以卓越工程师培养为目标的“液压控制系统”教学改革研究

刘增光　魏列江　岳大灵

[摘 要]“液压控制系统”是流体传动与控制专业方向的一门重要的专业课，目前该课程的教学不能满足应用型“卓越工程师”培养的要求。文章分析了“液压控制系统”课程教学的现状和存在的问题，提出在教学内容、教学方式方法、教学手段、考核方式等方面进行全面改革的建议。为了增强学生的实际工程能力和创新意识，我们在教学中引入案例教学法，将典型电液伺服系统工程项目（电液伺服振动试验台）的设计、仿真、制造和安装调试全过程贯穿于整个课程教学之中，以期达到培养卓越工程师的目的。

[关键词]卓越工程师 案例教学 液压控制系统 教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0110-02

为了更好地贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，实现中国由工程教育大国向工程教育强国迈进，培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高质量工程技术人才，使国家走上新型工业化发展道路，教育部于2010年6月提出了“卓越工程师教育培养计划”。2011年我校被批准为第二批“卓越工程师教育培养计划”高校，我院热能与动力工程专业入选我校“卓越工程师培养计划”实施专业。热能与动力工程专业包括流体传动与控制和流体机械及工程两个专业方向。“液压控制系统”课程是流体传动与控制专业方向卓越工程师培养计划中的一门重要的专业必修课，在培养学生成为液压行业的优秀工程师中起着重要支撑作用。

一、课程改革背景

（一）课程特点和对应培养能力

“液压控制系统”课程具有涉及基础课程较广、应用性广和工程实践性强的特点。课程的学习既需要液压流体力学、电工电子技术、自动控制原理、计算机控制技术和液压传动系统等课程相关内容作为理论基础，又需要与具体工程应用相关的实践来锻炼动手能力。本课程主要培养学生以下工程实践能力：液压比例与伺服系统及其控制系统的设计、制造、安装、调试和维护能力；熟练应用计算机仿真分析技术对液压比例与伺服系统进行建模、仿真和分析的辅助设计能力。

（二）教学现状和存在问题

1.所用教材。本课程所用教材是由我校教师王春行老师编写的《液压控制系统》，该书是学习液压伺服系统的经典教材，被全国多数高校选为“液压控制系统”课程的指定教材。但是由于该书编写于1989年，距今已有20多年。随着电液比例技术和计算机仿真技术的快速发展和广泛应用，该书在这两方面已不能紧跟技术发展的步伐。另外，该书在电液伺服阀和液压动力元件的理论描述和公式推导方面都比较详细，但后续电液伺服系统设计章节的内容则过于简略，只有简单的数学计算，缺乏真实的工程设计实践。学生学完本门课程后仍不能进行简单的电液伺服系统工程项目设计。

2.课程教学。目前，“液压控制系统”的教学仍然采用教师课堂理论教学和实验室实验教学两种授课方式。由于本课程具有理论性强、公式推导多和比较抽象等特点，尽管教师在课堂上花大量时间进行公式推导和理论讲解，但学生仍然不能真正理解所讲内容。实验教学方面也只是做些简单的验证性实验。这样的教学很难培养学生的工程实践能力，也不能激发学生的学习积极性和创新意识。

3.教学手段。目前本课程已采用多媒体教学，但多媒体课件的内容大多是复制教材内容，教师自己加工后形成有吸引力和互动性的课件较少。这样的多媒体教学只是用已写好的课件取代板书，给学生留下的印象不深，达不到采用多媒体教学预期的效果。

4.考核方式。目前，本课程的考核是对由平时成绩和考试成绩构成的总评成绩进行考核。平时成绩主要由出勤、作业和实验组成，占总成绩的30%。考试卷面成绩占总成绩的70%。这种考核方式虽然有一定的合理性，但也有明显的缺点。主要缺点是只能考查学生对书本知识的记忆和理解，不能真正考查学生分析问题和解决问题的工程实践能力。

二、课程教学改革

（一）教学改革原则

依據本专业方向培养具有扎实的流体传动与控制理论知识、创新精神和突出的工程实践能力的应用型高级工程技术人才的培养目标，课程教学改革的原则是在注重基本理论知识教学和掌握的基础上，通过改革来加强工程实践教学和工程实践能力的考核，提高学生的工程应用能力和创新意识。

