FluidSIM仿真軟件在高職液壓傳動課教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 要] 高等職業(yè)教育的目的就是為社會培養(yǎng)高技能型人才，這就決定了職業(yè)教育要充分體現(xiàn)“能力為本位”的教育理念。在液壓傳動課教學(xué)中采用FluidSIM仿真軟件，能夠使學(xué)生在真實情景中愉快學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，增強學(xué)生綜合實踐能力。本文主要闡述了FluidSIM軟件在液壓傳動課中的典型應(yīng)用，分析了仿真教學(xué)的有利作用以及應(yīng)用中存在的問題。

[關(guān)鍵詞] 仿真教學(xué) 應(yīng)用 有效性

液壓傳動課是機電一體化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程。由于部分學(xué)生畢業(yè)后將從事液壓設(shè)備操作、液壓設(shè)備維修工、液壓元器件銷售等工作。因此，有必要通過學(xué)習(xí)，達到以下知識目標(biāo)：：較系統(tǒng)地掌握液壓傳動基礎(chǔ)理論、部分元器件的結(jié)構(gòu)特點和工作原理及運用，掌握分析基本回路的方法，了解典型液壓系統(tǒng)和排除系統(tǒng)故障的方法等。同時實現(xiàn)如下職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成目標(biāo)：學(xué)生獲得基本的液壓傳動的概念和必要的應(yīng)用技能。同時通過對典型系統(tǒng)的功能分析、總結(jié)、闡述等認知活動，養(yǎng)成獨立思考能力、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。這種實踐性很強的課程，決定了在教學(xué)環(huán)節(jié)中必須突出真實的工作環(huán)境，加強實踐和實訓(xùn)教學(xué)。內(nèi)容組織上，應(yīng)該做到課程與就業(yè)崗位對接，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生與崗位需求相適應(yīng)的職業(yè)技能。

FluidSIM仿真軟件在液壓傳動課中的典型應(yīng)用

FluidSIM軟件可用來進行液壓（氣壓）技術(shù)知識自學(xué)和多媒體教學(xué)。其液壓（氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動畫來描述；同時應(yīng)用FluidSIM軟件可設(shè)計液（氣）壓控制回路。通過回路設(shè)計與動畫仿真，能夠增強學(xué)生對液（氣）壓傳動知識的理解，提高其應(yīng)用能力，強化教師的教學(xué)效果。

1.FluidSIM仿真軟件在基本回路中的應(yīng)用

用仿真軟件設(shè)計液壓基本回路，可以使課本中原本抽象的理論知識形象化、直觀化。《液壓傳動》課程是一門實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于沒有實踐經(jīng)驗的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)起來有很大難度，尤其在聽基本回路這部分內(nèi)容時，學(xué)生很難理解課本中介紹的各種回路工作過程。這時我們用仿真軟件按照工作要求設(shè)計回路，然后再模擬仿真，通過動畫過程的實現(xiàn)，可以幫助學(xué)生充分理解教材內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效果。

比如在講快慢速互不干擾回路時，教師首先進入FluidSIM H3.5軟件界面，打開事先根據(jù)工作循環(huán)設(shè)計好的回路圖，向?qū)W生介紹回路工作原理、特點，以及最終能達到的目的。接下來點擊菜單欄中的啟動按鈕，此時當(dāng)界面中出現(xiàn)的手指，碰到 1V1手動閥手柄時，壓力油經(jīng)溢流減壓閥進入液壓缸1A左腔，活塞右移即實現(xiàn)工進，放開手柄1V1，手動閥右位工作，壓力油進入液壓缸右腔推動活塞左移實現(xiàn)快退（如圖1所示），這時2A缸活塞處于左端位置停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)模擬手指接近2V1手動換向閥時，液壓缸2A開始動作（如圖2所示）。改變元件參數(shù)，液壓缸運動時顯示不同結(jié)果，此時液壓缸1A工作循環(huán)與液壓缸2A快慢速轉(zhuǎn)換互不干擾。通過仿真演示學(xué)生可以觀察到工作介質(zhì)流動過程、控制元件發(fā)生變化后執(zhí)行元件運動方向、速度改變情況，激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣，這時學(xué)生會發(fā)出疑問：回路怎么做的?這時再向他們介紹FluidSIM軟件使用方法，讓學(xué)生在仿真實訓(xùn)室按照自己想法設(shè)計不同回路，從工作流程、回路設(shè)計、元件選擇到模擬仿真整個過程由學(xué)生自己動手，此時教師只起指導(dǎo)作用。學(xué)生在操作環(huán)節(jié)中，有時會碰到不能動作現(xiàn)象，這時可能是因為出現(xiàn)了回路設(shè)計不合理或管路交叉、斷開等錯誤。教師指導(dǎo)學(xué)生仔細分析故障原因，經(jīng)過反復(fù)修改達到所需結(jié)果。在這一過程中，學(xué)生通過對出現(xiàn)問題分析、探究，對知識的理解以及實踐能力得以進一步提升。

