曹昌勇，王洪新，劉 瓊，張 鵬

（皖西學(xué)院 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，安徽 六安 237012）

在中國(guó)制造2025國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略推動(dòng)下，結(jié)合我國(guó)裝備制造業(yè)快速發(fā)展的需要，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、專業(yè)化程度高的應(yīng)用型人才已經(jīng)迫在眉睫.在現(xiàn)代生產(chǎn)中，液壓控制技術(shù)由于其體積小、重量輕、承載能力大、高可靠性、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事還是在航天航空等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用[1,2].

液壓傳動(dòng)與控制是機(jī)械類本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課.通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理及其相關(guān)的應(yīng)用，閱讀并能完整的設(shè)計(jì)一個(gè)較復(fù)雜的液壓系統(tǒng).但液壓傳動(dòng)與控制是一門與工程實(shí)際銜接非常緊密的專業(yè)技術(shù)課程，內(nèi)容多，涉及的知識(shí)面廣，動(dòng)手能力要求高，加上新技術(shù)層出不窮，推動(dòng)了液壓技術(shù)迅速發(fā)展[2].通過(guò)多年的實(shí)際教學(xué)情況來(lái)看，絕大多數(shù)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力相對(duì)較弱，很難將所學(xué)的液壓技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際，與預(yù)期的教學(xué)效果相差較遠(yuǎn).為了培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展的需要，更好地提高液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)效果，結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，本文探討了應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)改革.[2]

1 課程教學(xué)中存在問題

液壓傳動(dòng)與控制的課程教學(xué)目的就是使學(xué)生能夠掌握液壓系統(tǒng)的組成，各個(gè)液壓元器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其相關(guān)的應(yīng)用，閱讀并設(shè)計(jì)、控制一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)等[3].但隨著課程教學(xué)計(jì)劃的改革，教學(xué)課時(shí)數(shù)大幅度減少，甚至很難滿足理論教學(xué)要求.假若課堂教學(xué)處理不當(dāng)，往往會(huì)使學(xué)生們失去學(xué)習(xí)興趣.如何處理好教學(xué)課時(shí)數(shù)與教學(xué)目標(biāo)這一矛盾，是該課程教改面臨的首要問題.其次，在課程教學(xué)過(guò)程中可以看到液壓傳動(dòng)與控制這門課與其他課程銜接的較緊密，需要一定的理論基礎(chǔ)，才能學(xué)好.要學(xué)好液壓傳動(dòng)，必須提前學(xué)會(huì)流體力學(xué)（如液體靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等是液壓傳動(dòng)的前期理論基礎(chǔ)）.要想學(xué)會(huì)液壓控制技術(shù)，必須提前學(xué)會(huì)相關(guān)的控制類知識(shí)（如機(jī)械工程控制、PLC控制技術(shù)等）；該課程涉及的內(nèi)容多，知識(shí)面廣，如何把相關(guān)學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通，確實(shí)不易.導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)很難把握，打擊了學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，嚴(yán)重影響了本課程的教學(xué)效果[2].

2 明確培養(yǎng)目標(biāo)，建立液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)體系

液壓傳動(dòng)與控制課程強(qiáng)調(diào)知識(shí)的應(yīng)用與能力的培養(yǎng)；在內(nèi)容的選取上應(yīng)處理好理論與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)系，重點(diǎn)介紹理論知識(shí)，強(qiáng)調(diào)基本訓(xùn)練，加強(qiáng)分析、解決實(shí)際問題的能力及工程應(yīng)用素質(zhì)的培養(yǎng)，做到少而精，系統(tǒng)性強(qiáng)[3,4].

考慮到液壓傳動(dòng)與控制課程內(nèi)容的特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容模塊化：（1）流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊；（2）液壓動(dòng)力元件模塊；（3）液壓執(zhí)行元件模塊；（4）液壓控制元件模塊；（5）常見液壓基本回路模塊；（6）液壓控制系統(tǒng)模塊.每個(gè)模塊利用課堂講授、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、小組討論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)來(lái)使學(xué)生掌握課程的主要內(nèi)容.現(xiàn)擬定的液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)體系框架見表 1 所示.[2，5]

3 豐富教學(xué)手段

3.1 多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合

液壓傳動(dòng)與控制是一門同生產(chǎn)實(shí)踐緊密聯(lián)系的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)過(guò)程中涉及的元件多、回路多，要想使學(xué)生全面理解和掌握相關(guān)知識(shí)，就要在教學(xué)過(guò)程中不斷改善教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量.在課堂教學(xué)中，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，收集、制作大量的視頻、動(dòng)畫資料，運(yùn)用圖文并茂的效果啟發(fā)學(xué)生思維[3,6].

