基于卓越計劃的液壓與氣壓傳動課程教學改革研究

劉 忠，郭蘭中，浦文禹，胡朝斌

（常熟理工學院 機械工程學院，江蘇 常熟 215500）

一、概 述

液壓氣壓傳動與控制技術是現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一，與電氣傳動相比，由于其具有傳輸力或力矩大、功率密度高、易于實現(xiàn)自動控制等許多特性，在近現(xiàn)代工業(yè)中，不論是對于行走機械，還是對于固定的工業(yè)設備，都是很好的實用技術。在工程機械、機床工業(yè)、汽車制造、機器人、冶金礦山、航天航空、工業(yè)自動化技術等工業(yè)領域，獲得了廣泛的應用。因此，在機械工程及其他工科專業(yè)課程設置中，《液壓與氣壓傳動》課程是學生必須掌握的一門專業(yè)技術課。在實際教學中，《液壓與氣壓傳動》課程的理論抽象，涉及內容多而雜，傳統(tǒng)的教學模式無法讓學生真正掌握其核心知識，因而在未來的工作中不能熟練運用其技術知識。

根據卓越工程師培養(yǎng)計劃要求和我校機械工程專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和人才培養(yǎng)目標，液壓與氣壓傳動是機械類專業(yè)人才必備的專業(yè)技術知識之一。在現(xiàn)場工程實際中，許多工程技術人員對液壓與氣壓傳動知識掌握不夠扎實，以致工程實踐中經常出現(xiàn)的許多技術問題無法及時解決，造成經濟損失的事例舉不勝舉，這是因為教學中過于側重理論教學的傳統(tǒng)授課方法所引起的。針對這種情況，在課程教學中，必須改革傳統(tǒng)的課堂教學方式，以滿足學生對未來實際工作的需要。液壓與氣壓傳動課堂教學方法的改革是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的必然需求，采取課堂教學理論與實際并重的授課方式，使學生接受工程環(huán)境的思維教育，是培養(yǎng)具有競爭力的創(chuàng)新型卓越工程師的根本保障，是機械類專業(yè)高等教育內涵建設的重要任務［1，2］。

二、教學內容的重組與配置—基于教學大綱配置教學內容，補充應用實例

根據卓越工程師計劃的要求對課程進行必要的整合和調整，液壓與氣壓傳動教學大綱要求：掌握各液壓元件的結構原理和特點；掌握各種液壓基本回路的功用和組成；掌握分析系統(tǒng)工作原理的方法。理論教學是教學的核心，教學內容不僅要有適宜的深度和廣度，還應突出知識重點。為此，我們精簡了液體靜力學、動力學的理論分析等內容，增加流體力學基礎知識和液壓元件的工程應用及反映新技術成果的內容，將液壓系統(tǒng)的設計計算和液壓輔助元件部分歸到課程設計中，以突出液壓元件、液壓基本回路組成原理和特點的重點理論教學內容。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要掌握液壓缸和液壓馬達；同時適當增加機械工程裝備液壓與氣壓系統(tǒng)應用實例分析，現(xiàn)場液壓與氣壓系統(tǒng)安裝、調試與故障診斷的知識。

圍繞卓越工程師人才培養(yǎng)目標，有必要優(yōu)化調整理論教學內容，改革實驗教學和課程設計模式，構建注重工程實際的教學課程體系，如圖1所示。

三、教學方法的改革探索

液壓與氣壓傳動課程是一門綜合性較強的技術基礎課程，具有很強實踐性，其特點主要表現(xiàn)在課程的實踐性、綜合性和應用性。因此，其教學要求是學生通過本課程的學習，初步具備分析、解決實際液壓氣動系統(tǒng)工程問題的能力。因此，我們通過教學模式的變革，將新的教學方法應用于液壓與氣壓傳動課程實踐中，能夠實現(xiàn)理論知識同實際工程應用的有機結合，有助于培養(yǎng)專業(yè)基礎知識扎實、實踐能力強、具備較高專業(yè)綜合素質的工程應用型人才。具體教學改革方法如下：

（一）基于知識滲透、課程集成教學方法變革

1.機電液氣系統(tǒng)設計與控制技術集成。在已學控制工程技術基礎上，進行了機電液氣集成控制教學的探索和實踐，從而培養(yǎng)了學生綜合、探索地解決問題的能力。

2.將三維CAD輔助設計與液壓與氣壓傳動技術相集成。采用三維軟件系統(tǒng)設計并生成了主要元件的三維（3D）實體造型以表達液壓與氣動元件的結構與工作原理。

圖1 液壓與氣壓傳動課程體系重構圖

（3）仿真軟件和液壓與氣壓傳動技術相集成。運用流體動力分析與仿真軟件（如AMESIM、MATLAB），進行液壓氣壓元件和系統(tǒng)的建模與仿真分析，通過模擬實際輸出圖形及工作參數(shù)結果，快速提高學生的液壓氣動系統(tǒng)設計能力和綜合驗證能力，鍛煉學生的工程技術創(chuàng)新能力。

