吳 海 榮

(聊城大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，山東 聊城 252000)

0 引 言

液壓與氣壓傳動技術(shù)廣泛應(yīng)用在機床、工程機械、汽車等各行各業(yè)，是自動化技術(shù)不可缺少的手段[1-2]，所以“液壓與氣壓傳動”是一門實踐性很強的機械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課[3-5]。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)除掌握液壓與氣壓傳動的基礎(chǔ)知識，各種元件的工作原理、特點、應(yīng)用和選用方法等基本理論知識[6]外，還必須具有初步設(shè)計液壓與氣壓傳動系統(tǒng)和分析閱讀系統(tǒng)圖的能力[7]，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、解決生產(chǎn)實際問題和開展科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。因此，本課程的教學(xué)過程中，在注重理論內(nèi)容的同時，還應(yīng)注重對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。其中實驗教學(xué)是重要方式之一，它對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有特殊作用[8]，實驗教學(xué)是理工類本科人才實踐能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

本文從實驗的基本要素入手，敘述了“液壓與氣壓傳動”課程實驗的目的與要求，針對該課程傳統(tǒng)實驗體系的不足，分析了增設(shè)設(shè)計性實驗的重要性，并從實驗準(zhǔn)備、操作、報告填寫、成績評定等方面重點介紹了設(shè)計性實驗的教學(xué)實施過程。

1 課程實驗?zāi)康呐c要求

1.1 實驗基本要素

實驗的基本要素有“實驗者、實驗手段和實驗對象”[9]。實驗者是指從事實驗設(shè)計、操作和數(shù)據(jù)處理等的工作人員。也就是說，在實驗教學(xué)過程中，實驗者應(yīng)該是學(xué)生，他作為認(rèn)識的主體，應(yīng)該是整個實驗活動中最活躍、最關(guān)鍵的因素。因此，實驗教學(xué)主要是加強對實驗者學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。

1.2 實驗?zāi)康呐c要求

實驗教學(xué)不僅能幫助實驗者學(xué)生加深理解實驗所涉及的基本概念，鞏固所學(xué)理論知識，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)實驗的過程中，學(xué)到基本的實驗理論和實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力[10]。因此，“液壓與氣壓傳動”課程實驗的目的是加深學(xué)生對液壓與氣壓傳動理論知識的理解，提高學(xué)生綜合運用知識分析和解決實際問題的能力及良好工作素質(zhì)。具體要求學(xué)生通過“液壓與氣壓傳動”實驗，掌握基本參數(shù)的測量方法、元件和回路的性能實驗和分析方法，熟悉常見基本回路的設(shè)計、安裝和調(diào)試，學(xué)會分析和排除系統(tǒng)常見故障、正確處理數(shù)據(jù)和表達實驗結(jié)果等。

2 設(shè)計性實驗的重要性

2.1 傳統(tǒng)實驗體系的不足

“液壓與氣壓傳動”課程傳統(tǒng)的實驗項目主要有元件拆裝實驗、液壓泵性能實驗、節(jié)流調(diào)速回路性能實驗等。這些實驗項目在實驗開始前便能夠確切預(yù)知實驗結(jié)果或?qū)嶒灛F(xiàn)象，所以都是驗證性實驗[11]，其實驗?zāi)康氖谴偈箤W(xué)生進一步掌握和鞏固所學(xué)理論知識。

驗證性實驗的實驗教學(xué)過程通常是，實驗指導(dǎo)老師講解、操作、演示，而學(xué)生只是觀察，偶爾個別學(xué)生操作也是嚴(yán)格按照老師既定的步驟進行，因而實驗過程也只是通過實驗設(shè)備來加深學(xué)生對實驗所涉及知識的理解，而無法培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新意識。解決這些問題的一個主要方式是增設(shè)設(shè)計性實驗。

