以“卓越工程師”為導(dǎo)向的液壓與氣壓傳動課程教學(xué)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(qiáng)的機(jī)械類專業(yè)課程，具體教學(xué)過程會涉及流體力學(xué)、工程熱物理、控制系統(tǒng)等專業(yè)知識，是培養(yǎng)學(xué)生工程能力、創(chuàng)新能力以及解決復(fù)雜問題能力的一個有效載體。在教學(xué)過程中，基于卓越工程師的要求，通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式的改革以及實驗內(nèi)容的設(shè)置，發(fā)揮學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)其積極的思考，培養(yǎng)其工程創(chuàng)新能力。有效的利用課程設(shè)計及實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同溝通能力，解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：液壓與氣壓傳動 載體 創(chuàng)新能力 實踐環(huán)節(jié)

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

“卓越工程師教育培養(yǎng)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(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措。“卓越計劃”具有三個特點：一是突出對學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。二是強(qiáng)調(diào)校企聯(lián)合，引導(dǎo)行業(yè)、企業(yè)深度參與培養(yǎng)高級技術(shù)人才的過程，三是以企業(yè)需求為導(dǎo)向[1]。如何在課程教學(xué)中最大限度的體現(xiàn)上述三個特點是當(dāng)前教學(xué)改革的難題。目前，在教學(xué)實踐中受到多方面因素的影響，企業(yè)對人才需求的技能和高校培養(yǎng)的技能之間存在這很大的差距。在互聯(lián)網(wǎng)+和大數(shù)據(jù)時代，學(xué)生如何掌握企業(yè)需要的技能，需要在課堂和實踐教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的思維去解決問題，從而滿足“卓越計劃”對高校人才培養(yǎng)的要求。因此，有必要對液壓與氣壓傳動課程的教學(xué)內(nèi)容及方法、實驗教學(xué)安排進(jìn)行相應(yīng)的改革，以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)知識的積極性和主動性，實現(xiàn)“卓越計劃”的培養(yǎng)目標(biāo)。

1 課程體系剖析

液壓與氣壓傳動是機(jī)械電子專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，課程的實踐性強(qiáng)、與生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密[2-3]。課程教學(xué)內(nèi)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(xué)基礎(chǔ)、液壓基本元件、基本回路以及典型的液壓系統(tǒng)；氣壓傳動部分主要包含：氣壓傳動基礎(chǔ)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(tǒng)。在普通高校提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)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(xué)生需要的實際技能出發(fā)，對液壓與氣壓傳動課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗安排、教學(xué)方式及課程考核方式進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。

2 教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整上，以液壓傳動為主、氣壓傳動為輔，以實際的工程應(yīng)用為導(dǎo)向適當(dāng)?shù)慕档屠碚摰碾y度和深度，更加注重學(xué)生解決和分析復(fù)雜液壓系統(tǒng)工程問題的能力?；诖耍谝簤汉蜌鈮毫黧w力學(xué)基礎(chǔ)知識的教學(xué)上，著重給學(xué)生們介紹和實際應(yīng)用關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的概念，并對其進(jìn)行簡單分析，對于其它復(fù)雜的理論分析提出一些有趣的現(xiàn)象讓學(xué)生進(jìn)行思考。譬如具體教學(xué)實施中講氣穴現(xiàn)象，只需要給學(xué)生指出氣穴現(xiàn)象的物理實質(zhì)、常發(fā)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(chǔ)在此不做課堂教學(xué)內(nèi)容；液壓元件部分元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)節(jié)較多，但實際應(yīng)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(xué)過程中，對該部分內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)上的調(diào)整，具體元件講解過程中講授元件的工作原理、關(guān)鍵性能參數(shù)、特性曲線、作用及其應(yīng)用場合，同時結(jié)合具體廠家的選型手冊進(jìn)行具體選型上的指導(dǎo)；液壓基本回路及典型系統(tǒng)與實際應(yīng)用聯(lián)系比較緊密，該部分是課程教學(xué)的重點內(nèi)容，在實際教學(xué)過程中深入的剖析講解，為了使學(xué)生更加直觀的了解系統(tǒng)，在典型系統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)中將液壓實驗室納入教學(xué)過程，讓學(xué)生思考各個基本系統(tǒng)的作用，熟悉液壓元件的基礎(chǔ)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(xué)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(yīng)用的不同場合，同時以一個復(fù)雜的氣壓傳動系統(tǒng)為實例對氣壓傳動進(jìn)行細(xì)致的介紹。

