以“卓越工程师”为导向的液压与气压传动课程教学改革研究

虞启辉 方桂花 谭心

摘 要：“液压与气压传动”是一门理论性和实践性很强的机械类专业课程，具体教学过程会涉及流体力学、工程热物理、控制系统等专业知识，是培养学生工程能力、创新能力以及解决复杂问题能力的一个有效载体。在教学过程中，基于卓越工程师的要求，通过教学内容、教学方式、考核方式的改革以及实验内容的设置，发挥学生的主体地位，引导其积极的思考，培养其工程创新能力。有效的利用课程设计及实践环节，培养学生协同沟通能力，解决实际问题的能力。

关键词：液压与气压传动 载体 创新能力 实践环节

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（a）-0182-02

“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是贯彻落实《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，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。“卓越计划”具有三个特点：一是突出对学生工程能力和创新能力的培养。二是强调校企联合，引导行业、企业深度参与培养高级技术人才的过程，三是以企业需求为导向[1]。如何在课程教学中最大限度的体现上述三个特点是当前教学改革的难题。目前，在教学实践中受到多方面因素的影响，企业对人才需求的技能和高校培养的技能之间存在这很大的差距。在互联网+和大数据时代，学生如何掌握企业需要的技能，需要在课堂和实践教学过程中引导学生用互联网和大数据的思维去解决问题，从而满足“卓越计划”对高校人才培养的要求。因此，有必要对液压与气压传动课程的教学内容及方法、实验教学安排进行相应的改革，以促进学生的学习知识的积极性和主动性，实现“卓越计划”的培养目标。

1 课程体系剖析

液压与气压传动是机械电子专业的一门重要的专业基础课，其技术应用领域非常广泛，课程的实践性强、与生产实际联系紧密[2-3]。课程教学内容大致包含液压传动和气压传动两部分，其中液压传动包含：液压流体力学基础、液压基本元件、基本回路以及典型的液压系统；气压传动部分主要包含：气压传动基础知识、气源装置及气动元件、气动控制回路以及典型气动系统。在普通高校提倡学生自主学习的新形势下，液压与气压传动课程的课时量大大压缩。在少课时条件下，笔者所在教研组从学生需要的实际技能出发，对液压与气压传动课程的教学内容、实验安排、教学方式及课程考核方式进行了相应的调整。

2 教学内容

在教学内容的调整上，以液压传动为主、气压传动为辅，以实际的工程应用为导向适当的降低理论的难度和深度，更加注重学生解决和分析复杂液压系统工程问题的能力。基于此，在液压和气压流体力学基础知识的教学上，着重给学生们介绍和实际应用关联性较强的概念，并对其进行简单分析，对于其它复杂的理论分析提出一些有趣的现象让学生进行思考。譬如具体教学实施中讲气穴现象，只需要给学生指出气穴现象的物理实质、常发生的部位、危害以及减小气穴破坏的措施，对于具体的理论基础在此不做课堂教学内容；液压元件部分元件结构复杂、细节较多，但实际应用过程实际上是一个选型的过程，其要求并不是很高，在具体教学过程中，对该部分内容进行了教学上的调整，具体元件讲解过程中讲授元件的工作原理、关键性能参数、特性曲线、作用及其应用场合，同时结合具体厂家的选型手册进行具体选型上的指导；液压基本回路及典型系统与实际应用联系比较紧密，该部分是课程教学的重点内容，在实际教学过程中深入的剖析讲解，为了使学生更加直观的了解系统，在典型系统的教学环节中将液压实验室纳入教学过程，让学生思考各个基本系统的作用，熟悉液压元件的基础符号；对于气压传动由于其基本原理与液压传动相似，因此在教学过程中主要介绍气压传动的不同之处，以及液压与气压传动应用的不同场合，同时以一个复杂的气压传动系统为实例对气压传动进行细致的介绍。

从教学内容上可以看出，教学内容以培养实际的工程能力为目标，在有限的教学课时内让学生所学的知识形成一个完整的体系，能够在后续的工作中对具体的问题进行分析。

3 实验安排

传统的液压与气压传动课程实验，主要是针对液压元件的性能进行验证性测试以及对回路进行简单的拆装，这些实验的目的只是为了验证元件的性能，单个元件的验证实验对理论知识的补充并不足够，同时这种验证性实验难以培养学生的工程能力和创新能力。因此笔者所在的课题组对课程实验项目进行重新设计和调整。

考虑到实验条件以及对学生的培养目标，对实验项目进行了如下分类。

液压元件的拆装和液压系统的参观讲解。拆装液压元件主要是让学生熟悉液压元件的结构、原理以及各个结构在液压元件中的具体作用，在以后同样作用的场合能够借鉴使用；液压系统的参观和讲解主要是通过观察液压系统的工作工程，让学生具体的熟悉液压元件在系统中的作用，讲解液压系统是对课堂教学环节的一个有效补充。

相同功能不同结构液压元件的实验分析。通过相同功能不同结构的液压元件的实验分析，得到具体的结构参数对系统性能的影响，对课堂学习知识进行理论上验证，同时利用更加直观的方式使学生了解不同结构液压元件的具体用途，提高学生工程设计能力。

