《液壓與氣動技術(shù)》課程教學(xué)改革探討
——基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的課程改革

代光輝 許雪艷

(巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

《液壓與氣動技術(shù)》課程教學(xué)改革探討
——基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的課程改革

代光輝 許雪艷

(巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

《液壓與氣動技術(shù)》是機(jī)械類專業(yè)的一門核心課程，具有很強(qiáng)的理論性和實踐性。為實施機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)項目，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力以及對工程實際問題的解決能力，根據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)資源和課程定位，對該課程的理論和實踐教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行了思考與探索并提出了改革方案。嘗試以液壓技術(shù)為平臺對機(jī)械專業(yè)知識綜合應(yīng)用進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到了一定的預(yù)期效果。

液壓與氣動技術(shù)；理論教學(xué)改革；實訓(xùn)教學(xué)改革

1 引言

卓越工程教育培養(yǎng)計劃作為國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020）組織實施的一個重大項目，旨在培養(yǎng)一批卓越工程師后備人才[1-3]。其核心內(nèi)容就是著力提高學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力[4]。巢湖學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)已經(jīng)獲批為“卓越工程師培養(yǎng)計劃”示范專業(yè)，為更好地將該項目實施到本專業(yè)的課程教學(xué)中，在原課程教學(xué)方案的基礎(chǔ)上，需要對其進(jìn)行一定的改革和完善。針對《液壓與氣動技術(shù)》這門課程的理論和實踐教學(xué)，本文對其理論與實踐教學(xué)內(nèi)容與方法的改革進(jìn)行了討論。

液壓與氣壓傳動是三大動力傳動之一的流體傳動的主體部分，是機(jī)械類、自動化類、動力類等領(lǐng)域復(fù)合型人才的知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。液壓(氣動）在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，其元器件，如各種液壓缸與氣壓缸、各種控制與輔助元件以及液壓泵，本身就是機(jī)械中相對較簡單的機(jī)構(gòu)，但卻是技術(shù)要求非常高的產(chǎn)品。在工程運(yùn)用中，液壓(氣動）主要依靠具體的系統(tǒng)來完成相應(yīng)的工作，屬于機(jī)械裝配制造的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其使用范圍涵蓋了眾多行業(yè)。因此，對機(jī)械類學(xué)生而言學(xué)好液壓與氣動技術(shù)這門課程，可以為后續(xù)工作打下良好基礎(chǔ)。

液壓與氣動傳動是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的板書講授式教學(xué)方法很難達(dá)到較理想的效果。本文根據(jù)對該課程相關(guān)內(nèi)容的分析，并結(jié)合現(xiàn)代學(xué)生易于接受多元信息的特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容和方法做了多種改革與嘗試，實現(xiàn)了多元化的理論教學(xué)、遞進(jìn)式的實訓(xùn)教學(xué)以及一系列以液壓與氣動技術(shù)為載體對機(jī)械設(shè)計制造綜合知識進(jìn)行實際應(yīng)用的創(chuàng)新性嘗試。

2 理論教學(xué)內(nèi)容與方法改革的探討

液壓與氣壓傳動的理論教學(xué)內(nèi)容分為兩大部分，即液壓傳動和氣壓傳動。由于液壓和氣動技術(shù)的理論知識具有一定的相通性，所以在有限的教學(xué)課時內(nèi)，我們將重點(diǎn)放在對液壓技術(shù)的詳細(xì)講解上。根據(jù)對教學(xué)大綱和教材內(nèi)容的分析，將理論教學(xué)分成四大板塊，并結(jié)合卓越工程師的培養(yǎng)要求，特別增加了工程實例剖析板塊。具體內(nèi)容如表1：

理論教學(xué)一直是本課程教學(xué)中比較晦澀的一部分內(nèi)容，傳統(tǒng)的板書式理論教學(xué)枯燥乏味，很容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生厭煩心理，從而影響學(xué)習(xí)的效果，甚至?xí)?dǎo)致學(xué)生對本課程產(chǎn)生排斥等厭學(xué)心理。如何能通過有效的教學(xué)方法改革提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，一直以來是本課程教學(xué)方法改革的重要目標(biāo)。本文則采用了多元化的教學(xué)手段，豐富課堂教學(xué)，提高學(xué)生的注意力，增加學(xué)生的興趣，從而取得很好的教學(xué)效果。

