“卓越工程师教育培养计划”下的液压与气压传动教学改革与实践

郑莉芳 周晓敏 陈新华 巩宪锋 冯 明

北京科技大学 北京 100083

液压与气压传动是关于液压与气动技术一般规律及应用的一门课程，具有较强的实践性、综合性和应用性，但在教学过程中存在一定的教学难点，一方面教学内容枯燥、直观性弱，学生理解和掌握起来比较难，学习兴趣不高，另一方面教学过程中学生的动手操作和实践设计机会比较少。教育部“卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国的战略服务。在该计划下，如何构建液压与气压传动课程的知识结构以激发学生的学习兴趣，如何利用实践教学增强学生的创新意识和实践能力，是一项亟待解决的课题。笔者结合“卓越工程师教育培养计划”和机械工程及自动化专业的教学改革实践，从教学内容、教学方法、教学思想和考核体系等方面对液压与气压传动课程进行改革与实践。

1 精选教学内容

液压与气压传动课程实践性强，与生产实际联系紧密，根据此特点，结合课程大纲要求，以培养学生的技术应用能力为核心，以工程应用为背景，精选教学内容，构建模块化的课程内容体系。也就是将课程的主要知识点按模块划分，每个模块的内容均由理论和实践内容共同组成，教学内容必须保证理论知识的系统性和完整性，舍弃那些不为工程应用所必需的公式推导过程，力求简单实用，以实用理论为主，注重理论知识在工程实际中的应用。例如删除了流体力学中连续性方程、伯努利方程和动量方程等烦琐公式的推导和论证，将重点放在其公式在工程实际的应用上；简化了泵阀流量压力参数计算和蓄能器容量计算过程，加入了泵阀缸等元件的选型方法和常见故障诊断等内容，在基本回路章节中增加了回路的设计方法。这样的教学内容更能激发学生的学习积极性，更贴近工程实际应用需要。

同时，为保证课堂教学内容更加贴近液气压传动的新技术，使学生了解目前最先进的液气压传动技术发展状况和发展方向，建设“动态”的课程资源，在课堂教学内容中增加具体的工程项目实例，并不断对实例更新，配合工程现场实践，实现了专业教学基础性与工程应用先进性的统一，激发了学生的学习兴趣和对液气压传动技术的运用热情。

2 改革教学方法

液压与气压传动课程的工程应用性非常强，为了培养学生的工程实践能力和创新能力，将学生的注意力牢牢地吸引在课堂教学上，必须采取各种方法和手段优化教学过程。

2.1 完善多媒体教学方法

液压与气压传动教学内容中很多重要的液压元件由十多个甚至二十多个零件组成，其结构和工作原理复杂，同一张液压回路图要涉及两种或两种以上的不同工作状态。如果仅利用板书和静态挂图讲解，让学生自己想象，势必使一些学生感到枯燥乏味、直观性差、难懂而失去学习兴趣，达不到满意的教学效果。

在液压与气压传动教学中，采用多媒体教学，除书中所涉及图片外，将大量的动画、照片和录像引入课堂，以激发学生的学习兴趣和积极性。采用多媒体教学方法，将复杂的液压元件结构形状、零件组成和工作原理进行动画仿真演示，增加了元件结构的立体感和真实感，使抽象深奥枯燥的工作原理变得简单直观。将液压回路和系统图制作成色彩鲜明形象生动的动画，在不同工况下，控制元件和执行元件的动作顺序、油液的流动方向一目了然。这样的教学方法很容易集中学生的注意力，激发他们的学习兴趣，对学生而言，可以较好地理解和掌握教学内容，教师则有更多的时间提高专业素质和讲课艺术，使教与学的过程变得轻松和愉快。

2.2 实施启发式教学

古人云：学起于思，思源于疑。为了将学生牢牢地吸引在教学上，使学生成为教学过程的主角，教师采取启发式教学，经常在教学过程中创设问题。例如在讲解外啮合齿轮泵的工作原理时，教师先讲解齿轮泵的结构，接着演示齿轮泵的工作原理动画，让学生观察，接下来教师复述上节课的知识点容积泵工作三要素，引导学生从容积泵工作三要素的角度分析，外啮合齿轮泵是如何工作的？学生盯着动画，积极思考，互相讨论，课堂气氛活跃起来。这时教师应适时鼓励学生主动站起来回答问题。又例如，教师在讲解完先导式溢流阀的工作原理后，设置问题：如果先导式溢流阀高压不溢流，它的故障会出在哪里？如果低压就溢流，故障又出在哪里？让学生在思考问题的过程中加深对先导式溢流阀工作原理的理解。

