多课程知识体系融合的电液比例控制教学改革

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　　[摘 要] 为了满足对复合型人才的需要，太原科技大学对电液比例控制系统分析与设计等课程的相关教学和实验进行了整合、设计，以便提高学生对各专业课程之间的理解。整合后形成的综合实验教学模式，其教学目标、教学设计、具体实施方案、实验设备及教学效果，贯通了学生在PLC、电液比例控制系统分析与设计和液压与液力传动的知识，提高了机械工程专业学生在进行复杂的机电液系统设计时的全局掌握能力，增强了综合利用机电液一体化技术进行创新的能力和实践能力。
　　[关键词] 课程融合;液压;机械;PLC
　　[基金项目] 山西省“1331”项目支持：基于多门课程知识体系融合的电液比例控制教学改革（201856）
　　[作者简介] 韩贺永，博士，太原科技大学机械工程学院副教授，研究方向为液压伺服系统动态特性研究;王晶，硕士，研究方向为液压伺服系统动态特性研究（通讯作者）;马丽楠，博士，研究方向液压系统设计及元件研发;柳渊，硕士研究生，研究方向为液压伺服系统动态特性研究。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）19-0142-03    [收稿日期] 2019-09-04
　　 一、引言
　　机械传动、电气传动、液压传动是当今世界三大传动方式[1-3]，随着科学技术的不断进步，机械、电气和液压这三部分相互融合，已经成为驱动社会生产的重要动力来源，也形成了多个知名品牌和代表性的产品，机电液一体化技术的复合型人才需求日趋旺盛[4-6]。当前我国的本科毕业生虽然对具体某一门课有一定的见解，但是几乎没有人具备对课程体系整体性的把握，不能够清楚理解机械电子工程专业各个核心专业课程之间的关系，没有运用这些核心课程解决系统问题的能力，尤其缺乏对机械电子核心课程与实际项目设计之间关系的视野。本科生培养与社会对人才的实际需求脱节是我国本科生培养面临的严峻挑战，使得本科生就业难和企业招聘困难同时存在。针对以上本科教育中所存在的问题，太原科技大学围绕PLC、电液比例控制系统分析与设计和液压与液力传动三门课展开融合式课程开发，对学校人才培养做出实质性的变革。
　　二、课程教学目标与要求
　　深入研究以美国、德国、日本为代表的人才培养方式基础上，结合当前的互联网常态和学校现状及企业的实际需求，针对机械工程的部分课程（PLC、液压与液力传动、电液比例控制系统分析与设计）进行课程融合和知识库建设，旨在拓宽本科生的视野，提供给本科生知识运用的途径，建立能力培养的渠道和标准，并最终建立基本的职业素养和专业自信。
　　本课程主要解决以下两个问题：（1）通过课程融合，让学生对所学的专业具备整体性的理解，知道目前学习的课程对于具体设备的意义。（2）帮助部分学生对特定的某个领域方向实现准确把握，能够在该方向上掌握系统的核心知识和应用能力并最终帮助企业解决实质性问题。
　　三、教学设计
　　本课程将通过研究机械工程专业部分课程的融合，探索出新的人才培养模式，用更加开阔的思路拓宽学生的视野，将学生在学习过程中对具体某一门课程的看法提高到对整个系统的认知。同时通过对具体某一课程体系的深入学习、资料库建设等手段建立优秀的学生自学支撑体系，逐步实现标准多元的个性化学习方案，培养具有一专多能素质的人才，提升学生的实践能力和创新能力。
　　本课程可以从以下四个方面进行阐述：（1）通过进一步深入发掘企业需求和面向美国、德国、日本的本科生人才培养进行对比研究，逐步建立国际化视野。重点研究情境化教学与课程融合。（2）对PLC、电液比例控制系统分析与设计、液压与液力传动的核心知识点和能力培养需求进行梳理，通过提炼知识点建立三门课程在具体项目中的结合点，对知识点按照项目进行表达重构，用项目的形式对知识点和能力点进行重新表达。（3）结合我国高校的具体情况和特点，通过液压实验室设备的深入改造、省重点学科优势平台中部分实验设备的改造，进行有针对性的课程融合或者部分课程融合，开设实验课程，建立情境化教学平台。（4）通过课程的实施和学生的接受程度建立新的评价标准和评价方式，采用答辩方式、报告方式对学生进行考核。重点针对优秀学生建立更加个性化的培养体系，通过提升优秀学生的素养建立针对该领域的学生梯队，逐步让该梯队承担课程完善的指导任务，强化学生的自学能力，形成领域课程梯队，建立能够实现自我成长的领域梯队。
　　四、具体实施方案
　　首先围绕PLC、电液比例控制系统分析与设计和液压与液力传动三门课展开融合式课程开发，通过实验室和学院的优势学科平台建立情境化的教学体系，通过课程的具体设计让部分课程乃至全部课程实现情境化教学，重新分析和梳理三门课程的知识点，建立多个知识点之间的联系并采用具体的项目进行表达。通过项目化教学和案例分析对三门课程进行整合，围绕项目的具体讲述由多个教师共同完成，每个教师将针对共同的项目结合自身优势展开教学，并帮助学生完成项目，引导学生在学习的过程中建立认知、培养兴趣、锻炼实践能力。
　　通过角色扮演与典型的成长过程来学习知识，该过程不需要细化到具体某个层面，大部分学生能够成长为合格的分系统设计师，少数优秀学生成长为总设计师即实现了该课程改革的价值。通过角色的定位，学生们能够更清楚所学知识在整体中的意义，能夠围绕特定的领域展开具有一定深度的自主学习。
　　五、实验设备
　　如下图所示为该课程所使用的STMY-01型双面透明液压综合试验台，可根据不同的实验目的在该实验台上搭建不同的液压系统。该试验台可进行节流调速实验、阀控/泵控马达伺服实验[7]、阀控缸伺服实验、多缸负载敏感同步实验[8]、电液系统智能控制实验，基本可满足机电液控制综合实验的教学要求。 　　六、教学效果
