液壓與氣壓傳動課程融合工程實例教學的改革與實踐

張國慶++劉保軍++盧滿懷

摘 要 結(jié)合本科大學應用型人才培養(yǎng)目標和液壓與氣壓傳動課程的特點，在教學內(nèi)容、教學方法和實驗教學等方面進行相關(guān)教學改革。通過融合更多工程實例到教學過程中，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生進行課程的綜合性應用與學習，以提高液壓與氣壓傳動課程的教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 液壓與氣壓傳動；工程實例；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）24-0159-02

Reform and Practice of Hydraulic and Pneumatic Transmission Course Teaching Integrated with Engineering Practice//ZHANG Guoqing， LIU Baojun， LU Manhuai

Abstract Combining practical undergraduate cultivation target and

hydraulic and pneumatic transmission course characters， reforms and

practice are made in teaching contents， methods and experiments. The teaching process Integrated more and more engineering practice，

stimulates the students learning interest， and leads to the comprehen-

sive course study and practice， further improves the course teaching quality.

Key words hydraulic and pneumatic transmission； engineering prac-

tice； teaching reform

1 前言

液壓與氣壓傳動是機電工程應用專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，與機械、電子等學科有著密切的聯(lián)系。它作為一門具有很強工程應用背景的專業(yè)必修課，目的在于培養(yǎng)學生在掌握液壓傳動與控制理論的基礎(chǔ)上，能分析和設(shè)計液壓系統(tǒng)，切實做到理論聯(lián)系實際、學有所用。

我國開展液壓與氣壓傳動課程的教學已有多年，其已成為機電專業(yè)的傳統(tǒng)課程，很多大學對該門課程建立了自己的課程教學體系。但是從教材、教學內(nèi)容和方式上綜合來看，國內(nèi)對液壓與氣壓傳動技術(shù)的教學大多還是著重于液壓與氣壓傳動基本原理和元件的講解，且有些知識點偏于陳舊，同時對系統(tǒng)的應用設(shè)計講解過于抽象。反觀國外的情況，從相關(guān)培訓教材和高校教學資料看來，其對液壓與氣壓傳動知識點的講解多從實際系統(tǒng)設(shè)計角度出發(fā)，引發(fā)學生思考，同時講解的內(nèi)容配合比較形象的多媒體資料，減少了知識點的抽象度，使得學生真正能學以致用[1]。

德國教授烏爾里希認為，工程學科的教學著眼點應從教師教轉(zhuǎn)向?qū)W生學習，培養(yǎng)大批有研發(fā)能力的青年人，比教學者自身直接從事研發(fā)更有價值。因此，如何根據(jù)專業(yè)課程特點和培養(yǎng)目標，科學地選取教學內(nèi)容并進行有機整合，開發(fā)新的教學方法，是改進液壓與氣壓傳動課程教學的重要內(nèi)容。

2 液壓與氣壓傳動課程教學內(nèi)容與工程實例的結(jié)合

傳統(tǒng)的液壓與氣壓傳動課程教材內(nèi)容編排多以流體力學理論教學作為課程入門的初始章節(jié)，且內(nèi)容較為獨立，和液壓系統(tǒng)應用結(jié)合較少，多以抽象的概念和公式為主。這與早期高等教育以精英教育為培養(yǎng)目標和培養(yǎng)群體的因素相關(guān)，而隨著高教規(guī)模的擴大，高等教育逐漸向著普及性教育方向發(fā)展，受教育的群體不再局限于少數(shù)精英群體，教學培養(yǎng)的目標也針對群體需求逐漸多樣化，大學教育培養(yǎng)的不再僅僅是研究型人才，更多的是應用型人才。