從教學(xué)內(nèi)容上可以看出，教學(xué)內(nèi)容以培養(yǎng)實際的工程能力為目標(biāo)，在有限的教學(xué)課時內(nèi)讓學(xué)生所學(xué)的知識形成一個完整的體系，能夠在后續(xù)的工作中對具體的問題進(jìn)行分析。

3 實驗安排

傳統(tǒng)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(jìn)行驗證性測試以及對回路進(jìn)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(bǔ)充并不足夠，同時這種驗證性實驗難以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。因此筆者所在的課題組對課程實驗項目進(jìn)行重新設(shè)計和調(diào)整。

考慮到實驗條件以及對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，對實驗項目進(jìn)行了如下分類。

液壓元件的拆裝和液壓系統(tǒng)的參觀講解。拆裝液壓元件主要是讓學(xué)生熟悉液壓元件的結(jié)構(gòu)、原理以及各個結(jié)構(gòu)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(tǒng)的參觀和講解主要是通過觀察液壓系統(tǒng)的工作工程，讓學(xué)生具體的熟悉液壓元件在系統(tǒng)中的作用，講解液壓系統(tǒng)是對課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的一個有效補(bǔ)充。

相同功能不同結(jié)構(gòu)液壓元件的實驗分析。通過相同功能不同結(jié)構(gòu)的液壓元件的實驗分析，得到具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，對課堂學(xué)習(xí)知識進(jìn)行理論上驗證，同時利用更加直觀的方式使學(xué)生了解不同結(jié)構(gòu)液壓元件的具體用途，提高學(xué)生工程設(shè)計能力。

液壓回路的組裝、調(diào)試。通過任務(wù)驅(qū)動的模式，實驗老師設(shè)計每個小組設(shè)計回路的任務(wù)，利用液壓實驗教學(xué)平臺，通過相應(yīng)的元件搭建液壓系統(tǒng)滿足任務(wù)需求。通過該種方式讓學(xué)生自主分析、組裝和調(diào)試一些液壓回路，在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)所設(shè)計回路的問題，培養(yǎng)學(xué)生對液壓系統(tǒng)綜合的綜合掌握能力、動手實踐能力以及團(tuán)隊協(xié)作精神和創(chuàng)新意識。

4 教學(xué)方式

在互聯(lián)網(wǎng)+和大數(shù)據(jù)時代，將新興的科技信息融入到教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)高級技術(shù)人才是教學(xué)方式改革的出發(fā)點。課堂教學(xué)是教學(xué)體系中的重要環(huán)節(jié)，是傳播知識的重要陣地。對于當(dāng)前科技迅猛發(fā)展，液壓與氣壓傳動的方式也在隨著科技不斷進(jìn)步，因此課堂教學(xué)不能是單純的講解式教學(xué)，學(xué)生應(yīng)該從單純的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的索取者。學(xué)生身份的轉(zhuǎn)變需要教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。由于液壓與氣壓傳動課程內(nèi)容廣泛、實踐性強(qiáng)、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(xué)方式中。這種教學(xué)方式導(dǎo)致了學(xué)生在教學(xué)活動中的參與度不高，不利于學(xué)生的培養(yǎng)?；诋?dāng)前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀以及目前教學(xué)方式存在的問題，在本課程的教學(xué)改革中將采用多種教學(xué)方式和手段，充分利用多媒體的教學(xué)工具，在傳授知識的同時，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，調(diào)動學(xué)生參與的積極性。注重通過文字、圖片、視頻等各種媒介促進(jìn)教學(xué)，同時將課堂教學(xué)內(nèi)容分為講解和討論兩種形式。在液壓與氣壓傳動教學(xué)過程中設(shè)計一些啟發(fā)式提問、課堂小測、課堂討論等環(huán)節(jié)，使學(xué)生去思考問題和解決問題，激發(fā)他們的求知欲和創(chuàng)造性思維。如在講解進(jìn)油液壓節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速回路[3]，讓學(xué)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(xù)性方程、活塞受力平衡方程、節(jié)流閥壓力流量方程以及速度負(fù)載方程分析可以得到回油節(jié)流調(diào)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(wěn)；

