應用型人才培養模式下液壓傳動與控制課程教學改革

曹昌勇，王洪新，劉 瓊，張 鵬

（皖西學院 機械與車輛工程學院，安徽 六安 237012）

在中國制造2025國家發展戰略推動下，結合我國裝備制造業快速發展的需要，培養創新能力強、專業化程度高的應用型人才已經迫在眉睫.在現代生產中，液壓控制技術由于其體積小、重量輕、承載能力大、高可靠性、易實現自動化控制等特點，在工業、農業、軍事還是在航天航空等領域都獲得了廣泛的應用[1,2].

液壓傳動與控制是機械類本科專業一門重要的專業基礎課.通過本課程的學習，使學生能夠掌握液壓系統的結構、組成、工作原理及其相關的應用，閱讀并能完整的設計一個較復雜的液壓系統.但液壓傳動與控制是一門與工程實際銜接非常緊密的專業技術課程，內容多，涉及的知識面廣，動手能力要求高，加上新技術層出不窮，推動了液壓技術迅速發展[2].通過多年的實際教學情況來看，絕大多數學生的實際動手能力相對較弱，很難將所學的液壓技術應用于工程實際，與預期的教學效果相差較遠.為了培養應用型和創新型人才發展的需要，更好地提高液壓傳動與控制課程教學效果，結合學校實際情況，本文探討了應用型人才培養模式下液壓傳動與控制課程教學改革.[2]

1 課程教學中存在問題

液壓傳動與控制的課程教學目的就是使學生能夠掌握液壓系統的組成，各個液壓元器件的結構、工作原理及其相關的應用，閱讀并設計、控制一個完整的液壓系統等[3].但隨著課程教學計劃的改革，教學課時數大幅度減少，甚至很難滿足理論教學要求.假若課堂教學處理不當，往往會使學生們失去學習興趣.如何處理好教學課時數與教學目標這一矛盾，是該課程教改面臨的首要問題.其次，在課程教學過程中可以看到液壓傳動與控制這門課與其他課程銜接的較緊密，需要一定的理論基礎，才能學好.要學好液壓傳動，必須提前學會流體力學（如液體靜力學、動力學等是液壓傳動的前期理論基礎）.要想學會液壓控制技術，必須提前學會相關的控制類知識（如機械工程控制、PLC控制技術等）；該課程涉及的內容多，知識面廣，如何把相關學科知識融會貫通，確實不易.導致學生學習起來很難把握，打擊了學習積極性和主動性，嚴重影響了本課程的教學效果[2].

2 明確培養目標，建立液壓傳動與控制課程教學體系

液壓傳動與控制課程強調知識的應用與能力的培養；在內容的選取上應處理好理論與實際應用的關系，重點介紹理論知識，強調基本訓練，加強分析、解決實際問題的能力及工程應用素質的培養，做到少而精，系統性強[3,4].

考慮到液壓傳動與控制課程內容的特點，將教學內容模塊化：（1）流體力學基礎模塊；（2）液壓動力元件模塊；（3）液壓執行元件模塊；（4）液壓控制元件模塊；（5）常見液壓基本回路模塊；（6）液壓控制系統模塊.每個模塊利用課堂講授、現場教學、小組討論、實驗驗證等環節來使學生掌握課程的主要內容.現擬定的液壓傳動與控制課程教學體系框架見表 1 所示.[2，5]

3 豐富教學手段

3.1 多媒體教學與板書相結合

液壓傳動與控制是一門同生產實踐緊密聯系的專業基礎課，學習過程中涉及的元件多、回路多，要想使學生全面理解和掌握相關知識，就要在教學過程中不斷改善教學方法，培養學生的學習興趣，從而提高教學質量.在課堂教學中，充分發揮多媒體教學的優勢，收集、制作大量的視頻、動畫資料，運用圖文并茂的效果啟發學生思維[3,6].

在課程教學中，要注意多媒體授課與傳統板書教學模式相結合，特別在進行公式推導時，盡量采用統黑板加粉筆的板書方式，因為很多內容同學們都是第一次接觸，如果采用PPT講授，同學們思維還沒跟上PPT就跳到下一頁了，導致學習效果不理想.在校大學生由于工程實踐少，沒有實際工作經驗，在課程教學中結合生活中通俗易懂的小實例進行講解，教學效果極為明顯.

3.2 智慧課堂教學模式建設

表1 液壓傳動與控制”教學體系

智慧課堂作為建設智慧校園的重要組成部分，是以培養具有高智能和創造力的人才為目標，依賴于大數據、學習分析等技術，實施學情診斷分析和資源智能推送，開展“云+端”學習活動與支持服務，真正實現學生在課堂以外隨時隨地的學習，同時進行學習過程記錄與多元智能評價的新型課堂教學方式.

(1)網絡課件.統一制作一份多媒體網絡課件，可供不同專業按需摘用.

(2)習題庫和實驗項目庫.針對液壓傳動與控制課程模塊內容，編制相應的習題庫和實驗項目庫，供學生鞏固課堂學習和提前預習相關的實驗項目.