2.2.1 靈活的課堂教學(xué)

在教學(xué)過程中，采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)和小組討論相結(jié)合的方式，對于課程中的難點(diǎn)問題(如動力學(xué)分析，能量損失的估算等），教師先給予詳細(xì)的分析說明，然后設(shè)置問題情境(如伯努利方程的使用條件，能量損失估算的一般步驟等）讓學(xué)生分小組討論闡述自己的結(jié)論，并將問題及時反饋給老師，最后，教師根據(jù)討論的情況予以總結(jié)，做到對抽象的理論難點(diǎn)各個擊破。

2.2.2 多媒體與教學(xué)動畫的應(yīng)用

多媒體教學(xué)可以提供較為豐富的信息量，拓展課程教學(xué)的知識面。簡單易懂的內(nèi)容通過PPT播放的形式，不僅可以增加學(xué)生的課堂興趣，還可以節(jié)省一部分課堂時間，為小組討論提供基礎(chǔ)。除此之外，還可以將教材中靜止、抽象的內(nèi)容制作成動畫，利用動畫來演示相應(yīng)的動作過程，使教學(xué)內(nèi)容更加形象、生動，從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。

2.2.3 微視頻的應(yīng)用

本課程涉及到很多元器件的結(jié)構(gòu)，而教材中只是給出其相關(guān)的二維裝配圖，學(xué)生很難直觀地理解每個零部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及零部件的裝配過程，利用三維CAD軟件制作裝配圖，并對裝配圖進(jìn)行爆炸處理，生成爆炸圖和裝配動畫視頻，再配以詳細(xì)的語音分析說明，就可以制作成一段相關(guān)的微視頻。通過此視頻可以把抽象的內(nèi)容更加直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前。而且，學(xué)生長時間處在同一種教學(xué)模式下，容易產(chǎn)生思想不集中的現(xiàn)象，突然轉(zhuǎn)換一種教學(xué)方式，也有助于提高學(xué)生的注意力。

2.2.4 Fluid SIM仿真軟件的應(yīng)用

在Fluid SIM軟件中，液壓(氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及動畫來描述，也可設(shè)計和液壓氣動回路相配套的電氣控制回路，彌補(bǔ)了學(xué)生只接觸液壓(氣壓）回路不接觸電氣回路，因而不明白各種開關(guān)和閥的動作過程的弊病。對電氣-液壓(氣壓）回路同時進(jìn)行設(shè)計與仿真，可以提高學(xué)生對電氣動、電液壓的認(rèn)識和實際應(yīng)用能力[6-8]。

3 實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與方法改革的探討

實訓(xùn)課程是理論課程的延續(xù)與應(yīng)用，此環(huán)節(jié)主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和工程應(yīng)用技能。傳統(tǒng)的驗證性實驗只是理論教學(xué)的一種輔助手段，不能對學(xué)生的工程應(yīng)用能力起到很好的鍛煉作用。針對此問題，在實訓(xùn)教學(xué)中設(shè)置了三個模塊，漸進(jìn)性地培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力。

3.1.1 基本實訓(xùn)模塊

基本實訓(xùn)模塊主要包括元器件的拆裝實訓(xùn)和基本回路的搭建實訓(xùn)。元器件拆裝實訓(xùn)的目的是讓學(xué)生了解各元器件的基本組成和各零部件之間的配合關(guān)系，并掌握零部件之間的相對運(yùn)動情況；基本回路搭建實訓(xùn)的目的是讓學(xué)生了解液壓系統(tǒng)的基本組成、各元器件在系統(tǒng)中的作用、各基本回路的工作過程以及控制過程。