2.2 設(shè)計性實驗的重要性

設(shè)計性實驗是學(xué)生運用所學(xué)理論知識，在實驗教師指導(dǎo)下進行實驗方案設(shè)計和開展實驗的過程，且在實驗開始前，對實驗結(jié)果或?qū)嶒灛F(xiàn)象能夠基本預(yù)知的實驗[11]。設(shè)計性實驗的目的，除讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解知識理論外，更主要地是培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗理論和實驗方法，提高獨立開展實驗的能力。因此，通過設(shè)計性實驗，能鍛煉學(xué)生的綜合分析能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力和查閱資料的能力，提高學(xué)生在工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實、探索創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作的精神，一些國內(nèi)外的教育專家、學(xué)者們有這方面的研究和論述[12-14]。對于機械類專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才有非常重要的意義。

通常情況下，設(shè)計性實驗是在學(xué)生經(jīng)過常規(guī)實驗訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，即在學(xué)生掌握了一定的實驗技能和方法，經(jīng)歷了一個由淺入深的實踐過程之后開設(shè)的高層次實驗。因此，從本質(zhì)上而言，相對于基礎(chǔ)、傳統(tǒng)、內(nèi)容單一的驗證性實驗而言，設(shè)計性實驗應(yīng)是具有現(xiàn)代、復(fù)合、先進、時代和創(chuàng)新特性的實驗，是為適應(yīng)時代、技術(shù)需求和發(fā)展，對傳統(tǒng)實驗體系進行的必然改革和補充，符合事物認(rèn)知探尋的發(fā)展規(guī)律，是實現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段。

液壓與氣壓傳動技術(shù)的理論基礎(chǔ)源于力學(xué)，而常用元件的結(jié)構(gòu)工作原理和性能部分實踐性較強[15]，其典型系統(tǒng)實例和系統(tǒng)設(shè)計則更是密切聯(lián)系實際的內(nèi)容，因此，在液壓與氣壓傳動課程中增設(shè)設(shè)計性實驗，能充分調(diào)動學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)的積極性和主動性，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識，提高學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要途徑之一，也是深化實驗教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量的重要措施之一。

3 設(shè)計性實驗教學(xué)實踐

一個完整的設(shè)計性實驗教學(xué)的實施，需要經(jīng)過實驗準(zhǔn)備、實際實驗操作、實驗報告填寫、實驗成績評定等過程。現(xiàn)以液壓傳動電磁換向回路設(shè)計為例來分析設(shè)計性實驗的具體教學(xué)過程。

3.1 實驗準(zhǔn)備

實驗準(zhǔn)備是實驗設(shè)計的前提。為保證實驗順利進行，實驗指導(dǎo)老師和學(xué)生均需做細致的準(zhǔn)備工作。

3.1.1實驗指導(dǎo)老師

(1) 印刷書面材料。實驗指導(dǎo)老師需根據(jù)教學(xué)目標(biāo)提出實驗項目、實驗?zāi)康暮鸵螅⒔榻B實驗設(shè)備等條件。在液壓傳動電磁換向回路等設(shè)計性實驗中，通常采用QCS014A裝拆式液壓教學(xué)實驗臺作為實驗設(shè)備。該實驗臺采用液壓元件拆裝式，可用快換接頭和膠管將所選元件連接成多種油路[16]，非常適合設(shè)計性和綜合性實驗的教學(xué)要求。因此，為保證學(xué)生清晰了解這些內(nèi)容，我們將實驗?zāi)康暮鸵?、實驗臺及其主要元件等內(nèi)容印刷成書面材料分發(fā)給學(xué)生，這樣可有利于學(xué)生在滿足實驗要求的前提下，根據(jù)實驗條件確定實驗原理和實驗方法。

(2) 檢查實驗設(shè)備。實驗指導(dǎo)老師應(yīng)檢查液壓教學(xué)實驗臺等設(shè)備，保證設(shè)備及其元件齊全、運行狀態(tài)良好。同時，將設(shè)備的功能、原理、元件名稱、操作方法及注意事項等印刷成冊放在實驗臺上，以備學(xué)生熟悉實驗設(shè)備使用。