（2）同時油液經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后回油箱冷卻，對系統(tǒng)泄露影響??；

（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(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的特點如下。

（1）易實現(xiàn)壓力控制，可利用溢流閥調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)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(jié)流閥不易堵塞；

通過啟發(fā)式分析可以讓學(xué)生深入了解不同調(diào)速回路的特點，掌握液壓回路分析方法。為了拓寬學(xué)生的視野，在講解基礎(chǔ)知識的后，講解新興技術(shù)中液壓系統(tǒng)的應(yīng)用，譬如講解大型雙臂搶險救援工程機(jī)械中液壓技術(shù)在驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用[4]。在講解過程中不經(jīng)要講解數(shù)字化手段在設(shè)計過程中的應(yīng)用，還要講解為了滿足其特定工況液壓系統(tǒng)所做出的設(shè)計。通過講解一些新興的技術(shù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。

同時針對卓越工程是培養(yǎng)計劃的要求，在教學(xué)方式上開展與企業(yè)的合作，利用企業(yè)現(xiàn)場液壓系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行講解，同時讓學(xué)生了解各個系統(tǒng)作用。為了進(jìn)一步提高學(xué)生解決問題的能力，在此過程中組織企業(yè)中實際應(yīng)用液壓系統(tǒng)的工作人員和學(xué)生進(jìn)行交流，讓企業(yè)提出自己在實際過程中遇見的問題，讓學(xué)生提出解決方案，使學(xué)生學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中去，發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動性。

5 課程考核

課程考核是評價學(xué)生對課程所學(xué)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?yōu)橹鳎綍r的考勤、作業(yè)以及實驗成績?yōu)檩o的考核體系。該種方法在一定程度上體現(xiàn)了學(xué)生在課堂上掌握的知識，但是不利于學(xué)生知識體系的擴(kuò)展以及學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。針對培養(yǎng)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(yīng)用，因此大幅提高了平時所布置的大作業(yè)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(xué)生分析比較同一功能不同液壓回路的優(yōu)缺點及應(yīng)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(xué)生針對某一功能設(shè)計液壓整體回路，了解其具體解決復(fù)雜液壓系統(tǒng)的能力，該部分成績和期末成績、實驗成績以及平時表現(xiàn)將占據(jù)整體成績的50%。在平時課程考核中將布置一些專題讓學(xué)生自己去講解，提高課程的參與度，促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、講解的能力的提高。

6 結(jié)語

液壓與氣壓傳動通過以卓越工程師為導(dǎo)向的課程改革之后，在教學(xué)內(nèi)容、實驗安排、教學(xué)方式以及課程考核上進(jìn)行了大幅度調(diào)整，使教學(xué)方法和模式是更加多樣化，更加注重培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。在教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)中提倡學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，提高其學(xué)習(xí)積極性，這是傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段難以實現(xiàn)的，體現(xiàn)了卓越工程師培養(yǎng)計劃的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李德才，王俊.關(guān)于培養(yǎng)卓越工程師的幾點認(rèn)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(xué)中實驗教學(xué)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(yè)出版社，2006.2.

[4] 中國機(jī)械工程學(xué)會流體傳動于控制分會編著，“數(shù)控一代”案例集流體傳動與控制卷[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2016.