以卓越工程師培養(yǎng)為目標的“液壓控制系統(tǒng)”教學(xué)改革研究

劉增光　魏列江　岳大靈

[摘 要]“液壓控制系統(tǒng)”是流體傳動與控制專業(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、考核方式等方面進行全面改革的建議。為了增強學(xué)生的實際工程能力和創(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)工程項目（電液伺服振動試驗臺）的設(shè)計、仿真、制造和安裝調(diào)試全過程貫穿于整個課程教學(xué)之中，以期達到培養(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 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0110-02

為了更好地貫徹落實《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）》的重大改革項目，實現(xiàn)中國由工程教育大國向工程教育強國邁進，培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(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)計劃”。2011年我校被批準為第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”高校，我院熱能與動力工程專業(yè)入選我?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計劃”實施專業(yè)。熱能與動力工程專業(yè)包括流體傳動與控制和流體機械及工程兩個專業(yè)方向?！耙簤嚎刂葡到y(tǒng)”課程是流體傳動與控制專業(yè)方向卓越工程師培養(yǎng)計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)用性廣和工程實踐性強的特點。課程的學(xué)習(xí)既需要液壓流體力學(xué)、電工電子技術(shù)、自動控制原理、計算機控制技術(shù)和液壓傳動系統(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)的實踐來鍛煉動手能力。本課程主要培養(yǎng)學(xué)生以下工程實踐能力：液壓比例與伺服系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和維護能力；熟練應(yīng)用計算機仿真分析技術(shù)對液壓比例與伺服系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的輔助設(shè)計能力。

（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)和計算機仿真技術(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力元件的理論描述和公式推導(dǎo)方面都比較詳細，但后續(xù)電液伺服系統(tǒng)設(shè)計章節(jié)的內(nèi)容則過于簡略，只有簡單的數(shù)學(xué)計算，缺乏真實的工程設(shè)計實踐。學(xué)生學(xué)完本門課程后仍不能進行簡單的電液伺服系統(tǒng)工程項目設(shè)計。

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)和實驗室實驗教學(xué)兩種授課方式。由于本課程具有理論性強、公式推導(dǎo)多和比較抽象等特點，盡管教師在課堂上花大量時間進行公式推導(dǎo)和理論講解，但學(xué)生仍然不能真正理解所講內(nèi)容。實驗教學(xué)方面也只是做些簡單的驗證性實驗。這樣的教學(xué)很難培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，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成績和考試成績構(gòu)成的總評成績進行考核。平時成績主要由出勤、作業(yè)和實驗組成，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。主要缺點是只能考查學(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)具有扎實的流體傳動與控制理論知識、創(chuàng)新精神和突出的工程實踐能力的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標，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，通過改革來加強工程實踐教學(xué)和工程實踐能力的考核，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力元件的工作原理、傳遞函數(shù)都進行了詳細的介紹和推導(dǎo)。而當前電液比例技術(shù)已相當完善，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。隨著計算機硬件的快速發(fā)展和計算機仿真技術(shù)在電液伺服系統(tǒng)設(shè)計中的大規(guī)模應(yīng)用，迫切要求學(xué)生掌握計算機建模仿真這一技能和應(yīng)用計算機進行輔助設(shè)計的能力，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，隨著流體傳動與控制技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)中還應(yīng)補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，教師可先回顧自動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基本方程。在講授“力反饋兩級電液伺服閥的工作原理”時，讓學(xué)生相互討論給力矩馬達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動和反饋桿怎樣進行力反饋等問題。為了使學(xué)生將理論學(xué)習(xí)和工程實際應(yīng)用緊密結(jié)合，將電液伺服系統(tǒng)典型工程項目電液伺服振動試驗臺的設(shè)計、仿真、制造和安裝調(diào)試的全過程分散融入整個理論教學(xué)中，做到以理論知識為主線，以實際工程項目為依托，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中得到工程實踐能力的鍛煉和提升。

3.多媒體教學(xué)效果的提升和計算機仿真技術(shù)的運用。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)的實物圖片以及相應(yīng)的控制元件和系統(tǒng)工作原理的flash動畫，豐富課件的內(nèi)容，增強教學(xué)的生動性。必要時教師可進入生產(chǎn)現(xiàn)場錄制視頻在課堂上進行播放，使學(xué)生不用到現(xiàn)場也可學(xué)到各種工程實踐知識。

電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計通常在頻率內(nèi)進行設(shè)計和校正，通過設(shè)計所得出的性能指標大多是幅值余量、相位余量和穿越頻率等頻率指標。由于頻率指標和時域指標一般沒有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系，導(dǎo)致學(xué)生對設(shè)計出系統(tǒng)的特性無法直觀理解。利用Matlab軟件對伺服系統(tǒng)進行建模仿真和時域、頻域分析，可使學(xué)生直觀了解系統(tǒng)的性能指標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+項目設(shè)計大作業(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的掌握程度；課堂參與成績主要由出勤成績和課堂互動成績組成，目的是保證學(xué)生能按時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，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、分析問題和創(chuàng)新思維的能力；項目設(shè)計大作業(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行考核，重點考查學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析、解決工程問題的能力。

三、結(jié)束語

本文根據(jù)卓越工程師加強工程能力培養(yǎng)的要求和“液壓控制系統(tǒng)”課程的特點，對本課程的教學(xué)改革進行深入探索，形成課本理論教學(xué)和工程案例實踐教學(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)處于開始實施階段，仍需要在以后的教學(xué)實踐中不斷總結(jié)和完善。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學(xué)教育研究，2011（2）：47-54.

[2] 張勇，王玉昆.“過程控制及儀表”課程的卓越工程師培養(yǎng)模式教學(xué)[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報，2012（5）：550-553.

[3] 胡曉花.面向卓越工程師培養(yǎng)的傳熱學(xué)課程改革[J].德州學(xué)院學(xué)報，2013（8）：8-11.

[4] 朱紅梅，唐德文，李必文.基于培養(yǎng)卓越工程師的機械專業(yè)英語課程教學(xué)改革[J].大學(xué)教育，2013（8）：51-52.

[5] 胡力勤，馬福軍.以項目教學(xué)法為導(dǎo)向的實訓(xùn)體系構(gòu)建研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008（7）：119-120.

[6] 李永堅，黃紹平，李靖.“卓越工程師”培養(yǎng)要重視教學(xué)方法改革[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（11）：63-65.

[責任編輯：覃侶冰]