(3) 開放實驗室。實驗室開放是自主學(xué)習(xí)方式的基礎(chǔ)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)潛力的發(fā)揮，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和人才的個性化發(fā)展[17]。因此，為方便學(xué)生自主性學(xué)習(xí)并進行實驗設(shè)計，學(xué)院開放液壓與氣動實驗室，為設(shè)計性實驗的實施提供了一種開放的實驗教學(xué)環(huán)境和必要條件。學(xué)生可預(yù)約到實驗室熟悉實驗設(shè)備或進行預(yù)實驗，為進一步實驗摸索條件。通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自由探索, 讓他們體驗實驗的快樂, 體現(xiàn)了以學(xué)生發(fā)展為本和學(xué)習(xí)個性化的教育教學(xué)理念。開放期間，實驗指導(dǎo)老師或?qū)嶒瀱T應(yīng)現(xiàn)場隨時解答學(xué)生的問題。

(4) 批閱預(yù)習(xí)報告。學(xué)生預(yù)習(xí)報告的書寫情況，可充分反映學(xué)生對該實驗是否做了充足的準(zhǔn)備、認(rèn)識是否正確等。因此，在正式實驗開始前，實驗指導(dǎo)老師需通過批閱學(xué)生實驗預(yù)習(xí)報告來檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況。對于液壓傳動電磁換向回路實驗，重點檢查的內(nèi)容是液壓元件的選用、繪制的實驗原理圖和擬定的實驗步驟。對不符合設(shè)計規(guī)范或不安全可靠的學(xué)生設(shè)計實驗系統(tǒng)，實驗指導(dǎo)老師要及時提出指導(dǎo)性建議。

3.1.2實驗學(xué)生

(1) 復(fù)習(xí)理論知識。理論知識是設(shè)計性實驗順利開設(shè)的理論基礎(chǔ)，所以學(xué)生應(yīng)根據(jù)下發(fā)的書面材料，熟悉實驗?zāi)康?、要求、?nèi)容等，并對實驗用到的理論知識進行復(fù)習(xí)和鞏固。

(2) 熟悉實驗條件。實驗設(shè)備等實驗條件是學(xué)生完成實驗的有力工具，因此學(xué)生應(yīng)認(rèn)真熟悉實驗設(shè)備及其元件，并重點掌握設(shè)備原理、實驗操作要領(lǐng)和注意事項等。

(3) 設(shè)計實驗方案。實驗方案能全面綜合地反映學(xué)生的理論知識、實驗技能、思維過程及書面表達能力。因此，學(xué)生應(yīng)運用已掌握的基本知識和實驗技能等進行獨立思考，設(shè)計實驗原理圖和具體方案，擬定實驗步驟，選定液壓元件等，并設(shè)想實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果，必要時可以預(yù)約到實驗室進行預(yù)實驗。

(4) 填寫預(yù)習(xí)報告。為方便實驗指導(dǎo)老師檢查學(xué)生對該設(shè)計性實驗的認(rèn)知程度，我們要求學(xué)生將實驗?zāi)康摹⒁?、設(shè)備、原理、擬定方案和步驟等填寫在實驗預(yù)習(xí)報告中，并及時交予老師批閱。對于批閱后需要完善的設(shè)計系統(tǒng)，要在實際實驗操作過程前完成修改。

3.2 實際實驗操作

按照擬定的實驗方案和步驟獨立完成實驗操作，是學(xué)生完成設(shè)計性實驗的關(guān)鍵，也是衡量學(xué)生實驗技能高低的重要標(biāo)準(zhǔn)。實際實驗操作教學(xué)過程應(yīng)包含以下工作：

3.2.1實驗指導(dǎo)老師

(1) 強調(diào)注意事項。在學(xué)生實際操作前，指導(dǎo)老師要提醒學(xué)生注意人身及設(shè)備安全，主要包括①安裝調(diào)試系統(tǒng)時，不要損壞元件，并注意提高系統(tǒng)效率；②系統(tǒng)壓力不要調(diào)節(jié)過大，本實驗臺工作壓力在6.3 MPa以下[16]；③安裝完畢后，應(yīng)仔細校對回路和元件是否正確，經(jīng)教師同意后才可開機。