對于研究型人才，教學內(nèi)容可著重放在課程的理論和推導部分，而對于應用型人才則應把教學內(nèi)容重點放在工程應用上。前者的自學能力相對較強，其培養(yǎng)目標在于學科課程的繼續(xù)深造和學科理論知識的研究；后者的培養(yǎng)目標在于實際工程應用系統(tǒng)設(shè)計和操控能力的培養(yǎng)[2]。因此，在液壓與氣壓傳動課程教學內(nèi)容的選擇上應對此區(qū)分。

目前，在液壓與氣壓傳動課程內(nèi)容的編排上，大部分傳統(tǒng)的教材內(nèi)容都是從介紹流體力學的理論內(nèi)容開始，然后介紹液壓與氣壓傳動元件和系統(tǒng)。這種編排方式雖然符合課程教學知識架構(gòu)，但是對于以系統(tǒng)應用為目的的學生學習來說，在內(nèi)容上卻存在知識點抽象、與應用脫節(jié)的問題。在傳統(tǒng)課本中，這部分內(nèi)容照搬流體力學教材的內(nèi)容，和液壓氣動傳動實際系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不夠緊密，因此造成學生在學習過程中感覺枯燥，對這一部分學習內(nèi)容的重要性認識不足。因此，在引入流體力學基本理論教學內(nèi)容時，需要配合實際系統(tǒng)的工況進行漸進式教學，引導學生從實際工況到理論基礎(chǔ)進行轉(zhuǎn)換。如在講授縫隙流量和小孔流量時，可以引入實際的液壓或氣壓閥結(jié)構(gòu)，結(jié)合閥的控制特征來講解流量的計算。

3 基于工程實例的教學方法改進

液壓與氣壓傳動課程是一門交叉學科課程，與機械設(shè)計、電工電子技術(shù)、自動控制原理、數(shù)控技術(shù)等機械類電氣控制類課程緊密相關(guān)，把這些課程貫穿起來，成為一條線的系統(tǒng)教學。這樣既有利于液壓傳動技術(shù)與先進控制技術(shù)有機地結(jié)合起來，又有利于學生創(chuàng)新能力和工程觀點培養(yǎng)的同時，促進基礎(chǔ)理論教學，有利于教學與科研相結(jié)合。一個液壓與氣壓傳動系統(tǒng)通常會涵蓋多門課程的主要內(nèi)容，涉及機械原理機電傳動控制可編程控制器等多門課程的綜合問題。結(jié)合工程實例，通過數(shù)字化技術(shù)將典型的液壓與氣壓傳動運用實例形象生動地展示給學生，可使得學生將多門知識融會貫通，掌握知識間的聯(lián)系，鍛煉學生綜合運用所學知識解決工程問題的能力，培養(yǎng)出適應社會發(fā)展需求的復合型應用人才[3]。

如在講解液壓系統(tǒng)的基本特性時，首先引入一個實際的傳動應用系統(tǒng)，通過直觀計算和對比討論來發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，使得學生對液壓系統(tǒng)有個清楚的認識，激發(fā)對液壓系統(tǒng)設(shè)計的興趣[4]。如讓學生利用已學的機械設(shè)計知識，設(shè)計驅(qū)動一個圖1所示常見升降平臺。

按照結(jié)構(gòu)特點，學生能理解若要使得平臺工作，只需在箭頭所示位置施加外力，使得連桿端部產(chǎn)生平移即可。要實現(xiàn)這個目標，如果采用傳統(tǒng)的電機機械驅(qū)動結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計一個蝸輪—蝸桿或齒輪—齒條結(jié)構(gòu)，把電機輸出機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成線性移動；而如果采用液壓驅(qū)動，其執(zhí)行元件液壓缸直接就能實現(xiàn)直線的驅(qū)動，在結(jié)構(gòu)上就簡化了許多。同時，如果升降臺的載重量非常大的話，對蝸輪—蝸桿或齒輪—齒條的結(jié)構(gòu)強度要求就非常大，而且這種傳動是剛性的，如果在升降過程中發(fā)生抖動或沖擊，對結(jié)構(gòu)就是一種很大的損傷。因此，現(xiàn)有升降平臺的設(shè)計都采用的是液壓驅(qū)動。

