地方院校《流体传动与控制》研究生课程建设创新体系研究

徐翔 袁显宝 余万 洪锋 高振军

摘要：针对研究生教学中存在的问题，围绕《流体传动与控制》研究生课程的教学内容、教学顺序和教学方法，在创新体系上开展了近两年的实践研究与分析，对提高该课程的教学质量提出了一些改进思路。

关键词：流体传动与控制;研究生;课程教学

中图分类号：G643     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）38-0113-02

一、引言

能源、动力是国民经济发展的重点，能源开发与合理有效利用是社会发展的源泉。动力工程及工程热物理主要学科方向有热力循环理论与系统仿真、热流体力学与叶轮机械、内燃机燃燒与排放控制、汽车动力总成与控制、工程热物理、制冷空调中的能源利用、低温系统流动传热、煤的多相流燃烧热物理等。三峡大学经过多年发展，已成为水利电力特色与优势比较明显、综合办学实力较强、享有一定社会声誉的综合性大学。2016年，我校以“能源与动力工程”和“核工程与核技术”两个本科专业为基础，成功获批“动力工程及工程热物理”一级硕士点，该专业下设了工程热物理、水电动力机械、流体机械及工程以及新能源装置及运行四个二级学科。其中，流体机械及工程学科围绕流体计算、仿真、测试、分析等方面的研究，除了开设《多相流理论》、《计算流体力学》等课程外，还开设了《流体传动与控制》专业课程，按培养计划规定，该课程设置为32学时，2学分。

二、教学中存在的问题

1.覆盖范围宽。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。狭义上讲，流体传动与控制是在本科所学习的《液压传动与控制》以及《机械控制基础》相关课程的基础上进行升华。广义上来说，根据传动介质和能量转化的不同，可以细分为液压传动、液力传动和气压传动，其热点包括基础研究（新型液压元件及系统等）、应用研究（系统监控等）以及新技术的发展（绿色流体动力技术等）等，在32学时之内要把相关的内容都讲述清楚是不现实的事情。另外，市面上没有专业的研究生课程教材，需要课程团队成员根据自身的经验对授课内容进行筛选和精简。

2.学生基础弱。三峡大学作为地方院校，研究生第一志愿报考率相对较低;另外由于本学科为新增学位点，2017年才正式开始招生，宣传不够充分，大多数的学生为校外调剂而来，学生的专业课基础参差不齐，甚至个别的学生没有学习过《液压传动与控制》基础课程，为此需要利用有限的课程教学学时对学生的基础进行巩固。

3.知识点应用困难。普通的教学模式往往缺少师生互动的环节;另外研究生的课程中公式推导占据了较大的比例，授课时枯燥无味;同时授课过程从易到难，学生不知道学习的知识点对后续的内容有何作用，抱着得过且过的态度，从而丧失了学习兴趣，造成对课程知识理解不透彻，仅仅为了应付课程考试能够单纯地答题，在实践中无法对所学知识点进行应用，遇到实际问题往往一筹莫展。

三、教学改革

为了解决教学过程形式化、教学结果低效化的问题，在有限的课程学时内增强学生科研意识，激发其自主学习的积极性，提高其创新能力和思考问题的能力，使其具有解决实际问题的能力，需要从课程体系、教学内容和教学方式方面进行深入研究和分析，确保学生学有所得。

1.课程内容。《流体传动与控制》不仅仅是一门课程，在有些高校还专门作为一个方向进行开设，因此所涉及的内容比较丰富。为此，教学团队在大量调研的基础上，将教学内容设置为简介与复习、液压元件性能分析、控制理论与simulink仿真、流体网络理论以及液压系统性能分析等五个模块。各模块的内容相对独立，顺序可根据实际授课情况进行更换，并通过案例将模块内容进行融会贯通，整理成一个较完整的知识系统。