(2) 檢查實驗操作。學(xué)生實驗過程中，指導(dǎo)老師應(yīng)觀察學(xué)生實驗操作。①檢查學(xué)生實驗動手能力，并對影響設(shè)備和人身安全的操作及時制止；②根據(jù)實驗情況適時提問，以檢查學(xué)生對實驗知識的理解掌握情況和創(chuàng)新意識。

3.2.2實驗學(xué)生

(1) 實驗操作。學(xué)生應(yīng)按照擬定的實驗方案獨立完成操作，其基本步驟是：①按照設(shè)計好的液壓回路原理圖，用液壓膠管總成在QCS014實驗臺上搭建回路；②起動主機，進入萬能自編界面，按事先設(shè)計好電磁閥的動作順序表分別將電磁鐵按要求通斷；③搭建好的回路必須經(jīng)過實驗指導(dǎo)老師檢查，以確認(rèn)無誤且回路完全符合實驗要求和實驗?zāi)康?；④起動實驗臺，并進行其他實驗操作。

(2) 實驗記錄。實驗記錄是實驗結(jié)果的主要依據(jù)，因此，學(xué)生應(yīng)仔細觀察實驗現(xiàn)象、認(rèn)真采集實驗數(shù)據(jù)，并實事求是地做好原始記錄。若發(fā)現(xiàn)實驗現(xiàn)象與設(shè)想的差別極大、或?qū)嶒灁?shù)據(jù)異常等問題，要細致分析，查找原因并及時解決。實驗記錄由實驗指導(dǎo)教師簽字認(rèn)可后方為有效。

3.3 實驗報告填寫

學(xué)生實驗操作完還需撰寫實驗報告，這樣可有效訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達能力，具體內(nèi)容有：

(1) 實驗分析。分析實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象，將所得實驗結(jié)果和正確的實驗設(shè)計方案及步驟一起填寫在實驗報告中。

(2) 實驗總結(jié)。根據(jù)相關(guān)理論知識對所得到的實驗結(jié)果進行解釋和分析，包括實驗成功和失敗的原因，實驗后的心得體會、建議等，并將這些內(nèi)容簡要書寫在實驗報告中。

3.4 實驗成績評定

合理評定實驗成績，是搞好設(shè)計性實驗教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。所以，一些研究人員在進行實驗評定方面的研究。為使成績評定既科學(xué)合理又簡便可行，我?！耙簤号c氣壓傳動”設(shè)計性實驗成績采用百分制，并以實驗的不同階段來劃定，具體評定方法如表1所示。這種評定方法有助于學(xué)生反思和調(diào)控自己的學(xué)習(xí)過程，從而促進操作能力的不斷發(fā)展，所以它能綜合反映學(xué)生的實驗態(tài)度、實驗完成質(zhì)量和實驗報告質(zhì)量等，并能重點突出對學(xué)生實踐能力的評價。

表1 設(shè)計性實驗成績評定方法

4 結(jié) 語

為提高實驗教學(xué)整體水平，聊城大學(xué)把設(shè)計性實驗項目的研究、設(shè)計、實施作為實驗教學(xué)改革的一項重要課題。實踐證明，“液壓與氣壓傳動”課程合理增設(shè)設(shè)計性實驗并正確實施，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，更重要的是讓學(xué)生感受到了該課程理論知識的嚴(yán)謹(jǐn)性和在實踐中的應(yīng)用，有利于學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，將使他們終生受益。

[1] 彭熙偉．《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].液壓與氣動，2008(5)：46-47.

Peng Xiwei. A research and practice of teaching innovation in course hydraulic and pneumatic drive[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2008(5)：46-47.

[2] 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(xué)改革實踐[J].液壓與氣動，2012(6)：92-96.

