基于“卓越工程師”的液壓與氣壓傳動教學(xué)優(yōu)化探索

羅志偉

（廈門理工學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361024）

液壓與氣壓傳動技術(shù)是現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]，具有傳輸力大、功率密度高、易于實(shí)現(xiàn)自動控制等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于工程機(jī)械、工業(yè)自動化、機(jī)器人、冶金、航天航空等工業(yè)領(lǐng)域，因此《液壓與氣壓傳動》課程是機(jī)械工程學(xué)科學(xué)生必須掌握的一門專業(yè)技術(shù)課程[2].國家教育部2010年6月開始實(shí)施卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃即是為造就適應(yīng)新環(huán)境的工程人才，建設(shè)創(chuàng)新型國家，增強(qiáng)國家核心競爭力而進(jìn)行的一項(xiàng)重要舉措[3].教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國的戰(zhàn)略服務(wù)[4].而工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)是卓越工程師培養(yǎng)、創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)養(yǎng)成的基礎(chǔ)與關(guān)鍵[5].根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃要求，如何搭建《液壓與氣壓傳動》課程的知識結(jié)構(gòu)，采用哪些創(chuàng)新的教學(xué)方法，如何利用實(shí)踐教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，是一項(xiàng)亟待解決的課題.本文以“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo)思想，注重應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，堅(jiān)持“穩(wěn)扎基礎(chǔ)、重實(shí)踐、教學(xué)科研相結(jié)合”的教學(xué)理念，結(jié)合機(jī)電一體化專業(yè)特色，探討《液壓與氣壓傳動課程》的教學(xué)模式優(yōu)化，使課程教學(xué)滿足“卓越工程師”培養(yǎng)需求.

1 傳統(tǒng)液壓與氣壓傳動課程特點(diǎn)

傳統(tǒng)液壓與氣壓傳動課程主要特點(diǎn)在于注重理論教學(xué)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，實(shí)踐環(huán)節(jié)較為薄弱等方面[6].傳統(tǒng)課程對流體理論、元件工作原理與相關(guān)計(jì)算方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的介紹，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中主要也是理論計(jì)算，學(xué)生在模仿計(jì)算過程中對實(shí)際系統(tǒng)是沒有概念的，整個(gè)設(shè)計(jì)過程較為抽象，液壓氣動系統(tǒng)的工程應(yīng)用未被得到重視，這種單方向的理論灌輸式教學(xué)效果不利于卓越工程師的培養(yǎng)；傳統(tǒng)課程配置的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性居多，只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書搭建小系統(tǒng)，測試相關(guān)的一些參數(shù)，對于為什么要這樣做？可以應(yīng)用到哪些工程中？等問題比較迷茫，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力并未得到鍛煉；傳統(tǒng)的培養(yǎng)方案是理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式，理論與實(shí)踐較為獨(dú)立，并且實(shí)踐教學(xué)得不到綜合性的鍛煉，傳統(tǒng)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)存在如上所說的問題，而課程設(shè)計(jì)還是注重系統(tǒng)的理論計(jì)算與原理圖的繪制，而未進(jìn)一步深入到系統(tǒng)的搭建，未讓學(xué)生感性的認(rèn)識到自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否合理有效，學(xué)生不知如何把液壓氣動目標(biāo)系統(tǒng)嵌入到實(shí)際工程應(yīng)用中.

傳統(tǒng)課程理論教學(xué)偏重過大是與“卓越工程師教育”培養(yǎng)目標(biāo)不相符的，因此要加強(qiáng)課程的實(shí)踐教學(xué)，使理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高學(xué)生的主動自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力，為卓越工程師的培養(yǎng)提供良好的教學(xué)資源.

2 課程教材優(yōu)化

目前《液壓與氣壓傳動》教材主流內(nèi)容包括液壓傳動基礎(chǔ)知識、液壓基礎(chǔ)理論、液壓動力元件、液壓執(zhí)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(tǒng)分析、氣壓傳動等知識模塊.隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，很多知識模塊的內(nèi)容已發(fā)生了很大的變化，教材內(nèi)容應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新，使學(xué)生學(xué)到的知識更貼近工程應(yīng)用實(shí)際.

