劉增光　魏列江　岳大靈

[摘 要]“液壓控制系統(tǒng)”是流體傳動(dòng)與控制專業(yè)方向的一門重要的專業(yè)課，目前該課程的教學(xué)不能滿足應(yīng)用型“卓越工程師”培養(yǎng)的要求。文章分析了“液壓控制系統(tǒng)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，提出在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行全面改革的建議。為了增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際工程能力和創(chuàng)新意識，我們在教學(xué)中引入案例教學(xué)法，將典型電液伺服系統(tǒng)工程項(xiàng)目（電液伺服振動(dòng)試驗(yàn)臺）的設(shè)計(jì)、仿真、制造和安裝調(diào)試全過程貫穿于整個(gè)課程教學(xué)之中，以期達(dá)到培養(yǎng)卓越工程師的目的。

[關(guān)鍵詞]卓越工程師 案例教學(xué) 液壓控制系統(tǒng) 教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0110-02

為了更好地貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)中國由工程教育大國向工程教育強(qiáng)國邁進(jìn)，培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的各類型高質(zhì)量工程技術(shù)人才，使國家走上新型工業(yè)化發(fā)展道路，教育部于2010年6月提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。2011年我校被批準(zhǔn)為第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”高校，我院熱能與動(dòng)力工程專業(yè)入選我?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施專業(yè)。熱能與動(dòng)力工程專業(yè)包括流體傳動(dòng)與控制和流體機(jī)械及工程兩個(gè)專業(yè)方向?！耙簤嚎刂葡到y(tǒng)”課程是流體傳動(dòng)與控制專業(yè)方向卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃中的一門重要的專業(yè)必修課，在培養(yǎng)學(xué)生成為液壓行業(yè)的優(yōu)秀工程師中起著重要支撐作用。

一、課程改革背景

（一）課程特點(diǎn)和對應(yīng)培養(yǎng)能力

“液壓控制系統(tǒng)”課程具有涉及基礎(chǔ)課程較廣、應(yīng)用性廣和工程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。課程的學(xué)習(xí)既需要液壓流體力學(xué)、電工電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)等課程相關(guān)內(nèi)容作為理論基礎(chǔ)，又需要與具體工程應(yīng)用相關(guān)的實(shí)踐來鍛煉動(dòng)手能力。本課程主要培養(yǎng)學(xué)生以下工程實(shí)踐能力：液壓比例與伺服系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和維護(hù)能力；熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真分析技術(shù)對液壓比例與伺服系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的輔助設(shè)計(jì)能力。

（二）教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題

1.所用教材。本課程所用教材是由我校教師王春行老師編寫的《液壓控制系統(tǒng)》，該書是學(xué)習(xí)液壓伺服系統(tǒng)的經(jīng)典教材，被全國多數(shù)高校選為“液壓控制系統(tǒng)”課程的指定教材。但是由于該書編寫于1989年，距今已有20多年。隨著電液比例技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，該書在這兩方面已不能緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐。另外，該書在電液伺服閥和液壓動(dòng)力元件的理論描述和公式推導(dǎo)方面都比較詳細(xì)，但后續(xù)電液伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)章節(jié)的內(nèi)容則過于簡略，只有簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算，缺乏真實(shí)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐。學(xué)生學(xué)完本門課程后仍不能進(jìn)行簡單的電液伺服系統(tǒng)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

2.課程教學(xué)。目前，“液壓控制系統(tǒng)”的教學(xué)仍然采用教師課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩種授課方式。由于本課程具有理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多和比較抽象等特點(diǎn)，盡管教師在課堂上花大量時(shí)間進(jìn)行公式推導(dǎo)和理論講解，但學(xué)生仍然不能真正理解所講內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面也只是做些簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)很難培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，也不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新意識。

3.教學(xué)手段。目前本課程已采用多媒體教學(xué)，但多媒體課件的內(nèi)容大多是復(fù)制教材內(nèi)容，教師自己加工后形成有吸引力和互動(dòng)性的課件較少。這樣的多媒體教學(xué)只是用已寫好的課件取代板書，給學(xué)生留下的印象不深，達(dá)不到采用多媒體教學(xué)預(yù)期的效果。

4.考核方式。目前，本課程的考核是對由平時(shí)成績和考試成績構(gòu)成的總評成績進(jìn)行考核。平時(shí)成績主要由出勤、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)組成，占總成績的30%?？荚嚲砻娉煽冋伎偝煽兊?0%。這種考核方式雖然有一定的合理性，但也有明顯的缺點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是只能考查學(xué)生對書本知識的記憶和理解，不能真正考查學(xué)生分析問題和解決問題的工程實(shí)踐能力。

二、課程教學(xué)改革

（一）教學(xué)改革原則

依據(jù)本專業(yè)方向培養(yǎng)具有扎實(shí)的流體傳動(dòng)與控制理論知識、創(chuàng)新精神和突出的工程實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，課程教學(xué)改革的原則是在注重基本理論知識教學(xué)和掌握的基礎(chǔ)上，通過改革來加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)和工程實(shí)踐能力的考核，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識。