Rui Hongbin, Zhou Chunguo，Gao Feng．Promoting the teaching innovation of hydraulic and pneumatic transmission course by excellent engineer education and training scheme [J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2012(6)：92-96.

[3] 陳樹海．《液壓傳動》教學(xué)改革的探索與實踐[J].液壓與氣動，2008(5)：57-58,60.

Chen Shuhai．The research and practice of teaching innovation of the course hydraulic transmission [J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2008(5)：57-58,60.

[4] 劉曉琴，楊 晉，陳德道．《液壓與氣壓傳動》實踐教學(xué)探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009(1):79-80.

Liu Xiaoqin，Yang Jin，Chen Dedao．The practice teaching explore of hydraulic and pneumatic transmission [J]. China Modern Educational Equipment，2009(1):79-80.

[5] 孟慶云．液壓與氣動實驗教學(xué)改革與實踐[J]．液壓與氣動，2011(3)：17-19.

Meng Qingyun．Reform and practice of hydraulics and pneumatics experiment teaching[J]．Chinese Hydraulics & Pneumatics，2011(3)：17-19.

[6] 許福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[7] 姜繼海，宋錦春，高常識．液壓與氣壓傳動[M]．北京：高等教育出版社，2002.

[8] 武高輝，楊 韜，趙希文，等．本科生創(chuàng)新精神與實踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐[J].高等工程教育研究，2002(3): 21-23.

Wu Gaohui，Yang Tao，Zhao Xiwen，etal．The construction and practice of undergraduates’ innovative spirit and practice ability training system [J]. Researches in Higher Education of Engineering，2002(3): 21-23.

[9] 錢兆華．自然辨證法教程[M]．武漢：湖北教育出版社,2000.

[10] 蘇 杭，劉延俊．液壓與氣壓傳動學(xué)習(xí)及實驗指導(dǎo)[M]．北京：機械工業(yè)出版社, 2007.

[11] 張國方．汽車服務(wù)工程(專業(yè))概論[M]．武漢：武漢理工大學(xué)出版社, 2008.

[12] 田中群．實驗室是素質(zhì)教育最重要的平臺[J]．實驗室研究與探索，2009，28(4):1-4，27.

TIAN Zhong-qun．Laboratory—The most important platform of the quality education[J]．Laboratory Research and Exploration，2009，28(4):1-4，27.

[13] 黃劍平，龔銀香，童金強．設(shè)計性實驗教學(xué)的實踐與探索[J]．實驗技術(shù)與管理，2009，26(5):135-136，143.

Huang Jianping，Gong Yinxiang，Tong Jinqiang．Practice and exploration of the designing experimental teaching[J]．Experimental Technology and Management，2009，26(5):135-136，143.

[14] 田運生，劉維華，王景春．綜合性設(shè)計性實驗項目建設(shè)的探索與實踐[J]．實驗技術(shù)與管理，2012，29(2)：126-129.

Tian Yunsheng，Liu Weihua，Wang Jingchun．Exploration and practice on construction of comprehensive and designing experimental project[J]．Experimental Technology and Management，2012，29(2)：126-129.

[15] 羅紅旗，湯曉華，沈曉紅，等．液壓與氣壓傳動理論與實踐并行教學(xué)模式[J]．中國現(xiàn)代教育裝備，2010(13)：72-73.

Luo Hongqi，Tang Xiaohua，Shen Xiaohong，etal．Parallel teaching mode of theory and practice for the course of hydraulic and pneumatic transmission[J]．China Modern Education Equipment，2010(13)：72-73.

[16] 陜西秦川機械發(fā)展股份有限公司．QCS014A裝拆式液壓教學(xué)實驗臺使用說明書[Z]．2006.

[17] 宋國利，蓋功琪，蘇冬妹．開放式實驗教學(xué)模式的研究與實踐[J]．實驗室研究與探索，2010(2)：91-93，132.

SONG Guo-li, GAI Gong-qi, SU Dong-mei．Research and practice of the open experimental teaching Mode[J]．Laboratory Research and Exploration，2010(2)：91-93，132.