應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下液壓傳動與控制課程教學(xué)改革

曹昌勇，王洪新，劉 瓊，張 鵬

（皖西學(xué)院 機械與車輛工程學(xué)院，安徽 六安 237012）

在中國制造2025國家發(fā)展戰(zhàn)略推動下，結(jié)合我國裝備制造業(yè)快速發(fā)展的需要，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、專業(yè)化程度高的應(yīng)用型人才已經(jīng)迫在眉睫.在現(xiàn)代生產(chǎn)中，液壓控制技術(shù)由于其體積小、重量輕、承載能力大、高可靠性、易實現(xiàn)自動化控制等特點，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事還是在航天航空等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用[1,2].

液壓傳動與控制是機械類本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課.通過本課程的學(xué)習，使學(xué)生能夠掌握液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理及其相關(guān)的應(yīng)用，閱讀并能完整的設(shè)計一個較復(fù)雜的液壓系統(tǒng).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(yè)技術(shù)課程，內(nèi)容多，涉及的知識面廣，動手能力要求高，加上新技術(shù)層出不窮，推動了液壓技術(shù)迅速發(fā)展[2].通過多年的實際教學(xué)情況來看，絕大多數(shù)學(xué)生的實際動手能力相對較弱，很難將所學(xué)的液壓技術(shù)應(yīng)用于工程實際，與預(yù)期的教學(xué)效果相差較遠.為了培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展的需要，更好地提高液壓傳動與控制課程教學(xué)效果，結(jié)合學(xué)校實際情況，本文探討了應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下液壓傳動與控制課程教學(xué)改革.[2]

1 課程教學(xué)中存在問題

液壓傳動與控制的課程教學(xué)目的就是使學(xué)生能夠掌握液壓系統(tǒng)的組成，各個液壓元器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其相關(guān)的應(yīng)用，閱讀并設(shè)計、控制一個完整的液壓系統(tǒng)等[3].但隨著課程教學(xué)計劃的改革，教學(xué)課時數(shù)大幅度減少，甚至很難滿足理論教學(xué)要求.假若課堂教學(xué)處理不當，往往會使學(xué)生們失去學(xué)習興趣.如何處理好教學(xué)課時數(shù)與教學(xué)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(xué)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(chǔ)，才能學(xué)好.要學(xué)好液壓傳動，必須提前學(xué)會流體力學(xué)（如液體靜力學(xué)、動力學(xué)等是液壓傳動的前期理論基礎(chǔ)）.要想學(xué)會液壓控制技術(shù)，必須提前學(xué)會相關(guān)的控制類知識（如機械工程控制、PLC控制技術(shù)等）；該課程涉及的內(nèi)容多，知識面廣，如何把相關(guān)學(xué)科知識融會貫通，確實不易.導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習起來很難把握，打擊了學(xué)習積極性和主動性，嚴重影響了本課程的教學(xué)效果[2].

2 明確培養(yǎng)目標，建立液壓傳動與控制課程教學(xué)體系

液壓傳動與控制課程強調(diào)知識的應(yīng)用與能力的培養(yǎng)；在內(nèi)容的選取上應(yīng)處理好理論與實際應(yīng)用的關(guān)系，重點介紹理論知識，強調(diào)基本訓(xùn)練，加強分析、解決實際問題的能力及工程應(yīng)用素質(zhì)的培養(yǎng)，做到少而精，系統(tǒng)性強[3,4].

考慮到液壓傳動與控制課程內(nèi)容的特點，將教學(xué)內(nèi)容模塊化：（1）流體力學(xué)基礎(chǔ)模塊；（2）液壓動力元件模塊；（3）液壓執(zhí)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(tǒng)模塊.每個模塊利用課堂講授、現(xiàn)場教學(xué)、小組討論、實驗驗證等環(huán)節(jié)來使學(xué)生掌握課程的主要內(nèi)容.現(xiàn)擬定的液壓傳動與控制課程教學(xué)體系框架見表 1 所示.[2，5]

3 豐富教學(xué)手段

3.1 多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合

液壓傳動與控制是一門同生產(chǎn)實踐緊密聯(lián)系的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習過程中涉及的元件多、回路多，要想使學(xué)生全面理解和掌握相關(guān)知識，就要在教學(xué)過程中不斷改善教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量.在課堂教學(xué)中，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)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(fā)學(xué)生思維[3,6].

