基于《液壓氣動實訓》理虛實一體教學的課程建設研究

歐佳順 謝方平 劉金榮 殷海瞇

1.長沙航空職業技術學院 湖南省長沙市 410124 2.湖南農業大學 湖南省長沙市 410000

1 研究意義和價值

《液壓與氣動實訓》課程是高等職業院校的專業的核心技能課程，使學生能夠能了解液壓與氣壓傳動的工作原理，能說明液壓元件的分類、原理與特點，使學能正確閱讀液壓與氣壓傳動的基本回路，能分析典型的液壓與氣動系統。使學生具備本專業必需的液壓與氣動設備的維護、操作等知識和基本技能。為今后勝任相關工作崗位及繼續學習打下堅實的專業理論基礎。

液壓氣動實訓課對現場場景、設備有著嚴格要求，重點是鍛煉學生的動手能力，目前的教學手段、教學方法、教學資源較為單一，液壓氣動實訓仍然是以傳統的教學教材為主，主要是以紙質書本、PPT 為媒介傳遞知識，進行現場教學，優質教材資源建設與開發的有效機制尚未形成。教材資源建設過程中與現代信息技術融合不深入，個體差異針對性弱，教學時間受限制，薄弱知識點暴露不突出等眾多缺點。為了能夠解決這些，本文將對液壓實訓課程進行立體化教材建設的研究，通過信息化技術手段教材多元化，層次化、開放化、系統化。注重激發學習者的學習興趣，提高學生創新能力。這種建設的面向群體開始從高職在校生轉向全社會學習者，以滿足多樣化、個性化、實用化的教學需求，最大限度的滿足教學需求、滿足教育市場需求。

2 國內外研究現狀述評

“立體化教材”，則對接互聯網技術并吸收了互聯網數字化、多媒體化等優勢和特性，在內容呈現方式和產品表現形式上更加豐富多元，既包括文字、插圖等靜態信息形式，也可以聲音、動畫、視頻、網絡流媒體等動態形式呈現，在產品表現形式上，既有紙質媒介形式，也有諸如數字課本、電子教案和 PPT、微課、題庫、虛擬仿真平臺、學術論壇等數字媒體形式，在表現形式上呈全媒體形態，可以克服學習者在時間和空間上的限制。

國外“立體化教材”的研究較早，發展比較迅速。約翰·威利父子出版公司，在立體化教材建設與研究方面早有建樹。1994年，培生公司就已經開始建設數字化學習平臺，為了適應信息化背景下的立體化新型學習模式，培生公司積極開發了一系列的學習平臺，整合教學資源，包括在線電子教材，為教師開展開放型的教學活動提供網絡支待，包括在線發布授課內容，在線布置作業，在線考核和在線跟蹤學生學習情況。據統計，國外數字化教材資源建設的項目每年60%以上的速度遞增。

國內的立體化教材源于早期的電教教材，立體化教材的建設過程劃分為兩個階段，分別是媒體時代和網絡時代。1985 年吳活提出“立體型”教材的聽、視、說項可同時進行，為培養學生運用外語能力提供廣闊的新空間，這是較早對立體化教材建設的研究。李科生以“互聯網 +”支持下的“立體化教材”為模式，其開發了“藍本編寫”“ 數字化加工”“互聯網試用”三個環節的立體化教材，并最終通過數字課本、電子教案與 PPT、微課、虛擬仿真實驗、題庫、學術論壇六個模塊獲得功能實現，較好地滿足學生學習的需要。在信息化背高速發展的情況下，利用二維碼技術，對課程進行了立體化教材的建設與實踐。實踐表明，立體化教材能夠提高學生的學習積極性，激發實踐創新力，有效地提高了實驗類課程的教學質量。張晶以MOOC 平臺為載體，提出了教材設計一體化、教材內容實踐化、教材功能層次化和教材軟硬件設施配套化等建議。

根據國內外研究可知，立體化教材在實訓課程建設中將是未來的發展趨勢，可以有效教、學結合，適應性強，較廣的教育價值和市場價值。

3 教材建設與研究

為了能在有限的時間和空間更好的實施《液壓與氣動實訓》課程的“理（理論）—虛（虛擬仿真）—實（實踐操作）”教學，提升學生的綜合技能，結合國內外外研究現狀，本文對《液壓與氣動實訓》課程的教材進行立體化的建設，使得《液壓與氣動實訓》教材更加系統化，主要是從以下幾個方面進行建設。