3.1.2 能力提升模塊

本模塊設(shè)置兩次系統(tǒng)故障排查實訓(xùn)，目的是讓學(xué)生在掌握基本回路的基礎(chǔ)上，能對實際工程問題做出一定的判斷。具體實施過程：教師預(yù)先在實訓(xùn)臺上搭建好由不同基本回路組成的相對復(fù)雜的工作過程，并在每套設(shè)備上設(shè)置2～3處故障(主要包括：漏油，控制閥使用不當(dāng)，油壓不足，回路搭接不正確，工作順序不合理等）；然后，學(xué)生根據(jù)已學(xué)的知識和相關(guān)的測試儀器查找故障原因，并給予修正；最后，總結(jié)故障表象、故障原理和改正方法。

3.1.3 工程實用模塊

本模塊設(shè)置一次實用系統(tǒng)的設(shè)計實訓(xùn)，即利用液壓(氣動）技術(shù)設(shè)計一個相對簡單的生產(chǎn)設(shè)備。其目的是讓學(xué)生切實了解液壓(氣動）在實際工程生產(chǎn)中的應(yīng)用以及液壓(氣動）設(shè)備的一般設(shè)計過程。具體安排如下：設(shè)計如圖1所示的四自由度機(jī)器人，實現(xiàn)工件在不同工位的轉(zhuǎn)移。要求學(xué)生繪制原理圖，在系統(tǒng)中選用具體的元器件，并完成PLC控制。

3.2.1 從“看”到“做”轉(zhuǎn)變

液壓實訓(xùn)教學(xué)不只是讓學(xué)生觀看某些現(xiàn)象、某些動作和某些機(jī)構(gòu)，更為重要的是要求學(xué)生在操作的過程中了解液壓的組成、特點(diǎn)、原理和應(yīng)用，并通過理論知識指導(dǎo)學(xué)生切實掌握液壓元器件及其系統(tǒng)的具體動作和具體操作。只有在操作過程中，學(xué)生才能發(fā)現(xiàn)問題與不足，從而達(dá)到手腦并用和增強(qiáng)興趣的效果。所以實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)采用在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生自己完成具體操作的方法，讓學(xué)生成為實訓(xùn)的主體。

3.2.2 從“個人”到“團(tuán)隊”轉(zhuǎn)變

為了方便學(xué)生之間的相互交流、相互學(xué)習(xí)和協(xié)同工作，同時保證每個同學(xué)都有動手操作的機(jī)會，實訓(xùn)時將學(xué)生分成3～5人小組，并指定一個組長來分配和協(xié)調(diào)工作。實訓(xùn)完成后，各小組之間進(jìn)行總結(jié)和交流，通過交流讓每個同學(xué)了解更多的問題以及掌握解決問題的方法。最后，老師對實訓(xùn)過程、實訓(xùn)問題、試驗現(xiàn)象、試驗結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。

3.2.3 從“驗證性”到“綜合性”轉(zhuǎn)變

綜合性實驗是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識并且具有相關(guān)實驗設(shè)備、儀器的基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用某一門課程和相關(guān)課程的綜合知識，對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合式實驗，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力、查閱資料能力和對實驗結(jié)果的分析能力[9]。液壓課程的實踐性較強(qiáng)，與工程使用聯(lián)系緊密，只有培養(yǎng)和提高學(xué)生對液壓技術(shù)綜合知識的應(yīng)用能力，才能更好的服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)。

4 基于液壓（氣動）的專業(yè)綜合知識整合

此部分內(nèi)容主要通過兩個液壓(氣動）技術(shù)的課程設(shè)計來進(jìn)行綜合訓(xùn)練，其目的是綜合應(yīng)用已學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計制造相關(guān)的專業(yè)知識，以及通過此設(shè)計讓學(xué)生初步了解如何將專業(yè)理論知識應(yīng)用到工程實際生產(chǎn)中。具體內(nèi)容安排如下：

液壓缸雖然結(jié)構(gòu)相對較為簡單，但是其設(shè)計制造過程涵蓋了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造的一般步驟，因此通過液壓缸的設(shè)計制造過程可以對機(jī)械專業(yè)綜合知識進(jìn)行很好的應(yīng)用。

