以“卓越工程師”為導向的液壓與氣壓傳動課程教學改革研究

虞啟輝 方桂花 譚心

摘 要：“液壓與氣壓傳動”是一門理論性和實踐性很強的機械類專業課程，具體教學過程會涉及流體力學、工程熱物理、控制系統等專業知識，是培養學生工程能力、創新能力以及解決復雜問題能力的一個有效載體。在教學過程中，基于卓越工程師的要求，通過教學內容、教學方式、考核方式的改革以及實驗內容的設置，發揮學生的主體地位，引導其積極的思考，培養其工程創新能力。有效的利用課程設計及實踐環節，培養學生協同溝通能力，解決實際問題的能力。

關鍵詞：液壓與氣壓傳動 載體 創新能力 實踐環節

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0182-02

“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《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，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。“卓越計劃”具有三個特點：一是突出對學生工程能力和創新能力的培養。二是強調校企聯合，引導行業、企業深度參與培養高級技術人才的過程，三是以企業需求為導向[1]。如何在課程教學中最大限度的體現上述三個特點是當前教學改革的難題。目前，在教學實踐中受到多方面因素的影響，企業對人才需求的技能和高校培養的技能之間存在這很大的差距。在互聯網+和大數據時代，學生如何掌握企業需要的技能，需要在課堂和實踐教學過程中引導學生用互聯網和大數據的思維去解決問題，從而滿足“卓越計劃”對高校人才培養的要求。因此，有必要對液壓與氣壓傳動課程的教學內容及方法、實驗教學安排進行相應的改革，以促進學生的學習知識的積極性和主動性，實現“卓越計劃”的培養目標。

1 課程體系剖析

液壓與氣壓傳動是機械電子專業的一門重要的專業基礎課，其技術應用領域非常廣泛，課程的實踐性強、與生產實際聯系緊密[2-3]。課程教學內容大致包含液壓傳動和氣壓傳動兩部分，其中液壓傳動包含：液壓流體力學基礎、液壓基本元件、基本回路以及典型的液壓系統；氣壓傳動部分主要包含：氣壓傳動基礎知識、氣源裝置及氣動元件、氣動控制回路以及典型氣動系統。在普通高校提倡學生自主學習的新形勢下，液壓與氣壓傳動課程的課時量大大壓縮。在少課時條件下，筆者所在教研組從學生需要的實際技能出發，對液壓與氣壓傳動課程的教學內容、實驗安排、教學方式及課程考核方式進行了相應的調整。

2 教學內容

在教學內容的調整上，以液壓傳動為主、氣壓傳動為輔，以實際的工程應用為導向適當的降低理論的難度和深度，更加注重學生解決和分析復雜液壓系統工程問題的能力。基于此，在液壓和氣壓流體力學基礎知識的教學上，著重給學生們介紹和實際應用關聯性較強的概念，并對其進行簡單分析，對于其它復雜的理論分析提出一些有趣的現象讓學生進行思考。譬如具體教學實施中講氣穴現象，只需要給學生指出氣穴現象的物理實質、常發生的部位、危害以及減小氣穴破壞的措施，對于具體的理論基礎在此不做課堂教學內容；液壓元件部分元件結構復雜、細節較多，但實際應用過程實際上是一個選型的過程，其要求并不是很高，在具體教學過程中，對該部分內容進行了教學上的調整，具體元件講解過程中講授元件的工作原理、關鍵性能參數、特性曲線、作用及其應用場合，同時結合具體廠家的選型手冊進行具體選型上的指導；液壓基本回路及典型系統與實際應用聯系比較緊密，該部分是課程教學的重點內容，在實際教學過程中深入的剖析講解，為了使學生更加直觀的了解系統，在典型系統的教學環節中將液壓實驗室納入教學過程，讓學生思考各個基本系統的作用，熟悉液壓元件的基礎符號；對于氣壓傳動由于其基本原理與液壓傳動相似，因此在教學過程中主要介紹氣壓傳動的不同之處，以及液壓與氣壓傳動應用的不同場合，同時以一個復雜的氣壓傳動系統為實例對氣壓傳動進行細致的介紹。

從教學內容上可以看出，教學內容以培養實際的工程能力為目標，在有限的教學課時內讓學生所學的知識形成一個完整的體系，能夠在后續的工作中對具體的問題進行分析。

3 實驗安排

傳統的液壓與氣壓傳動課程實驗，主要是針對液壓元件的性能進行驗證性測試以及對回路進行簡單的拆裝，這些實驗的目的只是為了驗證元件的性能，單個元件的驗證實驗對理論知識的補充并不足夠，同時這種驗證性實驗難以培養學生的工程能力和創新能力。因此筆者所在的課題組對課程實驗項目進行重新設計和調整。

考慮到實驗條件以及對學生的培養目標，對實驗項目進行了如下分類。

液壓元件的拆裝和液壓系統的參觀講解。拆裝液壓元件主要是讓學生熟悉液壓元件的結構、原理以及各個結構在液壓元件中的具體作用，在以后同樣作用的場合能夠借鑒使用；液壓系統的參觀和講解主要是通過觀察液壓系統的工作工程，讓學生具體的熟悉液壓元件在系統中的作用，講解液壓系統是對課堂教學環節的一個有效補充。

相同功能不同結構液壓元件的實驗分析。通過相同功能不同結構的液壓元件的實驗分析，得到具體的結構參數對系統性能的影響，對課堂學習知識進行理論上驗證，同時利用更加直觀的方式使學生了解不同結構液壓元件的具體用途，提高學生工程設計能力。