（二）課程改革措施

1.教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和更新。本課程所用教材《液壓控制系統(tǒng)》在編寫時(shí)電液比例技術(shù)正處于發(fā)展和完善階段，因而教材主要是針對電液伺服技術(shù)，書中對電液伺服系統(tǒng)中涉及的控制元件和液壓動(dòng)力元件的工作原理、傳遞函數(shù)都進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和推導(dǎo)。而當(dāng)前電液比例技術(shù)已相當(dāng)完善，并已得到廣泛應(yīng)用，課程的教學(xué)必須增加電液比例技術(shù)方面的內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電液伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的大規(guī)模應(yīng)用，迫切要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)建模仿真這一技能和應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的能力，因而課堂教學(xué)中應(yīng)引入Matlab軟件的學(xué)習(xí)和在電液比例與伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。此外，隨著流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)中還應(yīng)補(bǔ)充電液比例與伺服技術(shù)最新的發(fā)展方向和研究成果。

2.教學(xué)方法多樣化。在課堂授課過程中，為了克服傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)的弊端，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可采用啟發(fā)式教學(xué)、自由討論式教學(xué)等多種教學(xué)方法。例如，在講授“四邊閥控制對稱液壓缸的傳遞函數(shù)”時(shí)，教師可先回顧自動(dòng)控制原理課程中求傳遞函數(shù)的一般過程，然后針對具體的閥控缸，讓學(xué)生思考閥控缸所應(yīng)遵循的物理定律，啟發(fā)學(xué)生寫出閥控缸的三個(gè)基本方程。在講授“力反饋兩級電液伺服閥的工作原理”時(shí)，讓學(xué)生相互討論給力矩馬達(dá)線圈通電后擋板如何偏移、雙噴嘴擋板閥輸出壓力如何變化以及閥芯如何運(yùn)動(dòng)和反饋桿怎樣進(jìn)行力反饋等問題。為了使學(xué)生將理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，將電液伺服系統(tǒng)典型工程項(xiàng)目電液伺服振動(dòng)試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)、仿真、制造和安裝調(diào)試的全過程分散融入整個(gè)理論教學(xué)中，做到以理論知識為主線，以實(shí)際工程項(xiàng)目為依托，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中得到工程實(shí)踐能力的鍛煉和提升。

3.多媒體教學(xué)效果的提升和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的運(yùn)用。在多媒體教學(xué)課件的制作上，應(yīng)壓縮教材中相同的內(nèi)容，增加和電液比例與伺服系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)物圖片以及相應(yīng)的控制元件和系統(tǒng)工作原理的flash動(dòng)畫，豐富課件的內(nèi)容，增強(qiáng)教學(xué)的生動(dòng)性。必要時(shí)教師可進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場錄制視頻在課堂上進(jìn)行播放，使學(xué)生不用到現(xiàn)場也可學(xué)到各種工程實(shí)踐知識。

電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常在頻率內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)和校正，通過設(shè)計(jì)所得出的性能指標(biāo)大多是幅值余量、相位余量和穿越頻率等頻率指標(biāo)。由于頻率指標(biāo)和時(shí)域指標(biāo)一般沒有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系，導(dǎo)致學(xué)生對設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的特性無法直觀理解。利用Matlab軟件對伺服系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真和時(shí)域、頻域分析，可使學(xué)生直觀了解系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及各種校正方法對系統(tǒng)性能的影響。

4.改革考核方式。為了全面考核學(xué)生的理論知識、思考和創(chuàng)新意識以及工程能力，采用“理論知識成績+課堂參與成績+項(xiàng)目設(shè)計(jì)大作業(yè)成績成績”的考核方式。理論知識成績主要由課后作業(yè)成績和考試卷面成績組成，目的是考查學(xué)生對課程理論知識點(diǎn)的掌握程度；課堂參與成績主要由出勤成績和課堂互動(dòng)成績組成，目的是保證學(xué)生能按時(shí)出勤和積極參與教師組織的提問、啟發(fā)教學(xué)和討論等教學(xué)活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和創(chuàng)新思維的能力；項(xiàng)目設(shè)計(jì)大作業(yè)在課程剛開始就布置給學(xué)生，可把學(xué)生分成幾組，每組一道題目，采用公開演示或答辯的方式進(jìn)行考核，重點(diǎn)考查學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析、解決工程問題的能力。

三、結(jié)束語

本文根據(jù)卓越工程師加強(qiáng)工程能力培養(yǎng)的要求和“液壓控制系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)，對本課程的教學(xué)改革進(jìn)行深入探索，形成課本理論教學(xué)和工程案例實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，并加入對學(xué)生課堂參與積極性和培養(yǎng)工程實(shí)際能力的大作業(yè)的考核。這種新的課程培養(yǎng)體系將為應(yīng)用型流體傳動(dòng)與控制專業(yè)方向卓越工程師的培養(yǎng)提供有力的保障。但由于卓越工程師的培養(yǎng)處于開始實(shí)施階段，仍需要在以后的教學(xué)實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善。

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[責(zé)任編輯：覃侶冰]