機電液一體化綜合課程設計改革與實踐

[摘 要] 介紹燕山大學機電控制工程專業機電液一體化綜合課程設計，依據新時期對機電液控一體化工程技術人才的需求，引進CDIO教育理念，制定課程設計培養目標，確立綜合課程設計改革理念，從課程設計選題、考核和師資培養三方面詳細闡述了其改革方案，并給出了綜合課程設計的成功案例，對大學工程專業課程設計改革具有參考價值。

[關鍵詞] 課程設計；機電液一體化；CDIO；人才培養

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）02-0053-03

機電液一體化綜合專業課程設計是針對機電控制工程專業課程設置的實踐性教學環節，是學生面向工程、理論聯系實際的重要專業實踐與訓練，其效果是檢驗專業課程體系及知識體系科學性和完善性的有效途徑，同時也是能力型學生培養的一個重要平臺。燕山大學機電控制工程專業引進CDIO教學模式[1，2]，立足專業特色，充實實驗條件，對傳統的設計主導型課程設計進行革新，借助于現代化計算機模擬技術，通過不斷實踐和完善，逐步形成了“理論+實踐+學生團隊主導”型的課程設計教學模式，取得了一定效果。

1 綜合課程設計培養目標

流體傳動與控制是燕山大學傳統的優勢特色專業之一，創辦于1977年。30多年來，堅持“液壓”專業特色，緊跟社會、經濟和科技文化發展對人才的需求以及人才自身發展的需要，培養目標由單一的液壓專業技術工程人才轉變為“專業素質+綜合素質”的高級工程技術人才。綜合課程設計也順應這一大的目標，重視專業素質培養，同時也加強機、電、液、控四大知識群的綜合運用，如圖1所示。突出實踐環節，挖掘學生個人能力，強調團隊合作精神，注重培養學生交流與表達能力，力爭通過課程設計提高學生的綜合素質。

2 綜合課程設計改革方案

2.1 綜合課程設計改革理念

為培養基礎理論扎實、綜合素質高、工程實踐能力和創新能力強的應用型、復合型高級工程技術人才，打破傳統以個人為主進行的基于液壓傳動系統設計計算的工程題目，建立基于團隊的“設計+仿真+實施+測試+分析”的工程項目系統化設計體系，創立基于過程管理監督的考核細則，培養打造綜合素質過硬的師資團隊，為課程設計的高質量實施奠定基礎。

2.2 綜合課程設計改革方案

1）綜合課程設計選題。良好的開端是成功的一半，綜合課程設計選題直接決定了課程設計的實施效果。機電液一體化綜合課程設計要求教師必須明確團隊每個工程項目的選題依據、科學意義和應用價值，合理設計項目實施內容和進度，事先完成項目設計與實踐。鼓勵教師從橫縱向科研抽取題目，讓學生去實踐，要求必須有實踐環節，實驗室條件不能實現的要借助于計算機模擬，此類項目需加大分析工作量。2011年機電液一體化課程設計選題情況為：實驗項目占90%，模擬項目（無實踐環節）僅占10%；源于工程實踐項目的占84%，自擬項目占26%；通過相似實驗方案實現的占70%，真實實驗方案占30%。

2）綜合課程設計考核。根據CDIO教學模式的需要，綜合課程設計考核改變“指導教師評分+答辯評分”的傳統模式，建立了“組內互評+指導教師評分+現場答辯+結題答辯”四位一體的基于過程的考核模式。對于二級項目考核內容主要分為學生組內互評（20分）、指導教師評分（30分）、實驗現場答辯（30分）以及結題答辯（20分）四大部分。每組學生平均分不超過16分，最高分與最低分的分差不小于5分。重點考察學生在整個項目完成過程中貢獻的大小。實驗現場答辯重點考察項目完成的質量、項目講解清晰度以及現場實際操作能力等。結題答辯從提交報告質量、設計圖紙質量以及回答問題準確性等方面進行考評。為防止組內學生有“搭車”現象，實驗現場答辯和結題答辯的答辯人采取臨時抽簽方式決定。最高與最低分差的限制不僅建立了團隊內“趕學幫超”的學習氛圍，而且激發了教師的責任感，同時也有助于提高學生團隊協作和處理問題的能力。

