地方院校《流體傳動與控制》研究生課程建設創新體系研究

徐翔 袁顯寶 余萬 洪鋒 高振軍

摘要：針對研究生教學中存在的問題，圍繞《流體傳動與控制》研究生課程的教學內容、教學順序和教學方法，在創新體系上開展了近兩年的實踐研究與分析，對提高該課程的教學質量提出了一些改進思路。

關鍵詞：流體傳動與控制;研究生;課程教學

中圖分類號：G643? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）38-0113-02

一、引言

能源、動力是國民經濟發展的重點，能源開發與合理有效利用是社會發展的源泉。動力工程及工程熱物理主要學科方向有熱力循環理論與系統仿真、熱流體力學與葉輪機械、內燃機燃燒與排放控制、汽車動力總成與控制、工程熱物理、制冷空調中的能源利用、低溫系統流動傳熱、煤的多相流燃燒熱物理等。三峽大學經過多年發展，已成為水利電力特色與優勢比較明顯、綜合辦學實力較強、享有一定社會聲譽的綜合性大學。2016年，我校以“能源與動力工程”和“核工程與核技術”兩個本科專業為基礎，成功獲批“動力工程及工程熱物理”一級碩士點，該專業下設了工程熱物理、水電動力機械、流體機械及工程以及新能源裝置及運行四個二級學科。其中，流體機械及工程學科圍繞流體計算、仿真、測試、分析等方面的研究，除了開設《多相流理論》、《計算流體力學》等課程外，還開設了《流體傳動與控制》專業課程，按培養計劃規定，該課程設置為32學時，2學分。

二、教學中存在的問題

1.覆蓋范圍寬。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。狹義上講，流體傳動與控制是在本科所學習的《液壓傳動與控制》以及《機械控制基礎》相關課程的基礎上進行升華。廣義上來說，根據傳動介質和能量轉化的不同，可以細分為液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動，其熱點包括基礎研究（新型液壓元件及系統等）、應用研究（系統監控等）以及新技術的發展（綠色流體動力技術等）等，在32學時之內要把相關的內容都講述清楚是不現實的事情。另外，市面上沒有專業的研究生課程教材，需要課程團隊成員根據自身的經驗對授課內容進行篩選和精簡。

2.學生基礎弱。三峽大學作為地方院校，研究生第一志愿報考率相對較低;另外由于本學科為新增學位點，2017年才正式開始招生，宣傳不夠充分，大多數的學生為校外調劑而來，學生的專業課基礎參差不齊，甚至個別的學生沒有學習過《液壓傳動與控制》基礎課程，為此需要利用有限的課程教學學時對學生的基礎進行鞏固。

3.知識點應用困難。普通的教學模式往往缺少師生互動的環節;另外研究生的課程中公式推導占據了較大的比例，授課時枯燥無味;同時授課過程從易到難，學生不知道學習的知識點對后續的內容有何作用，抱著得過且過的態度，從而喪失了學習興趣，造成對課程知識理解不透徹，僅僅為了應付課程考試能夠單純地答題，在實踐中無法對所學知識點進行應用，遇到實際問題往往一籌莫展。

三、教學改革

為了解決教學過程形式化、教學結果低效化的問題，在有限的課程學時內增強學生科研意識，激發其自主學習的積極性，提高其創新能力和思考問題的能力，使其具有解決實際問題的能力，需要從課程體系、教學內容和教學方式方面進行深入研究和分析，確保學生學有所得。

1.課程內容。《流體傳動與控制》不僅僅是一門課程，在有些高校還專門作為一個方向進行開設，因此所涉及的內容比較豐富。為此，教學團隊在大量調研的基礎上，將教學內容設置為簡介與復習、液壓元件性能分析、控制理論與simulink仿真、流體網絡理論以及液壓系統性能分析等五個模塊。各模塊的內容相對獨立，順序可根據實際授課情況進行更換，并通過案例將模塊內容進行融會貫通，整理成一個較完整的知識系統。