在課程教學(xué)中，要注意多媒體授課與傳統(tǒng)板書教學(xué)模式相結(jié)合，特別在進(jìn)行公式推導(dǎo)時(shí)，盡量采用統(tǒng)黑板加粉筆的板書方式，因?yàn)楹芏鄡?nèi)容同學(xué)們都是第一次接觸，如果采用PPT講授，同學(xué)們思維還沒跟上PPT就跳到下一頁(yè)了，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想.在校大學(xué)生由于工程實(shí)踐少，沒有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在課程教學(xué)中結(jié)合生活中通俗易懂的小實(shí)例進(jìn)行講解，教學(xué)效果極為明顯.

3.2 智慧課堂教學(xué)模式建設(shè)

表1 液壓傳動(dòng)與控制”教學(xué)體系

智慧課堂作為建設(shè)智慧校園的重要組成部分，是以培養(yǎng)具有高智能和創(chuàng)造力的人才為目標(biāo)，依賴于大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)，實(shí)施學(xué)情診斷分析和資源智能推送，開展“云+端”學(xué)習(xí)活動(dòng)與支持服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生在課堂以外隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)，同時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)過(guò)程記錄與多元智能評(píng)價(jià)的新型課堂教學(xué)方式.

(1)網(wǎng)絡(luò)課件.統(tǒng)一制作一份多媒體網(wǎng)絡(luò)課件，可供不同專業(yè)按需摘用.

(2)習(xí)題庫(kù)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù).針對(duì)液壓傳動(dòng)與控制課程模塊內(nèi)容，編制相應(yīng)的習(xí)題庫(kù)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)，供學(xué)生鞏固課堂學(xué)習(xí)和提前預(yù)習(xí)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.

(3)網(wǎng)絡(luò)答疑.借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，共享所有學(xué)習(xí)資源，建立討論交流專區(qū)，并由專人輔導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，回答學(xué)生問題，指導(dǎo)學(xué)生的其他相關(guān)學(xué)習(xí).

(4)網(wǎng)絡(luò)錄像教學(xué).分期、分章節(jié)、分教師逐步建立視頻教學(xué)資源；學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線進(jìn)行課堂教學(xué)學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)移動(dòng)課堂.

4 理論與實(shí)踐結(jié)合，樹立工程意識(shí)

在液壓傳動(dòng)與控制的理論與實(shí)踐課程教學(xué)中，結(jié)合課程教學(xué)知識(shí)體系，有效地將教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力.借鑒 CDIO（Conceive Design Implement Operate，即構(gòu)思，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)，運(yùn)作）工程教育理念，構(gòu)建理論與實(shí)踐有效結(jié)合的教學(xué)模式，以滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才知識(shí)結(jié)構(gòu)和素質(zhì)能力需求[2,7,8].

4.1 模塊化課程教學(xué)[1,9]

下面以模塊四液壓控制元件中換向閥中的三位閥的中位機(jī)能為例，工作中，各油路的實(shí)現(xiàn)是靠換向閥閥芯與閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)油流的通斷和換向.中位機(jī)能是閥芯處于常態(tài)位或中位時(shí)各油口的連通形式，實(shí)現(xiàn)閥的控制機(jī)能.因此，在進(jìn)行工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)各中位機(jī)能（常見類型：O型、H型、P型、M型和Y型等）的特點(diǎn)選取合適的換向閥.

圖1為三位四通電磁換向閥，中位機(jī)能為O型.換向閥從其他位置轉(zhuǎn)換到中位時(shí)，執(zhí)行軟件立即停止，鎖住不動(dòng)，換向位置精度高，但液壓沖擊大；但重新起動(dòng)時(shí)較平穩(wěn)；液壓泵不卸荷.圖2為三位四通電磁換向閥，中位機(jī)能為H型.當(dāng)閥芯處于中位時(shí)，使工作機(jī)構(gòu)成浮動(dòng)狀態(tài)；液壓泵卸荷；換向平穩(wěn)，液壓缸沖出量大，換向位置精度低；重新啟動(dòng)時(shí)有沖擊.

