《流体力学与液压传动》课程设计的教学探索

1、绪论
液压传动技术迅速发展，国民经济各个领域，从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压传动技术，且其水平高低已成为一个国家工业发展水平的标志，如:煤矿矿井支承、矿山用的风钻、火车的刹车装置、液压装载、起重、挖掘、轧钢机组、数控机床、多工位组合机床、全自动液压车床、液压机械手、车辆等相关机械领域。
2018年1月，教育部公布《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，该标准中明确机械学科应包括流体力学及相应专业基础知识;同时，液压传动作为机械设备实现传动和自动化控制的重要手段之一，在已获得工程教育认证的机械类专业中，被各高校作为必修基础课程存在。
2、流体力学与液压传动课程教学内容和能力点
流体力学与液压传动课程具有理论性和应用实践性都很强的特点，有关理论基础知识较难理解，譬如流体力学基础部分，与高等数学和物理等知识联系紧密;课程中专业教学内容包括各种液压元件的结构组成、工作原理、基本回路组成及功能、典型回路分析的知识和应用技能方面等，又和生产实践、专业背景联系紧密。因此，其理论知识点的掌握需要更加注重实践环节的强化，服务于其专业课程的应用能力积累，为后续专业课内容提供扎实基础。
为了提高本课程教学效果，充分调动学生的学习积极性和主动性，提升学生的独立创新能力、综合运用能力，在本校机械类专业中，设置《流体力学与液压传动》课程设计实践环节，并根据专业背景构建具体的工程案例，强化学生对课程知识的应用能力和专业能力。即设置《流体力学与液压传动》课程设计所关注的能力点，是要实现理论课程知识点的总体综合应用能力训练，还需要根据专业背景进行差异化的内涵强化，服务于专业能力的积累。
3、流体力学与液压传动传动实践环节存在的不足
第一，实践环节中反思理论不足。理论课程知识的传授以课堂讲解为主，受限于课时，学生对元器件功能、特性的感性认识不足，如直动式溢流阀，教材所描述的原理和功能为当开启压力达到其调定压力时打开，但实际其工作随着直动式溢流阀的调压弹簧被压缩，开启压力随之发生变化，即达到稳定开启面积需要一定时间，打开溢流阀的力是动态波动的，这个力与所定义的开启压力有差异，其压力损失、流量变化也是一个动态过程，如不能通过一些形式体现这个过程，学生在掌握该知识点时，只能被动的、硬性的记住结论，当面临实际系统运行时，就有可能无法分析可能出现的现象，并做进一步的诊断，表现出“理论无法联系实际”。课程相关实验环节，更多的是体现知识在结果中的应用，是一种验证性现象的表征，也无法解释过程因素影响。课程设计作为一种应用实践环节，体现在理论知识结论的应用和系统的经典设计，设计系统的性能评价只能粗略的进行解析计算和校核，因此，无法在设计中发现问题，并在实践中反思理论不足，应用型能力完整度不够。
第二，实践环节的高阶性、创新性、挑战度不足。课程作为平台基础课，要求学生掌握通用应用基础，课程设计的题目注重理论课程通用知识的应用和强化，有一定综合性，但其实践环节的高阶性、创新性、挑战度却体现不足，专业领域、项目化训练维度不能深入，也就无法强化学生的专业能力训练，与后续课程的相关度跨度大，衔接不紧密，课题体现的专业工程背景少，无法强化学生应用型能力。
第三，实践环节的课题多样化、层次性不足。究其原因是以能力成果为导向的评价体系不健全，学生虽能够掌握基础应用，但课题梯度不够，实践评价的区分度不明显，其本质是课程对于学生的成果能力导向强度不够。
因此，在课程理论知识的实践环节开展中，应通过现代计算机方法，物化过程因素，体现过程参数对结果的影响，设置以应用型能力为导向的多层次课题，强化工程背景，体现学生在复杂工程问题中的训练和提升解决复杂工程问题的能力。
4、以成果为导向的课程设计目标与评价—以车辆工程专业为例
4．1课程设计的课程目标
本课程设计是车辆工程专业基础课程的重要实践教学环节。主要培养学生以下能力:
(1)运用流体力学和液压传动等工程基础知识，分析特定设备液压传动系统的技术需求，提出相应解决方案，综合考虑安全、环境等因素，对特定设备的传动系统设计，并体现一定的创新性;就设计过程通过撰写设计说明书和语言表达的方式，清晰表达设计思路、总体方案、校核分析、设计成果的结论等。［支撑毕业要求:能分析文献并寻求复杂工程问题的解决方案;能够设计满足特定需求的系统、单元(部件)，呈现图纸、报告或实物等设计成果。
(2)能够就所设计的液压传动系统，在计算机中进行仿真，校核其功能和性能，并考虑安全、环境、成本等工程环境进而优化系统效率。(支撑毕业要求:能够理解现代工具对复杂工程问题设计与仿真的优势和局限性，并应用现代工具解决一般性工程问题。)
(3)能够合理安排时间，按时完成任务，准确定位本人的角色，承担个体在团队中的责任。(支撑毕业要求:能够理解个人在多学科背景下团队中的角色定位以及对于整个团队的意义。)
4．2课程设计的成果评价方法
成绩有各考察点及对应评价维度组成，课程目标1和2均由指导教师根据学生具体表现评定;课程目标3时间管理与团队合作占总成绩10%，由小组自评确定。

成绩评定参考标准
5、《流体力学与液压传动》课程设计的内容设计
课程设计是理论课程教学内容的延伸，是强化课程知识体系和综合应用的平台，因此，需要设置合理的、科学的训练项目，项目体现学生需要达到的能力维度，紧密围绕课程目标和评价体系构建，体现工程背景、多样化、层次性，以进一步强化该实践环节的高阶性、创新性、挑战度。以车辆工程专业为例，将训练项目分为三个层别，依据专业领域的知识综合与工程背景的复杂程度，呈现“两性一度”的递进，包括通用基础型、一般项目型、挑战设计型，每种类型项目可根据参数、应用工程环境进行变化，以适应于小组的项目式训练。
通用基础型。如“单面或双面卧式铣床工作台液压系统设计”。题目具有工程应用背景，从静压传递状态考虑，强化学生应用课程知识进行一般液压系统设计，题目对象成熟，应用元器件和回路丰富，强化学生对课程知识的综合运用、机械领域专业基础的掌握，更注重实践环节的高阶性。一般项目型。如“适用于汽车零部件的疲劳试验机液压
系统设计”。题目具有工程应用背景，在进行一般液压系统设计上，除静压传递状态，增加液压系统对适用对象的动态控制，回路应用范围更为宽泛，要求学生对液压系统的动态性能进行分析和优化，更加注重实践环节的创新性、挑战度。挑战设计型。如“车辆制动系统总成设计与参数优化”。
题目具有较强工程应用背景，需要了解车辆使用过程的复杂工况特征，包括液压系统的静态、动态的稳态控制，也包括其瞬态控制，回路要求和控制手段要求更为精确，对元器件选型、参数匹配要求严格，需不断根据制动性能进行系统优化，更加注重实践环节的高阶性、创新性、挑战度。
6、结语
通过对流体力学与液压传动教学内容、现阶段课程设计不足的分析，探索以能力为导向的实践教学环节设计，围绕课程知识强化、课程目标的能力评价、工程背景、专业内涵等方面构建，结合现代工具Amesim的应用，体现课程改革中的“两性一度”，通过教学反馈效果来看，学生的学以致用能力、创新能力以及工程应用能力得到了明显提高，可以给予一般课程设计的教学参考。