在液壓課教學(xué)中，要盡量做到教師講解與學(xué)生實訓(xùn)相結(jié)合，鼓勵學(xué)生動手操作，鍛煉學(xué)生的專業(yè)實踐能力和創(chuàng)新思維能力。教育學(xué)家陶行知認為：“教而不做，不能算是教；學(xué)而不做，不能算是學(xué)”。 在教學(xué)中，要始終堅持“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”教學(xué)模式，通過課堂講解，學(xué)生分組實驗，不僅使課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高漲，同時鍛煉了他們的動手能力，提高了團隊協(xié)作意識，一舉多得，收效甚多。

2.仿真軟件在典型液壓系統(tǒng)中應(yīng)用

在學(xué)習(xí)典型液壓系統(tǒng)這部分內(nèi)容時，如果采用傳統(tǒng)掛圖講解弊端顯而易見。一是掛圖在傳遞教學(xué)信息中有局限性，不能清晰表達出整體內(nèi)容。需要教師反復(fù)地比畫引導(dǎo)，盡管如此，效果依然不理想。其二，掛圖的數(shù)量有限制，而且容易受損丟失，多個教師也不能同時使用，教學(xué)過程難于組織、協(xié)調(diào)。其三，液壓課本及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，掛圖很難做到同步更新，使教學(xué)環(huán)節(jié)受到了一定的局限，基本內(nèi)容都難以完成，更談不上為學(xué)生補充新鮮知識。掛圖是一些呆板的教具，單純的靜態(tài)演示，不能為學(xué)生提供清晰而生動的動畫效果，學(xué)生認知的效率及知識擴展必受到一定的限制。

在這樣的背景下，F(xiàn)luidSIM軟件的出現(xiàn)，可以讓教師根據(jù)機器工作原理、工作循環(huán)要求，設(shè)計相應(yīng)液壓系統(tǒng)圖，上課時再以模擬仿真形式，向?qū)W生講解、演示系統(tǒng)各個循環(huán)過程中，主油路、控制油路液壓油流動過程及執(zhí)行機構(gòu)運動方向。適時向?qū)W生提出問題，配合仿真動畫加深學(xué)生記憶；再用視頻形式展示真實機器工作過程。教學(xué)中，既有仿真動畫過程，又有視頻媒體，學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中掌握了典型液壓傳動系統(tǒng)傳動原理、工作循環(huán)，教學(xué)效果有明顯提升。

3.利用仿真軟件實現(xiàn)電液控制

應(yīng)用FluidSIM軟件可設(shè)計和液壓傳動回路相配套的電氣控制回路。彌補了傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生只見液壓回路不見電氣回路，從而不明白各種開關(guān)和閥動作過程的弊病。例如在介紹速度大小受負載影響時，可以利用仿真軟件設(shè)計如圖3所示回路，啟動單步仿真，線圈關(guān)閉與打開時，液壓回路出現(xiàn)不同動作。電－液壓回路同時設(shè)計與仿真，提高學(xué)生對電液壓的認識和實際應(yīng)用能力，強化教學(xué)效果。

