郭聯(lián)金，王國勝

（1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 東莞 523808；2.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通與環(huán)境學(xué)院，廣東 深圳 518172）

液壓與氣壓傳動因具有機(jī)械、電氣等其他傳動方式無可替代的優(yōu)越性，在許多工程技術(shù)領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。同時，隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，液壓與氣動技術(shù)和電氣控制、可編程控制、傳感器等其他技術(shù)越來越緊密地融為一體，應(yīng)用在機(jī)電設(shè)備之中。因此，很多高職院校的機(jī)電專業(yè)都把液壓與氣動技術(shù)課程作為必修的專業(yè)基礎(chǔ)課［1－3］。為適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，高職教育必須培養(yǎng)基本理論知識與較強(qiáng)實(shí)操能力兼?zhèn)涞膭?chuàng)新型人才。而實(shí)踐教學(xué)對人才培養(yǎng)至關(guān)重要，是教學(xué)過程中不可缺少的重要組成部分。液壓與氣動技術(shù)課程理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)［4］，在以往的實(shí)踐教學(xué)中由于教學(xué)理念、教學(xué)條件、課時分配等原因造成該課程的實(shí)踐教學(xué)效果一直不盡如人意。近年來，工學(xué)結(jié)合、以工作過程為導(dǎo)向、項(xiàng)目驅(qū)動［5－6］等課改理念不斷被推進(jìn)與深化，液壓與氣動技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)也應(yīng)順應(yīng)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的需要，著力于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，側(cè)重于鍛煉工程應(yīng)用及分析問題、解決問題的能力和思維方法，才能適應(yīng)新時期對高素質(zhì)實(shí)用型技能人才的要求［7］。

1 實(shí)踐教學(xué)模式現(xiàn)狀剖析

（1）重液壓輕氣動，與當(dāng)前工業(yè)自動化的實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)。近20多年來，由于氣動技術(shù)具有清潔、輕便、廉價、安全、易于實(shí)現(xiàn)電氣控制等特點(diǎn)，在各種自動化生產(chǎn)線上得到迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。對于珠三角地區(qū)機(jī)電專業(yè)學(xué)生而言，絕大部分學(xué)生將來在企業(yè)生產(chǎn)一線從事的工作更多的偏向于氣動。而目前大部分教材還都以液壓為主，氣動為次，甚至由于課時有限，直接刪掉了氣動內(nèi)容，只講液壓部分［8］，結(jié)果學(xué)生就業(yè)時，發(fā)現(xiàn)要用的沒學(xué)，學(xué)了的沒用。這顯然與專業(yè)課程學(xué)習(xí)“以就業(yè)為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)目標(biāo)不符合。

（2）學(xué)科知識獨(dú)立，不利于學(xué)生機(jī)電一體化整體意識的形成。機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)際上是液壓氣動、電氣、數(shù)控等多種技術(shù)的有機(jī)融合。而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，如拆裝液壓閥、液壓泵、驗(yàn)證液壓元件和液壓回路的性能等，大多局限于自身相對獨(dú)立的學(xué)科體系內(nèi)，沒有體現(xiàn)與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)，不利于學(xué)生機(jī)電一體化整體概念的形成和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，無法讓學(xué)生獲得機(jī)電設(shè)備的裝調(diào)、維修等機(jī)電專業(yè)的核心技能［9］。

（3）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性。采用整機(jī)固定式實(shí)驗(yàn)臺，所做實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和解決問題的思維方法。學(xué)生照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步一步地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上就是機(jī)械式模仿［10］。整個實(shí)驗(yàn)過程都是學(xué)生按照指令被動執(zhí)行任務(wù)，基本上沒有自己的認(rèn)識與設(shè)計(jì)。再者，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)缺少創(chuàng)造性，不能充分調(diào)動學(xué)生的動手興趣與積極性，故收效甚微。

