多課程知識體系融合的電液比例控制教學改革

韓賀永 王晶 馬麗楠 柳淵

[摘 要] 為了滿足對復合型人才的需要，太原科技大學對電液比例控制系統分析與設計等課程的相關教學和實驗進行了整合、設計，以便提高學生對各專業課程之間的理解。整合后形成的綜合實驗教學模式，其教學目標、教學設計、具體實施方案、實驗設備及教學效果，貫通了學生在PLC、電液比例控制系統分析與設計和液壓與液力傳動的知識，提高了機械工程專業學生在進行復雜的機電液系統設計時的全局掌握能力，增強了綜合利用機電液一體化技術進行創新的能力和實踐能力。

[關鍵詞] 課程融合;液壓;機械;PLC

[基金項目] 山西省“1331”項目支持：基于多門課程知識體系融合的電液比例控制教學改革（201856）

[作者簡介] 韓賀永，博士，太原科技大學機械工程學院副教授，研究方向為液壓伺服系統動態特性研究;王晶，碩士，研究方向為液壓伺服系統動態特性研究（通訊作者）;馬麗楠，博士，研究方向液壓系統設計及元件研發;柳淵，碩士研究生，研究方向為液壓伺服系統動態特性研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）19-0142-03? ? [收稿日期] 2019-09-04

一、引言

機械傳動、電氣傳動、液壓傳動是當今世界三大傳動方式[1-3]，隨著科學技術的不斷進步，機械、電氣和液壓這三部分相互融合，已經成為驅動社會生產的重要動力來源，也形成了多個知名品牌和代表性的產品，機電液一體化技術的復合型人才需求日趨旺盛[4-6]。當前我國的本科畢業生雖然對具體某一門課有一定的見解，但是幾乎沒有人具備對課程體系整體性的把握，不能夠清楚理解機械電子工程專業各個核心專業課程之間的關系，沒有運用這些核心課程解決系統問題的能力，尤其缺乏對機械電子核心課程與實際項目設計之間關系的視野。本科生培養與社會對人才的實際需求脫節是我國本科生培養面臨的嚴峻挑戰，使得本科生就業難和企業招聘困難同時存在。針對以上本科教育中所存在的問題，太原科技大學圍繞PLC、電液比例控制系統分析與設計和液壓與液力傳動三門課展開融合式課程開發，對學校人才培養做出實質性的變革。

二、課程教學目標與要求

深入研究以美國、德國、日本為代表的人才培養方式基礎上，結合當前的互聯網常態和學校現狀及企業的實際需求，針對機械工程的部分課程（PLC、液壓與液力傳動、電液比例控制系統分析與設計）進行課程融合和知識庫建設，旨在拓寬本科生的視野，提供給本科生知識運用的途徑，建立能力培養的渠道和標準，并最終建立基本的職業素養和專業自信。

本課程主要解決以下兩個問題：（1）通過課程融合，讓學生對所學的專業具備整體性的理解，知道目前學習的課程對于具體設備的意義。（2）幫助部分學生對特定的某個領域方向實現準確把握，能夠在該方向上掌握系統的核心知識和應用能力并最終幫助企業解決實質性問題。

三、教學設計

本課程將通過研究機械工程專業部分課程的融合，探索出新的人才培養模式，用更加開闊的思路拓寬學生的視野，將學生在學習過程中對具體某一門課程的看法提高到對整個系統的認知。同時通過對具體某一課程體系的深入學習、資料庫建設等手段建立優秀的學生自學支撐體系，逐步實現標準多元的個性化學習方案，培養具有一專多能素質的人才，提升學生的實踐能力和創新能力。

本課程可以從以下四個方面進行闡述：（1）通過進一步深入發掘企業需求和面向美國、德國、日本的本科生人才培養進行對比研究，逐步建立國際化視野。重點研究情境化教學與課程融合。（2）對PLC、電液比例控制系統分析與設計、液壓與液力傳動的核心知識點和能力培養需求進行梳理，通過提煉知識點建立三門課程在具體項目中的結合點，對知識點按照項目進行表達重構，用項目的形式對知識點和能力點進行重新表達。（3）結合我國高校的具體情況和特點，通過液壓實驗室設備的深入改造、省重點學科優勢平臺中部分實驗設備的改造，進行有針對性的課程融合或者部分課程融合，開設實驗課程，建立情境化教學平臺。（4）通過課程的實施和學生的接受程度建立新的評價標準和評價方式，采用答辯方式、報告方式對學生進行考核。重點針對優秀學生建立更加個性化的培養體系，通過提升優秀學生的素養建立針對該領域的學生梯隊，逐步讓該梯隊承擔課程完善的指導任務，強化學生的自學能力，形成領域課程梯隊，建立能夠實現自我成長的領域梯隊。

四、具體實施方案

首先圍繞PLC、電液比例控制系統分析與設計和液壓與液力傳動三門課展開融合式課程開發，通過實驗室和學院的優勢學科平臺建立情境化的教學體系，通過課程的具體設計讓部分課程乃至全部課程實現情境化教學，重新分析和梳理三門課程的知識點，建立多個知識點之間的聯系并采用具體的項目進行表達。通過項目化教學和案例分析對三門課程進行整合，圍繞項目的具體講述由多個教師共同完成，每個教師將針對共同的項目結合自身優勢展開教學，并幫助學生完成項目，引導學生在學習的過程中建立認知、培養興趣、鍛煉實踐能力。

通過角色扮演與典型的成長過程來學習知識，該過程不需要細化到具體某個層面，大部分學生能夠成長為合格的分系統設計師，少數優秀學生成長為總設計師即實現了該課程改革的價值。通過角色的定位，學生們能夠更清楚所學知識在整體中的意義，能夠圍繞特定的領域展開具有一定深度的自主學習。

五、實驗設備

如下圖所示為該課程所使用的STMY-01型雙面透明液壓綜合試驗臺，可根據不同的實驗目的在該實驗臺上搭建不同的液壓系統。該試驗臺可進行節流調速實驗、閥控/泵控馬達伺服實驗[7]、閥控缸伺服實驗、多缸負載敏感同步實驗[8]、電液系統智能控制實驗，基本可滿足機電液控制綜合實驗的教學要求。