在各種液壓元件方面，應(yīng)更注重現(xiàn)有元件的原理介紹，引用的元件型號也應(yīng)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，F(xiàn)esto、SMC、AirTAC等產(chǎn)品的原理、應(yīng)用方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面可寫入教材中，使學(xué)生進(jìn)入企業(yè)即可對這些產(chǎn)品有較好的認(rèn)識，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力.因此，教材編寫可與這些主流品牌公司合作，校企優(yōu)勢互補(bǔ)，使教材既具有完整的理論體系又貼近工程實(shí)際.

在液壓基本回路及典型液壓系統(tǒng)分析方面，內(nèi)容上可進(jìn)一步擴(kuò)展，增加系統(tǒng)實(shí)物搭建環(huán)節(jié)，讓學(xué)生更有理論實(shí)際相對照的認(rèn)識.目前教材在這方面主要從原理分析、理論推導(dǎo)、回路設(shè)計(jì)等部分進(jìn)行闡述，可增加這些回路、典型液壓系統(tǒng)的安裝、從零部件到系統(tǒng)搭建過程、系統(tǒng)調(diào)試、維護(hù)等方面的內(nèi)容，這部分內(nèi)容可采用插圖、三維條形碼訪問網(wǎng)絡(luò)動畫資源等方式進(jìn)行闡述.

3 課程設(shè)計(jì)優(yōu)化

液壓傳動課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，目的在于鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題能力，同時(shí)熟悉運(yùn)用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料.對學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料及經(jīng)驗(yàn)估算、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行訓(xùn)練，以提高這些技能的水平.

目前液壓傳動課程設(shè)計(jì)采用的方式是把學(xué)生分組，給每一組一個(gè)設(shè)計(jì)題目，主要包括的內(nèi)容有：液壓系統(tǒng)工況分析，負(fù)載計(jì)算，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖；進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；計(jì)算和選擇液壓元件；驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；繪制正式工作圖，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書等.在整個(gè)設(shè)計(jì)過程，學(xué)生確實(shí)在計(jì)算、設(shè)計(jì)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(jì)算，獲得液壓系統(tǒng)原理中元器件的選擇參數(shù)，如，壓力、流量等，學(xué)生在選元器件是主要通過液壓元件手冊、機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用中可行性差，脫離實(shí)際.

3.2 未開展根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖搭建實(shí)際的液壓系統(tǒng)

受限于課時(shí)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只要求學(xué)生根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)出液壓系統(tǒng)原理圖即可，而實(shí)際液壓系統(tǒng)的搭建則沒有開展.對于實(shí)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(shè)計(jì)中進(jìn)行實(shí)際液壓系統(tǒng)的搭建是必要的，這將有助于工程師實(shí)操能力的培養(yǎng).

為了解決以上兩個(gè)問題，建議在選取元器件是采用現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)平臺、淘寶、阿里巴巴等方式獲取元件信息，并對液壓系統(tǒng)成本進(jìn)行較為準(zhǔn)確的核算，提高設(shè)計(jì)的實(shí)際可行性.在此基礎(chǔ)上，可對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整體比例縮小，使液壓系統(tǒng)整體成本低廉.通過采購這些部件，搭建廉價(jià)的液壓系統(tǒng)，甚至可采用氣動元件加上統(tǒng)一供氣的氣源來模擬液壓系統(tǒng)，極大降低系統(tǒng)成本，使學(xué)生得到從理論計(jì)算、回路設(shè)計(jì)到制作開發(fā)完成整個(gè)系統(tǒng)過程的培養(yǎng)，這對卓越工程師實(shí)踐素質(zhì)能力的培養(yǎng)具有很好的實(shí)踐意義.