3.1 傳統教材的建設

傳統的教材是現場教學不可或缺的東西，是學生現場獲取知識最直接的傳遞介質，傳統教材主要包括紙質書本、PPT 教學資源、視頻。本《液壓與氣動實訓》課程為了能讓學生獲取知識和技能更加方便，更加容易理解，PPT 教材包含了理論講解、動畫仿真、視頻等資源。紙質教材包括通用教材和專用教材，通用教材主要是可以適用多個專業的在校學生或者社會學員學習，比如《液壓與氣動技術》教材可以適用機電一體化技術、工業機器人、機械制造技術等多個專業的學生，而專用教材則更加具有專業性和針對性，本《液壓與氣動實訓》課程為了能夠更好的服務于飛行器制造技術專業的學生實訓，編寫了《飛機液壓與氣動技術》教材，主要是通過飛機上的液壓氣動系統案例，讓學生充分理解液壓氣動技術在飛機上的運用，并學會飛機液壓與氣動系統的構造，更好為部隊培養飛機維護崗位的人才。

為了能夠使得實訓知識點更加具有針對性，學生學習《液壓與氣動實訓》的知識更好的理解，本課程團隊成員根據課程標準和人才培養方案，針對實訓課所需要訓練的實訓項目，有針對性的編寫了《液壓與氣動實訓指導書》。本書本包括液壓系統的安裝與調試和氣壓系統的安裝與調試兩個模塊，每個模塊下包括了對應實訓臺的介紹和操作、相關項目回路裝調，如液壓系統的安裝與調試模塊包含了液壓設備的簡介與基本操作、自動連續換向回路裝調、差動連接工作進給快速回路裝調等知識。本書將液壓氣動基本理論知識、元器件的選用和圖形符號的認識融入項目中，實訓項目的詳細講解及操作流程等方面。元器件的認識主要是介紹本實訓項目所用的液壓氣動元件，實訓項目操作流程詳細介紹了每個項目的操作流程、注意事項，避免學生在操作過程發生事故，提高學生液壓氣動回路裝調的正確率。通過本書的學習，要求學生能夠掌握液壓元件的安裝方法及注意事項，能夠安裝液壓系統，掌握液壓系統的調試方法，能正確調試簡單的液壓系統，了解液壓系統的日常使用、維護和保養。

3.2 大學慕課精品課程建設

為了克服學生在空間和時間上的學習限制，本課程在中國慕課平臺上搭建了省級在線精品課程《液壓與氣動技術》，優點是地點隨機性，優質的學習資源可以不受區域限制進行共享，時間隨機性，學生可以更加方便管理自己的學習時間。本在線課程資源包括優質的視頻教學，教學知識點形象深度，校內外的學生對理論知識的獲取更加容易理解，為后續實訓課程打下扎實的基礎。大學慕課平臺可以建設討論區，老師和學生可以在課后對所學的知識點重難點進行討論，充分調動學生對思考問題的積極性。慕課平臺可以建設班級管理，通過建立班級對學生的學習情況進行可視化、信息化、精準化學習管理。如在線班級考勤、學習任務的發布、視頻學習情況及單元考核，通過后臺數據在線分析，可以看出哪些學生完成了布置任務情況、考核結果情況，通過分析可以確定重難點，可作為后續線下教學的學情分析，從而調整教學策略，實現因材施教，提高學生的學習成績。《液壓與氣動技術》在線精品課程已經開通6 期，隨著資源不斷改善，研究發現學生的成績逐步提升，整體合格率達到95%以上。

