应用型人才培养模式下液压传动与控制课程教学改革

曹昌勇，王洪新，刘 琼，张 鹏

（皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012）

在中国制造2025国家发展战略推动下，结合我国装备制造业快速发展的需要，培养创新能力强、专业化程度高的应用型人才已经迫在眉睫.在现代生产中，液压控制技术由于其体积小、重量轻、承载能力大、高可靠性、易实现自动化控制等特点，在工业、农业、军事还是在航天航空等领域都获得了广泛的应用[1,2].

液压传动与控制是机械类本科专业一门重要的专业基础课.通过本课程的学习，使学生能够掌握液压系统的结构、组成、工作原理及其相关的应用，阅读并能完整的设计一个较复杂的液压系统.但液压传动与控制是一门与工程实际衔接非常紧密的专业技术课程，内容多，涉及的知识面广，动手能力要求高，加上新技术层出不穷，推动了液压技术迅速发展[2].通过多年的实际教学情况来看，绝大多数学生的实际动手能力相对较弱，很难将所学的液压技术应用于工程实际，与预期的教学效果相差较远.为了培养应用型和创新型人才发展的需要，更好地提高液压传动与控制课程教学效果，结合学校实际情况，本文探讨了应用型人才培养模式下液压传动与控制课程教学改革.[2]

1 课程教学中存在问题

液压传动与控制的课程教学目的就是使学生能够掌握液压系统的组成，各个液压元器件的结构、工作原理及其相关的应用，阅读并设计、控制一个完整的液压系统等[3].但随着课程教学计划的改革，教学课时数大幅度减少，甚至很难满足理论教学要求.假若课堂教学处理不当，往往会使学生们失去学习兴趣.如何处理好教学课时数与教学目标这一矛盾，是该课程教改面临的首要问题.其次，在课程教学过程中可以看到液压传动与控制这门课与其他课程衔接的较紧密，需要一定的理论基础，才能学好.要学好液压传动，必须提前学会流体力学（如液体静力学、动力学等是液压传动的前期理论基础）.要想学会液压控制技术，必须提前学会相关的控制类知识（如机械工程控制、PLC控制技术等）；该课程涉及的内容多，知识面广，如何把相关学科知识融会贯通，确实不易.导致学生学习起来很难把握，打击了学习积极性和主动性，严重影响了本课程的教学效果[2].

2 明确培养目标，建立液压传动与控制课程教学体系

液压传动与控制课程强调知识的应用与能力的培养；在内容的选取上应处理好理论与实际应用的关系，重点介绍理论知识，强调基本训练，加强分析、解决实际问题的能力及工程应用素质的培养，做到少而精，系统性强[3,4].

考虑到液压传动与控制课程内容的特点，将教学内容模块化：（1）流体力学基础模块；（2）液压动力元件模块；（3）液压执行元件模块；（4）液压控制元件模块；（5）常见液压基本回路模块；（6）液压控制系统模块.每个模块利用课堂讲授、现场教学、小组讨论、实验验证等环节来使学生掌握课程的主要内容.现拟定的液压传动与控制课程教学体系框架见表 1 所示.[2，5]

3 丰富教学手段

3.1 多媒体教学与板书相结合

液压传动与控制是一门同生产实践紧密联系的专业基础课，学习过程中涉及的元件多、回路多，要想使学生全面理解和掌握相关知识，就要在教学过程中不断改善教学方法，培养学生的学习兴趣，从而提高教学质量.在课堂教学中，充分发挥多媒体教学的优势，收集、制作大量的视频、动画资料，运用图文并茂的效果启发学生思维[3,6].

在课程教学中，要注意多媒体授课与传统板书教学模式相结合，特别在进行公式推导时，尽量采用统黑板加粉笔的板书方式，因为很多内容同学们都是第一次接触，如果采用PPT讲授，同学们思维还没跟上PPT就跳到下一页了，导致学习效果不理想.在校大学生由于工程实践少，没有实际工作经验，在课程教学中结合生活中通俗易懂的小实例进行讲解，教学效果极为明显.

3.2 智慧课堂教学模式建设

表1 液压传动与控制”教学体系

智慧课堂作为建设智慧校园的重要组成部分，是以培养具有高智能和创造力的人才为目标，依赖于大数据、学习分析等技术，实施学情诊断分析和资源智能推送，开展“云+端”学习活动与支持服务，真正实现学生在课堂以外随时随地的学习，同时进行学习过程记录与多元智能评价的新型课堂教学方式.

(1)网络课件.统一制作一份多媒体网络课件，可供不同专业按需摘用.

(2)习题库和实验项目库.针对液压传动与控制课程模块内容，编制相应的习题库和实验项目库，供学生巩固课堂学习和提前预习相关的实验项目.