（二）運用聯(lián)想啟發(fā)式教學方法，激發(fā)學生的主動思維能力

工程實際問題的處理和解決需要工程師的獨立思考，在實際教學中，以提高學生主動思維能力和創(chuàng)新能力為目的，調動學習的積極性，課堂教學中，運用啟發(fā)式教學，通過設計一些教學環(huán)節(jié)，如適當?shù)脑O問，誘導思維方向，以達到鼓勵學生積極思考，形成發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、積極回答和解決問題的課堂氛圍。

通過具體的液壓氣壓系統(tǒng)實際案例，采用啟發(fā)式教學方法，極大地激發(fā)了學生積極主動思維的自覺性，實踐證明，通過這種教學方法的變革，學生的邏輯推理能力、分析判斷能力、解決問題能力、想象力、總結歸納力，都得到了鍛煉和提高。由于思維能力的提高，無形中對基礎知識、基礎理論的學習也起到推動作用，這些為學生創(chuàng)新思維的形成奠定了堅實的基礎［3］。

（三）采用互動式、討論式的教學方法，培養(yǎng)學生的工程創(chuàng)新意識

在實際教學中，重點進行教學過程設計的實施，對于培養(yǎng)學生的學習興趣、主動性、參與性及創(chuàng)造性極為重要。大到整門課程、小到每一節(jié)甚至每個知識點的教學過程，都必須精心設計，以達到激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識的目的。

四、更新實踐教學理念，在教與學中實施實驗課程，體現(xiàn)教中學的特色

實踐教學與理論教學并重，設置先進性、綜合性、開放性和創(chuàng)新性的實驗實踐項目，形成適應學科特點及自身要求的系統(tǒng)、科學、完整的實踐教學體系，培養(yǎng)學生的科學精神、實踐能力以及分析問題、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。

在實踐教學的實施中，充分利用學校先進的信息平臺，構建課程體系的專業(yè)性網站。使學生可以在網上自己檢測學習效果，增強了學生主動學習的積極性；建立網上交流平臺，可以提供網上答疑，隨時解答學生的疑惑。網上交流平臺為學生之間、學生和老師之間提供了現(xiàn)代化交流手段。

課堂教學中堅持以學生為中心，教師為主導的方針，任課教師根據教學內容，靈活地將啟發(fā)式、互動式、討論式等教學方法運用于教學中。根據課程需要和現(xiàn)有條件，將課堂教學與現(xiàn)場教學相結合，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力和工程意識［4］。

五、構建開放的現(xiàn)代流體驅動與控制實驗平臺

根據卓越工程師計劃的人才培養(yǎng)要求，我們構建了一個學科特點鮮明、綜合實驗功能強、實踐教學內容層次豐富，利于學生工程技術能力培養(yǎng)和具備產學研基礎的綜合實驗平臺。以加強產學研實踐平臺建設，改革傳統(tǒng)實驗教學內容、實驗技術和方法，開發(fā)綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗模塊。

實驗平臺新開發(fā)的項目有：液壓氣動系統(tǒng)基礎集成實驗訓練、典型液壓系統(tǒng)及元件性能研究及控制實驗、工業(yè)級電液伺服比例綜合實驗、工程機械系統(tǒng)機構仿真設計、控制教學及創(chuàng)新實踐、、高壓大流量液壓驅動及多自由度工程機械臂實驗等項目。

該實驗平臺可完成的實驗實訓教學專業(yè)覆蓋面廣、可擴展實驗課程多，也可任意搭建綜合性實驗系統(tǒng)來適應課程設計、機械創(chuàng)新設計或者畢業(yè)設計。涉及課程有：液壓與氣壓傳動、電氣控制與PLC、機構創(chuàng)新設計、機械控制工程基礎、機電控制、機械工程測試技術、機電液系統(tǒng)課程設計等課程。

通過新型實驗平臺的建設應用，大大提高了學生的學習興趣，為學生提供了一個開放型、探究型和工程型的學習氛圍，同時也提高了青年教師的工程實際教學能力，將理論與工程實踐緊密地結合在一起。

六、結 語

通過液壓與氣壓傳動課程教學改革與實踐，解決了理論知識教學與實際應用技術實踐相脫節(jié)的矛盾，整合優(yōu)化教學內容，改革教學方法，堅持理論聯(lián)系實際的教學理念，把理論基礎和實驗課程融合于一體，解決了“課堂老師教學生，課后學生還老師”的傳統(tǒng)教學方式的弊端。

［1］張建勛，陳國鐵.“卓越計劃”背景下的工程類高校人才培養(yǎng)模式探討［J］.2010，5（9-10）：4-7

［2］孫健.論“卓越計劃”實施背景下高等工程教育課程體系設計［J］.高等理科教育，2012，1：41-45

［3］孟爽，晏祖根，楊綺云，等.液壓與氣壓傳動課程案例式教學方法的研究［J］.科技創(chuàng)新導報，2012，9：154-156

［4］張日紅，施俊俠.液壓與氣壓傳動課程教學方法探索［J］.化學工程與裝備，2008，8：128-129.