（4）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)缺乏層次性，沒有體現(xiàn)因材施教。具體表現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是針對不同知識點(diǎn)，所有項(xiàng)目總體上呈現(xiàn)為平行關(guān)系，各項(xiàng)目之間缺乏難度的循序漸進(jìn)，存在較多的重復(fù)操作，學(xué)生做前面的實(shí)驗(yàn)有新鮮感，做到后面的實(shí)驗(yàn)就感覺沒有挑戰(zhàn)性了，易產(chǎn)生單調(diào)枯燥感；二是單個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容缺乏靈活性，對所有學(xué)生采用一樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力存在差異，完成實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度與質(zhì)量也不同，最終扼殺了部分學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)一步探索求知的愿望。

（5）實(shí)踐教學(xué)條件有限，難以讓每位學(xué)生有動手實(shí)踐的機(jī)會。由于資金或場地所限，還有班級學(xué)生人數(shù)較多，液壓與氣動的教學(xué)設(shè)備難以做到每人一臺。實(shí)驗(yàn)時通常會進(jìn)行分組，一般為3～4人一組，組內(nèi)學(xué)生輪流操作而不是分工協(xié)作，這樣就讓部分學(xué)習(xí)散漫的學(xué)生有了不動手的理由，也不利于形成團(tuán)結(jié)協(xié)助的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)。

（6）實(shí)踐與理論脫節(jié)，不能很好地相互促進(jìn)與提高。實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論講解各成一體，不能互補(bǔ)。盡管工學(xué)一體化教學(xué)的呼聲越來越高，但是很多教師還是延續(xù)了先在課堂上講授理論知識，再安排相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)習(xí)慣。由于液壓與氣壓傳動的工作介質(zhì)是油液和氣體，工作時被密封，看不見，摸不著，學(xué)生很難理解元件在回路中的作用［11］。此外，課程中很多基本概念難以理解、元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)工作過程抽象等，這一直是課程教學(xué)的難題［12］。所以光講理論，學(xué)生上課非常費(fèi)勁，學(xué)習(xí)效果不理想，而實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)時，也只能稀里糊涂地跟著教師的演示應(yīng)付完成，知其然而不知其所以然，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完課程后仍然對液壓與氣動元件的選用、系統(tǒng)原理分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、故障診斷等基本實(shí)用技能難以上手。

2 實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)施

針對液壓與氣動技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，筆者經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，不斷完善原有的課程實(shí)踐條件，改革實(shí)踐教學(xué)模式，總結(jié)了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐教學(xué)改革內(nèi)容與實(shí)施要點(diǎn)如下。

2.1 順應(yīng)時代需求，突出氣動技術(shù)

課程內(nèi)容應(yīng)順應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)自動化生產(chǎn)的實(shí)際需求，增加氣動部分的內(nèi)容，突出氣動技術(shù)的重要性。機(jī)電專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)液壓與氣動課程的目標(biāo)主要是認(rèn)識常見的元件及回路，懂得常用元件的工作原理及選用，理解常見回路的運(yùn)行原理與應(yīng)用特點(diǎn)。所以我們在實(shí)踐教學(xué)中作出大膽的改革，刪除了部分工程應(yīng)用較少的實(shí)驗(yàn)，如液壓元件性能、回路性能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加了氣動元件與回路認(rèn)識、氣動回路設(shè)計(jì)、氣電控制方面的實(shí)驗(yàn)。氣動部分實(shí)踐教學(xué)的課時占總實(shí)踐教學(xué)課時的一半以上。

2.2 進(jìn)行多學(xué)科融合，體現(xiàn)機(jī)電一體化

將電氣控制、PLC控制、傳感器技術(shù)等其他技術(shù)進(jìn)行多學(xué)科融合。主要體現(xiàn)在大多數(shù)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的任務(wù)內(nèi)容都包含氣路設(shè)計(jì)、電氣控制回路設(shè)計(jì)、PLC控制設(shè)計(jì)3個部分。通過綜合運(yùn)用所學(xué)過的專業(yè)知識搭建各類機(jī)電液一體化、機(jī)電氣一體化系統(tǒng)，可鍛煉學(xué)生機(jī)電系統(tǒng)的整體構(gòu)思設(shè)計(jì)能力、機(jī)電設(shè)備的故障診斷能力。

2.3 采用開放式、可拆卸的柔性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，重視二次開發(fā)

