面向新工科的液壓與氣壓傳動實驗教學改革探索

劉鋒 黃長征 羅昕 黃晨華

摘 ?要 基于新工科背景下高校探索新型教育模式的迫切需求，結合液壓與氣壓傳動課程實驗教學的特點和現存問題，以培養學生解決復雜工程問題能力、提高學生工程素養為目標，對液壓與氣壓傳動課程實驗教學進行改革探索。借助UG等三維軟件增設虛擬拆裝實驗，借助AMESim等仿真軟件設置開放型回路設計實驗和綜合型工程案例實驗，并介紹實驗考核、實驗平臺及資源建設的方法。

關鍵詞 新工科;液壓與氣壓傳動;實驗教學;工程素養

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0122-03

Exploration on Experimental Teaching Reform of Hydraulic and

Pneumatic Transmission for New Engineering//LIU Feng， HUANG

Changzheng， LUO Xin， HUANG Chenhua

Abstract Based on the urgent need of exploring a new educational model in colleges under the background of new engineering， com-bined with the characteristics and existing problems of experimental teaching of hydraulic and pneumatic transmission courses， the aim is

to train students ability to solve complex engineering problems and improve students engineering literacy， and to reform and explore the experimental teaching of hydraulic and pneumatic transmission courses. With the help of UG and other 3D software to add virtual disassembly experiments， with AMESim and other simulation software to set up open loop design experiments and comprehensive engineering case experiments， the experimental assessment， experi-mental platform and resource construction methods are introduced.

Key words new engineering; hydraulic and pneumatic transmission; experimental teaching; engineering quality

1 引言

高等教育要有硬實力，新工科是高等教育發展的戰略支點。教育部于2017年6月發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》，積極推進新工科建設，促進各高校積極探索工程教育新模式[1-3]。作為應用型本科院校的機械類專業，如何既面向當前急需，又考慮未來發展，在與產業發展相匹配的同時，促進學校教育與社會教育有機結合，提高學生解決復雜工程問題的能力和工程素養，培養具備新素質的多元化創新型工科人才？高校引領產業需求，探索專業課程新型實驗教學模式成為重要手段之一。

“液壓與氣壓傳動”是機械類專業的一門應用性很強的專業課程，該技術廣泛應用在航空航天、工程機械、礦山機械、加工制造、汽車等各行各業，是一項適應未來發展需要的技術。實驗教學是該課程的重要教學環節，如何有效通過“液壓與氣壓傳動”課程實驗教學，提高學生綜合素養？高校的同行們做了各種嘗試，例如：西安交通大學在教育部“985”項目等專項經費支持下，引進先進的實驗教學設備，構建液壓與氣動三層次實驗教學體系;黑龍江科技大學共開設10學時的“液壓與氣壓傳動”基礎性實

驗;華南農業大學增加了“液壓與氣壓傳動”的課程設計環節[4-6]。本文針對新工科對機械類人才提出的新要求，結合“液壓與氣壓傳動”課程特點，對課程實驗教學進行改革探索。

2 實驗教學現狀分析

“液壓與氣壓傳動”課程一般設置在大三上學期，學生已學過“高等數學”“機械制圖”“工程力學”等課程。通過調查統計發現，約60%的學生具有較扎實的相關基礎知識，但缺乏工程意識，運用知識解決問題能力有待提高;約30%的學生基礎知識較薄弱;約10%的學生相關知識較貧乏。傳統的實驗教學模式難以提高學生解決復雜工程問題的能力和工程素養，這是目前眾多高校普遍存在的問題。下面進行具體分析。

實驗設備落后且配套不足 ?以韶關學院為例，之前擁有KY-2005型液壓實驗臺兩套，節流口液壓教學實驗臺一臺，但僅機制專業每年學生數基本維持在200人以上，即使分組實驗，配套也顯得不足，導致學生實際操作時間有限，很多學生是“看”實驗，缺少動手實踐的機會，更缺少去發現問題、分析問題和解決問題的動機。

傳統實驗項目內容陳舊，知識、實踐與能力的培養缺少深度融合 ?目前大部分學校開設的實驗均為驗證性實驗，主要包括壓力形成原理、液阻特性、節流調速和基本回路演示實驗，缺乏開放創新型、綜合案例型實驗項目。

實驗教學方法單一，難以激發學生學習興趣 ?驗證性實驗以教師為主進行講解，類似一種靜態灌輸型的教學方法;學生只有很少時間動手操作，對教師的依賴性很強，缺乏主動思考、解決問題的積極性。

實驗內容與其他課程融合性低 ?液壓與氣壓傳動技術是一門正在發展的技術，隨著計算機技術和制造業的發展，機電液氣一體化已成為現今機械設計和發展的趨勢，沒有與PLC等相關課程進行有機融合，不利于學生機、電、液一體化整體概念的形成，不利于學生綜合應用能力和創新能力的培養。