（二）课程改革措施

1.教学内容的调整和更新。本课程所用教材《液压控制系统》在编写时电液比例技术正处于发展和完善阶段，因而教材主要是针对电液伺服技术，书中对电液伺服系统中涉及的控制元件和液压动力元件的工作原理、传递函数都进行了详细的介绍和推导。而当前电液比例技术已相当完善，并已得到广泛应用，课程的教学必须增加电液比例技术方面的内容。随着计算机硬件的快速发展和计算机仿真技术在电液伺服系统设计中的大规模应用，迫切要求学生掌握计算机建模仿真这一技能和应用计算机进行辅助设计的能力，因而课堂教学中应引入Matlab软件的学习和在电液比例与伺服系统中的应用。此外，随着流体传动与控制技术的不断发展，教学中还应补充电液比例与伺服技术最新的发展方向和研究成果。

2.教学方法多样化。在课堂授课过程中，为了克服传统的灌输式教学的弊端，充分调动学生积极性，激发学生学习兴趣，可采用启发式教学、自由讨论式教学等多种教学方法。例如，在讲授“四边阀控制对称液压缸的传递函数”时，教师可先回顾自动控制原理课程中求传递函数的一般过程，然后针对具体的阀控缸，让学生思考阀控缸所应遵循的物理定律，启发学生写出阀控缸的三个基本方程。在讲授“力反馈两级电液伺服阀的工作原理”时，让学生相互讨论给力矩马达线圈通电后挡板如何偏移、双喷嘴挡板阀输出压力如何变化以及阀芯如何运动和反馈杆怎样进行力反馈等问题。为了使学生将理论学习和工程实际应用紧密结合，将电液伺服系统典型工程项目电液伺服振动试验台的设计、仿真、制造和安装调试的全过程分散融入整个理论教学中，做到以理论知识为主线，以实际工程项目为依托，使学生在学习中得到工程实践能力的锻炼和提升。

3.多媒体教学效果的提升和计算机仿真技术的运用。在多媒体教学课件的制作上，应压缩教材中相同的内容，增加和电液比例与伺服系统相关的实物图片以及相应的控制元件和系统工作原理的flash动画，丰富课件的内容，增强教学的生动性。必要时教师可进入生产现场录制视频在课堂上进行播放，使学生不用到现场也可学到各种工程实践知识。

电液伺服系统的设计通常在频率内进行设计和校正，通过设计所得出的性能指标大多是幅值余量、相位余量和穿越频率等频率指标。由于频率指标和时域指标一般没有明确的数学关系，导致学生对设计出系统的特性无法直观理解。利用Matlab软件对伺服系统进行建模仿真和时域、频域分析，可使学生直观了解系统的性能指标以及各种校正方法对系统性能的影响。

4.改革考核方式。为了全面考核学生的理论知识、思考和创新意识以及工程能力，采用“理论知识成绩+课堂参与成绩+项目设计大作业成绩成绩”的考核方式。理论知识成绩主要由课后作业成绩和考试卷面成绩组成，目的是考查学生对课程理论知识点的掌握程度；课堂参与成绩主要由出勤成绩和课堂互动成绩组成，目的是保证学生能按时出勤和积极参与教师组织的提问、启发教学和讨论等教学活动，调动学生学习积极性和活跃课堂气氛，培养学生独立思考、分析问题和创新思维的能力；项目设计大作业在课程刚开始就布置给学生，可把学生分成几组，每组一道题目，采用公开演示或答辩的方式进行考核，重点考查学生综合运用所学知识分析、解决工程问题的能力。

三、结束语

本文根据卓越工程师加强工程能力培养的要求和“液压控制系统”课程的特点，对本课程的教学改革进行深入探索，形成课本理论教学和工程案例实践教学相结合的教学模式，并加入对学生课堂参与积极性和培养工程实际能力的大作业的考核。这种新的课程培养体系将为应用型流体传动与控制专业方向卓越工程师的培养提供有力的保障。但由于卓越工程师的培养处于开始实施阶段，仍需要在以后的教学实践中不断总结和完善。

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[责任编辑：覃侣冰]