学实践中，产教融合多停留在“企业参观”“专家讲座”等浅层合作层面，校企双方在课程开发、教学实施、能力评价等核心环节的深度协同不足。企业从产业一线凝练的工程课题未能有效转化为课程的教学资源；校企共同打造的核心课程数量有限。正如有研究所指出的，产教融合视角下的课程建设要求“进一步提高课程内容的时效性与实用性，同时更加重视对学生实践能力的培养”。
上述问题的叠加效应，导致课程教学陷入“教—学—用”的断裂状态。学生学到的理论知识无法在真实工程场景中得到验证和深化，产业端对人才的能力需求无法有效传导至教学端，课程改革缺乏来自产业一线的持续驱动力。
三、AI赋能液压与气压传动课程教学的具体路径
3.1 知识图谱构建：从线性知识到网状认知
知识图谱技术为破解液压与气压传动课程知识体系碎片化问题提供了有效工具。通过构建课程知识图谱，可以将分散的知识点、技能点和价值点以节点和关联边的形式进行系统化组织，形成可视化的知识网络。
在技术层面，课程知识图谱的构建涵盖三个核心环节。首先是知识节点的提取与分类，将课程内容拆解为流体力学基础、液压泵原理、控制阀功能、基本回路结构、典型系统应用等核心知识单元，并对每个单元的知识类型（事实性知识、概念性知识、程序性知识、元认知知识）进行标注。其次是关联关系的建立，明确知识点之间的逻辑关系——液压泵的工作原理支撑回路设计的理解，回路设计能力又依赖于对控制阀功能的掌握——使知识网络呈现出清晰的层级结构和因果链条。最后是价值维度的嵌入，在知识图谱中标注每个知识点所蕴含的工程伦理、安全规范、创新精神等思政元素，建立“技术要素—思政维度”的映射矩阵。
“AI+图谱+思政”的教学新范式“探索技术赋能与价值引领的深度融合机制。通过构建知识图谱显性关联技术原理与工程伦理，AI算法动态挖掘学习行为中的隐性价值线索”。教师可以基于知识图谱精准定位学生的学习薄弱环节，推送针对性的学习资源；学生则可以借助知识图谱建立系统化的认知结构，实现从“知识点记忆”到“知识网络建构”的跃升。
3.2 智能教学场景构建：从“看不见”到“看得清”
液压与气压传动课程的教学难点之一在于流体传动过程“看不见、摸不着”——液压泵内部齿轮啮合、容腔变化、流体输送路径等关键过程难以通过传统板书或静态图片清晰呈现。AI技术的介入正在从根本上改变这一局面。
烟台科技学院的教学实践提供了典型范例。在《液压与气压传动》课程的外啮合齿轮泵教学中，“针对齿轮泵内部结构紧凑、运动链条不可直接观察等传统教学难点，课堂引入AI+VR三维可视化技术构建完整运行模型，将齿轮啮合、容腔变化、流体输送路径等关键过程以动态方式呈现。学生能够在虚拟场景中进行剖视、旋转、拆解等交互操作，直接看到压力形成与流量输出的机制，实现从结构认知到机理理解的连续推演，有效解决抽象知识难以‘看得清、讲得透’的问题”。
AI数字人技术为课堂教学提供了新的可能。在液压与气压传动观摩课中，“开篇便通过数字人助教精准讲解液压元件的结构特点与工作原理，数字人凭借生动的语言、直观的动作演示，将抽象的液压传动理论具象化”。AI数字人“精准演示液压元件内部构造、流体传动轨迹及回路动作逻辑，将原本看不见、摸不着的抽象原理转化为直观易懂的可视化内容，有效降低学生理解难度”。此外，“AI动画技术将原本抽象难懂的流体传动原理、元件内部结构及运动轨迹通过动态可视化形式直观呈现”。
智能教学场景的构建不仅提升了教学的直观性和趣味性，更重要的是建立了“理论认知—结构观察—机理理解”的连续推演链条，使学生在互动操作中完成从感性认识到理性认知的跃迁。
3.3 虚实融合实训平台：从“有限实验”到“无限试错”
实训环节是液压与气压传动课程能力培养的关键阵地，但传统实训受限于设备数量、场地空间和安全风险，学生难以获得充分的实践训练。虚拟仿真技术与AI的融合正在打破这一瓶颈。
在元件认知层面，液压与气压传动虚拟仿真软件“侧重液压与气动设备的安装、调试、维修等实操技能培养”。在系统设计层面，AMESim等仿真软件“具有丰富的元件库、精准的仿真计算以及良好的交互性和扩展性”，学生可以在虚拟环境中完成液压回路的设计、调试与优化。有研究构建了“理论输入—仿真验证—实验反馈—动态优化”的闭环教学模式，“通过整合AMESim仿真平台与液压实验台，形成知识传递的自我修正机制”。
