基于“液压伺服与比例控制系统”的专创融合课程建设研究

摘"要：面对专创融合的需求背景，本文提出基于“液压伺服与比例控制系统”这一专业性较强的课程的建设方法，分析了专业课的学情与学生背景，以及进行液压流体专业专创融合教学的必要性。在课程建设内容中，强调以液压专业课程体系为基础，在教学过程中融合工程案例与实践项目引导学生创新创业思维模式的建立，形成适应新时代工科背景专创融合课程的教学方式。在实践项目教学中利用教师科研项目与教学内容的双向输出，既开拓了学生对于本专业新理论、新方法、新科技的深度理解与求知欲，也达到高校教师教研相长以进一步促进专创融合课程建设的目的，在专创融合的课程中，实现了师生双赢的良性循环。

关键词：液压专业；专创融合；课程建设；项目教学

随着国际环境的不断变化，对于人才培养的要求在不断提高，新时代呼唤创新、创业教育，而如何树立创新意识，培养创造能力，激发创业精神成为高等教育所必须面对的重要育人课题。近期，国务院办公厅印发《关于进一步支持大学生创新创业的指导意见》提出，要深化高校创新创业教育改革，将创新创业教育贯穿人才培养全过程，建立以创新创业为导向的新型人才培养模式［1］。这意味着需要在专业课教学中有效融入创新创业，在对学生的培养中应当不局限于专业知识的授予，而应进一步拓展学生的职业发展能力与应变能力，实现专业与创新创业的良好融合。而工科课程专业性较强，与工业生产实际联系紧密，更需要学生在掌握理论知识的基础上增强实践能力与面对实际问题的分析思考能力。

1"专创融合课程建设现状

目前，各类高校都在推进专创融合课程建设，由传统教学课堂向专创融合课程模式转变需要较长的经验积累。根据文献所述，大部分专创融合课程建设路线如图1所示［24］，目前工科类课程采用的针对专创融合课程建设的教学方法主要有：引入工程案例激发学生的专业兴趣、利用项目化教学增强学生的理论与实际联系感、采用启发式教学与课堂讨论等方式引导学生的创新性思维拓展，并在过程中融入课程思政内容凝聚学生的社会责任感［56］。需要引起重视的是提高教师的创新创业能力，高校青年教师大部分从毕业高校走向任职高校，知识结构缺乏与专业所在产业链间的沟通融合，单纯从科研项目中挖掘创新创业内容不足以支撑学生对于认识工业实际与培养创业精神的要求。因此，如何使教师做好专创项目训练的“教练”的工作是课程建设亟待解决的问题之一［7］。对于增强学生创新创业能力的训练多采用科创项目培育、竞赛类项目培育以及校企合作平台培育等方式。

2"“液压伺服与比例控制系统”课程背景分析

“液压伺服与比例控制系统”是机械设计制造及其自动化专业流体传动与控制方向的一门重要专业课程。其目的是使学生了解液压控制系统的基本结构和发展历程，掌握液压控制系统的基本理论和工作原理，培养学生分析问题与解决问题的能力。本专业课程在工业应用中极为广泛且具有代表性与较高的适用性，能够与创新创业深度结合。但学生普遍反应该门课程理解较难，学习困难程度较高，经过了解分析液压伺服控制系统的学习难点主要集中在以下几个方面。

2.1"理论知识的复杂性

液压伺服控制系统涉及多个学科的知识，包括机械、液压、电气、传感及控制技术等。学生需要掌握这些领域的基础知识，才能深入理解液压伺服控制系统的原理和结构。特别是学生在自动控制原理掌握薄弱的情况下学习电液伺服系统感到抽象化，难以建立实际的知识对应关系。

2.2"元器件的理解与应用

液压伺服控制系统由多种元器件组成，每种元器件都有其特定的功能和工作原理，学生需要深入了解这些元器件的性能和应用，才能正确选择和使用它们。而液压元件本身具备一定的复杂性，也需要辅助流体力学等知识进行综合理解，相对于普通液压元件更增加了机电转换等运用到电磁电路及其数学建模转化的知识，对学生先修课程的知识点综合运用要求较高。