液壓回路的組裝、調試。通過任務驅動的模式，實驗老師設計每個小組設計回路的任務，利用液壓實驗教學平臺，通過相應的元件搭建液壓系統滿足任務需求。通過該種方式讓學生自主分析、組裝和調試一些液壓回路，在調試的過程中發現所設計回路的問題，培養學生對液壓系統綜合的綜合掌握能力、動手實踐能力以及團隊協作精神和創新意識。

4 教學方式

在互聯網+和大數據時代，將新興的科技信息融入到教學環節培養高級技術人才是教學方式改革的出發點。課堂教學是教學體系中的重要環節，是傳播知識的重要陣地。對于當前科技迅猛發展，液壓與氣壓傳動的方式也在隨著科技不斷進步，因此課堂教學不能是單純的講解式教學，學生應該從單純的被動接受者轉變為知識的索取者。學生身份的轉變需要教學方式的轉變。由于液壓與氣壓傳動課程內容廣泛、實踐性強、所涉及到的流體理論抽象難懂往往容易陷入“填鴨式”的教學方式中。這種教學方式導致了學生在教學活動中的參與度不高，不利于學生的培養。基于當前互聯網發展的現狀以及目前教學方式存在的問題，在本課程的教學改革中將采用多種教學方式和手段，充分利用多媒體的教學工具，在傳授知識的同時，激發學生的學習興趣和潛能，調動學生參與的積極性。注重通過文字、圖片、視頻等各種媒介促進教學，同時將課堂教學內容分為講解和討論兩種形式。在液壓與氣壓傳動教學過程中設計一些啟發式提問、課堂小測、課堂討論等環節，使學生去思考問題和解決問題，激發他們的求知欲和創造性思維。如在講解進油液壓節流調速和回油節流調速回路[3]，讓學生利用基本知識思考其各自的回路特性。

利用基本的流量連續性方程、活塞受力平衡方程、節流閥壓力流量方程以及速度負載方程分析可以得到回油節流調速回路有如下特點。

（1）由于回油腔有一定背壓，故速度比較平穩；

（2）同時油液經節流閥發熱后回油箱冷卻，對系統泄露影響小；

（3）回油腔壓力較高，對回油管的安全、密封及壽命均有影響。

進油節流調速回路的特點如下。

（1）易實現壓力控制，可利用溢流閥調定壓力，壓力繼電器發出信號，可控制下一步動作；

（2）同樣低速的情況下，由于壓差大節流閥不易堵塞；

通過啟發式分析可以讓學生深入了解不同調速回路的特點，掌握液壓回路分析方法。為了拓寬學生的視野，在講解基礎知識的后，講解新興技術中液壓系統的應用，譬如講解大型雙臂搶險救援工程機械中液壓技術在驅動系統中的應用[4]。在講解過程中不經要講解數字化手段在設計過程中的應用，還要講解為了滿足其特定工況液壓系統所做出的設計。通過講解一些新興的技術激發學生的學習熱情和興趣。

同時針對卓越工程是培養計劃的要求，在教學方式上開展與企業的合作，利用企業現場液壓系統對學生進行講解，同時讓學生了解各個系統作用。為了進一步提高學生解決問題的能力，在此過程中組織企業中實際應用液壓系統的工作人員和學生進行交流，讓企業提出自己在實際過程中遇見的問題，讓學生提出解決方案，使學生學到的知識應用到實踐中去，發揮其學習的主觀能動性。

5 課程考核

課程考核是評價學生對課程所學知識和要點掌握程度的重要手段。目前的考核方式是以期末一次性考試成績為主，平時的考勤、作業以及實驗成績為輔的考核體系。該種方法在一定程度上體現了學生在課堂上掌握的知識，但是不利于學生知識體系的擴展以及學生綜合能力的培養。針對培養卓越工程師的要求，筆者所在教研室更加主要知識在實際過程中的應用，因此大幅提高了平時所布置的大作業考核在課程考核中的比重，譬如在具體講解基本液壓回路之后，會讓學生分析比較同一功能不同液壓回路的優缺點及應用場合，了解其分析問題的能力；在講解典型液壓回路之后，將安排學生針對某一功能設計液壓整體回路，了解其具體解決復雜液壓系統的能力，該部分成績和期末成績、實驗成績以及平時表現將占據整體成績的50%。在平時課程考核中將布置一些專題讓學生自己去講解，提高課程的參與度，促進學生自我學習、講解的能力的提高。

6 結語

液壓與氣壓傳動通過以卓越工程師為導向的課程改革之后，在教學內容、實驗安排、教學方式以及課程考核上進行了大幅度調整，使教學方法和模式是更加多樣化，更加注重培養學生綜合能力。在教學過程的各個環節中提倡學生的主體地位，引導學生積極思考，提高其學習積極性，這是傳統的教學方法和手段難以實現的，體現了卓越工程師培養計劃的意義。

參考文獻

[1] 李德才，王俊.關于培養卓越工程師的幾點認識[J].研究生教育研究，2011，3.

[2] 任永良，賈光政，王金東，等.氣動實驗教學中實驗教學中實踐卓越計劃的啟示[J].中國電力教育，2013（34）：156-157.

[3] 李笑.液壓與氣壓傳動[M].北京：國防工業出版社，2006.2.

[4] 中國機械工程學會流體傳動于控制分會編著，“數控一代”案例集流體傳動與控制卷[M].北京：中國科學技術出版社，2016.