基于“卓越工程師”的液壓與氣壓傳動教學優化探索

羅志偉

（廈門理工學院 機械與汽車工程學院，福建 廈門 361024）

液壓與氣壓傳動技術是現代傳動與控制的關鍵技術之一[1]，具有傳輸力大、功率密度高、易于實現自動控制等優點，廣泛的應用于工程機械、工業自動化、機器人、冶金、航天航空等工業領域，因此《液壓與氣壓傳動》課程是機械工程學科學生必須掌握的一門專業技術課程[2].國家教育部2010年6月開始實施卓越工程師培養計劃即是為造就適應新環境的工程人才，建設創新型國家，增強國家核心競爭力而進行的一項重要舉措[3].教育部“卓越工程師教育培養計劃”旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國的戰略服務[4].而工程實踐能力的培養是卓越工程師培養、創新能力與綜合素質養成的基礎與關鍵[5].根據卓越工程師培養計劃要求，如何搭建《液壓與氣壓傳動》課程的知識結構，采用哪些創新的教學方法，如何利用實踐教學增強學生的創新實踐能力，是一項亟待解決的課題.本文以“卓越工程師”培養目標為指導思想，注重應用型、創新型人才培養，堅持“穩扎基礎、重實踐、教學科研相結合”的教學理念，結合機電一體化專業特色，探討《液壓與氣壓傳動課程》的教學模式優化，使課程教學滿足“卓越工程師”培養需求.

1 傳統液壓與氣壓傳動課程特點

傳統液壓與氣壓傳動課程主要特點在于注重理論教學，驗證性實驗較多，實踐環節較為薄弱等方面[6].傳統課程對流體理論、元件工作原理與相關計算方面進行較為系統的介紹，在系統設計過程中主要也是理論計算，學生在模仿計算過程中對實際系統是沒有概念的，整個設計過程較為抽象，液壓氣動系統的工程應用未被得到重視，這種單方向的理論灌輸式教學效果不利于卓越工程師的培養；傳統課程配置的實驗以驗證性居多，只是根據實驗指導書搭建小系統，測試相關的一些參數，對于為什么要這樣做？可以應用到哪些工程中？等問題比較迷茫，設計性實驗較少，學生的系統設計能力并未得到鍛煉；傳統的培養方案是理論教學+實驗+課程設計的教學模式，理論與實踐較為獨立，并且實踐教學得不到綜合性的鍛煉，傳統理論教學與實驗存在如上所說的問題，而課程設計還是注重系統的理論計算與原理圖的繪制，而未進一步深入到系統的搭建，未讓學生感性的認識到自己設計的系統是否合理有效，學生不知如何把液壓氣動目標系統嵌入到實際工程應用中.

傳統課程理論教學偏重過大是與“卓越工程師教育”培養目標不相符的，因此要加強課程的實踐教學，使理論與實踐教學相結合，改變傳統教學模式，提高學生的主動自學能力、創新能力、工程實踐能力，為卓越工程師的培養提供良好的教學資源.

2 課程教材優化

目前《液壓與氣壓傳動》教材主流內容包括液壓傳動基礎知識、液壓基礎理論、液壓動力元件、液壓執行元件、液壓控制元件、液壓輔助元件、液壓基本回路、典型液壓系統分析、氣壓傳動等知識模塊.隨著科學技術的飛速發展，很多知識模塊的內容已發生了很大的變化，教材內容應與時俱進，及時更新，使學生學到的知識更貼近工程應用實際.

在各種液壓元件方面，應更注重現有元件的原理介紹，引用的元件型號也應更新，避免一些元件型號過老，很難找到，市場上也沒再銷售的情況.對液壓氣動主流品牌如，Festo、SMC、AirTAC等產品的原理、應用方法、產品結構等方面可寫入教材中，使學生進入企業即可對這些產品有較好的認識，提高學生的工程應用能力.因此，教材編寫可與這些主流品牌公司合作，校企優勢互補，使教材既具有完整的理論體系又貼近工程實際.

在液壓基本回路及典型液壓系統分析方面，內容上可進一步擴展，增加系統實物搭建環節，讓學生更有理論實際相對照的認識.目前教材在這方面主要從原理分析、理論推導、回路設計等部分進行闡述，可增加這些回路、典型液壓系統的安裝、從零部件到系統搭建過程、系統調試、維護等方面的內容，這部分內容可采用插圖、三維條形碼訪問網絡動畫資源等方式進行闡述.

3 課程設計優化

液壓傳動課程設計是一個綜合實踐性教學環節，通過該教學環節，目的在于鞏固和深化已學知識，掌握液壓系統設計計算的一般方法和步驟，培養學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題能力，同時熟悉運用有關國家標準、部頒標準、設計手冊和產品樣本等技術資料.對學生在計算、制圖、運用設計資料及經驗估算、CAD技術等方面的基本技能進行訓練，以提高這些技能的水平.