　　通过围绕PLC、电液比例控制系统分析与设计和液压与液力传动三门课展开融合式课程开发，通过实验室和学院的优势学科平台建立情境化的教学体系，激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生的动手能力，使学生掌握了电液控制元件及系统的结构及工作原理，并能够设计、搭建典型的电液控制系统。多门课程知识体系融合的电液比例控制教学做到了多方面知识的融会贯通，使得本科同学对液压传动，机械设计以及控制技术等理论有了一个全新的认识与理解，提高了机械工程专业学生的動手实践能力以及创新能力，增强了学生在就业中的竞争力。
　　七、结语
　　为培养机电液一体化技术的复合型人才，太原科技大学通过整合课程资源，通过对PLC、电液比例控制系统分析与设计、液压与液力传动的核心知识点和能力培养需求进行梳理，通过提炼知识点建立三门课程在具体项目中的结合点，对知识点按照项目进行表达重构，使得我校的本科毕业生对具体课程有一定的见解，具备对课程体系整体性的把握，清楚理解机械电子工程专业各个核心专业课程之间的关系，提高运用这些核心课程解决系统问题的能力，拓宽对机械电子核心课程与实际项目设计之间关系的视野。本课程的教学模式在培养复合型人才方面具有推广价值。
　　参考文献
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　　[3]陈敏捷，羊荣金，沈孟锋.虚拟现实技术在液压传动教学中的应用研究[J].实验技术与管理，2018，35（04）：136-139.
　　[4]刘福基.当代机电一体化复合人才三点论[J].经济研究导刊，2012（15）：133-134.
　　[5]杨珩.开放性实验教学对创新型复合人才培养的探索[J].实验室研究与探索，2008（3）：128-130.
　　[6]俞海兵.机电一体化复合人才与自组织教学的探索[J].内蒙古教育（职教版），2013（7）：56-57.
　　[7]Haigang Ding and Jiyun Zhao.Dynamic characteristic analysis of replenishing/ leaking parallel valve control systems [J].Automatika，2017，58（2）：182-194.
　　[8]Haigang Ding，Chao Cao，Jiyun Zhao.Research on characteristics of load-sensing synchronous control[C].Proceedings of the 10th JFPS International Symposium on Fluid Power，2017：1-10，Fukuoka，Japan.
　　Teaching Reform of Electro-hydraulic Proportional Control Based on Multi-curricular Knowledge System
　　HAN He-yong， WANG Jing*， MA Li-nan， LIU Yuan
　　（School of Mechanical Engineering， Taiyuan University of Science and Technology，
　　Taiyuan， Shanxi 030024， China）
　　Abstract：In order to meet the needs of cultivating compound talents， Taiyuan University of Science and Technology has integrated and designed related teaching and experiments on the analysis and design of the courses in electro-hydraulic proportional control systems to improve students' understanding of various professional courses. The integrated experimental teaching model formed after the integration connects the teaching objectives， teaching design， specific implementation plan， experimental equipment and teaching effects of the comprehensive experiment with the students' knowledge of the courses in PLC， electro-hydraulic proportional control system analysis， and design and hydraulic and hydraulic transmission， and has improved the mechanical engineering students' overall mastery in the design of complex electro-hydraulic system， and enhanced their innovative and practical ability of comprehensive utilization of electromechanical and hydraulic integration technology.
　　Key words：teaching reform; hydraulics; machinery; PLC
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