應(yīng)用于留學(xué)生教育的“現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)”的改革與實(shí)踐

艾超+吳超+張冠隆

摘要：現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)是一門理論性強(qiáng)、涵蓋內(nèi)容復(fù)雜、內(nèi)容抽象的學(xué)科。正是由于流體動(dòng)力控制專業(yè)具有這樣的特點(diǎn)，使得許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在困惑、感到枯燥。而在教學(xué)過程中，教學(xué)與國際化接軌水平不足。因此，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)質(zhì)量，現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)的教學(xué)改革是必不可少的。本文基于現(xiàn)代流體動(dòng)力控制工程的教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)其存在的問題，提出了應(yīng)用于留學(xué)生教育的教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)；國際化教學(xué)；科研項(xiàng)目

0引言

液壓技術(shù)是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，以液壓油作為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制，已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、輕紡工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域[1]，

隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，它已不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的能量傳遞方式了，而是與控制手段相融合，由此產(chǎn)生出來流體與控制相結(jié)合的綜合性學(xué)科，已成為眾多重大裝備的核心技術(shù)。該課程是一門理論性強(qiáng)、涵蓋內(nèi)容復(fù)雜、內(nèi)容抽象的學(xué)科，作為培養(yǎng)工程技術(shù)人員的學(xué)科基礎(chǔ)課，該課程使學(xué)生首次將控制理論與流體傳動(dòng)相結(jié)合。正是由于流體動(dòng)力控制專業(yè)具有這樣的特點(diǎn)，使得許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在困惑、感到枯燥。燕山大學(xué)首次開設(shè)《現(xiàn)代流體傳動(dòng)控制技術(shù)》留學(xué)生課程，并取得一定的成果和教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)。

該課程是以理論與實(shí)踐相結(jié)合的形式進(jìn)行授課，以科研團(tuán)隊(duì)已完成的國家級(jí)、省部級(jí)及企業(yè)科技攻關(guān)等科研項(xiàng)目為實(shí)踐內(nèi)容，內(nèi)容囊括機(jī)、電、液、測(cè)、控多個(gè)領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉特性，有助于使學(xué)生由單一的液壓專業(yè)工程技術(shù)人才向“專業(yè)素質(zhì)+綜合素質(zhì)”的高級(jí)工程技術(shù)人才轉(zhuǎn)變。

機(jī)電控制工程專業(yè)作為燕山大學(xué)的一個(gè)特色專業(yè)，應(yīng)將其特色學(xué)科與國際教育接軌。CDIO教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[2-4]，燕山大學(xué)是國內(nèi)首批加入CDIO教育改革的高等院校之一，并且2010年本?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”專業(yè)被確定為“教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)，以此為契機(jī)，燕山大學(xué)“機(jī)電液一體化”國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)當(dāng)前社會(huì)對(duì)工程技術(shù)人才的高需求，在充分研究與吸收CDIO國際工程教育理念的基礎(chǔ)上[5-6]，以留學(xué)生培養(yǎng)為契機(jī)，遵循卓越工程師的工程教育理念，追尋國家創(chuàng)新與改革的目標(biāo)，對(duì)“現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)”這門課程進(jìn)行了改革。

1 課程教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)國際化水平不足

現(xiàn)在教師在課堂教學(xué)過程中，往往只是重視國內(nèi)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于國外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展水平關(guān)注度不足。這可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能掌握最先進(jìn)的相關(guān)知識(shí)，這是其一。其二，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往涉及到文獻(xiàn)的查詢，在查詢國外文獻(xiàn)時(shí)，由于對(duì)專業(yè)英語詞匯掌握甚少，這會(huì)造成文獻(xiàn)查詢困難。而教師在課堂上并未開設(shè)過相關(guān)課程。因此引入英文教學(xué)，制作英文講義必不可少。

1.2 提供給學(xué)生的學(xué)習(xí)資源少

如今隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的途徑已經(jīng)不僅靠書本了。但是學(xué)生在從網(wǎng)絡(luò)上獲取學(xué)習(xí)資源時(shí)往往存在以下幾個(gè)問題：①網(wǎng)上信息雜亂，對(duì)于有用信息的獲取效率很低；②學(xué)生所獲取的知識(shí)無法判斷其權(quán)威性，真?zhèn)坞y辨；③有時(shí)網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)的學(xué)習(xí)資源匱乏，學(xué)生無處獲取。針對(duì)以上的問題，為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，應(yīng)將部分教學(xué)資源上傳到網(wǎng)絡(luò)。