總之，借助仿真軟件，輕松解決了液壓課教學(xué)中一些特別棘手的環(huán)節(jié)，在液壓課上組織仿真教學(xué)產(chǎn)生的效果十分明顯。

在液壓傳動課中應(yīng)用FluidSIM仿真軟件的有效性

FluidSIM仿真軟件應(yīng)用于教學(xué)環(huán)節(jié)，從形成整體教學(xué)能力出發(fā)，提供多功能、可交互、系列化、可視化的整體教學(xué)集成方案，從傳統(tǒng)的掛圖、模型課堂教學(xué)，轉(zhuǎn)向多元化交互學(xué)習(xí)環(huán)境。在液壓傳動課中應(yīng)用FluidSIM仿真軟件的有以下特點：

1.有利于學(xué)生參與教學(xué)，提高學(xué)習(xí)主動性

在液壓傳動課中應(yīng)用FluidSIM仿真軟件，最主要的功能是烘托課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極參與教學(xué)過程。從心理學(xué)角度看，人的發(fā)展不只是一個完全外塑的結(jié)果，而是一個內(nèi)在構(gòu)建過程，教學(xué)中必須重視學(xué)生的參與，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進者，學(xué)生的學(xué)習(xí)是一種主動積極和不斷構(gòu)建認知的過程。因此，學(xué)生通過設(shè)計回路，模擬仿真，分析故障原因，可以增加學(xué)習(xí)主動性，養(yǎng)成獨立思考能力及創(chuàng)新思維能力。

2.真實情景的體現(xiàn)

仿真實訓(xùn)能創(chuàng)造一個近乎實際的操作環(huán)境，學(xué)生通過FluidSIM仿真軟件操作，體驗技能訓(xùn)練過程、情景。使學(xué)生了解工作場景，熟悉液壓傳動機床、設(shè)備操作步驟、規(guī)范，有效培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)意識與職業(yè)能力。

3.提高教學(xué)效率

利用FluidSIM軟件進行模擬仿真，盡管不能代替真實的工作實際訓(xùn)練，但可以縮短實際動手訓(xùn)練的時間，提高訓(xùn)練效率，可幫助學(xué)生盡快熟悉操作原理、操作方法，進行故障處理。由于FluidSIM軟件提供的操作環(huán)境是通過計算機對工作過程進行模擬，所以比真實活動更靈活、更快速。比如節(jié)流調(diào)速回路要通過改變節(jié)流閥通流面積達到改變執(zhí)行機構(gòu)速度目的，實際操作是通過旋轉(zhuǎn)螺釘，調(diào)節(jié)閥芯位置來實現(xiàn)的，而采用仿真軟件只需改變節(jié)流閥參數(shù)就可達到。這樣大大縮短實訓(xùn)時間，提高教與學(xué)效率。

FluidSIM軟件在應(yīng)用中存在問題

1.軟件自身不足

由于FluidSIM軟件是Paderborn大學(xué)與費斯托公司聯(lián)合開發(fā)研制的。他們在軟件開發(fā)時的參考教材與現(xiàn)在中國高職學(xué)生使用教材有一定出入，導(dǎo)致仿真軟件元件庫中有些閥職能符號與教材不一致，容易引起學(xué)生誤解；其次，由于技術(shù)問題，仿真動作有時不同步，在單步仿真時，經(jīng)常會碰見液壓油流動速度與執(zhí)行機構(gòu)運動配合失誤的現(xiàn)象；再有就是元件結(jié)構(gòu)圖及動畫效果過于簡單，仿真性略有欠缺。

2.應(yīng)用受限制

由于受到各學(xué)校條件及教師認識等限制，F(xiàn)luidSIM教學(xué)軟件的推廣和應(yīng)用力度不夠。就拿我校來說，2009年購買FluidSIM軟件，現(xiàn)在上液壓傳動課教師有5位，而采用仿真教學(xué)的教師僅有2位。

總之，F(xiàn)luidSIM教學(xué)軟件與液壓傳動課教學(xué)的緊密結(jié)合的方式，目前已經(jīng)得到許多高職院校的關(guān)注和重視。在液壓傳動課程中采用仿真教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)做合一的授課模式，使學(xué)生一面做，一面學(xué)；從做中學(xué)，隨時隨地從操作過程中獲得系統(tǒng)技能，這種新的教學(xué)方式必將廣泛應(yīng)用于液壓傳動教學(xué)上，在高職教育課程改革中發(fā)揮重要作用。

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作者單位：西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西西安