虚拟仿真的核心价值在于实现了“无限试错”——学生在虚拟环境中可以反复调试回路参数、尝试不同的设计方案，而不必担心设备损坏或资源消耗。这种低成本的试错空间，为学生创新能力的培养提供了充分的条件。“基于VR技术的液压与气压传动课程教学改革，使得传统系统的课程活化，能够提高学生的学习兴趣和学习效果，增强学生对液压与气压传动课程的理解和应用能力，能够有效降低教学运行成本和实践实训过程中的安全风险”。
四、产教融合改革的深层逻辑与实践路径
4.1 产教融合的逻辑重构：从“资源对接”到“生态共生”
传统产教融合的逻辑是“资源对接”——学校需要企业的实践资源，企业需要学校的人才供给，双方在各自边界内进行有限度的交换。AI赋能下的产教融合正在超越这一逻辑，走向“生态共生”——校企双方的知识、数据、场景和人才在课程教学的全链条中实现深度融合。
企业积累的真实工程数据可以转化为课程的教学案例库和仿真模型的输入参数；学校培养的具备AI素养的毕业生能够直接对接企业的智能化岗位需求；校企共建的虚拟仿真平台可以同时服务于教学和企业培训。这种“生态共生”关系使产教融合从“阶段性合作”升级为“持续性共创”。
4.2 “校企共建—项目驱动—过程评价”的协同育人框架
基于上述逻辑，本文提出“校企共建—项目驱动—过程评价”的协同育人改革框架。
校企共建是改革的起点。企业应深度参与课程的知识图谱构建、案例库开发和虚拟仿真平台建设。产教融合视角下的课程建设要求“重构课程体系、改进教学方法、加强校企合作、建设‘双师型’教师队伍”。在教学内容层面，“基于工程案例重构知识链条贯通理论与实践”；在师资层面，应通过“企业深入参与课程教学环节”和“建设‘双师型’教师队伍”实现教师工程实践能力的持续提升。
项目驱动是教学实施的核心机制。将企业的真实工程问题转化为课程的教学项目，使学生在解决实际问题的过程中完成知识建构和能力发展。项目式教学能够“提高学生的课堂参与度”，使学生“面对复杂流体传动系统的设计与创新能力”得到提升。课程思政与项目式教学法、案例式教学法、探究式教学法的结合，“能够激发学生学习内需，提高学生参与度”。
过程评价是质量保障的关键环节。应“建立能力培养导向的多维过程考核机制”，将学生在项目实践中的表现、虚拟仿真中的操作数据、知识图谱中的学习轨迹纳入综合评价体系，实现从“结果考核”到“过程育能”的转变。
4.3 实践探索与初步成效
上述改革理念已在部分院校的教学实践中得到初步验证。内蒙古工业大学机械工程学院将“人工智能赋能《液压与气压传动》课程产教融合递进式教学改革探索”列为校级教育教学改革项目。北京某高校的《液压与气压传动》课程采用“数智驱动、能力进阶”教学模式，“教师通过AI智慧教学平台发布教学任务，学生按要求利用平台资源进行自学，实现对液压油特性、流体静力学、机构运动学等知识进行整合”。
在产教融合课程建设方面，江苏某高校的液压与气压传动课程获批“江苏省产教融合型一流课程”，“通过课程改革与实践，学生对理论知识的掌握更加深刻，课程知识目标能够有效达成，进一步提升了学生综合实践能力和创新意识”。实践表明，“实施基于产教融合的课程建设方案，能有效解决课程与行业脱节的问题，显著提升学生的实践能力与综合素养”。
五、结语
新工科背景下液压与气压传动课程的产教融合改革，既是应对产业变革对人才能力新要求的必然选择，也是落实卓越工程师培养战略的关键举措。本文的分析表明，该课程在知识体系组织、理论与实践衔接、产教协同深度等方面存在结构性短板，而人工智能技术为上述问题的破解提供了系统性的技术支撑。
AI赋能课程教学的核心路径在于三个层面：知识图谱重构使知识组织从“线性递进”走向“网状关联”，智能教学场景使原理认知从“看不见”走向“看得清”，虚实融合实训使能力训练从“有限实验”走向“无限试错”。三者的协同作用，正在推动液压与气压传动课程的教学范式从“经验驱动”走向“数据驱动”。
面向未来，AI赋能液压与气压传动课程产教融合改革仍需在以下方向持续深化：一是推动校企共建的AI教学平台从“单点工具”走向“系统生态”，实现课程开发、教学实施、能力评价的全链条智能化；二是建立AI教学资源的质量标准和更新机制，确保教学内容始终与产业技术前沿保持同步；三是加强教师AI素养的系统培训，使教师成为AI技术与教育教学之间的有效“转译者”。当AI技术深度嵌入课程的知识组织、教学实施和能力评价的全链条，液压与气压传动课程才能真正实现从“知识传授”到“能力建构”的价值跃迁，为新工科人才培养提供坚实的课程支撑。
参考文献
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