我校對“液壓與氣動實(shí)訓(xùn)室”進(jìn)行了高起點(diǎn)的規(guī)劃建設(shè)，實(shí)訓(xùn)室配置了電液壓、電氣動實(shí)訓(xùn)設(shè)備各4臺，液壓／氣動綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)備的構(gòu)成如圖1所示。實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用組合式模塊結(jié)構(gòu)，由電源模塊、按鈕模塊、繼電器模塊、PLC模塊及元件拆裝模塊5個部分構(gòu)成基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)臺，在基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)臺的基礎(chǔ)上經(jīng)過二次開發(fā)，增加了電動機(jī)、觸摸屏、IC板等拓展模塊。元件庫里配套的液壓、氣動元件齊全，均采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件。常用元件使用靈活的快換接頭和軟管連接。拆裝方便且密封性好；各元件上裝有帶彈性插腳的底板，實(shí)訓(xùn)時可直接在通用鋁型材卡板上組裝，操作簡單方便；液壓、氣動回路可采用繼電器控制、PLC控制；電控回路采用帶防護(hù)功能的專用連接導(dǎo)線。在此實(shí)訓(xùn)臺上，學(xué)生可根據(jù)需要自行選擇各種元件，構(gòu)建各種回路，對液壓／氣動回路的原理驗(yàn)證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析具有很大的輔助功能。

圖1 液壓氣動綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)備的構(gòu)成圖

2.4 設(shè)計(jì)以任務(wù)為導(dǎo)向的實(shí)踐項(xiàng)目，體現(xiàn)層次梯度

實(shí)踐項(xiàng)目以任務(wù)為導(dǎo)向，難度上體現(xiàn)層次梯度，便于教學(xué)內(nèi)容的裁剪。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目遵循漸進(jìn)式的認(rèn)知規(guī)律，按認(rèn)知性項(xiàng)目→驗(yàn)證性項(xiàng)目→綜合性項(xiàng)目→設(shè)計(jì)性項(xiàng)目的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。項(xiàng)目內(nèi)容從基本元件的認(rèn)識與使用→簡單回路連接→復(fù)雜控制回路聯(lián)動→機(jī)械、電氣、PLC綜合系統(tǒng)的構(gòu)建→機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與故障查找，從簡單到復(fù)雜，從單一到綜合。各項(xiàng)目難度層層遞進(jìn)，既可加深學(xué)生對基礎(chǔ)概念與理論的理解與掌握，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以任務(wù)為導(dǎo)向，每個任務(wù)設(shè)置基本任務(wù)，在基本任務(wù)之上還有旨在進(jìn)一步提高的若干個拓展任務(wù)。基本任務(wù)體現(xiàn)了對所學(xué)基礎(chǔ)知識的理解和運(yùn)用，要求每個學(xué)生都要完成。拓展任務(wù)對基本任務(wù)進(jìn)行了延伸，供學(xué)有余力的學(xué)生選做。教師可根據(jù)學(xué)生的專業(yè)要求與能力層次進(jìn)行靈活選擇，從而使得教學(xué)更具有針對性和適應(yīng)性。