1.3 教學(xué)體制不夠完善

由于現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)所涵蓋的內(nèi)容廣泛，理論性強(qiáng)，這使得學(xué)生感到晦澀。但是如今的課堂教學(xué)教師在講述知識(shí)的時(shí)候，與生活實(shí)例、工程實(shí)際的結(jié)合并不是很緊密。這使得學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解不夠透徹，學(xué)習(xí)起來感到困惑。并且，課堂上的教學(xué)模式仍是老師一人講，學(xué)生僅在傾聽，學(xué)生的參與度不高。因此，這就要對(duì)教學(xué)體制進(jìn)一步完善。

2 教改目標(biāo)

1）深入課程改革，根據(jù)國際教育形式將本課程內(nèi)容國際化，制定適合留學(xué)生學(xué)習(xí)的英文課件、筆記等，并逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、應(yīng)用知識(shí)、解決問題、完善工程等方面的能力，使學(xué)生們能夠做到真正的工學(xué)結(jié)合，學(xué)以致用，全方位發(fā)展。

2）改革教學(xué)內(nèi)容，形成適用于留學(xué)生的理論教學(xué)體系，并將英文教學(xué)課件、講義等資料上傳至網(wǎng)絡(luò)，使留學(xué)生可以隨時(shí)隨地地學(xué)習(xí)，解決時(shí)間與空間不對(duì)應(yīng)的難題，使教育更高效、更便捷。更全面。

3）創(chuàng)建一支高素質(zhì)，以及在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方面具有較高水平的專業(yè)教師隊(duì)伍，完成導(dǎo)師責(zé)任制的合作學(xué)習(xí)小組模式、規(guī)律性匯報(bào)學(xué)習(xí)機(jī)制，形成一套行之有效的外語教學(xué)體系。

3 教學(xué)改革的具體內(nèi)容

3.1 人才培養(yǎng)模式

在研究生階段，應(yīng)形成以教學(xué)為輔，以學(xué)生自己學(xué)習(xí)為主的教育理念。在了解所選本門課程的留學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平之后，引入CDIO教育改革理念，以國際留學(xué)生為教育對(duì)象，調(diào)整在“現(xiàn)代流體動(dòng)力控制技術(shù)”課程上的定位和培養(yǎng)目標(biāo)，修訂培養(yǎng)方案，制定符合實(shí)際的教學(xué)大綱，使專業(yè)培養(yǎng)更能適應(yīng)國際教育，同時(shí)也更加體現(xiàn)專業(yè)特色。

本次改革不僅使學(xué)生受益，也促使老師的專業(yè)素質(zhì)與外語水平的提高。本課程的教學(xué)不同于以往的一對(duì)多的教學(xué)模式，即一名教師教授多名學(xué)生，而是多名教師輪流上課，發(fā)揮各個(gè)老師所長(zhǎng)，將課程利益最大化。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)共5人，其中3名教授，都曾以訪問學(xué)者身份在國外留學(xué)；1名副教授，即將赴英國巴斯大學(xué)留學(xué)一年；1名講師。團(tuán)隊(duì)教師出國留學(xué)與留學(xué)生到本校學(xué)習(xí)相輔相成，共同進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)雙贏。

3.2 課程示范性建設(shè)內(nèi)容

傳統(tǒng)教學(xué)多以時(shí)間緊任務(wù)重為目標(biāo)，加速學(xué)生們的學(xué)習(xí)速度，而忽略了工程實(shí)際背景，與當(dāng)前工程技術(shù)存在一定隔閡；另外現(xiàn)在大多數(shù)教材上的內(nèi)容是前人經(jīng)多年研究的理論知識(shí)，翻版教材在內(nèi)容都大同小異，缺乏新穎性，與當(dāng)前工業(yè)4.0、液壓4.0技術(shù)存在一定差距。

1）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)endprint

在本課程教學(xué)過程中，信息技術(shù)手段得到充分利用。任課教師采用多媒體課件授課，利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行答疑解惑以及項(xiàng)目指導(dǎo)。這些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式大大提高了教學(xué)質(zhì)量同時(shí)通暢了教師與學(xué)生之間的交流渠道。

