基于項目案例引導的液壓傳動課程教學設計

金守峰 劉霞 曹亞斌

[摘 要] 針對《液壓傳動及控制技術》課程講授中，學生缺乏對實際問題的理解，提出基于項目案例的教學方法。將課程內容重新整合為8個綜合項目與20個典型案例，通過教學設計，引導學生從項目案例的實際問題入手，激發對知識點的興趣，提升學生分析問題和解決問題的能力。

[關鍵詞] 液壓傳動;案例;教學設計;伯努利方程

[基金項目] 2019年西安工程大學教學改革項目“以新工科理念構建‘機械工程專業創新型人才培養模式的研究與實踐”（19XGKY02）;2018年西安工程大學學位與研究生教育教學改革項目“基于互聯網信息技術的機械工程一級學科課程教學模式改革（18yjgz1）

[作者簡介] 金守峰（1979—），男（滿族），遼寧北鎮人，西安工程大學機電工程學院機械工程系副教授，研究方向為機器人視覺控制;劉 霞（1979—），女，河南西華人，西安工程大學機電工程學院機械工程系講師，研究方向為機構設計與運動;曹亞斌（1976—），女，陜西西安人，西安工程大學機電工程學院包裝工程系講師，研究方向為車輛設計研究。

[中圖分類號] G642.3 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）39-0187-02 ? ?[收稿日期] 2020-03-06

一、引言

液壓傳動技術由于獨特的優勢，不僅作為機械領域的基本技術，也是控制領域的基本組成要素，因此在制造業、農業、汽車工業、航空航天航海及國防等領域廣泛應用[1-3]。隨著科學技術的快速發展，新材料、新工藝、先進的控制算法等都促進了液壓傳動技術的進步，在國民經濟中的比重也越來越大[4]。在《中國制造2025》和“制造業強國戰略”的引領下，作為機械類專業核心課程的《液壓傳動及控制技術》將引導機械類專業本科生樹立科技興國的愛國主義情懷與正確的人生觀，培養機械類本科生的“工匠”精神[5]。通過對液壓技術難點的分析和解決，使學生能夠運用全面的、關聯的、發展的觀點發現問題，解決液壓系統中的復雜工程問題。《液壓傳動及控制技術》課程面向機械類本科生講授液壓傳動的基本原理與傳動技術，開設在第5學期，學生已經具備了工程制圖、機械原理等機械類專業的基本知識，但是在《液壓傳動及控制技術》課程講授過程中還存在如下問題：對液壓泵等元件的空間結構不理解、缺乏對實際問題分析與解決能力、對執行元件運動控制回路缺乏理解等。針對這些問題，本課程通過項目式教學，在課堂教學中引入實施液壓實際項目來營造工況氛圍、激發對知識點的興趣、分層兼顧來提高學生的學習效果。

二、教學內容設計

1.課程主要內容?！兑簤簜鲃蛹翱刂萍夹g》課程面向機械類本科生，理論課程主要講授液壓系統中泵、缸、閥等典型元件的結構特點、性能及國家標準規定的圖形符號。再此基礎上通過典型回路和應用，系統地分析回路特性、油路的走向及應用效果。課程實驗環節通過直接接觸液壓油了解介質對環境的影響，使學生建立環境保護與可持續發展的意識，通過費斯托試驗臺搭建回路使學生具有液壓傳動系統設計、回路參數的計算、系統調試與結果分析的能力，通過實驗強化學生理論聯系實際及實踐動手能力。

2.《液壓傳動及控制技術》的教學設計?！兑簤簜鲃蛹翱刂萍夹g》課程教學團隊利用引導文、項目教學等多種方式，從教學設計、教學內容、教學實施、教材建設等方面著手進行改革，通過具體工作情境的學習，形成學生的綜合能力[6]。解決目前學生“學”與“用”脫節，“知識”與“能力”不匹配的問題。本文以《液壓傳動及控制技術》課程中伯努利方程內容進行項目式教學設計。

①伯努利方程的教學內容。伯努利方程作為流體動力學中的重要方程，其表達的含義為自然界中的能量守恒在流體中的應用，在課堂講授的內容包括：流場中方程的推導過程、方程的幾何意義、典型應用。其中重點內容為如何在流場中推導出理想液體和實際液體的伯努利方程，并說明壓力能、動能和勢能的物理意義;教學難點為在實際問題中如何應用伯努利方程計算。