2.5 結(jié)合軟件仿真設(shè)計(jì)與設(shè)備實(shí)操，提高實(shí)訓(xùn)效率

采用國內(nèi)外知名的液壓與氣動教學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真軟件FluidSIM進(jìn)行回路設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制和結(jié)果演示。FluidSIM由FESTO公司和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，包括用于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的FluidSIM－H和用于氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的FluidSIM－P 2個子軟件，專用于液壓、氣動回路及電路的設(shè)計(jì)以及聯(lián)合仿真。該軟件內(nèi)置豐富的元件庫、圖片、練習(xí)、動畫和教學(xué)影片等多樣化的教學(xué)資源，既具有氣液電一體化的仿真功能，也可以進(jìn)行直觀的多媒體教學(xué)，對教師教學(xué)和學(xué)生自學(xué)起到很好的輔助作用。采用FluidSIM進(jìn)行回路設(shè)計(jì)和仿真的優(yōu)點(diǎn)是：（1）促進(jìn)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)和理解。通過查找元件，使學(xué)生對元件的符號更加熟悉；通過回路設(shè)計(jì)，使學(xué)生對液壓、氣動系統(tǒng)的構(gòu)成、元件的選用理解更深刻；通過仿真，使學(xué)生對元件及回路的工作原理感受更加形象、直觀［13］。（2）降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損耗。對于初學(xué)者而言，在實(shí)訓(xùn)臺進(jìn)行實(shí)際操作之前先使用軟件進(jìn)行回路設(shè)計(jì)與仿真可避免元件多次拆卸造成設(shè)備損耗，降低出錯的概率。這對于進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目顯得尤其必要。（3）提高實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)效率。由于設(shè)備有限，實(shí)驗(yàn)中一般分小組進(jìn)行，小組經(jīng)過討論，確定項(xiàng)目實(shí)施方案之后，再分配具體任務(wù)，軟件設(shè)計(jì)仿真、氣路與電路連接、PLC編程可并行處理，每位學(xué)生都有動手的機(jī)會，提高了實(shí)訓(xùn)效率。

2.6 采用理實(shí)一體化的教學(xué)模式，促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合

對于一些泵、閥等常用元件的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于教材呈現(xiàn)的僅僅是平面圖，僅靠讀圖和教師講授還不足以讓學(xué)生想象出來，可在實(shí)訓(xùn)室采用實(shí)物觀摩、結(jié)構(gòu)拆裝與現(xiàn)場講授、演示相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)［14］。在介紹元件的工作原理、典型回路的工作過程時，可在計(jì)算機(jī)上使用FluidSIM軟件進(jìn)行仿真，然后在實(shí)訓(xùn)臺上搭建實(shí)際回路進(jìn)行驗(yàn)證。這種將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合為一體的教學(xué)形式，能化抽象為形象，使學(xué)生易于獲得直觀、感性的認(rèn)識，加深了理論知識的理解，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時提高了學(xué)生動手能力。

3 實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)用實(shí)例

圖2 設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施模式

以設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)為例，簡述液壓與氣動技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)的開展模式（見圖2）。在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)前，學(xué)生需經(jīng)過認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，具備基本的實(shí)驗(yàn)技能，同時對電氣控制、PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)等有一定的基礎(chǔ)。實(shí)訓(xùn)時先對學(xué)生進(jìn)行分組（一般3人一組），將實(shí)訓(xùn)任務(wù)書發(fā)給學(xué)生，教師闡述任務(wù)目標(biāo)并對結(jié)果進(jìn)行演示。學(xué)生拿到任務(wù)書后，明確任務(wù)要求，并在組長的帶領(lǐng)下共同討論和查閱資料，確定完成任務(wù)的方案以及進(jìn)行任務(wù)分工。小組成員分別完成繼電器控制電路設(shè)計(jì)與仿真、氣路設(shè)計(jì)與仿真、PLC控制設(shè)計(jì)3部分的子任務(wù)，接著對實(shí)際氣路、電路進(jìn)行連接與調(diào)試，直至所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能正常運(yùn)行，才算達(dá)到基本任務(wù)的要求，考核方能合格。對于完成得快且質(zhì)量高的小組，教師鼓勵其繼續(xù)挑戰(zhàn)拓展任務(wù)以取得更高的考核分?jǐn)?shù)。實(shí)訓(xùn)結(jié)束后要求每個學(xué)生獨(dú)立撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告［15］。

4 實(shí)施效果與體會

液壓與氣動技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)經(jīng)改革后，在新的教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)自主性得到明顯提高；團(tuán)結(jié)協(xié)作、獨(dú)立思考解決問題的工程能力得到顯著改善。本課程的實(shí)踐教學(xué)改革要勇于掙脫以往教學(xué)模式的束縛，緊跟時代與技術(shù)發(fā)展的步伐，建立符合實(shí)際生產(chǎn)需要的新模式。開展實(shí)踐教學(xué)時，應(yīng)突出工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，既要鍛煉學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，更要培養(yǎng)學(xué)生探討、分析和解決問題的方法與能力。

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