目前液壓傳動課程設計采用的方式是把學生分組，給每一組一個設計題目，主要包括的內容有：液壓系統工況分析，負載計算，繪制負載和速度循環圖；進行方案設計和擬定液壓系統原理圖；計算和選擇液壓元件；驗算液壓系統性能；繪制正式工作圖，編制設計計算說明書等.在整個設計過程，學生確實在計算、設計等方面得到了鍛煉，但還存在以下不足：

3.1 選取的元器件過于老舊

通過計算，獲得液壓系統原理中元器件的選擇參數，如，壓力、流量等，學生在選元器件是主要通過液壓元件手冊、機械設計手冊等資料查找，找到的元器件往往是幾年前，甚至是幾十年前的器件，在實際應用中可行性差，脫離實際.

3.2 未開展根據液壓系統原理圖搭建實際的液壓系統

受限于課時與實驗設備，只要求學生根據計算結果設計出液壓系統原理圖即可，而實際液壓系統的搭建則沒有開展.對于實踐能力要求更高的“卓越工程師教育”，在液壓與氣壓傳動課程設計中進行實際液壓系統的搭建是必要的，這將有助于工程師實操能力的培養.

為了解決以上兩個問題，建議在選取元器件是采用現有市場上常用的品牌元件，可通過這些品牌公司提供的手冊、網絡平臺、淘寶、阿里巴巴等方式獲取元件信息，并對液壓系統成本進行較為準確的核算，提高設計的實際可行性.在此基礎上，可對系統參數進行整體比例縮小，使液壓系統整體成本低廉.通過采購這些部件，搭建廉價的液壓系統，甚至可采用氣動元件加上統一供氣的氣源來模擬液壓系統，極大降低系統成本，使學生得到從理論計算、回路設計到制作開發完成整個系統過程的培養，這對卓越工程師實踐素質能力的培養具有很好的實踐意義.

4 建立項目帶動式教學方式

卓越工程師教育注重學生實踐能力的培養，傳統教學解決了學生基礎知識的儲備，但在實踐能力培養上必須通過實際項目來加以補充.項目帶動式教學方式，可根據課程自身特點，設計一套較為完備的項目庫，根據學生學習的不同階段，開展不同項目的開發.同時，也根據從企業過來的項目需求，逐步的豐富項目庫.在執行過程中，可優先執行企業項目，以滿足企業需求，同時完成學生在該課程中的實訓過程.在無企業項目過來時，需從項目庫中獲取相應項目來實施，確保學生能得到足夠的鍛煉，達到“卓越工程師教育”的培養目標.

每個項目的執行需要場地、設備、元器件、經費等方面的支持，為了節約成本，更有效的使用學校資源，以液壓與氣壓傳動實驗室為平臺，開展項目帶動式教學方式.根據項目庫需求，采購相應的液壓與氣壓元件，使項目開發如同搭積木的方式完成，提高元器件的利用率，降低項目實施成本.指導學生根據項目做相應理論計算，設計系統原理圖，搭建目標系統，調試整個系統的工作，達到設計要求后即可拆解掉，使元器件能夠用在其他系統中，同時也為下一屆同學所使用.項目帶動式教學方式需要的元件較多，應采用分類存放模式，方便查找使用.

項目帶動式教學方式核心在于項目，項目庫的建設是重點.項目庫必須貼近工程實際，來源于企業需求.因此，前期需要走訪企業，挖掘企業在液壓氣動方面的需求，如液壓站設計、自動化設備企業在氣動方面的需求就很多.根據學生不同的知識基礎，設計階梯式難度的項目是個復雜的過程，需要課程組多次的討論研究，幾輪的實踐完善才能實現優質項目庫的建設.

5 結論

根據卓越工程師教育培養目標，需要更加重視液壓與氣壓傳動課程的實踐環節，提高學生的工程實踐能力.為了達到預期教學效果，需對課程教材進行與時俱進、貼近工程實際的修訂；對課程設計要進一步優化，使設計的系統能得以實現，提高學生對液壓氣動系統設計過程的感性認識；根據卓越工程師教育與課程特點，提出項目帶動式教學方式，讓學生達到“做中學、學中做”的教學效果，極大的提高了學生的工程應用能力，調動學生的自學、創新、解決實際問題等方面的能力，實現卓越工程師人才的培養目標.

〔1〕劉忠,郭蘭中,浦文禹,等.基于卓越計劃的液壓與氣壓傳動課程教學改革研究 [J].常熟理工學院學報,2012(12):103-105.

〔2〕芮宏斌,周春國,高峰.以“卓越工程師教育培養計劃”促進“液壓與氣壓傳動”課程教學改革實踐[J].液壓與氣動,2012(06):92-96.

〔3〕王貴成,崔迪.論“卓越工程師培養計劃”對學生的要求[J].中國電力教育,2011(32):32-34.

〔4〕鄭莉芳,周曉敏,陳新華,等.“卓越工程師教育培養計劃”下的液壓與氣壓傳動教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備,2013(07):32-34.

〔5〕林健.構建工程實踐教育體系 培養造就卓越工程師[J].中國高等教育,2012(Z2):15-17.

〔6〕易軍,陳水勝,游達章,等.面向卓越工程師教育的液壓與氣壓傳動課程教學改革實踐 [J].液壓與氣動,2013(08):129-133.