(3)网络答疑.借助网络平台，共享所有学习资源，建立讨论交流专区，并由专人辅导学生的学习，回答学生问题，指导学生的其他相关学习.

(4)网络录像教学.分期、分章节、分教师逐步建立视频教学资源；学生通过网络在线进行课堂教学学习，真正实现移动课堂.

4 理论与实践结合，树立工程意识

在液压传动与控制的理论与实践课程教学中，结合课程教学知识体系，有效地将教学内容与工程实践紧密结合起来，充分发挥学生的创新思维，培养学生的动手能力及创新能力.借鉴 CDIO（Conceive Design Implement Operate，即构思，设计，实现，运作）工程教育理念，构建理论与实践有效结合的教学模式，以满足社会对应用型、创新型人才知识结构和素质能力需求[2,7,8].

4.1 模块化课程教学[1,9]

下面以模块四液压控制元件中换向阀中的三位阀的中位机能为例，工作中，各油路的实现是靠换向阀阀芯与阀体的相对运动来实现油流的通断和换向.中位机能是阀芯处于常态位或中位时各油口的连通形式，实现阀的控制机能.因此，在进行工程机械液压系统设计时，依据各中位机能（常见类型：O型、H型、P型、M型和Y型等）的特点选取合适的换向阀.

图1为三位四通电磁换向阀，中位机能为O型.换向阀从其他位置转换到中位时，执行软件立即停止，锁住不动，换向位置精度高，但液压冲击大；但重新起动时较平稳；液压泵不卸荷.图2为三位四通电磁换向阀，中位机能为H型.当阀芯处于中位时，使工作机构成浮动状态；液压泵卸荷；换向平稳，液压缸冲出量大，换向位置精度低；重新启动时有冲击.

图1 三位四通电磁换向阀（O型）

图2 三位四通电磁换向阀（H型）

其中：P为进油口，T为回油口，A、B为工作油口.

完全通过课堂的讲授发现同学们对三位四通换向阀中位机能的特点理解起来还不是很透彻，有种模模糊糊的感觉，不能完全熟练掌握.

4.2 现场教学[1,9]

为培养应用型和创新型人才发展需要，结合液压传动与控制这门课的知识体系，在CDIO工程教育理念的指引下，与同学们一起走进实验室[2].在这里还是以各种类型三位四通换向阀的中位机能特点的应用开展实验.实验要求如下：（1）分小组进行，3人一组.（2）由实验指导教师指定换向阀的类型确定实验项目或抽签选择.（3）根据预先的实验项目要求，小组讨论，设计液压基本回路达到预期的功能需求.（4）交指导教师检查，确定方案设计的合理性.（5）利用液压综合测试平台搭建设计液压基本回路，经检查无误后，启动系统，记录数据并分析.（6）指导教师现场提问、学生回答，并进行实验总结.例如：在利用三位四通换向阀锁紧回路设计中，好多同学设计该回路时，利用M或O形中位机能的三位阀来锁紧油缸，实现活塞在行程范围内任意位置停止，该锁紧回路如图3所示.该回路的确能实现任意位置锁紧，但是不是最理想的设计方案呢？回答不是.由于滑阀的内泄漏较严重，故锁紧精度不高.

为了改善上述的内泄漏导致的锁紧精度不高的缺点，设计了如图4所示的锁紧回路，在液压缸的进出油口连接了一对液控单向阀，由于液控单向阀的密封效果非常好，可实现液压缸在行程的任何位置上长期锁紧，锁紧精度较高，只受液压缸的泄漏和油液压缩性的影响.为了进一步提高锁紧的准确性和快速性，可选择H形或Y形中位机能换向阀.该锁紧回路常用于飞机起落架的收放油路和汽车起重机的底部支撑立柱油路上.

图3 锁紧回路（O型中位机能）

图4 用液控单向阀的锁紧回路

5 考核方式改革

为了衡量同学们的课程学习效果，制定了理论课和实践课的综合评分标准.理论课主要考虑平时表现和卷面测试情况.实践课主要从出勤与学习态度、实验准备、团队协作、创新点、方案设计、搭建及数据、现场答辩、实验报告等7个方面进行综合评分.具体评分细则如表2所示.从最近两年的课程的教学情况来看，液压传动与控制课程教学改革能充分调动同学们学习的积极性和主动性，教学效果良好.

表2 液压传动与控制课程评分细则

6 总结

应用型人才培养模式下液压传动与控制课程教学改革，根据课程教学中存在的问题，建立模块化课程教学体系；利用智慧课堂教学模式，丰富了教学手段；借鉴CIDO工程教育理念，实现理论与实践结合；以及课程考核方式等方面进行了改革与探索.实践结果表明，液压传动与控制课程教学改革培养了学生的学习的积极性和主动性，提高了学生的团队合作精神和创新能力，为学校应用型人才培养奠定了坚实基础.