電液伺服系統教學的探索與思考

楊瑋林 許德智 顏文旭

摘要：本文通過分析電液伺服系統這門課的性質和特點，并結合江南大學的教學經驗，對該課程的教學過程進行了探索與思考，并提出了改進和創新。針對教學內容、教學模式和考核方法的改進，在實際課堂教學中取得了良好的效果。

關鍵詞：電液伺服系統；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）07-0133-02

液壓技術早于上世紀40年代開始得到廣泛應用[1]。隨著伺服技術的發展，電液伺服作為液壓技術的分支未來將扮演越來越重要的角色，所涉及的領域包括工程建筑、航空航海，以及機器人等[2]。對于這方面人才的需求越來越大，因而有必要深入探究電液伺服系統的教學策略，改革傳統的教學手段，以有效地培養所需人才[3]。本文針對江南大學電液伺服系統這門課的教學，總結出經驗和思考，并力圖提出促進教學的方法。

一、課程的性質及特點

電液伺服系統屬于典型的交叉學科，其課程內容涵蓋了液壓傳動原理、液壓元件、傳感器，以及伺服控制等。一個典型的電液伺服的應用如圖1所示。要求學生具有高等數學、工程數學、物理學、電工學、機械學、流體力學、液壓傳動、機械控制工程等相關課程的知識。其中液壓傳動原理為課程的基礎，學生需要掌握一定的流體靜力學、動力學基本知識，以了解整個液壓系統的運行原理；液壓元件需要了解液壓泵、液壓缸/馬達、液壓控制閥等，這些是構成液壓回路的基本要素；傳感器和伺服控制則為保證電液伺服系統穩定運行的關鍵。該課程綜合性強、內容量大，具有理論與實際并重、機電液一體化等顯著特點。在有限的課時內需要涉及以上內容，并區分教學中的重點和難點。

二、傳統教學模式的思考

傳統的教學模式依托教材，并以多媒體為手段。從教材的選擇看，電液伺服系統這門課需要結合多門教材，因為現有的教材一般略有側重，可能無法覆蓋全部內容。在多媒體的選擇上，一般為幻燈片配合視頻的方式。傳統教學模式主要存在如下一些問題。

1.沒有針對學生背景因材施教。在課程時間有限的前提下，除了備課外還需要備學生，針對學生的知識背景選擇授課內容和側重點。以江南大學為例，江南大學的電液伺服系統這門課主要針對電氣工程及其自動化專業的學生，為專業選修課。學生具備傳感器、電工學等課程的知識背景，但是機械、流體、液壓傳動等知識較少。

2.教學模式固定，且教學內容較為陳舊。國內的教材一般內容更新較慢，沒有將最新的技術納入進去，例如數字控制閥和先進傳感技術等。在教學內容的選擇上，需要針對部分內容引入最新的技術和研究成果。同時，國內和國外在技術上仍有一定的差距。在資料準備上，需要綜合國內外的技術發展現狀。

3.考核方式不夠靈活。考試仍然是主要的考核方式。考試的內容是零散分布的，考的是各個知識點。這樣學生學習和復習過程中容易忽略總體，造成考完即忘的現象。這在綜合性較高的電液伺服系統這門課中更為明顯。因此，需要采取更為靈活和合理的方式來進行課程的考核。

三、教學方式的改進與創新

針對上述問題并結合本校的教學經驗，提出如下的教學改進與創新。在江南大學電氣工程及其自動化專業的授課過程中，重點講述了液壓傳動原理以及流體力學基礎。學生從帕斯卡原理、伯努利方程到流體中運動部件的受力分析等，都有了較為全面的認識；而與此同時，根據學生的知識背景，減少了傳感器及控制等相關內容的比例。在教學內容的選擇上，挑選最前沿的技術，從而可以讓學生接觸到最新的知識并引發他們的求知欲。例如，在緒論環節可以引入波士頓動力（Boston Dynamics）的機器人，介紹其與電液伺服系統的關聯性，以此展開論述。在多媒體內容的選擇上，盡量選取較為形象的三維動畫，尤其是在液壓元件的介紹上，例如三位四通閥等的原理演示。相對于書本上的圖片，學生通過3D動畫的形式更容易掌握相關內容，且更感興趣。電液伺服系統由油路上的多個元器件構成，包括動力與元件、執行元件、控制元件、輔助元件等。在講課的過程中，為了避免學生顧此失彼，需要在講授相關內容時突出其在整個液壓系統里的作用，讓學生時刻保持全局觀。除此之外，在課程的考察方式上也可以采取更靈活的方式。在江南大學電液伺服系統的課程中，學生以小組的形式完成大作業（包括課堂演講以及報告），大作業的選題要求與電液伺服系統相關，但具體內容自擬。相比于傳統的考試形式，大作業對學生的綜合素質要求較高。想要得到高分，學生需要在選題的新穎及工作量上有突出的表現。在最后的考核環節，發現學生的積極性很高，學生的展示成果包括自己搭建的簡易液壓系統，以及Matlab建模和仿真等。教學的效果良好，學生通過課程有了全方位的收獲。

四、總結與展望

本文通過分析電液伺服系統這門課的教學特點與難點，并結合江南大學電氣工程及其自動化專業的授課情況，對這門課的教學進了教學內容、教學模式、考核方法等方面的改進與創新。在實際教學中發現，所提倡的教學方法能夠調動學生的學習積極性和主觀能動性，讓學生能掌握諸多核心內容并付諸實踐。具有推廣意義。

目前電液伺服系統這門課的教學手段雖然有所改善但仍然需要持續改進，以適應時代和科技的發展，滿足國家培養人才的需要。

參考文獻：

[1]柴振嶺，鄭涌林，莊思思.伺服控制技術的工程結構實驗教學改革[J].實驗科學與技術，2011，9（06）：127-130.

[2]郭慶.電液伺服非線性控制技術研究進展綜述[J].液壓與氣動，2018，（03）：1-9.

[3]王勇亮，盧穎，趙振鵬，步健.淺談液壓伺服控制系統仿真實驗教學[J].現代教育科學，2010，（S1）：95.