液压回路的组装、调试。通过任务驱动的模式，实验老师设计每个小组设计回路的任务，利用液压实验教学平台，通过相应的元件搭建液压系统满足任务需求。通过该种方式让学生自主分析、组装和调试一些液压回路，在调试的过程中发现所设计回路的问题，培养学生对液压系统综合的综合掌握能力、动手实践能力以及团队协作精神和创新意识。

4 教学方式

在互联网+和大数据时代，将新兴的科技信息融入到教学环节培养高级技术人才是教学方式改革的出发点。课堂教学是教学体系中的重要环节，是传播知识的重要阵地。对于当前科技迅猛发展，液压与气压传动的方式也在随着科技不断进步，因此课堂教学不能是单纯的讲解式教学，学生应该从单纯的被动接受者转变为知识的索取者。学生身份的转变需要教学方式的转变。由于液压与气压传动课程内容广泛、实践性强、所涉及到的流体理论抽象难懂往往容易陷入“填鸭式”的教学方式中。这种教学方式导致了学生在教学活动中的参与度不高，不利于学生的培养。基于当前互联网发展的现状以及目前教学方式存在的问题，在本课程的教学改革中将采用多种教学方式和手段，充分利用多媒体的教学工具，在传授知识的同时，激发学生的学习兴趣和潜能，调动学生参与的积极性。注重通过文字、图片、視频等各种媒介促进教学，同时将课堂教学内容分为讲解和讨论两种形式。在液压与气压传动教学过程中设计一些启发式提问、课堂小测、课堂讨论等环节，使学生去思考问题和解决问题，激发他们的求知欲和创造性思维。如在讲解进油液压节流调速和回油节流调速回路[3]，让学生利用基本知识思考其各自的回路特性。

利用基本的流量连续性方程、活塞受力平衡方程、节流阀压力流量方程以及速度负载方程分析可以得到回油节流调速回路有如下特点。

（1）由于回油腔有一定背压，故速度比较平稳；

（2）同时油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄露影响小；

（3）回油腔压力较高，对回油管的安全、密封及寿命均有影响。

进油节流调速回路的特点如下。

（1）易实现压力控制，可利用溢流阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一步动作；

（2）同样低速的情况下，由于压差大节流阀不易堵塞；

通过启发式分析可以让学生深入了解不同调速回路的特点，掌握液压回路分析方法。为了拓宽学生的视野，在讲解基础知识的后，讲解新兴技术中液压系统的应用，譬如讲解大型双臂抢险救援工程机械中液压技术在驱动系统中的应用[4]。在讲解过程中不经要讲解数字化手段在设计过程中的应用，还要讲解为了满足其特定工况液压系统所做出的设计。通过讲解一些新兴的技术激发学生的學习热情和兴趣。

同时针对卓越工程是培养计划的要求，在教学方式上开展与企业的合作，利用企业现场液压系统对学生进行讲解，同时让学生了解各个系统作用。为了进一步提高学生解决问题的能力，在此过程中组织企业中实际应用液压系统的工作人员和学生进行交流，让企业提出自己在实际过程中遇见的问题，让学生提出解决方案，使学生学到的知识应用到实践中去，发挥其学习的主观能动性。

5 课程考核

课程考核是评价学生对课程所学知识和要点掌握程度的重要手段。目前的考核方式是以期末一次性考试成绩为主，平时的考勤、作业以及实验成绩为辅的考核体系。该种方法在一定程度上体现了学生在课堂上掌握的知识，但是不利于学生知识体系的扩展以及学生综合能力的培养。针对培养卓越工程师的要求，笔者所在教研室更加主要知识在实际过程中的应用，因此大幅提高了平时所布置的大作业考核在课程考核中的比重，譬如在具体讲解基本液压回路之后，会让学生分析比较同一功能不同液压回路的优缺点及应用场合，了解其分析问题的能力；在讲解典型液压回路之后，将安排学生针对某一功能设计液压整体回路，了解其具体解决复杂液压系统的能力，该部分成绩和期末成绩、实验成绩以及平时表现将占据整体成绩的50%。在平时课程考核中将布置一些专题让学生自己去讲解，提高课程的参与度，促进学生自我学习、讲解的能力的提高。

6 结语

液压与气压传动通过以卓越工程师为导向的课程改革之后，在教学内容、实验安排、教学方式以及课程考核上进行了大幅度调整，使教学方法和模式是更加多样化，更加注重培养学生综合能力。在教学过程的各个环节中提倡学生的主体地位，引导学生积极思考，提高其学习积极性，这是传统的教学方法和手段难以实现的，体现了卓越工程师培养计划的意义。

参考文献

[1] 李德才，王俊.关于培养卓越工程师的几点认识[J].研究生教育研究，2011，3.

[2] 任永良，贾光政，王金东，等.气动实验教学中实验教学中实践卓越计划的启示[J].中国电力教育，2013（34）：156-157.

[3] 李笑.液压与气压传动[M].北京：国防工业出版社，2006.2.

[4] 中国机械工程学会流体传动于控制分会编著，“数控一代”案例集流体传动与控制卷[M].北京：中国科学技术出版社，2016.