以卓越工程師培養為目標的“液壓控制系統”教學改革研究

劉增光　魏列江　岳大靈

[摘 要]“液壓控制系統”是流體傳動與控制專業方向的一門重要的專業課，目前該課程的教學不能滿足應用型“卓越工程師”培養的要求。文章分析了“液壓控制系統”課程教學的現狀和存在的問題，提出在教學內容、教學方式方法、教學手段、考核方式等方面進行全面改革的建議。為了增強學生的實際工程能力和創新意識，我們在教學中引入案例教學法，將典型電液伺服系統工程項目（電液伺服振動試驗臺）的設計、仿真、制造和安裝調試全過程貫穿于整個課程教學之中，以期達到培養卓越工程師的目的。

[關鍵詞]卓越工程師 案例教學 液壓控制系統 教學改革

[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展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，實現中國由工程教育大國向工程教育強國邁進，培養一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型高質量工程技術人才，使國家走上新型工業化發展道路，教育部于2010年6月提出了“卓越工程師教育培養計劃”。2011年我校被批準為第二批“卓越工程師教育培養計劃”高校，我院熱能與動力工程專業入選我校“卓越工程師培養計劃”實施專業。熱能與動力工程專業包括流體傳動與控制和流體機械及工程兩個專業方向。“液壓控制系統”課程是流體傳動與控制專業方向卓越工程師培養計劃中的一門重要的專業必修課，在培養學生成為液壓行業的優秀工程師中起著重要支撐作用。

一、課程改革背景

（一）課程特點和對應培養能力

“液壓控制系統”課程具有涉及基礎課程較廣、應用性廣和工程實踐性強的特點。課程的學習既需要液壓流體力學、電工電子技術、自動控制原理、計算機控制技術和液壓傳動系統等課程相關內容作為理論基礎，又需要與具體工程應用相關的實踐來鍛煉動手能力。本課程主要培養學生以下工程實踐能力：液壓比例與伺服系統及其控制系統的設計、制造、安裝、調試和維護能力；熟練應用計算機仿真分析技術對液壓比例與伺服系統進行建模、仿真和分析的輔助設計能力。

（二）教學現狀和存在問題

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》，該書是學習液壓伺服系統的經典教材，被全國多數高校選為“液壓控制系統”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。隨著電液比例技術和計算機仿真技術的快速發展和廣泛應用，該書在這兩方面已不能緊跟技術發展的步伐。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方面都比較詳細，但后續電液伺服系統設計章節的內容則過于簡略，只有簡單的數學計算，缺乏真實的工程設計實踐。學生學完本門課程后仍不能進行簡單的電液伺服系統工程項目設計。

2.課程教學。目前，“液壓控制系統”的教學仍然采用教師課堂理論教學和實驗室實驗教學兩種授課方式。由于本課程具有理論性強、公式推導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和理論講解，但學生仍然不能真正理解所講內容。實驗教學方面也只是做些簡單的驗證性實驗。這樣的教學很難培養學生的工程實踐能力，也不能激發學生的學習積極性和創新意識。

3.教學手段。目前本課程已采用多媒體教學，但多媒體課件的內容大多是復制教材內容，教師自己加工后形成有吸引力和互動性的課件較少。這樣的多媒體教學只是用已寫好的課件取代板書，給學生留下的印象不深，達不到采用多媒體教學預期的效果。

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成的總評成績進行考核。平時成績主要由出勤、作業和實驗組成，占總成績的30%。考試卷面成績占總成績的70%。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生對書本知識的記憶和理解，不能真正考查學生分析問題和解決問題的工程實踐能力。

二、課程教學改革

（一）教學改革原則

依據本專業方向培養具有扎實的流體傳動與控制理論知識、創新精神和突出的工程實踐能力的應用型高級工程技術人才的培養目標，課程教學改革的原則是在注重基本理論知識教學和掌握的基礎上，通過改革來加強工程實踐教學和工程實踐能力的考核，提高學生的工程應用能力和創新意識。

（二）課程改革措施

1.教學內容的調整和更新。本課程所用教材《液壓控制系統》在編寫時電液比例技術正處于發展和完善階段，因而教材主要是針對電液伺服技術，書中對電液伺服系統中涉及的控制元件和液壓動力元件的工作原理、傳遞函數都進行了詳細的介紹和推導。而當前電液比例技術已相當完善，并已得到廣泛應用，課程的教學必須增加電液比例技術方面的內容。隨著計算機硬件的快速發展和計算機仿真技術在電液伺服系統設計中的大規模應用，迫切要求學生掌握計算機建模仿真這一技能和應用計算機進行輔助設計的能力，因而課堂教學中應引入Matlab軟件的學習和在電液比例與伺服系統中的應用。此外，隨著流體傳動與控制技術的不斷發展，教學中還應補充電液比例與伺服技術最新的發展方向和研究成果。

2.教學方法多樣化。在課堂授課過程中，為了克服傳統的灌輸式教學的弊端，充分調動學生積極性，激發學生學習興趣，可采用啟發式教學、自由討論式教學等多種教學方法。例如，在講授“四邊閥控制對稱液壓缸的傳遞函數”時，教師可先回顧自動控制原理課程中求傳遞函數的一般過程，然后針對具體的閥控缸，讓學生思考閥控缸所應遵循的物理定律，啟發學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。為了使學生將理論學習和工程實際應用緊密結合，將電液伺服系統典型工程項目電液伺服振動試驗臺的設計、仿真、制造和安裝調試的全過程分散融入整個理論教學中，做到以理論知識為主線，以實際工程項目為依托，使學生在學習中得到工程實踐能力的鍛煉和提升。

3.多媒體教學效果的提升和計算機仿真技術的運用。在多媒體教學課件的制作上，應壓縮教材中相同的內容，增加和電液比例與伺服系統相關的實物圖片以及相應的控制元件和系統工作原理的flash動畫，豐富課件的內容，增強教學的生動性。必要時教師可進入生產現場錄制視頻在課堂上進行播放，使學生不用到現場也可學到各種工程實踐知識。

電液伺服系統的設計通常在頻率內進行設計和校正，通過設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學關系，導致學生對設計出系統的特性無法直觀理解。利用Matlab軟件對伺服系統進行建模仿真和時域、頻域分析，可使學生直觀了解系統的性能指標以及各種校正方法對系統性能的影響。

4.改革考核方式。為了全面考核學生的理論知識、思考和創新意識以及工程能力，采用“理論知識成績+課堂參與成績+項目設計大作業成績成績”的考核方式。理論知識成績主要由課后作業成績和考試卷面成績組成，目的是考查學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，目的是保證學生能按時出勤和積極參與教師組織的提問、啟發教學和討論等教學活動，調動學生學習積極性和活躍課堂氣氛，培養學生獨立思考、分析問題和創新思維的能力；項目設計大作業在課程剛開始就布置給學生，可把學生分成幾組，每組一道題目，采用公開演示或答辯的方式進行考核，重點考查學生綜合運用所學知識分析、解決工程問題的能力。

三、結束語

本文根據卓越工程師加強工程能力培養的要求和“液壓控制系統”課程的特點，對本課程的教學改革進行深入探索，形成課本理論教學和工程案例實踐教學相結合的教學模式，并加入對學生課堂參與積極性和培養工程實際能力的大作業的考核。這種新的課程培養體系將為應用型流體傳動與控制專業方向卓越工程師的培養提供有力的保障。但由于卓越工程師的培養處于開始實施階段，仍需要在以后的教學實踐中不斷總結和完善。

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[責任編輯：覃侶冰]