2.3"系统设计与分析方法

液压伺服控制系统的设计和分析需要运用到复杂的数学模型和计算方法。学生需要掌握相关的设计方法和分析技巧，能够对系统进行静动态特性的分析，并进行参数选择与计算。

2.4"实验技能的培养

除了理论知识外，实验技能也是学习液压伺服控制系统的重要组成部分。学生需要通过实验来验证理论的正确性，并培养解决实际问题的能力。

3"“液压伺服与比例控制系统”专创融合课程建设

针对上述提到的课程学习与建设的难点，可以采取以下措施来解决：学生应先打好机械、液压、电气等方面的基础，为后续学习做好准备；通过实验和实践操作，加深对元器件性能和工作原理的理解，并培养实际操作能力；借助计算机辅助设计和分析软件，更加直观地理解液压伺服控制系统的结构和工作原理，并进行模拟仿真实验；遇到问题，及时向教师请教，或者与同学讨论交流，共同解决问题；教师需要通过阅读相关书籍、论文同企业专家交流等方式时刻关注行业动态和技术发展，了解液压伺服控制系统的最新研究成果和发展趋势。

3.1"专创融合课程内容建设

3.1.1"课程课堂内容建设

在课堂授课中了解液压伺服与比例控制系统的现状、前沿及发展趋势，掌握伺服液压元件的功能和应用，进行电液伺服系统实验项目设计与模拟实验搭建，电液伺服系统及其实验项目学习过程如图2所示。

（1）对于该部分课程内容，先由教师进行基于科研项目的工程应用案例演示分析，即目前高性能伺服阀与伺服系统所能达到的精度与应用场合展示，使学生对于电液伺服系统的工程领域应用有直观的行业背景认识。

（2）学生采用课堂分组讨论课形式开展，进行资料收集查阅整理工作，对查询资料汇总分析，形成调研报告，并相互协作进行小组课堂汇报，以此来延伸专业知识案例背景，培养学生的国际视野，激发爱国主义情怀，培养学生的自我学习能力、组织管理能力、表达能力、人际交往能力及团队合作精神。

（3）教师讲解“液压伺服与比例控制系统”课程相关知识，帮助学生明确课内实验中需要进行的实验项目；帮助学生理解电液伺服控制系统的一般设计方法、安装、调测方法，培养学生自主探索式新形态劳动意识。

（4）学生按各小组任务查询资料，进行系统总体方案设计、液压伺服控制系统回路的设计、参数计算；电液伺服元器件选择等，通过理论计算或仿真模拟进行动态性能分析，确定拟搭建的实物液压元件厂家型号等具体参数。根据产品手册，运用三维软件模拟搭建试验台，并整理编写完整设计报告，学习过程如图2所示。

（5）教师审查报告后，各组学生进行电液伺服实验台的搭建，鼓励学生相互协作、互相帮助；对达到设计指标要求的，教师将对其综合应用能力和实验能力进行简单的答辩考查，然后在综合实验结果给出实际操作分。

3.1.2"课程项目案例建设

该部分同样通过工程案例增强教学过程中的生动性和感染力，在知识传递的过程中实现价值引领，工程案例示范如下。

3.1.2.1"特种工程机械液压传动控制系统

抛出问题：液压挖掘机是较复杂的工程机械产品之一，控制器作为完成一系列动作的核心数据处理中心，对于挖掘机的性能起到关键作用。而算法作为控制器处理数据的方法是控制器的技术主导。近年来，工业领域对控制的需求越来越高，许多PID参数整定方法不断被提出。

要求：通过文献查阅与工业调研，本文提出合适的控制算法。利用AMESim仿真平台建立电液比例系统模型，在保证液压挖掘机系统的正确性和准确性的基础上，利用联合仿真的研究方法，验证所提出控制算法的可行性。

结论：由教师演示，学生自行操作得出结果。

3.1.2.2"液压滑台电液伺服控制系统

抛出问题：液压控制系统在组合机床上应用广泛，对于高精度数控机床，往往对位置控制精度及机床的响应速度有更高的要求，传统的液压传动系统已经不能够满足设计和生产的要求。

要求：提出一种基于PID控制的电液位置伺服控制系统，通过分析电液位置伺服控制系统的总体结构及其工作原理，对其各个组成部分进行分析和建模，求解出整个系统的传递函数，使用Matlab/Simulink绘制系统伯德图，求解系统开环增益，对PID控制器的控制参数进行整定，并在AMEsim软件中对控制系统进行仿真。