考核方式有待優化 ?傳統實驗考核方式側重于看學生實驗報告，而不是實驗過程，導致學生不重視實踐過程，難以提高學生的實踐能力。

3 實驗教學目標改革

液壓與氣壓傳動課程實驗教學目標不應僅是幫助學生理解概念、基本原理方法，掌握元件的工作原理、性能。該課程是一門實踐性、邏輯性均很強的專業課，元件種類繁多、結構復雜，系統工作原理抽象，各部分知識的前后聯系緊密，且與其他相關學科的聯系性也較強。有效的實驗教學目標還應當能幫助學生養成注重事物發展的內在聯系的好習慣，讓學生學會發現問題、分析問題、解決問題，提高學生分析、設計、維護液壓與氣壓傳動系統的能力的同時，激發學生學習興趣，培養學生解決復雜工程問題的能力和工程素養。

4 實驗內容與考核方法的改革

借助UG或Pro/E等三維建模軟件增設虛擬實驗一項，實驗名稱為“元件虛擬拆裝實驗”，如表1中序號1所示。傳統拆裝實驗成本大、周期長，很難實現每個學生都動手操作。增設虛擬拆裝實驗可以讓每個學生都動手操作，在讓學生深入理解液壓元件的結構，培養工程意識的同時，鍛煉三維建模能力，實現學科內多課程融合。

借助AMESim或FESTO等仿真軟件，將節流調速實驗和基本回路演示實驗改成開放型實驗，實驗名稱為“回路設計實驗”，如表1中序號2所示;增設綜合型實驗一項，實驗名稱為“工程案例設計實驗”，如表1中序號3所示，著力突出學生主體地位和作用，有助于學生發現問題、探究事物的本質、形成創造性思維，培養學生解決復雜工程問題的能力和工程素養。

依據上述實驗內容及考核標準，總結分析以實驗報告的形式體現。在考核過程中降低實驗報告所占比重，約為10%;更注重學生平時實驗預習情況、實踐參與情況、課堂實驗表現、實驗態度、主觀能動性、創新意識、團隊協作能力等方面的考核，具體比重可根據實驗要求合理分配，盡量使實驗評分公正，激發學生實驗興趣，調動學生積極參與。

由于本專業CAD/CAM課程及三維建模軟件課程需要，本專業設有充足的計算機資源。AMESim、FESTO、FluidSim是三款比較成熟的仿真軟件，均可實現液壓系統、氣壓系統、電氣控制系統的設計仿真，實驗過程直觀、形象、生動?？苫诖藯l件建立液壓虛擬仿真實驗室，解決學校實驗資源和實訓基地不足的問題，增加學生動手實踐的機會，提高計算機資源利用率。增購智能型液壓傳動綜合測控系統、挖掘機液壓傳動實驗裝置多臺，分別用于回路設計實驗和工程案例實驗，結合虛擬仿真技術，實現“設計分析→系統仿真→油路搭建”的實踐過程，搭建一個綜合面廣，能開展設計創新型實驗和工程案例型實驗的新工科實驗教學平臺。

建設微課資源庫，包含回路設計實驗、工程案例設計實驗及相關實驗裝置操作方法的微課。通過微課資源，實驗前給學生布置實驗任務，講解實驗要求。微課內容應能起到引導學生預習、激發學生主動思考的作用，讓學生成為實驗課的主體，帶著問題來做實驗。同時，重視企業、行業在人才培養中的作用，結合科研需要，主動對接地方企業技術創新要求，把握行業人才需求方向，充分利用企業資源建立工程案例資源庫，為學生提供實驗素材。

5 結語

機械專業學生大多思維敏捷、活躍，男生居多，樂于表達自己的認識;但受高中教育模式影響，學習依賴心理嚴重，大有“被動學習”的局面。高校應主動適應新工科背景下國家對新型戰略人才的需求，改革實驗內容，完善實驗室建設，在實驗教學環節著力突出學生主體地位，激發學生主動學習，引導學生發現問題、解決問題，培育出適應新需求和新變化的高素質工程科技優秀人才來支撐產業轉型與升級[7]。

參考文獻

[1]教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知（教高司函〔2017〕6號）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/

s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

[2]徐曉飛，丁效華.面向可持續競爭力的新工科人才培養模式改革探索[J].中國大學教學，2017（6）：6-10.

[3]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]潘靜.液壓與氣壓傳動課程實驗教學的改革與實施[J].遼寧工業大學學報：社會科學版，2017（4）：130-132.

[5]李晶，王保建，李小虎，等.液壓與氣動技術實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學，2016（1）：92-95.

[6]呂明珠.虛擬仿真技術在液壓與氣動實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2015（4）：144-146.

[7]任光輝，付威，吳金棟，等.面向新工科的高校實驗平臺建設模式研究[J].實驗技術與管理，2018（11）：194-197.