这种启发式教学方法，吸引学生积极主动地参与到课堂中，培养学生自觉获取知识的能力，使知识掌握得更加牢固，提高了教学效果。

2.3 采用比较式教学

液压与气压传动教学内容中涉及大量的元件结构、工作原理和职能符号，有的从外观看比较相像，容易使学生混淆。对于这样的教学内容，在教学过程中采取类比式教学法会取得良好的教学效果。例如压力阀的重点讲述内容先导式溢流阀、先导式减压阀和先导式顺序阀，其外观近似，结构和工作原理复杂且有相似之处，在讲授该知识点时，将3个阀的结构特点、工作原理、职能符号、安装位置、作用等列表对比，并多次播放工作原理动画，在不断地比较中加深学生对知识点的理解和把握。例如在讲授叶片泵时，在介绍完单作用叶片泵和双作用叶片泵的结构和工作原理之后，列出一系列问题对二者进行比较，让学生自己去寻找二者之间的不同。学生在分析和比较这些问题的过程中，加深了对知识点的理解，牢牢掌握了教学内容，并提高了分析问题和解决问题的能力，培养了工程综合能力。

3 加强实践教学

液压与气压传动是一门实践性很强的课程，卓越工程师的教育培养仅仅通过课堂教学难以实现教学目标，必须加强对学生的实践教学。为培养学生的动手操作能力和实践设计能力，我们建立了创新实践实验室，除传统的演示和验证性实验外，重点建设需要学生实际动手构建且具有创新性的设计性实验，学生利用现有的QCSB双面气体传动实验台和YCSB液压传动测试实验台，设计自主实验项目。学生以个人为单位，按以下步骤进行实验：

(1)充分了解实验台中的各个元器件，挑选出其中的一些为己所用，准备进行液压与气压系统的设计。

(2)设定自己所搭建的系统要实现哪些功能，并确定系统的名称，绘制自己要设计系统的系统图，写出设计系统的工作原理。

(3)利用所选元器件搭建系统，并请教师检查，以保证实验的安全进行。

(4)动手操作进行演示，如果实现预期的功能则该实验成功。当学生看到自己搭建的系统按照预期设计进行动作时，大大提高了其进行工程实践的自信心。

设计性实验提高了学生的学习积极性和主动性，培养了学生综合运用所学知识的能力，使学生的实际动手能力得到锻炼，为将来在实际工程中进行液压和气压传动系统的设计打下一定的基础。

4 改革考试体系

传统的考试内容分为基础理论知识和实验内容，考试形式均为卷面考试，无法考核学生的动手操作能力和实际设计能力。针对卓越工程师的教育培养目标，建立新的考试体系，使之与应用实践结合起来，考试内容更加多元化，考试方法更注重提高学生的创新实践能力。考试内容和方法为：

(1)作业占10%。作业的起步成绩为6分，根据作业的完成情况，包括正确性、独立性和工整性，教师给出评语，获到“好”一次，作业成绩加1分，加至10分为止，得到“？”一次，作业成绩扣1分，扣至0分为止，没有得到评语，不加分也不减分。作业成绩打分机制避免了作业抄袭，让学生在日常学习过程中养成独立、严谨的好习惯。

(2)课堂表现占10%。在液压与气压传动教学过程中，教师常采用启发式教学，不断在课堂中设疑，鼓励学生回答问题，使学生成为课堂的主角。课堂表现的起步成绩为7分，学生回答一次问题加1分，加至10分为止。这种答题积分的奖励机制，激发学生积极思考，鼓励学生大胆发言，使教学效果上了一个新的台阶。

(3)实验占10%。泵阀元器件的拆装实验和液气压基本回路实验为传统实验项目，占5%，这5分学生比较容易拿到，对于设计性实验，当学生所设计系统无误且动手操作使系统正常动作时，才拿到另外的5分。在实实在在分数的驱动下，学生的动手操作欲望被大大激发，从而在动手中培养了创新意识和实践能力。

(4)期末考试占70%。考试内容中除了非常重要的占60%的基础理论知识外，还增加了占考试成绩10%的系统分析和设计题目，题目中的系统元件残缺不齐，让学生根据工况要求添加所需要的元件，并设计不同工况下各个元件的工作状态，这种试题主要考核学生对复杂液压与气压系统的分析能力和设计能力，培养学生将来在工程实际中独立进行液压与气压系统设计的自信心。

这样的考试内容与考试方式在检验学生对基础理论知识掌握情况的同时，也培养了学生的实践动手能力，使每个学生都积极参与到教学过程中，对引导学生主动学习，敢于动手操作起到了促进作用，提高了工程实践能力。

5 结束语

在“卓越工程师教育培养计划”下，液压与气压传动教学过程更应该注重理论教学与实践教学的联系，经过几年的探索和实践，提高了教学质量，提升了课程建设的层次，逐步形成了一套基本满足“卓越工程师教育培养计划”要求的新课程体系。

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