2）編制英文講義

考慮留學(xué)生對(duì)液壓知識(shí)水平參差不齊的問題，首先，從最基礎(chǔ)的控制元件的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)講起，分析典型元件的功能，包括滑閥、噴嘴擋板閥，缸等元件；其次，將典型元件構(gòu)成簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，并對(duì)其數(shù)學(xué)建模，分析其動(dòng)態(tài)特性、頻率響應(yīng)以及元件與負(fù)載的匹配問題；再次，使學(xué)生對(duì)流體控制系統(tǒng)的基本組成、分類有所了解，了解常用系統(tǒng)的特性及性能指標(biāo)，并能對(duì)其進(jìn)行仿真分析。培養(yǎng)一定的工程經(jīng)驗(yàn)，能夠結(jié)合不同的實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)選用相應(yīng)的控制系統(tǒng)；最后，講授現(xiàn)代流體動(dòng)力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并能應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，其中包括液壓油源的設(shè)計(jì)、伺服放大器的基本原理及使用方法、各類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。本課程除基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)外，還加入了當(dāng)前本科研團(tuán)隊(duì)多年來在液壓系統(tǒng)控制方面的研究成果，在基礎(chǔ)知識(shí)的介紹過程中，逐漸滲透現(xiàn)代流體控制技術(shù)的實(shí)例，其中以液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為核心，將古典控制與現(xiàn)代控制相結(jié)合，講述應(yīng)用流體控制的方法，實(shí)現(xiàn)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制、最大功率追蹤控制、低電壓穿越控制、系統(tǒng)諧振抑制等。

3.3 實(shí)踐教學(xué)的改革

現(xiàn)國內(nèi)許多高校在理論教學(xué)環(huán)節(jié)中缺乏對(duì)工程實(shí)踐的需求，導(dǎo)致學(xué)生理論與實(shí)踐相分離，不能明確區(qū)分課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)儀器、企業(yè)生產(chǎn)、制造、調(diào)試、控制過程的區(qū)別，缺乏對(duì)基礎(chǔ)元件的外形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用方法的認(rèn)識(shí)。本課程的實(shí)踐教學(xué)改革依托燕山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以及本教學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究成果及其設(shè)備，深入淺出的講授流體控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐及科研過程中的作用。

仍以液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，帶領(lǐng)留學(xué)生參觀風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)驗(yàn)室。風(fēng)電機(jī)組的基本原理就是泵控馬達(dá)的閉式容積調(diào)速回路，從馬達(dá)擺角的調(diào)定、轉(zhuǎn)速給定到轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制，再到轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，最后到功率閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最基本的控制，從中講解流體控制技術(shù)的應(yīng)用形式、控制思想、控制目標(biāo)及其實(shí)現(xiàn)形式。

4總結(jié)

4.1遇到的問題

目前，此次教改取得了一定的成績(jī)但我們也清醒的認(rèn)識(shí)到仍存在一些不足，留學(xué)生對(duì)本課程的興趣存在不足，對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)知不到位，對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)的操作不理解，其主要原因包括：

（1）沒有充分利用課外輔導(dǎo)資料。

（2）課程建設(shè)的教材、課件在結(jié)構(gòu)上存在一些不合理的地方，使得學(xué)生在理解過程中存在困難。

（3）學(xué)生的積極性有待提高

（4）工程實(shí)踐中多存在一些靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)整的參數(shù)，難以說明其中的道理，學(xué)生只能理解其中的大致意思，對(duì)細(xì)節(jié)把握不到位。

（5）學(xué)生前期知識(shí)儲(chǔ)備不足，課上要補(bǔ)充的內(nèi)容太多。

（6）教師外語水平參差不齊，對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)的解釋不到位。

（7）工程中涉及到不少電氣的知識(shí)，學(xué)生難以融會(huì)貫通。

4.2后期改革方向

（1）繼續(xù)優(yōu)化課程設(shè)置：將課時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)，加入一些基礎(chǔ)的控制思想的講解，如PID控制、校正等。突出對(duì)學(xué)生知識(shí)與能力的培養(yǎng)，兼顧學(xué)生個(gè)性發(fā)展。

（2）教師努力加強(qiáng)自身素質(zhì)。

（3）進(jìn)一步優(yōu)化課程安排，使內(nèi)容循序漸進(jìn)，由淺入深。

4.3課改心得

“現(xiàn)代流體動(dòng)力控制”這門學(xué)科主要闡述自動(dòng)控制的基礎(chǔ)理論與液壓系統(tǒng)之間的關(guān)系，不論是在機(jī)電控制專業(yè)，還是在以后的延伸專業(yè)上，這門學(xué)科都是流體控制理論中最重要的課程。通過不斷對(duì)課程的改革與創(chuàng)新，進(jìn)而提高同學(xué)們綜合能力，得到了廣大師生的好評(píng)，并做到燕山大學(xué)課程邁向國際化的重要一步，同時(shí)通過“現(xiàn)代流體動(dòng)力控制”留學(xué)生課程示范性建設(shè)，提高國際留學(xué)生知識(shí)廣度的同時(shí)也提高了本團(tuán)隊(duì)教師的整體水平，真正做到“聞道有先后，術(shù)業(yè)有專攻”，同學(xué)們學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的東西，并且老師也從中受益匪淺。

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基金項(xiàng)目：燕山大學(xué)示范性研究生課程建設(shè)項(xiàng)目（SF201604）。endprint