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

3.2 智慧課堂教學(xué)模式建設(shè)

表1 液壓傳動與控制”教學(xué)體系

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

(1)網(wǎng)絡(luò)課件.統(tǒng)一制作一份多媒體網(wǎng)絡(luò)課件，可供不同專業(yè)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(nèi)容，編制相應(yīng)的習題庫和實驗項目庫，供學(xué)生鞏固課堂學(xué)習和提前預(yù)習相關(guān)的實驗項目.

(3)網(wǎng)絡(luò)答疑.借助網(wǎng)絡(luò)平臺，共享所有學(xué)習資源，建立討論交流專區(qū)，并由專人輔導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習，回答學(xué)生問題，指導(dǎo)學(xué)生的其他相關(guān)學(xué)習.

(4)網(wǎng)絡(luò)錄像教學(xué).分期、分章節(jié)、分教師逐步建立視頻教學(xué)資源；學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)在線進行課堂教學(xué)學(xué)習，真正實現(xiàn)移動課堂.

4 理論與實踐結(jié)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(xué)中，結(jié)合課程教學(xué)知識體系，有效地將教學(xué)內(nèi)容與工程實踐緊密結(jié)合起來，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及創(chuàng)新能力.借鑒 CDIO（Conceive Design Implement Operate，即構(gòu)思，設(shè)計，實現(xiàn)，運作）工程教育理念，構(gòu)建理論與實踐有效結(jié)合的教學(xué)模式，以滿足社會對應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才知識結(jié)構(gòu)和素質(zhì)能力需求[2,7,8].

4.1 模塊化課程教學(xué)[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(xiàn)是靠換向閥閥芯與閥體的相對運動來實現(xiàn)油流的通斷和換向.中位機能是閥芯處于常態(tài)位或中位時各油口的連通形式，實現(xiàn)閥的控制機能.因此，在進行工程機械液壓系統(tǒng)設(shè)計時，依據(jù)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(zhuǎn)換到中位時，執(zhí)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(wěn)；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(gòu)成浮動狀態(tài)；液壓泵卸荷；換向平穩(wěn)，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(fā)現(xiàn)同學(xué)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(xiàn)場教學(xué)[1,9]

為培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)展需要，結(jié)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(xué)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(yīng)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(dǎo)教師指定換向閥的類型確定實驗項目或抽簽選擇.（3）根據(jù)預(yù)先的實驗項目要求，小組討論，設(shè)計液壓基本回路達到預(yù)期的功能需求.（4）交指導(dǎo)教師檢查，確定方案設(shè)計的合理性.（5）利用液壓綜合測試平臺搭建設(shè)計液壓基本回路，經(jīng)檢查無誤后，啟動系統(tǒng)，記錄數(shù)據(jù)并分析.（6）指導(dǎo)教師現(xiàn)場提問、學(xué)生回答，并進行實驗總結(jié).例如：在利用三位四通換向閥鎖緊回路設(shè)計中，好多同學(xué)設(shè)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(xiàn)活塞在行程范圍內(nèi)任意位置停止，該鎖緊回路如圖3所示.該回路的確能實現(xiàn)任意位置鎖緊，但是不是最理想的設(shè)計方案呢？回答不是.由于滑閥的內(nèi)泄漏較嚴重，故鎖緊精度不高.

為了改善上述的內(nèi)泄漏導(dǎo)致的鎖緊精度不高的缺點，設(shè)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(xiàn)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(xué)們的課程學(xué)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(xiàn)和卷面測試情況.實踐課主要從出勤與學(xué)習態(tài)度、實驗準備、團隊協(xié)作、創(chuàng)新點、方案設(shè)計、搭建及數(shù)據(jù)、現(xiàn)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(xué)情況來看，液壓傳動與控制課程教學(xué)改革能充分調(diào)動同學(xué)們學(xué)習的積極性和主動性，教學(xué)效果良好.

表2 液壓傳動與控制課程評分細則

6 總結(jié)

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下液壓傳動與控制課程教學(xué)改革，根據(jù)課程教學(xué)中存在的問題，建立模塊化課程教學(xué)體系；利用智慧課堂教學(xué)模式，豐富了教學(xué)手段；借鑒CIDO工程教育理念，實現(xiàn)理論與實踐結(jié)合；以及課程考核方式等方面進行了改革與探索.實踐結(jié)果表明，液壓傳動與控制課程教學(xué)改革培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習的積極性和主動性，提高了學(xué)生的團隊合作精神和創(chuàng)新能力，為學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定了堅實基礎(chǔ).