經(jīng)過上述對比，學生就能對液壓傳動系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢有直觀的了解，在后續(xù)的學習中能結(jié)合實際系統(tǒng)和所學課程知識進行類似的分析與對比，學習的目的性更強，保證了學習的積極性。

4 基于工程實例的液壓與氣壓傳動課程實驗教學

目前大部分高校的液壓與氣壓傳動課程的實驗內(nèi)容分為兩個部分：認知型實驗和驗證式綜合訓練型實驗。認知型實驗主要是通過對液壓與氣壓傳動元件進行拆裝實驗，進而了解其工作原理及性能；綜合訓練型實驗主要是搭建液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的幾個典型回路，進行性能驗證性實驗。對于后者，目前采用的實驗平臺只提供了有限的液壓元件，只能搭建幾個固定常規(guī)的液壓系統(tǒng)回路，而且平臺提供的搭接方式基本為油管搭接接頭，該接頭可靠性和耐用性不高，使得學生耗費太多時間與精力在管路的拼接上，而且使得實驗平臺的損壞率較高，最終令實驗效果并不理想[5]。

針對當前本科學生的教學目標，教學的重點并不在于學生對液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)備的操作能力，而是在于學生對整個系統(tǒng)的設(shè)計與分析能力。因此，實驗內(nèi)容不能將大部分時間耗費在系統(tǒng)模塊的搭接上，而應重點放在系統(tǒng)的設(shè)計與性能分析上。目前主流的液壓實驗平臺的設(shè)計都只能提供有限的元件和有限的回路連接，不能滿足對學生系統(tǒng)設(shè)計與分析能力的訓練要求。因此，將行業(yè)中具有代表性的系統(tǒng)仿真和設(shè)計軟件引入實驗教學，開展虛擬仿真性實驗，依靠其靈活性可以對此進行補充和加強。

同時，液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的完整工作除了構(gòu)建系統(tǒng)實現(xiàn)能量的傳遞外，另一個重要的方面就是自動化控制，完成系統(tǒng)的各項預定功能。這一部分需要結(jié)合工業(yè)控制方面的課程知識，尤其是PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)知識。因此，在開展課程實驗時，可以在其中增加PLC控制系統(tǒng)設(shè)計知識的回顧或介紹，并在實驗項目中不再把重點放在液壓氣壓傳動系統(tǒng)回路的搭建上，而是增加自動化控制系統(tǒng)實例的設(shè)計內(nèi)容，從系統(tǒng)整體控制的角度對學生進行綜合性訓練。

5 結(jié)束語

結(jié)合現(xiàn)在高校機電工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標和液壓與氣壓傳動課程的特點，從教學內(nèi)容、教學方法和實驗教學等方面，結(jié)合實際工程應用進行相應改革和調(diào)整，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生進行思考型學習，熟悉交叉課程知識的應用，達到比較好的教學效果，進而提高教學質(zhì)量。

參考文獻

[1]胡玉文.液壓與氣壓傳動課程改革探索[J].中國校外教育，2012（21）：221-222.

[2]梅怡，梁貴萍，林蕓，等.CDIO教學模式在“液壓與氣壓傳動”課程教學改革中的實踐[J].貴陽學院學報：自然科學版，2014（4）：71-77.

[3]張平，賀利樂，呂剛.機械類本科《液壓與氣壓傳動》課程教學改革探索[J].裝備制造技術(shù)，2011（4）：230-232.

[4]孟爽，晏祖根，楊綺云，等.液壓與氣壓傳動課程案例式教學方法的研究[J].科技創(chuàng)新導報，2012（9）：154.

[5]芮宏斌，周春國，高峰.以“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”促進“液壓與氣壓傳動”課程教學改革實踐[J].液壓與氣動，2012（6）：92-96.