3）綜合課程設計師資培養。基于CDIO教學模式的機電液一體化綜合課程設計改革，不僅是對傳統課程設計教學方法和教學模式的挑戰，更是對專業教師綜合素質的一次挑戰。機電液一體化課程設計體現了機、電、液、控四大知識群綜合運用，這就要求教師不僅專業知識過硬，還要具備較好的機械設計、電氣傳動和控制理論等領域的知識，同時還要有一定的工程實踐經驗，這樣才能順利地指導學生。所以，綜合素質過硬的師資隊伍是高質量完成CDIO模式下課程設計的保證，加強教師的培養以及不斷提高教師自主學習意識是有效進行教學改革的長遠大計。

為全方位提升教師教學能力，實行青年教師導師制，為新開授或新開課的青年教師配備一年的導師，使青年教師盡快成長為教學骨干；堅持崗位培訓制，要求每位青年教師都要到機械學院的所有實驗室定崗工作一個教學周期，并且到工程訓練中心頂崗實習3個月或到企業頂崗實習，使得本專業100%的青年教師均具有企業工作經驗和較強實踐能力；設立開放基金，利用國家級和省級精品課撥入經費，設立“液壓控制系統”專項開放基金，每項金額2000～5000元，用于資助教師進行教改立項，使各教師的教改新思想得到發揮并實踐；設立出國培訓基金，用于資助副教授以上職稱的青年教師到國（境）外大學、科研院所等進行學術訪問促進學術創新；鼓勵并資助課程組所有教師參加國際、國內流體傳動與控制會議，使教師了解本領域的最新成果及發展動態；加強和本領域國內外知名企業的交流和合作，對教師進行專業實踐技能培訓。通過以老帶新、政策激勵和提供良好平臺的方式，滿足了老師更新儲備知識和技能的需求，使老師的整體水平適應教學發展的需要。

3 綜合課程設計實踐

3.1 實踐支撐

實踐是工程項目的重要環節，建立項目式工程教育模式就是希望學生能夠學中做、做中學，把理論和實踐緊密結合。要想達到這個效果就要有過硬的實驗條件。為了解決此問題，燕山大學與博士力士樂中國公司建立了知識合作伙伴關系，共同建設了液壓氣動技術培訓基地，作為綜合課程設計的實驗平臺，為學生提供了液壓電控系統搭建及測試、控制器編程、系統調試、元件測試等全面的實驗條件，能夠滿足項目設計實驗需求。該實驗平臺解決了本專業方向的學生只有在工廠實習階段才能全面了解元件和系統的問題，使基礎教學言之有物，提高了教學效率。

3.2 典型案例

本專業課程設計主要是以液壓傳動系統、液壓伺服與比例控制系統、氣壓傳動及控制三門專業主干課為主的專業綜合課程設計。主要項目分液壓元件三維虛擬設計、液壓伺服系統設計、液壓傳動系統設計及氣壓傳動及控制四大類。下面以液壓元件三維虛擬設計和液壓傳動系統設計為例來展示CDIO教學模式下機電液綜合課程設計的實施案例。

1）液壓元件三維虛擬設計。圖2所示為“液壓泵性能實驗”課程設計，通過“元件拆裝-測繪-三維設計-實驗測試”項目體系訓練，使學生能夠深入理解和掌握液壓主要元件的原理、結構及性能參數，掌握液壓泵實驗系統設計、計算以及電氣控制系統設計，通過三維設計及實驗平臺的搭建既能培養學生液壓元件的三維設計能力還能提高學生的動手操作能力和工程實踐能力。

2）油氣潤滑系統設計與實驗。“油氣潤滑系統設計與實驗”課程設計要求學生完成油氣潤滑機電液系統的設計、計算、選型、購件、組裝以及實驗，還要求學生利用現代化計算機模擬手段進行油氣潤滑系統流場模擬，從而指導實驗參數的設置。學生實施過程見圖3。

本課程設計特色是指導教師將在研的企業項目和課程設計很好地結合，通過此課程設計不僅讓學生掌握典型液壓傳動系統的設計計算方法及其優缺點，更重要的是讓學生直面實際工程要求，鞏固學生專業知識，拓展工程實踐能力，增強學生從事工程的自信心，提高分析解決問題的能力；培養學生端正嚴謹的科研態度、高度的團隊協作意識和能力以及刻苦鉆研的精神。

課程設計是高等工程教育的重要實踐環節之一，對培養高級工程技術人才發揮著不可忽視的作用。在充分研究與吸收CDIO國際工程教育理念的基礎上，運用CDIO教育理念對機電液控一體化綜合課程設計改革方案及實踐情況進行了歸納，對大學工程專業課程設計改革具有參考價值。

參考文獻

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等. 從CDIO到EIP_CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究， 2008，（1）：12-20.

[2]王偉廉.論人才培養模式——教育質量的首要問題[J].中國高等教育，2009，（8）：24-26.