圖1 三位四通電磁換向閥（O型）

圖2 三位四通電磁換向閥（H型）

其中：P為進(jìn)油口，T為回油口，A、B為工作油口.

完全通過(guò)課堂的講授發(fā)現(xiàn)同學(xué)們對(duì)三位四通換向閥中位機(jī)能的特點(diǎn)理解起來(lái)還不是很透徹，有種模模糊糊的感覺，不能完全熟練掌握.

4.2 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)[1,9]

為培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展需要，結(jié)合液壓傳動(dòng)與控制這門課的知識(shí)體系，在CDIO工程教育理念的指引下，與同學(xué)們一起走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室[2].在這里還是以各種類型三位四通換向閥的中位機(jī)能特點(diǎn)的應(yīng)用開展實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)要求如下：（1）分小組進(jìn)行，3人一組.（2）由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師指定換向閥的類型確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或抽簽選擇.（3）根據(jù)預(yù)先的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，小組討論，設(shè)計(jì)液壓基本回路達(dá)到預(yù)期的功能需求.（4）交指導(dǎo)教師檢查，確定方案設(shè)計(jì)的合理性.（5）利用液壓綜合測(cè)試平臺(tái)搭建設(shè)計(jì)液壓基本回路，經(jīng)檢查無(wú)誤后，啟動(dòng)系統(tǒng)，記錄數(shù)據(jù)并分析.（6）指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)提問、學(xué)生回答，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié).例如：在利用三位四通換向閥鎖緊回路設(shè)計(jì)中，好多同學(xué)設(shè)計(jì)該回路時(shí)，利用M或O形中位機(jī)能的三位閥來(lái)鎖緊油缸，實(shí)現(xiàn)活塞在行程范圍內(nèi)任意位置停止，該鎖緊回路如圖3所示.該回路的確能實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊，但是不是最理想的設(shè)計(jì)方案呢？回答不是.由于滑閥的內(nèi)泄漏較嚴(yán)重，故鎖緊精度不高.

為了改善上述的內(nèi)泄漏導(dǎo)致的鎖緊精度不高的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如圖4所示的鎖緊回路，在液壓缸的進(jìn)出油口連接了一對(duì)液控單向閥，由于液控單向閥的密封效果非常好，可實(shí)現(xiàn)液壓缸在行程的任何位置上長(zhǎng)期鎖緊，鎖緊精度較高，只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影響.為了進(jìn)一步提高鎖緊的準(zhǔn)確性和快速性，可選擇H形或Y形中位機(jī)能換向閥.該鎖緊回路常用于飛機(jī)起落架的收放油路和汽車起重機(jī)的底部支撐立柱油路上.

圖3 鎖緊回路（O型中位機(jī)能）

圖4 用液控單向閥的鎖緊回路

5 考核方式改革

為了衡量同學(xué)們的課程學(xué)習(xí)效果，制定了理論課和實(shí)踐課的綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn).理論課主要考慮平時(shí)表現(xiàn)和卷面測(cè)試情況.實(shí)踐課主要從出勤與學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新點(diǎn)、方案設(shè)計(jì)、搭建及數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)答辯、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等7個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)分.具體評(píng)分細(xì)則如表2所示.從最近兩年的課程的教學(xué)情況來(lái)看，液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)改革能充分調(diào)動(dòng)同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，教學(xué)效果良好.

表2 液壓傳動(dòng)與控制課程評(píng)分細(xì)則

6 總結(jié)

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)改革，根據(jù)課程教學(xué)中存在的問題，建立模塊化課程教學(xué)體系；利用智慧課堂教學(xué)模式，豐富了教學(xué)手段；借鑒CIDO工程教育理念，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合；以及課程考核方式等方面進(jìn)行了改革與探索.實(shí)踐結(jié)果表明，液壓傳動(dòng)與控制課程教學(xué)改革培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力，為學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).