4 建立項(xiàng)目帶動式教學(xué)方式

卓越工程師教育注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)教學(xué)解決了學(xué)生基礎(chǔ)知識的儲備，但在實(shí)踐能力培養(yǎng)上必須通過實(shí)際項(xiàng)目來加以補(bǔ)充.項(xiàng)目帶動式教學(xué)方式，可根據(jù)課程自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套較為完備的項(xiàng)目庫，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的不同階段，開展不同項(xiàng)目的開發(fā).同時(shí)，也根據(jù)從企業(yè)過來的項(xiàng)目需求，逐步的豐富項(xiàng)目庫.在執(zhí)行過程中，可優(yōu)先執(zhí)行企業(yè)項(xiàng)目，以滿足企業(yè)需求，同時(shí)完成學(xué)生在該課程中的實(shí)訓(xùn)過程.在無企業(yè)項(xiàng)目過來時(shí)，需從項(xiàng)目庫中獲取相應(yīng)項(xiàng)目來實(shí)施，確保學(xué)生能得到足夠的鍛煉，達(dá)到“卓越工程師教育”的培養(yǎng)目標(biāo).

每個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行需要場地、設(shè)備、元器件、經(jīng)費(fèi)等方面的支持，為了節(jié)約成本，更有效的使用學(xué)校資源，以液壓與氣壓傳動實(shí)驗(yàn)室為平臺，開展項(xiàng)目帶動式教學(xué)方式.根據(jù)項(xiàng)目庫需求，采購相應(yīng)的液壓與氣壓元件，使項(xiàng)目開發(fā)如同搭積木的方式完成，提高元器件的利用率，降低項(xiàng)目實(shí)施成本.指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目做相應(yīng)理論計(jì)算，設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖，搭建目標(biāo)系統(tǒng)，調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)的工作，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后即可拆解掉，使元器件能夠用在其他系統(tǒng)中，同時(shí)也為下一屆同學(xué)所使用.項(xiàng)目帶動式教學(xué)方式需要的元件較多，應(yīng)采用分類存放模式，方便查找使用.

項(xiàng)目帶動式教學(xué)方式核心在于項(xiàng)目，項(xiàng)目庫的建設(shè)是重點(diǎn).項(xiàng)目庫必須貼近工程實(shí)際，來源于企業(yè)需求.因此，前期需要走訪企業(yè)，挖掘企業(yè)在液壓氣動方面的需求，如液壓站設(shè)計(jì)、自動化設(shè)備企業(yè)在氣動方面的需求就很多.根據(jù)學(xué)生不同的知識基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)階梯式難度的項(xiàng)目是個(gè)復(fù)雜的過程，需要課程組多次的討論研究，幾輪的實(shí)踐完善才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目庫的建設(shè).

5 結(jié)論

根據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)目標(biāo)，需要更加重視液壓與氣壓傳動課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力.為了達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果，需對課程教材進(jìn)行與時(shí)俱進(jìn)、貼近工程實(shí)際的修訂；對課程設(shè)計(jì)要進(jìn)一步優(yōu)化，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能得以實(shí)現(xiàn)，提高學(xué)生對液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的感性認(rèn)識；根據(jù)卓越工程師教育與課程特點(diǎn)，提出項(xiàng)目帶動式教學(xué)方式，讓學(xué)生達(dá)到“做中學(xué)、學(xué)中做”的教學(xué)效果，極大的提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力，調(diào)動學(xué)生的自學(xué)、創(chuàng)新、解決實(shí)際問題等方面的能力，實(shí)現(xiàn)卓越工程師人才的培養(yǎng)目標(biāo).

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

〔2〕芮宏斌,周春國,高峰.以“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”促進(jìn)“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)改革實(shí)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(yǎng)計(jì)劃”對學(xué)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(yǎng)計(jì)劃”下的液壓與氣壓傳動教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(07):32-34.

〔5〕林健.構(gòu)建工程實(shí)踐教育體系 培養(yǎng)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(dá)章,等.面向卓越工程師教育的液壓與氣壓傳動課程教學(xué)改革實(shí)踐 [J].液壓與氣動,2013(08):129-133.