信息化背景下“液壓氣壓傳動技術”課程教學改革與實踐＊

余曉新，陳廣勝

（清遠職業技術學院，廣東 清遠511510）

1 研究背景

職業教育信息化是培養高素質勞動者和技能型人才的重要支撐，通過信息化技術可促進人才培養模式改革，改造傳統教育教學，支撐高素質技能型人才培養。當前，5G技術的發展，各種信息技術如雨后春筍般出現，為職業教育信息化提供了條件。因此在信息化大背景下，如何在教學改革過程中合理融合信息化技術，提高教學效率和質量，是當前職業教育要面對的重要課題。

“液壓氣壓傳動技術”是高職機電類專業的一門專業課，是實現機電設備自動化控制的重要手段之一，在機械制造裝備等行業中得到廣泛的應用[1]。課程的主要內容為：液壓與氣壓系統的組成及流體力學基本知識、液壓與氣壓動力元件、液壓與氣壓執行元件、液壓與氣壓控制元件、液壓與氣壓輔助元件和液壓與氣壓系統典型回路的分析。該課程內容多、理論性較強，傳統的教學方法是教師先利用PPT講解理論知識，然后布置操作任務，學生在實驗平臺上進行操作練習，這種教學方法使理論與實踐脫節，學生在學習過程中不能充分理解并應用理論知識解決實操中遇到的問題，學習積極性不高，整體教學效果較差，因此急需對課堂進行教學改革[2]。

FluidSIM是由德國FESTO公司和Paderborn大學聯合開發，主要用于各種液壓與氣壓回路的設計及仿真，是專門用于液壓與氣壓傳動教學的信息化軟件。該軟件由液壓和氣壓2部分組成，其圖庫有100多種元件，主要有液壓與氣壓元件、電氣開關元件、傳統繼電器元件和通信元件等，能滿足液氣壓及其電氣回路的設計需要；軟件操作界面直觀，易于學習，操作時只需用鼠標將圖庫中的所需的元件符號拖至繪圖區，并連接各元件的連接點，即可形成液氣壓或電氣回路；軟件有簡單的自動查錯功能，在繪圖過程中，能自動檢查元件之間的連接是否正確，避免出現設計錯誤；軟件具有仿真操作功能，通過仿真能動態查看回路是否符合設計要求。利用該軟件功能并結合當前高校正在廣泛使用的超星學習通平臺，可以完美實現理論與實操教學的無縫對接，開展理虛實一體化教學[3]。

根據以上所述，現以項目化教學思路，對“液壓與氣壓傳動技術”的課程內容進行整合，在教學中應用FluidSIM仿真軟件，同時結合實驗平臺和超星學習通平臺上的資源進行理虛實一體的教學改革。

2 課程整體教學設計

2.1 設計的基本思路

本課程的設計思路是以學生為中心，教、學、做合一的教學模式，實施課前、課中、課后的教學組織形式，構建理、虛、實三位一體的多維課堂，教學過程融入課程思政要素，培養學生認真細致的工匠精神，注重安全操作、精益求精的職業素養[4]，具體改革的路線如圖1所示。

圖1 課程改革的路線

2.2 教學方法

為有效解決課程教學內容中的重難點，確保最終達成教學目標，使學生順利完成課程項目，把教學過程劃分為3階段，第一階段組織和自我組織學習認識活動，第二階段激發學習和形成學習動機，第三階段檢查和自我檢查教學效果的方法。分別采用如下的教學方法：①借助“超星學習平臺”進行任務驅動式教學，采用信息技術實現理論和實踐的融合；②以小組合作組織教學，通過合作自習、討論研究、分組實施等教學步驟，開展課程教學，組內取長補短、共同學習、共同進步；③以仿真軟件、設備模型和AR技術開啟觸覺感知，采用“以學生為主體，以教師為主導”的線上線下混合式教學方法。

2.3 整體教學內容設計

按照課程設計的基本思路，將內容分為液壓與氣壓2個模塊，課程的整體教學設計如圖2所示。

圖2 課程的整體教學設計

3 具體教學任務實施

現以方向控制回路的設計任務為例闡述教學任務的實施，方向控制回路是液壓控制系統中最基本的回路，其主要功能是控制系統執行元件的換向和啟停。本次課通過液壓方向控制回路的設計使學生能掌握常見換向閥的工作原理及應用；能夠根據任務要求進行液壓換向回路和電氣回路的設計；能夠在實驗平臺上搭建所設計回路并進行調試。本次課共4學時，上課場地為液氣壓一體化教室，團隊人數為3人，按照一體化及任務驅動的理念，教學過程主要由課前探索、課中導學、課后拓展3個部分組成。