3.3 數字化工卡平臺建設

隨著工業的信息化和智能化迅猛發展，產業面臨轉型升級，影響著工業生產方式。高等職業教育的實踐教學模式、教學管理模式對人才培養質量的提高起到了不可忽視的作用，實訓教學應該要與當代社會經濟發展需求緊密聯，需要不斷借鑒學習企業的先進技術與管理經驗，不斷創新與改革實踐教學內容和實踐教學模式。為了能夠在《液壓與氣動實訓》教學中，對接企業生產過程，使得課程實訓內容指標化、步驟程序化、考核數據化，本課程將模擬企業生產過程，根據信息化時代與職業教育實踐教學本身的需求引入了數字化工卡制度。如以慢進快退氣動回路裝調項目為例，首先學生確定實訓項目后，第一步需要檢查設備、元器件和工具是否正常，并在工卡上填寫檢查情況和上傳照片；第二步需要確定本裝調項目所需要的工具和氣動元器件的類型和數量，本項目所需要的氣動元件有氣動三聯件1 個、二位三通手拉閥1 個、二位三通行程閥1 個、三位五通雙氣控換向閥1 個、快速排氣閥1 個、單向節流閥1 個、雙作用氣缸1 個，將這些名稱和數量填寫到工卡上，選出來來的元器件拍照上傳到工卡，以便老師檢查元器件是否選擇正確。第三步則是進行功能測試，對所調試的相關參數填寫到工卡上。第四步則是功能測試，學生提交功能測試確認后，教師則通過工卡平臺知道誰已經完成，并到對應的工位進行線下檢查考核。第五步，項目完成后需要進行6S 管理，學生需要將元器件和工具歸類整理擺放，并將整理好的東西拍照上傳到工卡上。

通過《液壓與氣動實訓》課程數字化工卡的應用，使學生掌握了生產過程中的信息化手段，實訓操作過程更加規范，步驟程序化，明顯較少了學生平時實訓操作的錯誤率，老師同時通過數字化工卡平臺的數據分析，可以有效發現學生在操作過程中的錯誤，并針對突出問題制定相關教學策略。

3.4 液壓氣動回路虛擬仿真建設

液壓氣動虛擬仿真軟件可以根據實際情況搭建液壓氣動回路及其控制電路，參數設定，進行工況模擬測試，以在進行實際液壓氣動回路裝調前進行理論驗證和仿真測試，使得學生掌握液壓氣動元件的選用、參數調節及提升液壓氣動元件在回路中應用的理解，提高成功率，降低風險。為了提升學生對液壓氣動回路的理解及元器件在回路中的作用，結合實訓條件及方便學生學習和操作性，本課程建設以FluidSIM 軟件為載體建設了仿真實訓臺，FluidSIM 軟件是一款專為機電行業打造的電動液壓氣動仿真系統。通過Fluidsim 軟件學生可以創造、模擬、說明、學習氣壓傳動、回路圖等，仿真整個過程，方便學員學習。以圖1 慢進快退氣動回路為例，學生在使用本軟件時具備圖形符號的識別能力，并正確選用氣動元器件。模型建好以后，對相關元器件的參數進行調整，如氣動三聯件的氣壓調整為4bar，單向節流閥的開口50%，參數調整好后進行啟動仿真以模擬實際裝調，作為驗證實際實訓裝調前的驗證。通過本仿真的運用，可以加深學生對元器件在實際回路中應用的理解和功能實現的理解。

圖1 慢進快退氣動回路

3.5 VR 虛擬仿真教材的建設

VR 虛擬現實技術作為一種具有顛覆性的科技手段，可以模擬全真的虛擬環境，讓學生沉浸式交互體驗超大型教學設備、各種實驗現場，可以讓學生體驗到在真實生活中是無法感受到的場景。本課程建立了《液壓與氣動實訓》VR 虛擬仿真平臺，通過建立常用液壓氣動實訓所用的元器件三維模型，裝配模型，讓學生在虛擬仿真平臺中，從不同角度了解元器件的構成和裝配，深刻理解液壓氣動元件的組成結構、工作原理，為學生在今后在拆裝維護液壓氣動元器件打下堅實的基礎。

4 結語

《液壓與氣動實訓》課程通過當前的信息技術手段、多媒體資源及其虛擬仿真，將液壓氣動實訓教材資源實現了多元化，層次化、開放化、系統化。實現了線上線下教學混合教，并將理虛實一體的教學模式順利的融入實訓教學當中，有效的提升了學生液壓氣動裝調實訓的綜合技能，為機電一體化技術專業培養了優秀的社會人才。