電液伺服系統(tǒng)教學(xué)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(tǒng)這門課的性質(zhì)和特點(diǎn)，并結(jié)合江南大學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程的教學(xué)過程進(jìn)行了探索與思考，并提出了改進(jìn)和創(chuàng)新。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方法的改進(jìn)，在實(shí)際課堂教學(xué)中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：電液伺服系統(tǒng)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）07-0133-02

液壓技術(shù)早于上世紀(jì)40年代開始得到廣泛應(yīng)用[1]。隨著伺服技術(shù)的發(fā)展，電液伺服作為液壓技術(shù)的分支未來將扮演越來越重要的角色，所涉及的領(lǐng)域包括工程建筑、航空航海，以及機(jī)器人等[2]。對(duì)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(tǒng)的教學(xué)策略，改革傳統(tǒng)的教學(xué)手段，以有效地培養(yǎng)所需人才[3]。本文針對(duì)江南大學(xué)電液伺服系統(tǒng)這門課的教學(xué)，總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)和思考，并力圖提出促進(jìn)教學(xué)的方法。

一、課程的性質(zhì)及特點(diǎn)

電液伺服系統(tǒng)屬于典型的交叉學(xué)科，其課程內(nèi)容涵蓋了液壓傳動(dòng)原理、液壓元件、傳感器，以及伺服控制等。一個(gè)典型的電液伺服的應(yīng)用如圖1所示。要求學(xué)生具有高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電工學(xué)、機(jī)械學(xué)、流體力學(xué)、液壓傳動(dòng)、機(jī)械控制工程等相關(guān)課程的知識(shí)。其中液壓傳動(dòng)原理為課程的基礎(chǔ)，學(xué)生需要掌握一定的流體靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)，以了解整個(gè)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行原理；液壓元件需要了解液壓泵、液壓缸/馬達(dá)、液壓控制閥等，這些是構(gòu)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(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。該課程綜合性強(qiáng)、內(nèi)容量大，具有理論與實(shí)際并重、機(jī)電液一體化等顯著特點(diǎn)。在有限的課時(shí)內(nèi)需要涉及以上內(nèi)容，并區(qū)分教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

二、傳統(tǒng)教學(xué)模式的思考

傳統(tǒng)的教學(xué)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(tǒng)這門課需要結(jié)合多門教材，因?yàn)楝F(xiàn)有的教材一般略有側(cè)重，可能無法覆蓋全部?jī)?nèi)容。在多媒體的選擇上，一般為幻燈片配合視頻的方式。傳統(tǒng)教學(xué)模式主要存在如下一些問題。

1.沒有針對(duì)學(xué)生背景因材施教。在課程時(shí)間有限的前提下，除了備課外還需要備學(xué)生，針對(duì)學(xué)生的知識(shí)背景選擇授課內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)。以江南大學(xué)為例，江南大學(xué)的電液伺服系統(tǒng)這門課主要針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，為專業(yè)選修課。學(xué)生具備傳感器、電工學(xué)等課程的知識(shí)背景，但是機(jī)械、流體、液壓傳動(dòng)等知識(shí)較少。

2.教學(xué)模式固定，且教學(xué)內(nèi)容較為陳舊。國(guó)內(nèi)的教材一般內(nèi)容更新較慢，沒有將最新的技術(shù)納入進(jìn)去，例如數(shù)字控制閥和先進(jìn)傳感技術(shù)等。在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，需要針對(duì)部分內(nèi)容引入最新的技術(shù)和研究成果。同時(shí)，國(guó)內(nèi)和國(guó)外在技術(shù)上仍有一定的差距。在資料準(zhǔn)備上，需要綜合國(guó)內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)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(nèi)容是零散分布的，考的是各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這樣學(xué)生學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)過程中容易忽略總體，造成考完即忘的現(xiàn)象。這在綜合性較高的電液伺服系統(tǒng)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(jìn)行課程的考核。

三、教學(xué)方式的改進(jìn)與創(chuàng)新

針對(duì)上述問題并結(jié)合本校的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出如下的教學(xué)改進(jìn)與創(chuàng)新。在江南大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的授課過程中，重點(diǎn)講述了液壓傳動(dòng)原理以及流體力學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)生從帕斯卡原理、伯努利方程到流體中運(yùn)動(dòng)部件的受力分析等，都有了較為全面的認(rèn)識(shí)；而與此同時(shí)，根據(jù)學(xué)生的知識(shí)背景，減少了傳感器及控制等相關(guān)內(nèi)容的比例。在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，挑選最前沿的技術(shù)，從而可以讓學(xué)生接觸到最新的知識(shí)并引發(fā)他們的求知欲。例如，在緒論環(huán)節(jié)可以引入波士頓動(dòng)力（Boston Dynamics）的機(jī)器人，介紹其與電液伺服系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，以此展開論述。在多媒體內(nèi)容的選擇上，盡量選取較為形象的三維動(dòng)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(duì)于書本上的圖片，學(xué)生通過3D動(dòng)畫的形式更容易掌握相關(guān)內(nèi)容，且更感興趣。電液伺服系統(tǒng)由油路上的多個(gè)元器件構(gòu)成，包括動(dòng)力與元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。在講課的過程中，為了避免學(xué)生顧此失彼，需要在講授相關(guān)內(nèi)容時(shí)突出其在整個(gè)液壓系統(tǒng)里的作用，讓學(xué)生時(shí)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(xué)電液伺服系統(tǒng)的課程中，學(xué)生以小組的形式完成大作業(yè)（包括課堂演講以及報(bào)告），大作業(yè)的選題要求與電液伺服系統(tǒng)相關(guān)，但具體內(nèi)容自擬。相比于傳統(tǒng)的考試形式，大作業(yè)對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)要求較高。想要得到高分，學(xué)生需要在選題的新穎及工作量上有突出的表現(xiàn)。在最后的考核環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的積極性很高，學(xué)生的展示成果包括自己搭建的簡(jiǎn)易液壓系統(tǒng)，以及Matlab建模和仿真等。教學(xué)的效果良好，學(xué)生通過課程有了全方位的收獲。

四、總結(jié)與展望

本文通過分析電液伺服系統(tǒng)這門課的教學(xué)特點(diǎn)與難點(diǎn)，并結(jié)合江南大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的授課情況，對(duì)這門課的教學(xué)進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方法等方面的改進(jìn)與創(chuàng)新。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，所提倡的教學(xué)方法能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生能掌握諸多核心內(nèi)容并付諸實(shí)踐。具有推廣意義。

目前電液伺服系統(tǒng)這門課的教學(xué)手段雖然有所改善但仍然需要持續(xù)改進(jìn)，以適應(yīng)時(shí)代和科技的發(fā)展，滿足國(guó)家培養(yǎng)人才的需要。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王勇亮，盧穎，趙振鵬，步健.淺談液壓伺服控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2010，（S1）：95.