②設計要點—案例引導。通過典型案例導入問題，創建問題情境，使學生產生好奇心，激發學習興趣。案例1?；疖囌镜恼九_上均畫有安全線標志，為什么？當列車通過時，你感覺如何？案例2。游泳時，有游船經過身邊的過程中，你感覺如何？

③設計要點—問題升華。在案例的基礎上，讓學生討論在日常生活中的感受，說明其現象，從現象中探究能量的變化，提出伯努利方程。進一步簡化問題，在沒有粘性且不可壓縮的理想液體的流場中，取一段做恒定流動的控制體，將其作為研究對象，依據能量守恒的視角來進行分析、推導，從而得到理想液體的伯努利方程表達式，說明壓力能、動能、勢能三者的關系[7，8]。在現實問題中液體不是理想的，就會產生能量損耗問題，在理想伯努利方程的基礎上，進一步依據能量守恒來分析、推導實際液體的伯努利方程表達式。按照這樣的思路引導學生分析、歸納，從而達到主觀感覺到理性認知的升華。

④設計要點—實例應用。按“實際問題—建立模型—分析模型—解決問題”的思維方式，通過兩個案例提出問題，建立伯努利方程表達式，分析其意義，解決案例問題。按此思路來注重學生能力和思維方式的培養。在案例中火車或輪船在運動過程中，圍繞運動體周圍的空氣和水也會隨之運動，其運動規律為距離運動體越近，流體的運動速度越快;相反則越慢。流體運動速度越快則動能越大，勢能可以忽略，由伯努利方程可知，動能越大則壓力能越小，因此在人靠近運動體一側的壓力小，產生的壓差會將人“吸”向運動體一側。出于安全考慮，人與運動體之間要有一定的距離。再次基礎上可以做一做吹乒乓球和噴霧器原理的小實驗，并分析、討論起原因，如何分析等。

⑤設計要點—課后作業與總結。伯努利方程的應用非常廣泛，為了進一步鞏固伯努利方程的內容，通過容積式液壓泵吸油口處的真空度的計算來進行深入分析，并得到液壓泵的最大允許安裝高度，分析伯努利方程在液壓傳動中的應用[9，10 ]。課后復習回顧本節內容，掌握有關概念，并預習接下來的動量方程。進一步激發學生的求知欲，將其望轉為學習動力。

三、課程效果與總結

《液壓傳動及控制技術》課程采用項目式教學，同時綜合運用多種信息化教學手段，提升學生學習主動性與興趣，學生評教結果良好。課程考核由平時考核環節（30%）和期末考核環節（70%）兩部分綜合評價，其中平時考核環節由作業、隨堂測試、實驗等構成;期末考核環節采取試卷考核形式，近3年該課程評價考核結果良好。學生在獲取該課程知識后參加各種學科競賽累計獲國家級獎項50余項。該課程的教學團隊出版教材5部，主持教學改革項目6項，獲教學成果獎2項。

參考文獻

[1]趙雷，楊奕，張利國，等.基于混合式教學的“液壓與氣壓傳動”在線開放課程設計[J].實驗技術與管理，2018（5）：159-162.

[2]張智明，張娟楠，朱暉，等.高等學校汽車流體力學與液壓傳動技術課程建設探索[J].教育教學論壇，2019（40）：135-136.

[3]王素秋.組合機床動力滑臺液壓傳動系統的理實教學[J].教育教學論壇，2019（29）：219-220.

[4]劉鋒，黃長征，羅昕，等.面向新工科的液壓與氣壓傳動實驗教學改革探索[J].中國教育技術裝備，2019（12）：122-123，131.

[5]沈偉，麥云飛，錢煒，等.基于工程教育認證的液壓傳動課程教學改革研究[J].液壓與氣動，2017（8）：73-78.

[6]倪君輝，詹白勺，余偉平.基于項目教學的液壓與氣壓傳動課程綜合改革[J].實驗室研究與探索，2017（11）：182-185.

[7]王奕鑌，郭文勇，韓江桂.基于以太網的液壓教學考核系統的設計[J].機床與液壓，2016（8）：69-71，74.

[8]蓋克榮，程聰.基于信息化教學的課程考核方法改革實踐[J].職業技術教育，2015（17）：62-65.

[9]孫月華，徐鵬，劉春生，劉元林.液壓與氣壓傳動實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2016（10）：123-126.

[10]王珊，宋芳.面向現代工程教育的“液壓傳動”課程教學改革[J].教育與職業，2014（21）：130-131.