结论：经过教师仿真，发现经过PID校正后的电液位置控制系统响应速度快，鲁棒性好，控制精度高，满足了工业设计要求。

3.2"专创融合实践项目教学建设

在专创融合实践项目教学中，通过专业理论教学激发学生创新性思维与批判性思维，结合教师的科研项目与校企合作平台等尽可能支持学生的创新性想法到作品乃至产品的转化。通过文献检索、资料查询、市场调研的基本方法，运用现代信息技术获取相关信息；在掌握液压动力元件的建模及分析方法基础上，分析现有市场中液压动力元件的优缺点，鼓励学生提出自己的看法并利用现代设计方法与虚拟仿真平台进行验证；在学生提出新的结构与控制方法时给予经验性的指导与修正，鼓励学生申报专利与科创项目等活动。

本项目的目的是通过教师引导，学生自主探索劳动，培养学生的工匠精神和新时代劳动综合能力，预期成效主要如下：

（1）分析特定机械装备液压传动系统的控制目标，对实现特定机械装备的电液伺服系统进行实验研究，并体现一定的创新性；就设计过程通过撰写设计说明书和语言表达的方式，清晰表达设计思路、总体方案、设计成果的结论等，培养学生具有追求卓越的创新精神。

（2）能够就所设计的液压控制系统，查找液压元器件的实际厂家选型配对，在实验室用液压元件亲自动手劳动搭建安装实际液压系统，并进行实验验证，培养学生自主探索劳动的意识和爱岗敬业的职业精神。

（3）能够采用液压仿真软件对所设计液压控制系统进行模拟运算，并通过仿真系统的结果进行系统的校核和不断完善，培养学生精益求精的品质精神。

4"结论

（1）改进后的专创融合课程能够使学生了解液压伺服与比例控制系统的现状、前沿及发展趋势、掌握液压伺服与比例控制领域的基本理论及相关应用技术，具备多学科交叉融合的能力；通过引入国内外工程案例，学生初步掌握液压伺服系统分析、设计和应用的基本方法，培养学生解决问题与能够跟踪和学习机械工程及相关领域的新技术的能力；通过讨论课等，学生具备一定的组织管理能力、较强的表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力，初步具备交流、竞争与合作能力。

（2）在教师和学校推动的创新创业平台下，广泛开展实践项目教学，将项目中的作品变成产品，带领学生了解市场需求，明确产品定位，体验课程魅力。最终实现专业技术与商业的结合，将创业的意识和观念根植于学生心中，培养学生的创新创业精神。

（3）新工科背景下的专创融合课程建设需要强化高校教师创新创业教育教学能力和素养培训，不断改进教学方法和考核方式。需要加强大学生创新创业培训，鼓励完善各学段学生竞赛活动，并坚持政府引导、公益支持，支持行业企业深化各类赛事合作与校企合作。

参考文献：

［1］杨峰，杨新娟，王艳花.专创融合的教育理念与实践：基于综合型人才培养的视角［J］.高教学刊，2017（16）：4143+46.

［2］颜鲁薪，李明澈，李帅兵，等.《光伏发电技术应用与创新创业》专创融合课程建设思考［J］.产业与科技论坛，2020，19（22）：134135.

［3］张立勇，冉彦立，郄志红.“专创融合”课程体系建设与实践：以给排水科学与工程专业为例［J］.河北农业大学学报（社会科学版），2019，21（06）：102106.

［4］刘明，许晓颖，林海燕，等.《玻璃深加工》专创融合课程建设与实践［J］.广州化工，2021，49（17）：187189.

［5］秦娟娟，杨永萍，解浩，等.基于“专创融合”背景下《液压与气压传动》课程教学改革的研究［J］.甘肃科技，2021，37（08）：6364+23.

［6］杨眉，王平，黄志宇，等.基于“专创融合”的材料力学性能课程建设与实践［J］.教育教学论坛，2020（43）：242243.

［7］马军.专创融合课程创新创业教学方法改革研究：以芬兰创新创业教育培养为视角［J］.河南教育（高教），2020（06）：4447.

项目基金：南京工程学院劳动教育实践项目（LDSJ2023"02）；南京工程学院高等教育研究课题（2023GJYB03）；南京工程学院高等教育研究重点课题（2023GJZD01）；江苏省高等教育教改项目（2023JSJG137）；江苏省省教育科学规划课题（C/2023/01/01）

作者简介：朱牧之（1989—"），女，汉族，江苏扬州人，博士研究生，讲师，研究方向：液压传动控制与液压元件设计。