(3)網絡答疑.借助網絡平臺，共享所有學習資源，建立討論交流專區，并由專人輔導學生的學習，回答學生問題，指導學生的其他相關學習.

(4)網絡錄像教學.分期、分章節、分教師逐步建立視頻教學資源；學生通過網絡在線進行課堂教學學習，真正實現移動課堂.

4 理論與實踐結合，樹立工程意識

在液壓傳動與控制的理論與實踐課程教學中，結合課程教學知識體系，有效地將教學內容與工程實踐緊密結合起來，充分發揮學生的創新思維，培養學生的動手能力及創新能力.借鑒 CDIO（Conceive Design Implement Operate，即構思，設計，實現，運作）工程教育理念，構建理論與實踐有效結合的教學模式，以滿足社會對應用型、創新型人才知識結構和素質能力需求[2,7,8].

4.1 模塊化課程教學[1,9]

下面以模塊四液壓控制元件中換向閥中的三位閥的中位機能為例，工作中，各油路的實現是靠換向閥閥芯與閥體的相對運動來實現油流的通斷和換向.中位機能是閥芯處于常態位或中位時各油口的連通形式，實現閥的控制機能.因此，在進行工程機械液壓系統設計時，依據各中位機能（常見類型：O型、H型、P型、M型和Y型等）的特點選取合適的換向閥.

圖1為三位四通電磁換向閥，中位機能為O型.換向閥從其他位置轉換到中位時，執行軟件立即停止，鎖住不動，換向位置精度高，但液壓沖擊大；但重新起動時較平穩；液壓泵不卸荷.圖2為三位四通電磁換向閥，中位機能為H型.當閥芯處于中位時，使工作機構成浮動狀態；液壓泵卸荷；換向平穩，液壓缸沖出量大，換向位置精度低；重新啟動時有沖擊.

圖1 三位四通電磁換向閥（O型）

圖2 三位四通電磁換向閥（H型）

其中：P為進油口，T為回油口，A、B為工作油口.

完全通過課堂的講授發現同學們對三位四通換向閥中位機能的特點理解起來還不是很透徹，有種模模糊糊的感覺，不能完全熟練掌握.

4.2 現場教學[1,9]

為培養應用型和創新型人才發展需要，結合液壓傳動與控制這門課的知識體系，在CDIO工程教育理念的指引下，與同學們一起走進實驗室[2].在這里還是以各種類型三位四通換向閥的中位機能特點的應用開展實驗.實驗要求如下：（1）分小組進行，3人一組.（2）由實驗指導教師指定換向閥的類型確定實驗項目或抽簽選擇.（3）根據預先的實驗項目要求，小組討論，設計液壓基本回路達到預期的功能需求.（4）交指導教師檢查，確定方案設計的合理性.（5）利用液壓綜合測試平臺搭建設計液壓基本回路，經檢查無誤后，啟動系統，記錄數據并分析.（6）指導教師現場提問、學生回答，并進行實驗總結.例如：在利用三位四通換向閥鎖緊回路設計中，好多同學設計該回路時，利用M或O形中位機能的三位閥來鎖緊油缸，實現活塞在行程范圍內任意位置停止，該鎖緊回路如圖3所示.該回路的確能實現任意位置鎖緊，但是不是最理想的設計方案呢？回答不是.由于滑閥的內泄漏較嚴重，故鎖緊精度不高.

為了改善上述的內泄漏導致的鎖緊精度不高的缺點，設計了如圖4所示的鎖緊回路，在液壓缸的進出油口連接了一對液控單向閥，由于液控單向閥的密封效果非常好，可實現液壓缸在行程的任何位置上長期鎖緊，鎖緊精度較高，只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影響.為了進一步提高鎖緊的準確性和快速性，可選擇H形或Y形中位機能換向閥.該鎖緊回路常用于飛機起落架的收放油路和汽車起重機的底部支撐立柱油路上.

圖3 鎖緊回路（O型中位機能）

圖4 用液控單向閥的鎖緊回路

5 考核方式改革

為了衡量同學們的課程學習效果，制定了理論課和實踐課的綜合評分標準.理論課主要考慮平時表現和卷面測試情況.實踐課主要從出勤與學習態度、實驗準備、團隊協作、創新點、方案設計、搭建及數據、現場答辯、實驗報告等7個方面進行綜合評分.具體評分細則如表2所示.從最近兩年的課程的教學情況來看，液壓傳動與控制課程教學改革能充分調動同學們學習的積極性和主動性，教學效果良好.

表2 液壓傳動與控制課程評分細則

6 總結

應用型人才培養模式下液壓傳動與控制課程教學改革，根據課程教學中存在的問題，建立模塊化課程教學體系；利用智慧課堂教學模式，豐富了教學手段；借鑒CIDO工程教育理念，實現理論與實踐結合；以及課程考核方式等方面進行了改革與探索.實踐結果表明，液壓傳動與控制課程教學改革培養了學生的學習的積極性和主動性，提高了學生的團隊合作精神和創新能力，為學校應用型人才培養奠定了堅實基礎.