2.课程顺序。为了激发学生的学生兴趣，我们将课程顺序进行了调整。首先，在简介与复习中以溢流阀为例，明确研究生和本科生学习内容的差异，尽管主要研究对象都是液压系统，本科生的学习内容在于流体的传动，即流体的流动方向、控制元件的开启与关闭以及执行元件的运动情况;研究生的学习内容在于液压系统的控制，即液压元件的动态响应性能，其核心在于元件在运动过程中各动态参数的变化情况。复习内容针对典型本科教材，分析教材的编写思路，采用电学类比的方法对压力、流量进行系统传动分析。

其次，在液压系统性能分析中首先介绍研究液压系统动态特性的主要方法（传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等），从研究生的培养角度出发，明确实验研究法是检验理论正确性的最终标准，在进行科学研究时一定要重视实验的设计;而发表高水平文章需要有理论基础，这需要有大量的公式推导，因此课程以传递函数分析法为主。以典型启闭机液压系统为例，分析液压系统的组成，在液压元件的传递函数推导上，建立液压系统的数学模型，完成液压系统的动态性能分析，得出系统参数对系统性能的影响。由此学生才能针对性地对后续的液压元件性能分析、控制理论与simulink仿真开展学习。液压元件性能回归到经典的液压元件动态分析，从液压元件基本控制原理出发，讲授分析包括液压控制元件、液压动力元件以及电液伺服阀等元件的动态相应特性。控制理论与simulink仿真复习了拉普拉斯变换，如何构建传递函数，还讲解了Matlab软件中simulink模块的使用，如何根据推导的传递函数建立相应的框图。流体网络理论是由流体力学和网络理论结合而发展起来的一门应用科学。通过该理论，引入了流感、流容等概念，使流体传输和瞬变问题通过电学的方法来进行解决，与本科液压系统学习方法进行了对应。在该模块中，通过介绍印刷工业中，利用气桥平衡原理制成的气桥双张检测器，以及结构参数对自激振荡脉冲射流固有频率特性影响分析，说明了巧妙利用该理论，能够简化对相关问题的分析。

3.教学方法。为了在理论学习的基础上，提高学生的自学能力以及搜集资料和分析资料的能力，课程根据授课进度布置了相关课后作业，督促学生在课后搜集查阅文献资料，并对文献资料进行消化和总结。在简介与复习模块中，在讲授了溢流阀阀芯受力分析的一般方法后，让学生设计高压大流量的直动溢流阀和先导溢流阀，并比较其动态性能，从而让学生更深刻地了解到在特殊条件下，先导溢流阀的响应速度不一定比直动溢流阀慢，这是与教材结论不同的地方。液压系统性能分析模块中，以力士乐高速马达带减速器的提升装置为例，说明其减速器低压自锁原理，要求学生在减速器控制油路上合理设置节流阀的开度，以确保故障时重物下落量与运行时冲击噪声大小之间的平衡。在流体网络理论模块中，以利用液体出流的待机自动断电装置为例，综合分析液体孔口出流的延时时间。上述的三个课后作业要求学生分组进行，检查方式为学生在课堂时间上台用多媒体演示进行讲解，分享自己在解决问题当中的心得体会和知识收获，学生可进一步梳理自身知识体系、学习收获，激发学习动力，在实践过程中充分发挥自己的思维，加强学生之间的团队协调能力。

四、结论

从2017年秋季学期开始，该课程已经经过两轮的全日制研究生和一轮的在职工程硕士的授课，在授课过程中通过不断与学生交流互动，课程体系从无到有，授课内容相对完备，能够满足研究生培养计划的需要;在授课内容的不断优化调整中，课程模块及授课顺序已经按本文介绍内容基本确立，取得了良好的教學效果。

参考文献：

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Research on Innovation System of Postgraduate Course Construction in Fluid Transmission and Control in Local Colleges and Universities

XU Xiang，YUAN Xian-bao，YU Wan，HONG Feng，GAO Zhen-jun

（College of Machanical & Power Engineering，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002，China）

Abstract：This paper analyzed the problems existing in the teaching process，and focuses on the teaching content，teaching sequence and teaching methods of the postgraduate courses Fluid Transmission and Control，and conducts practical research and analysis on the innovation system for nearly two years，and puts forward some improvement ideas for improving the teaching quality of this course.

Key words：Fluid Transmission and Control;postgraduate;course teaching