3.1 課前探索

學生觀看超星平臺上發布的FluidSIM軟件的操作方法和方向控制閥工作原理及應用2個視頻，并完成課前作業。教師通過超星學習平臺查看和展示學生在線測驗的成績，根據平臺上的提問與學生線上交流，了解學生課前的學習情況，根據任務要求，理清教學重難點，為上課作好準備。

3.2 課中導學

教師發布任務，具體要求為以下2點：①應用FluidSIM軟件設計仿真一單缸液壓回路，當液壓缸處于原始位置時，按下啟動按鈕，缸開始向右運動，停留5 s后，液壓缸開始自動向左返回，液壓缸回到左端后，停止運行，液壓泵處于卸荷狀態，再次按下啟動按鈕，將重復上述運動；②仿真結果通過后，根據FluidSIM所設計的液壓和電氣回路方案，在液壓實操平臺上進行液壓回路和電氣控制回路的連接與調試實戰，記錄實戰過程，完成實驗報告，根據實操平臺上的回路裝調情況進行任務考核。

3.2.1 任務分析

根據學情與課前學習情況，分析本任務難點是根據任務要求選擇合適的液壓和電氣元件，設計出合理的液壓和電氣控制回路，同時自行能解決回路設計和連接調試中遇到的問題。學生突破任務難點的方法主要有2點：①在理解換向閥的工作原理及應用后，根據任務要求，應用FluidSIM仿真軟件以團隊形式進行液壓和電氣回路的初步設計，通過仿真分析，有針對性解決設計中存在的問題；②完成設計后，學生們需認真觀看超星網絡平臺發布的實驗平臺的接線方法和安全操作規范等視頻，觀看完相關視頻并完成回路設計仿真的同學可打印圖紙，進行液壓與電氣回路的連接和調試。

在以上2個過程中，教師可通過FluidSIM仿真、師生互動和超星平臺視頻資源引導學生解決回路連接調試中存在的問題，完善設計圖紙和實驗平臺的連接調試結果。

3.2.2 重點知識講解

根據任務分析，單元內容的重點是換向閥的工作原理，主要涉及位的概念、通的概念、換向閥的控制方式以及三位閥的中位機能等。該部分知識傳統教學是通過PPT講解，圖片的展示等方式進行，由于教學過程知識點的講解是靜態和分散的，學生聽完后處于云里霧里狀態，對概念依然不清晰，符號看不懂，知識的具體應用不明確。現根據本次課的教學內容，通過應用FluidSIM仿真軟件搭建如圖3所示不同換向閥控制的換向回路和電磁閥電氣控制回路，在教學過程通過仿真展示不同換向回路的工作情況，演示講解如下知識：①讓學生清晰理解換向閥的位和通的概念、三位閥的中位機能和彈簧的復位功能等；②明白換向閥的手動、機動、電磁和液動等控制方式；③根據工作原理記住各種常見換向閥圖形符號；④電氣回路元件（電源、開關、傳感器）的選用，電磁閥的電氣控制方式等。

圖3 換向控制回路

3.2.3 任務實戰

學生按要求分成若干小組，小組成員集體討論任務的液壓回路和電氣原理圖的設計方案，并應用FluidSIM軟件進行設計仿真，由仿真中出現的問題不斷完善原理圖的設計。在完成仿真操作后，學生在實操平臺上進行液壓和電氣回路的實戰裝調，集體討論解決可能出現的電氣裝調存在問題，并記錄解決方法。實戰操作時學生需遵守設備和電工操作規程、且接線規范美觀。

3.2.4 任務考核

本任務主要以學生為中心，以小組合作完成，其考核涉及任務完成的質量與效果，學生紀律、資料的查詢與應用等，考核同時融入學生的團隊合作、安全生產、精益求精和大國工匠等課程思政要素，具體考核指標如表1所示。

表1 任務過程考核表

4 教學反思

通過課程學習，學生已掌握液壓換向回路和電工基本知識，可以進行常規液壓與電氣回路的裝調，但是對回路設計的安全、經濟和合理性等考慮欠缺，需加強液壓與電路設計工藝方面知識。在液壓與電氣裝調實戰中，學生需貫徹安全操作，布線美觀要求，因此在整個過程要按照行業的規范，注重培養學生嚴謹的工作態度，形成良好的職業素養。

5 結語

在當前信息化背景下，根據“液壓與氣壓傳動技術”課程及學生的特點，結合課程平臺教學資源，應用FluidSIM仿真軟件進行課堂教學改革，開展理虛實一體化教學，以課前導學、課上探索、課后拓展為教學組織形式，提高了教學效率，學生的學習積極性主動性高，學習效果也大大的提高，取得了良好的教學效果。