2.課程順序。為了激發學生的學生興趣，我們將課程順序進行了調整。首先，在簡介與復習中以溢流閥為例，明確研究生和本科生學習內容的差異，盡管主要研究對象都是液壓系統，本科生的學習內容在于流體的傳動，即流體的流動方向、控制元件的開啟與關閉以及執行元件的運動情況;研究生的學習內容在于液壓系統的控制，即液壓元件的動態響應性能，其核心在于元件在運動過程中各動態參數的變化情況。復習內容針對典型本科教材，分析教材的編寫思路，采用電學類比的方法對壓力、流量進行系統傳動分析。

其次，在液壓系統性能分析中首先介紹研究液壓系統動態特性的主要方法（傳遞函數分析法、模擬仿真法、實驗研究法和數字仿真法等），從研究生的培養角度出發，明確實驗研究法是檢驗理論正確性的最終標準，在進行科學研究時一定要重視實驗的設計;而發表高水平文章需要有理論基礎，這需要有大量的公式推導，因此課程以傳遞函數分析法為主。以典型啟閉機液壓系統為例，分析液壓系統的組成，在液壓元件的傳遞函數推導上，建立液壓系統的數學模型，完成液壓系統的動態性能分析，得出系統參數對系統性能的影響。由此學生才能針對性地對后續的液壓元件性能分析、控制理論與simulink仿真開展學習。液壓元件性能回歸到經典的液壓元件動態分析，從液壓元件基本控制原理出發，講授分析包括液壓控制元件、液壓動力元件以及電液伺服閥等元件的動態相應特性。控制理論與simulink仿真復習了拉普拉斯變換，如何構建傳遞函數，還講解了Matlab軟件中simulink模塊的使用，如何根據推導的傳遞函數建立相應的框圖。流體網絡理論是由流體力學和網絡理論結合而發展起來的一門應用科學。通過該理論，引入了流感、流容等概念，使流體傳輸和瞬變問題通過電學的方法來進行解決，與本科液壓系統學習方法進行了對應。在該模塊中，通過介紹印刷工業中，利用氣橋平衡原理制成的氣橋雙張檢測器，以及結構參數對自激振蕩脈沖射流固有頻率特性影響分析，說明了巧妙利用該理論，能夠簡化對相關問題的分析。

3.教學方法。為了在理論學習的基礎上，提高學生的自學能力以及搜集資料和分析資料的能力，課程根據授課進度布置了相關課后作業，督促學生在課后搜集查閱文獻資料，并對文獻資料進行消化和總結。在簡介與復習模塊中，在講授了溢流閥閥芯受力分析的一般方法后，讓學生設計高壓大流量的直動溢流閥和先導溢流閥，并比較其動態性能，從而讓學生更深刻地了解到在特殊條件下，先導溢流閥的響應速度不一定比直動溢流閥慢，這是與教材結論不同的地方。液壓系統性能分析模塊中，以力士樂高速馬達帶減速器的提升裝置為例，說明其減速器低壓自鎖原理，要求學生在減速器控制油路上合理設置節流閥的開度，以確保故障時重物下落量與運行時沖擊噪聲大小之間的平衡。在流體網絡理論模塊中，以利用液體出流的待機自動斷電裝置為例，綜合分析液體孔口出流的延時時間。上述的三個課后作業要求學生分組進行，檢查方式為學生在課堂時間上臺用多媒體演示進行講解，分享自己在解決問題當中的心得體會和知識收獲，學生可進一步梳理自身知識體系、學習收獲，激發學習動力，在實踐過程中充分發揮自己的思維，加強學生之間的團隊協調能力。

四、結論

從2017年秋季學期開始，該課程已經經過兩輪的全日制研究生和一輪的在職工程碩士的授課，在授課過程中通過不斷與學生交流互動，課程體系從無到有，授課內容相對完備，能夠滿足研究生培養計劃的需要;在授課內容的不斷優化調整中，課程模塊及授課順序已經按本文介紹內容基本確立，取得了良好的教學效果。

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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