4.1.1 液壓缸的設(shè)計

在給定基本參數(shù)的條件下，液壓缸的設(shè)計包括很多內(nèi)容[10]，如液壓缸的類型選擇及安裝方式的選擇，主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇以及技術(shù)要求說明，性能參數(shù)和幾何尺寸計算，繪制零件圖、裝配圖以及編寫技術(shù)說明書等。在此過程中不僅僅有液壓技術(shù)知識的應(yīng)用，同樣也要將已學(xué)的其他專業(yè)知識(如機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、工程材料、材料力學(xué)等）運(yùn)用到具體元件的實際設(shè)計中。

4.1.2 液壓缸的制造

液壓缸的制造環(huán)節(jié)以液壓缸的一個主要零件——活塞為例，首先要設(shè)計零件的工藝規(guī)程[10-11]，包括零件的工藝性分析、確定毛坯、擬定工藝路線、選擇定位基準(zhǔn)、確定個工序的設(shè)備和工裝、確定個工序的余量和切削用量。同時還要完成機(jī)械加工工藝過程卡、機(jī)械加工工藝卡、機(jī)械加工工序卡。然后，依據(jù)金工實訓(xùn)中所學(xué)知識完成活塞的車削加工。最后，設(shè)計裝配工藝規(guī)程。通過此練習(xí)，可以將機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)與實際生產(chǎn)聯(lián)系起來。

本環(huán)節(jié)結(jié)合THJDME-1型光機(jī)電一體化實訓(xùn)考核裝置來完成，該裝置在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場基礎(chǔ)上，針對教學(xué)及實訓(xùn)目的進(jìn)行了專門設(shè)計，更加強(qiáng)化機(jī)電一體化產(chǎn)品的安裝與調(diào)試能力。本裝置采用開放式和拆裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計，可根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械部件組裝生產(chǎn)設(shè)備，使整個裝置能夠靈活地按實訓(xùn)教學(xué)需求進(jìn)行組裝。該設(shè)計可以根據(jù)所給定的不同工作任務(wù)，對上述裝置進(jìn)行改裝來實現(xiàn)不同的功能，從而提高學(xué)生對整個液壓(氣動）系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用能力以及液壓 (氣動）系統(tǒng)與PLC的配合使用能力。

5 總結(jié)

通過上述幾項內(nèi)容與方法的改革，豐富了液壓與氣動技術(shù)課程理論和實踐教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效果，加強(qiáng)了學(xué)生實際操作能力，增強(qiáng)了學(xué)生綜合知識運(yùn)用能力。符合卓越工程師培養(yǎng)計劃的基本思想與基本目的，適用于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，較好地實現(xiàn)了課程的教學(xué)目標(biāo)。但是以上幾種改革內(nèi)容可能依然存在不足之處，后續(xù)仍需不斷探索，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的啟發(fā)和解決工程問題的鍛煉，力爭達(dá)到“學(xué)”能“用”，“用”能“專”的目標(biāo)。

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ON THE TEACHING REFORM OF HYDRAUNIC AND PNEUMATIC TECHNOLOGY—BASED ON THE REFORM OF EXCELLENT ENGINEERS'CULTIVATION PLAN OF THE

DAI Guang-huiXU Xue-yan
（Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Hydraulic and Pneumatic Technology is a core course of mechanical engineering，which is of sound theoretical basis and feasible applicability.The content and method of practical teaching and the theory of this course have been thought deeply and explored and the reform schemes have been put forward according to the existing teaching resources and the course positioning，in order to implement the excellent engineers training plan of mechanical engineering and automation professional，and to train the students'practical ability and the solving ability of actual engineering problem.Some attempts have been made to train the comprehensive application of the machinery specialized knowledge based on the hydraulic technology，which achieves the desired results.

Hydraulic and Pneumatic Technology；reform of theory teaching；reform of practical teaching

G423.07

A

1672-2868（2015）06-0127-05

責(zé)任編輯：陳 鳳

2015-04-15

安徽省質(zhì)量工程項目(項目編號：2012zjjh042）

代光輝(1987-），男，安徽亳州人。巢湖學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，助教。研究方向：液壓氣壓傳動。